Inteligência Artificial identifica vida, não-vida e fósseis - na Terra e no espaço

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/09/2023

A técnica poderá ser usada quase imediatamente com os dados de um instrumento que já está em Marte.
[Imagem: NASA/JPL-Caltech/USGS]

Separando o vivo do não vivo

Fornecidas as condições adequadas, a mistura de elementos e compostos químicos simples pode formar algumas das moléculas mais complexas necessárias à vida, como os aminoácidos. Em busca de sinais de vida pelos cosmos afora, já detectamos inúmeros desses componentes necessários à vida, como os nucleotídeos necessários para formar o DNA.

Mas como sabermos se os compostos que detectamos são de origem biológica ou se são produzidos por outro processo abiótico ao longo do tempo? Se não soubermos disso, nunca saberemos se detectamos vida no espaço, em luas ou planetas.

Agora, uma equipe da Instituição Carnegie para Ciência, nos EUA, anunciou a criação de uma técnica baseada em inteligência artificial que consegue distinguir com 90% de precisão entre amostras biológicas - modernas e antigas - e amostras de origem abiótica.

"Este método analítico de rotina tem o potencial de revolucionar a busca por vida extraterrestre e aprofundar a nossa compreensão da origem e da química da vida mais antiga na Terra," disse o professor Robert Hazen. "Isso abre caminho para o uso de sensores inteligentes em espaçonaves robóticas, sondas e rovers para procurar sinais de vida, antes que as amostras retornem à Terra."

Mais imediatamente, o novo teste poderá revelar a história de rochas antigas e misteriosas na Terra, e possivelmente a de amostras já recolhidas pelo instrumento SAM (sigla em inglês para Análise de Amostras em Marte) do robô Curiosidade - os testes poderiam até mesmo ser feitos a bordo.

"Teremos de ajustar o nosso método para corresponder aos protocolos do SAM, mas é possível que já tenhamos dados em mãos para determinar se existem moléculas em Marte provenientes de uma biosfera orgânica marciana," disse Hazen.

• Novas receitas para origem da vida para procurar exoplanetas habitados

O robô Perseverança vem fazendo vários furos nas rochas em Marte, mas até agora não era possível dizer que o que encontramos tem origem biótica ou não.
[Imagem: NASA/JPL-Caltech]

Regras químicas da vida

O método analítico inovador não se baseia simplesmente na identificação de uma molécula específica ou de um grupo de compostos numa amostra. Em vez disso, os pesquisadores demonstraram que a IA pode diferenciar amostras bióticas de abióticas detectando diferenças sutis nos padrões moleculares de uma amostra, conforme revelado pela análise de cromatografia gasosa de pirólise (que separa e identifica as partes componentes de uma amostra), seguida por espectrometria de massa (que determina os pesos moleculares) desses componentes.

É claro que, como a inteligência artificial funciona como uma caixa preta, não sabemos exatamente como o programa faz isso, de modo a repetir a análise passo a passo. "Começamos com a ideia de que a química da vida difere fundamentalmente daquela do mundo inanimado; que existem 'regras químicas da vida' que influenciam a diversidade e distribuição das biomoléculas. Se pudéssemos deduzir essas regras, poderíamos usá-las para orientar nossos esforços para modelar as origens da vida ou para detectar sinais sutis de vida em outros mundos," contou Hazen.

Mas o resultado - 90% de precisão - não deixa espaço para preciosismos. E não apenas isto: Embora o modelo de aprendizado de máquina tenha sido treinado em apenas dois tipos de amostras - bióticas ou abióticas - de modo surpreendente o programa conseguiu identificar três populações distintas: abiótica, biótica viva e biótica fóssil. Isso significa que ele consegue catalogar amostras biológicas mais recentes de amostras fósseis, o que inclui vida primordial na Terra e vida antiga em Marte, por exemplo.

"Estes resultados significam que poderemos encontrar uma forma de vida noutro planeta, noutra biosfera, mesmo que seja muito diferente da vida que conhecemos na Terra. E, se encontrarmos sinais de vida noutro local, poderemos dizer se a vida na Terra e em outros planetas derivou de uma origem comum ou de origens diferentes. Dito de outra forma, o método deve ser capaz de detectar a bioquímica alienígena, bem como a vida na Terra. Isso é importante porque é relativamente fácil detectar os biomarcadores moleculares da vida na Terra, mas não podemos presumir que a vida alienígena usará DNA, aminoácidos, etc. Nosso método procura padrões nas distribuições moleculares que surgem da demanda da vida por moléculas 'funcionais'," completou o pesquisador.

• Evento da criação em laboratório: Viemos do barro de vulcões e meteoritos

Outra aplicação imediata da técnica está na resolução de inúmeros debates sobre as origens das moléculas orgânicas em meteoritos ou mesmo em rochas terrestres, como estas com 3,5 bilhões de anos, encontradas na Austrália e que são objeto de discussão entre os cientistas há décadas.
[Imagem: Carnegie Institution for Science]

Origem comum da vida

Para desenvolver seu sistema, os cientistas empregaram métodos já usados no espaço pela NASA para analisar 134 amostras variadas, ricas em carbono, de células vivas, amostras degradadas pela idade, combustíveis fósseis geologicamente processados, meteoritos ricos em carbono e compostos e misturas orgânicas sintetizados em laboratório - 59 das amostras eram de origem biológica (biótica), como um grão de arroz, um cabelo humano, petróleo bruto etc, enquanto 75 eram de origem não biológica (abiótica), como compostos sintetizados em laboratório, como aminoácidos, ou amostras de meteoritos ricos em carbono.

As amostras foram primeiro aquecidas em um ambiente livre de oxigênio, o que causa a quebra das moléculas, um processo conhecido como pirólise. A seguir, elas foram analisadas por cromatografia gasosa/espectrometria de massa, em um dispositivo analítico que separa a mistura em seus componentes e depois os identifica. Usando um conjunto de métodos de aprendizado de máquina, dados tridimensionais (tempo/intensidade/massa) de cada amostra abiótica ou biótica foram empregados como subconjuntos de treinamento ou de teste. Foi este modelo que conseguiu prever a natureza abiótica ou biótica da amostra com precisão superior a 90%, além de separar as bióticas entre de origem recente e de origem fóssil.

Uma decorrência fundamental deste trabalho é que, em um "nível profundo", mas ainda não compreendido, a bioquímica e a química não biológica são de alguma forma diferentes. Isto provavelmente também significa que poderemos distinguir uma forma de vida de outro planeta, de outra biosfera, daquelas que conhecemos na Terra. E disto decorre que, se encontrarmos vida noutros lugares, poderemos dizer se a vida na Terra e noutros planetas veio de uma origem comum (panspermia), ou se teriam vindo de origens diferentes.

• Fosfato, elemento fundamental da vida, é encontrado na lua Encélado, de Saturno

Mais tópicos