Древнейшие организмы оставили после себя крайне мало молекулярных следов. Хрупкие останки клеток и микробных матов были погребены, сжаты, нагреты и расколоты в беспокойной земной коре, прежде чем вновь оказаться на поверхности.
Доказательства древней жизни обнаружены в камне возрастом 3,3 миллиарда лет
Ученые из Института Карнеги объединили передовую химию и машинное обучение, чтобы обнаружить молекулярные следы жизни в породах возрастом более 3,3 миллиарда лет. Новый метод показал, что кислородный фотосинтез появился почти на миллиард лет раньше, чем считалось прежде.
Камень, которому 3,3 миллиарда лет. https://carnegiescience.edu/
Новый подход имеет значение не только для понимания ранней биосферы Земли, но и для поиска жизни за ее пределами. Тот же метод может быть применен для анализа образцов с Марса или других планетных тел, чтобы определить, существовали ли на них когда-либо живые организмы. Машинное обучение позволяет обнаружить биологические следы древней жизни, которые ранее оставались невидимыми для исследователей, даже когда оригинальные биомолекулы полностью разрушены геологическими процессами.
Эти преобразования практически стерли биосигнатуры, хранившие ключи к происхождению и эволюции древней жизни. Но международная команда исследователей обнаружила, что даже когда исходные биомолекулы давно разрушены, распределение их фрагментов в старых породах все еще сохраняет диагностическую информацию о древней биосфере.
Архейские строматолиты — первые прямые ископаемые следы жизни на Земле.
Ученые исследовали камень из Южной Африки, которому 3,3 миллиарда лет. Они использовали высокоразрешающий химический анализ для разложения органических и неорганических материалов на молекулярные фрагменты, а затем обучили систему искусственного интеллекта распознавать химические следы, оставленные жизнью. Исследователи изучили более 400 образцов — от современных растений и животных до окаменелостей возрастом миллиард лет и метеоритов.
Модель машинного обучения смогла отличить биологические материалы от небиологических с точностью свыше 90% и обнаружила признаки фотосинтеза в породах возрастом не менее 2,5 миллиарда лет. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Поиск следов древней жизни
До сих пор молекулярные следы, надежно показывающие наличие жизни, находили только в породах моложе 1,7 миллиарда лет. Новый метод примерно вдвое расширяет временное окно, доступное для изучения с помощью химических биосигнатур. «Древняя жизнь оставляет больше, чем окаменелости; она оставляет химическое эхо», — отмечает соавтор исследования Роберт Хейзен из Института Карнеги.
Образцы редких, исключительно хорошо сохранившихся окаменелостей морских водорослей с территории Юкон, Канада. Этим окаменелостям почти миллиард лет, и они представляют собой одни из первых морских водорослей, известных в палеонтологической летописи, когда большую часть жизни еще приходилось рассматривать под микроскопом.
Для обучения модели ученые использовали образцы хорошо сохранившихся окаменелостей водорослей возрастом один миллиард лет с территории Юкон в Канаде. Эти находки представляют одни из древнейших известных водорослей в палеонтологической летописи, когда большинство форм жизни можно было увидеть только через микроскоп.