Новые научные находки отодвигают временные рамки существования жизни на Земле

Хронология существования жизни на Земле только что стала старше. Химические свидетельства жизни были обнаружены в горных породах возрастом более 3,3 миллиарда лет, что устанавливает новую, более раннюю временную шкалу для жизни на Земле. Исследование также предоставило молекулярные подсказки, которые отодвинули происхождение кислородогенерирующего фотосинтеза почти на миллиард лет назад. Международная группа ученых под руководством Института Карнеги (США) использовала новый подход, который сочетал передовой химический анализ с искусственным интеллектом (ИИ).
«Древние породы полны интересных загадок, которые рассказывают нам историю жизни на Земле, но некоторые фрагменты этой истории всегда отсутствуют», — сказала Кэти Малони, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде Университета штата Мичиган.
«Сочетание химического анализа и машинного обучения выявило биологические следы древней жизни, которые ранее были невидимы», — добавила Малони.
ИИ для поиска молекулярных следов
Самые древние горные породы Земли могут дать некоторые подсказки о самых ранних формах жизни. Обнаружение первоначальных молекулярных следов в этих древних породах является чрезвычайно редким. Это связано с тем, что хрупкие остатки или биосигнатуры (такие, как клетки) были раздавлены, нагреты и уничтожены миллиардами лет геологических процессов. Новое исследование решает эту проблему, предполагая, что даже когда исходные биомолекулы исчезли, оставшиеся фрагменты (слабые «химические шёпоты») всё ещё могут сохранять диагностическую информацию о ранней биосфере.
Чтобы обнаружить эти тонкие остатки, исследовательская группа обучила систему ИИ с помощью машинного обучения распознавать едва уловимые молекулярные "следы", оставленные древними живыми организмами. Ученые проанализировали широкий спектр из более чем 400 образцов, включая современные растения, окаменелости возрастом в миллиарды лет и метеориты. Высокоточный химический анализ разложил как органические, так и неорганические материалы на молекулярные фрагменты, позволив ИИ изучить химические закономерности, характерные для жизни. Модель успешно отличала биологические материалы от небиологических с точностью более 90%.
Этот новый метод обнаружил следы жизни в породах возрастом более 3,3 миллиарда лет и выявил признаки кислородпродуцирующего фотосинтеза в породах возрастом не менее 2,5 миллиарда лет. Это открытие расширяет химическую летопись фотосинтеза, сохранившуюся в углеродных молекулах, более чем на 800 миллионов лет.
Жизнь на других планетах
До этого надежные молекулярные следы — явные признаки жизни — обнаруживались только в породах моложе 1,7 миллиарда лет. С помощью этого нового метода ученые теперь могут расширить изучение химических биосигнатур на период, примерно вдвое превышающий предыдущий предел. «Древняя жизнь оставляет после себя не только окаменелости; она оставляет химические отголоски», — сказал доктор Роберт Хейзен, старший научный сотрудник Института Карнеги и соавтор исследования.
«Используя машинное обучение, мы теперь можем впервые надёжно интерпретировать эти отголоски».
Химический анализ на основе ИИ не ограничивается Землёй.
«Эта инновационная техника помогает нам по-новому прочитать летопись глубокого прошлого. Это могло бы помочь направить поиски жизни на других планетах», — сказала Малони. Новый подход к химическому анализу на основе ИИ может быть применен для анализа образцов с Марса или других планетных тел, чтобы обнаружить, содержали ли они когда-либо живые организмы. Исследование было опубликовано в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences» 17 ноября.