Новое исследование обнаружило свежие химические доказательства существования жизни в породах возрастом более 3,3 миллиарда лет, а также молекулярные следы, свидетельствующие о том, что кислородопроизводящий фотосинтез появился почти на миллиард лет раньше, чем считалось ранее.
Международная группа учёных, возглавляемая исследователями из Института науки Карнеги, использовала передовые методы химии в сочетании с искусственным интеллектом, чтобы выявить слабые химические «шепоты» биологии, запертые внутри древних пород. Используя машинное обучение, исследователи научили компьютеры распознавать едва заметные молекулярные отпечатки, оставленные живыми организмами, даже когда исходные биомолекулы давно разрушились.
Среди участников исследования была Кэти Мэлони из Мичиганского государственного университета, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде, которая изучает эволюцию ранней сложной жизни и её влияние на древние экосистемы.
Мэлони предоставила образцы исключительно хорошо сохранившихся окаменелостей морских водорослей возрастом в миллиард лет с территории Юкон, Канада. Эти образцы представляют собой одни из первых известных в летописи окаменелостей морских водорослей, когда большинство форм жизни можно было увидеть только в микроскоп.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, не только углубляет понимание древнейшей биосферы Земли, но и имеет значение для поиска жизни за пределами Земли. Тот же подход может быть использован для анализа образцов с Марса или других планетных тел, чтобы определить, обитали ли на них когда-либо живые организмы.
«Древние породы полны интересных загадок, которые рассказывают нам историю жизни на Земле, но некоторые кусочки всегда отсутствуют, — сказала Мэлони. — Сочетание химического анализа и машинного обучения позволило выявить биологические подсказки о древней жизни, которые ранее были невидимы».
Древнейшая жизнь на Земле оставила после себя лишь немного молекулярных следов. Немногие хрупкие остатки, такие как древние клетки и микробные маты, были погребены, раздавлены, нагреты и раздроблены в беспокойной земной коре, прежде чем были вынесены обратно на поверхность. Эти преобразования практически уничтожили биосигнатуры, содержащие жизненно важные подсказки о происхождении и ранней эволюции жизни.
Новая работа показывает, что распределение биомолекулярных фрагментов, обнаруженных в старых породах, всё ещё сохраняет диагностическую информацию о биосфере, даже если исходных биомолекул больше нет.
Учёные исследовали более 400 образцов растений и животных, от окаменелостей возрастом в миллиард лет до метеоритов. Модель искусственного интеллекта с точностью более 90% различила биологические и небиологические материалы и обнаружила признаки фотосинтеза в породах возрастом не менее 2,5 миллиарда лет.
До сих пор молекулярные следы, достоверно указывающие на жизнь, были найдены только в породах моложе 1,7 миллиарда лет. Этот новый метод примерно вдвое увеличивает временной промежуток, который учёные могут изучать с помощью химических биосигнатур.
«Древняя жизнь оставляет после себя не только окаменелости, но и химические отголоски, — сказал доктор Роберт Хейзен, старший научный сотрудник Карнеги и один из ведущих авторов исследования. — Используя машинное обучение, мы теперь впервые можем надёжно интерпретировать эти отголоски».
Для Мэлони, чьё исследование посвящено изучению того, как ранняя фотосинтезирующая жизнь изменила планету, последствия этого открытия имеют большое значение.
«Этот инновационный метод помогает нам по-новому прочитать летопись окаменелостей глубокой древности, — сказала она. — Это может помочь в поиске жизни на других планетах».
Предоставлено Мичиганским государственным университетом.