• 10.06.2025 23:16

• Власть

Ученые из МГУ разработали новый способ предсказания спектра полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) с помощью технологий искусственного интеллекта. Такие соединения присутствуют как в продуктах горения древесины, так и в далеких уголках космического пространства. Проведенное исследование показывает, каким образом современные алгоритмы позволяют лучше понимать химические процессы на Земле и решать загадки происхождения жизни во Вселенной, говорится на сайте учебного заведения.

Полициклические ароматические углеводороды представляют собой класс органических соединений, включающих два и более бензольных кольца, соединенных друг с другом. Образование ПАУ на Земле обусловлено природными процессами и деятельностью человека, включая сжигание топлива, отходов и различных органических материалов. Подобные молекулы широко распространены и в космических масштабах: от межзвездных газовых облаков до атмосферы экзопланет. Ученые выдвигали предположение, что именно ПАУ участвовали в формировании РНК в первобытном океане древней Земли, играя ключевую роль в происхождении жизни. Изучение этих молекул представляет большой интерес как для экологии, так и для астробиологии.

Важнейшим инструментом изучения ПАУ служит инфракрасная спектроскопия. Тем не менее интерпретировать полученные спектральные данные часто оказывается чрезвычайно сложно. Дело в том что точные сведения о спектрах имеются лишь для небольшого количества известных молекул ПАУ, а точное вычисление спектра методами квантовой механики требует значительных вычислительных мощностей.

В рамках нового проекта химики МГУ предложили оригинальную концепцию машинного обучения, позволяющую эффективно предсказывать инфракрасные спектры полициклических ароматических углеводородов. Специалисты уделили большое внимание правильной кодировке химической структуры молекул, учитывая влияние заряда.

По словам одного из участников проекта, аспиранта кафедры лазерной химии МГУ Бабкена Бегларяна, следующим этапом станет работа над повышением точности предсказания спектров молекул, содержащих азот и кислород («гетероатомных»). Эти молекулы имеют специфичные спектры, значительно отличающиеся от обычных ПАУ, и доступная информация о них весьма ограниченна. Чтобы решить проблему недостаточного объема данных, ученые планируют применить трансферное обучение, которое позволит адаптировать разработанные модели для повышения точности расчетов.

Главным достижением ученых стало создание универсальной модели, способной успешно анализировать спектр как нейтральных, так и заряженных молекул ПАУ. Такой подход позволил включить в тренировочные наборы практически весь накопленный массив данных по известным спектрам ПАУ, что дало возможность повысить качество результатов.

Соавтор исследования, младший научный сотрудник кафедры лазерной химии МГУ Александр Закускин подчеркнул значимость полученных результатов: теперь появилась возможность точнее рассчитывать спектры смеси ПАУ. Это имеет огромное значение для изучения межзвездной среды, атмосферных условий планет и других астрономических объектов.

Тем временем зарубежные химики нашли «рецепт приготовления» жизни на древней Земле.