Абсолютно новая технология, примененная астробиологами и планетологами исследовательской организации Carnegie Science (США), помогла раскрыть древнейшие секреты Земли, а вскоре может быть апробирована на других планетах.
Используя передовые химические методы в сочетании с искусственным интеллектом, ученые обнаружили свидетельства древней жизни в земных породах возрастом 3,3 миллиарда лет. Они надеются, что тот же подход можно будет применить к образцам с Марса или ледяных океанов, таких как Европа.
Исследование, результаты которого опубликовало издание PNAS, базировалось на анализе более 400 образцов древних отложений, окаменелостей, современных растений, животных, грибов и даже метеоритов.
Выяснилось, что система, способная отличать материал, оставленный жизнью, от небиологических образцов, работает с точностью более 90 процентов.
«Этот пример вдохновляет, демонстрируя, как современные технологии могут пролить свет на древнейшую историю нашей планеты и изменить подходы к поиску древней жизни на Земле и других планетах. Это новый мощный инструмент для астробиологии», – отметил доктор Майкл Вонг, соавтор исследования.
О чем узнали ученые?
Чтобы выявить слабые химические следы, оставленные древними организмами, команда использовала метод, известный как пиролиз-газовая хроматография-масс-спектрометрия. Затем обнаруженные сложные химические паттерны были проанализированы для выявления биосигнатур с помощью модели машинного обучения.
Доктор Роберт Хейзен, соавтор исследования, рассказал изданию BBC Science Focus, что эта технология является своего рода «сдвигом парадигмы» в этой области, поскольку алгоритм не ищет конкретные молекулы (например, ДНК или липиды), которые могли бы быть доказательством существования жизни в прошлом. Вместо этого он изучает распределение того, что есть сейчас.
«Впервые мы ищем только функцию распределения, – сказал он. – Это дает возможность применять более общие подходы при исследовании образцов, которые сильно деградировали».
Самому древнему обнаруженному сигналу биосигнатуры – 3,3 миллиарда лет. Это почти вдвое больше предыдущего показателя – 1,7 миллиарда лет.
Образец сланца возрастом 3,5 миллиарда лет, использованный в анализе
Команда также обнаружила молекулярные доказательства того, что фотосинтез с образованием кислорода происходил как минимум 2,5 миллиарда лет назад. Это продлило химический летопис фотосинтеза на более чем 800 миллионов лет.
Ранее ученым удалось проследить возникновение жизни 3,5 миллиарда лет назад, используя два основных типа доказательств: древние скальные структуры, созданные сообществами микробов, которые росли в липких, слоистых «коврах» и оставляли после себя похожие на холмы образования – строматолиты, а также явные изменения в соотношениях изотопов в горных породах.
Однако образцы для такого анализа являются редкими. Новый подход, основанный на машинном обучении, помогает избежать необходимости в неповрежденных окаменелостях или биомолекулах, сохранившихся, и предлагает дополнительную линию доказательств, которую можно применить к значительно более широкому спектру горных пород.
Новый подход выходит за рамки простого теста «жизнь против нежизни». Алгоритм уже способен отличать фотосинтезирующие организмы от нефотосинтезирующих и даже разделять большие группы клеток, известные как эукариоты и прокариоты.
Если доставка образцов с Марса окажется слишком дорогой, Хейзен считает, что марсоход, оснащенный набором инструментов, мог бы применить тот же подход машинного обучения непосредственно на Красной планете. Кстати, команда недавно получила финансирование от NASA на разработку такого набора инструментов.
А пока исследователи планируют применить новый метод к образцам из пустынь на Земле, подобных марсианским. Авторы предупредили, что технология пока остается дополнением к уже известным методам. Но со временем она может стать ключевым аналитическим инструментом как в земной, так и планетарной науке.
«Десятилетиями мы искали следы жизни в древних породах, используя ограниченный набор инструментов. А теперь машинное обучение помогает нам выявлять биологические сигналы, которые были фактически невидимы. Это шаг вперед в наших возможностях читать глубокий летопис жизни Земли», – резюмировал профессор Эндрю Нолл, соавтор работы.
Фото: Michael L. Wong
