Odnaleziono ślady ziemskiego życia sprzed 3,3 mld lat. Pomogła w tym sztuczna inteligencja

– Liczące miliardy lat skały pełne są intrygujących zagadek opowiadających historię życia na Ziemi, ale zawsze brakuje w nich kilku elementów. Połączenie analizy chemicznej z uczeniem maszynowym ujawniło biologiczne wskazówki dotyczące dawnego, niedostrzeżonego wcześniej życia – mówi Katie Maloney z Michigan State University, adiunktka w Katedrze Nauk o Ziemi i Środowisku. Maloney bada ewolucję wczesnych form złożonego życia i ich wpływ na dawne ekosystemy.

SI szuka śladów życia

Katie Maloney jest jedną z międzynarodowego grona naukowców, kierowanych przez badaczy z Carnegie Institution for Science, które połączyło zaawansowaną chemię ze sztuczną inteligencją, aby odkryć subtelne chemiczne ślady biologii uwięzione w liczących miliardy lat skałach. Bazując na algorytmach uczenia maszynowego badacze wytrenowali komputery do rozpoznawania ledwo dostrzegalnych molekularnych „odcisków palców” pozostawianych przez żywe organizmy. Co najważniejsze, tak wytrenowany system potrafi odkryć oryginalne biomolekuły, gdy te dawno już uległy degradacji.

Opublikowane właśnie w prestiżowym czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS) analizy zespołu ujawniły nie tylko chemiczne dowody życia w skałach liczących ponad 3,3 miliarda lat. Odnaleziono także molekularne ślady wskazujące, że fotosynteza tlenowa pojawiła się niemal miliard lat wcześniej, niż dotąd sądzono.

Wzorce życia

Naukowcy poddali analizie ponad 400 próbek. Znalazły się wśród nich pradawne osady, skamieniałości, a także całkiem współczesne rośliny i żyjące obecnie zwierzęta. Do próbek dołączono nawet materiał z meteorytów. Zaawansowana analiza chemiczna pozwoliła rozłożyć zebrane materiały organiczne i nieorganiczne na najprostsze składniki. Następnie Michael L. Wong i Anirudh Prabhu ze współpracownikami wytrenowali sztuczną inteligencję do rozpoznawania chemicznych „odcisków palców” pozostawionych przez życie – sygnałów możliwych do wykrycia nawet po miliardach lat geologicznych przekształceń.

Wyniki były imponujące. Przede wszystkim udowadniają, że można odróżnić materiały pochodzenia biologicznego (takie jak drobnoustroje, rośliny i zwierzęta) od nieożywionych (np. meteorytów czy syntetycznego węgla) z ponad 90-procentową dokładnością. W dodatku można odnaleźć wzorce życia w skałach liczących nawet 3,3 miliarda lat. Do tej pory udawało się to dla śladów nie starszych niż około 1,7 miliarda lat. To oznacza, że badacze zespołu Carnegie Institution for Science niemal podwoili zakres czasu, w którym zachowane w skałach molekuły organiczne mogą dostarczać informacji o fizjologii i ewolucyjnych relacjach ich pierwotnych organizmów!

Ale na tym nie koniec. Bo badanie dostarcza również molekularnych dowodów na to, że fotosynteza tlenowa, proces wykorzystywany przez rośliny, glony i wiele mikroorganizmów do pozyskiwania energii ze światła słonecznego, zachodziła co najmniej 2,5 miliarda lat temu. Odkrycie to przesuwa chemiczny zapis fotosyntezy o ponad 800 milionów lat wstecz!

Życie na Marsie

Badania grupy oparte były na założeniu, że molekuły życia są starannie dobierane w procesach biologicznych. W przeciwieństwie do losowo rozłożonych molekuł w meteorytach i innych abiotycznych mieszaninach organicznych, życie wytwarza stosunkowo niewiele typów molekuł, lecz w dużych ilościach. Każda chemiczna cząsteczka w żywej komórce ma określoną funkcję. A rozkład fragmentów biomolekuł zachowany w starych skałach nadal zawiera diagnostyczne informacje o biosferze, nawet jeśli żadna oryginalna biomolekuła nie przetrwała.

Oznacza, że życie pozostawia po sobie znacznie więcej sygnałów, niż ktokolwiek przypuszczał. Poza lepszym zrozumieniem procesów na Ziemi, daje nam to jeszcze jedną możliwość – dowiedzenie się, czy życie istniało w innych niż Ziemia miejscach Układu Słonecznego. Idealne do tego byłyby pobierane przez łazik Perseverance próbki z wyżłobionego przez wodę obszaru krateru Jezero na Marsie. Oczywiście pod warunkiem, że kiedyś uda się nam przewieźć je na Ziemię, ponieważ obecna administracja USA zamknęła projekt Mars Sample Return.

Źródło: Proceedings of the National Academy of Sciences

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.