¿Pueden los científicos descubrir vida sin saber cómo es? La investigación que utiliza el aprendizaje automático ofrece una nueva forma

Cuando los científicos de la NASA abrieron el recipiente de retorno de muestras de la misión de muestras del asteroide OSIRIS-REx a finales de 2023, descubrieron algo sorprendente.

El polvo y las rocas recolectados del asteroide Bennu contenían muchos de los componentes básicos de la vida, incluidas las cinco nucleobases utilizadas en el ADN y el ARN, 14 de los 20 aminoácidos que se encuentran en las proteínas y una rica colección de otras moléculas orgánicas. Están formados principalmente de carbono e hidrógeno y, a menudo, forman la columna vertebral de la química de la vida.

Durante décadas, los científicos habían predicho que los primeros asteroides podrían haber aportado los ingredientes de la vida a la Tierra, y estos descubrimientos parecían pruebas prometedoras.

Aún más sorprendente es que estos aminoácidos de Bennu se dividieron casi por igual entre las formas “zurdas” y “diestras”. Los aminoácidos vienen en dos configuraciones especulares, al igual que nuestras manos izquierda y derecha, llamadas formas quirales.

En la Tierra, casi toda la biología requiere versiones para zurdos. Si los científicos encontraran un fuerte exceso de zurdos en Bennu, sugeriría que la asimetría molecular de la vida puede haber sido heredada directamente del espacio. En cambio, la mezcla casi igual sugiere una historia diferente: la preferencia de la vida por ser zurdo probablemente surgió más tarde, a través de procesos en la Tierra, en lugar de estar preimpresa en el material lanzado por asteroides.

Una molécula ‘quiral’ es aquella que no se superpone con otra que es su imagen especular, incluso si la giras. NASA

Si las rocas espaciales pueden contener ingredientes conocidos pero no la “firma” química que deja la vida, entonces identificar las verdaderas firmas de la biología se vuelve extremadamente complicado.

Estos descubrimientos plantean una pregunta más profunda, que se vuelve más urgente a medida que nuevas misiones apuntan a Marte, las lunas marcianas y los mundos oceánicos de nuestro sistema solar: ¿cómo descubren los investigadores vida cuando la química misma comienza a parecer “buena”? Si los materiales no vivos pueden producir mezclas ricas y organizadas de moléculas orgánicas, entonces las señales tradicionales que utilizamos para reconocer la biología tal vez ya no sean suficientes.

Como científico informático que estudia firmas biológicas, afronto este desafío de frente. En mi trabajo astrobiológico, pregunto cómo determinar si un conjunto de moléculas fue creado por geoquímica compleja o biología extraterrestre, al explorar otros planetas.

En un nuevo estudio publicado en la revista PNAS Nexus, mis colegas y yo desarrollamos un marco llamado LifeTracer para responder a esta pregunta. En lugar de buscar una única molécula o estructura que demuestre la presencia de biología, intentamos clasificar la probabilidad de que mezclas de compuestos conservados en rocas y meteoritos contengan rastros de vida examinando todos los patrones químicos que contienen.

Identificación de posibles biofirmas

La idea clave detrás de nuestro marco es que la vida produce moléculas con un propósito, mientras que la química no viva no. Las células deben almacenar energía, construir membranas y transmitir información. La química abiótica producida por procesos químicos no vivos, incluso cuando es abundante, sigue reglas diferentes porque no está determinada por el metabolismo o la evolución.

Los enfoques tradicionales de biofirmas se centran en buscar compuestos específicos, como ciertos aminoácidos o estructuras lipídicas, o en preferencias quirales, como la zurda.

Estas señales pueden ser poderosas, pero se basan enteramente en los patrones moleculares utilizados por la vida en la Tierra. Si asumimos que la vida extraterrestre utiliza la misma química, corremos el riesgo de pasar por alto una biología que es similar (pero no idéntica) a la nuestra, o de identificar erróneamente la química no viviente como un signo de vida.

Los resultados de Bennu resaltan este problema. La muestra del asteroide contenía moléculas conocidas por tener vida, pero nada parecía estar vivo.

Para reducir el riesgo de suponer que estas moléculas indican vida, hemos compilado un conjunto de datos único de materiales orgánicos justo en la línea divisoria entre vida y no vida. Utilizamos muestras de ocho meteoritos ricos en carbono que preservan la química abiótica del Sistema Solar temprano, así como 10 muestras de suelo y materiales sedimentarios de la Tierra, que contienen restos degradados de moléculas biológicas de vida pasada o presente. Cada muestra contenía decenas de miles de moléculas orgánicas, muchas de las cuales estaban presentes en pequeñas cantidades y muchas cuyas estructuras no pudieron identificarse completamente.

En el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, nuestro equipo de científicos trituró cada muestra, añadió un disolvente y la calentó para extraer la materia orgánica, un proceso muy parecido a preparar té. Luego tomamos el “té” que contenía la materia orgánica extraída y lo pasamos por dos columnas de filtración que separaron la mezcla compleja de moléculas orgánicas. Luego, la materia orgánica fue empujada a una cámara donde la bombardeamos con electrones hasta que se rompió en fragmentos más pequeños.

Tradicionalmente, los químicos utilizan estos fragmentos de masa como piezas de un rompecabezas para reconstruir cada estructura molecular, pero las decenas de miles de compuestos en cada muestra presentaban un desafío.

rastreador de vida

LifeTracer es un enfoque único para el análisis de datos: funciona tomando piezas fragmentadas de un rompecabezas y analizándolas para encontrar patrones específicos, en lugar de reconstruir cada estructura.

Caracteriza esas piezas del rompecabezas por su masa y otras dos propiedades químicas, luego las organiza en una gran matriz que describe el conjunto de moléculas presentes en cada muestra. Luego entrena un modelo de aprendizaje automático para distinguir entre meteoritos y materiales terrestres de la superficie de la Tierra, según el tipo de moléculas presentes en cada uno.

Una de las formas más comunes de aprendizaje automático se llama aprendizaje supervisado. Funciona tomando muchos pares de entrada y salida como ejemplos y aprendiendo una regla para la transición de entrada a salida. Incluso con sólo 18 muestras como esos ejemplos, LifeTracer funcionó extremadamente bien. Separó constantemente los orígenes abióticos de los bióticos.

Lo que más le importaba a LifeTracer no era la presencia de una molécula en particular, sino la distribución general de las huellas químicas encontradas en cada muestra. Las muestras de meteoritos tendían a contener compuestos más volátiles (aquellos que se evaporan o descomponen más fácilmente), lo que refleja el tipo de química más común en el ambiente frío del espacio.

Esta figura muestra los compuestos identificados por LifeTracer, destacando los fragmentos moleculares más predecibles que distinguen las muestras abióticas de las bióticas. Los compuestos en rojo están asociados con la química abiótica, mientras que los compuestos en azul están asociados con la química biótica. Saeedi et al., 2025, CC BI-NC-ND

Algunos tipos de moléculas, llamadas hidrocarburos aromáticos policíclicos, estaban presentes en ambos grupos, pero tenían diferencias estructurales distintivas que el modelo podía analizar. Un compuesto que contiene azufre, el 1,2,4-tritiolano, surgió como un potente marcador en muestras abióticas, mientras que los materiales terrestres contenían productos formados por procesos biológicos.

Estos hallazgos sugieren que el contraste entre vida y no vida no está definido por una única firma química, sino por la forma en que se organiza toda una serie de moléculas orgánicas. Al centrarse en patrones en lugar de suposiciones sobre qué moléculas “debería” utilizar la vida, enfoques como LifeTracer abren nuevas posibilidades para evaluar muestras devueltas de misiones a Marte, sus lunas Fobos y Deimos, la luna Europa de Júpiter y la luna Encelado de Saturno.

La cápsula de retorno de muestras del asteroide Bennu utilizada en la misión OSIRIS-REx. Keegan Barber/NASA vía AP

Es probable que las muestras futuras contengan mezclas de materia orgánica de múltiples fuentes, algunas biológicas y otras no. En lugar de depender sólo de unas pocas moléculas conocidas, ahora podemos evaluar si todo el panorama químico se parece más a la biología o a la geoquímica aleatoria.

LifeTracer no es un detector de vida universal. Más bien, proporciona una base para interpretar mezclas orgánicas complejas. Los hallazgos de Bennu nos recuerdan que la química favorable a la vida puede estar muy extendida en todo el sistema solar, pero que la química por sí sola no equivale a la biología.

Para notar la diferencia, los científicos necesitarán todas las herramientas que podamos construir: no sólo mejores naves e instrumentos espaciales, sino formas más inteligentes de leer las historias escritas en las moléculas que traen a casa.