ИИ выявил химические следы древнейшей жизни на Земле возрастом 3,3 млрд лет

Об этом сообщает Phys.org со ссылкой на работу международной команды под руководством учёных Carnegie Institution for Science.

Исследователи объединили передовые методы химического анализа и искусственный интеллект, чтобы «услышать» слабые биосигнатуры, скрытые в древних породах. С помощью машинного обучения они обучили компьютер распознавать тонкие молекулярные отпечатки, оставленные живыми организмами, даже когда исходные биомолекулы уже полностью разрушены.

Одной из участниц проекта стала Кэти Мэлони, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде Мичиганского государственного университета. Она изучает эволюцию ранней сложной жизни и её влияние на древние экосистемы и предоставила образцы редких, исключительно хорошо сохранившихся ископаемых водорослей возрастом около 1 млрд лет из Юкона (Канада). Эти макроскопические водоросли относятся к числу первых известных морских водорослей в летописи окаменелостей, когда подавляющее большинство форм жизни ещё можно было увидеть только под микроскопом.

Как ИИ «читает» химическую летопись

«Древние породы полны загадок, которые рассказывают историю жизни на Земле, но нескольких фрагментов этой мозаики всегда не хватает», — отмечает Мэлони. По её словам, сочетание химического анализа и машинного обучения позволило увидеть биологические подсказки, которые раньше оставались невидимыми.

Раннежизненные формы на Земле оставили мало прямых молекулярных следов. Единичные древние клетки и микробные маты за миллиарды лет были погребены, сжаты, нагреты и расколоты в подвижной земной коре, а затем снова подняты на поверхность. Эти процессы практически уничтожили узнаваемые биосигнатуры, которые могли бы рассказать об истоках и ранней эволюции жизни.

Новая работа показывает, что распределение фрагментов органических молекул в древних породах всё же хранит диагностическую информацию о биосфере — даже если исходные биомолекулы не сохранились. По сути, жизнь оставила гораздо больше следов, чем предполагалось: едва уловимые «химические шёпоты», заключённые глубоко в толще древних пород.

Учёные применили высокоточный химический анализ, чтобы «разбить» органическое и неорганическое вещество на молекулярные фрагменты, а затем обучили систему ИИ распознавать характерные «отпечатки» биологического происхождения.

Всего были изучены более 400 образцов — от современных растений и животных до миллиардолетних ископаемых и метеоритов. Модель искусственного интеллекта с точностью более 90 % отличала биологический материал от небіологического и выявила признаки фотосинтеза в породах возрастом не менее 2,5 млрд лет.

До сих пор надёжные молекулярные следы жизни удавалось уверенно обнаруживать лишь в породах моложе примерно 1,7 млрд лет. Новый подход фактически почти вдвое расширяет временное «окно», в котором можно использовать химические биосигнатуры для изучения древней биосферы.

«Древняя жизнь оставляет после себя не только окаменелости, но и химические эхо-сигналы», — говорит Роберт Хейзен, ведущий научный сотрудник Carnegie и один из соавторов работы. — «С помощью машинного обучения мы впервые можем надёжно интерпретировать эти эхо».

Для Кэти Мэлони, которая исследует, как ранние фотосинтезирующие организмы изменили планету, последствия открытия огромны: новая методика позволяет «читать» летопись окаменелостей глубинного времени принципиально по-новому и может помочь направлять поиск следов жизни на других планетах.

Перспективы для астробиологии

Авторы подчёркивают, что тот же подход можно применить к образцам с Марса или других небесных тел, чтобы выяснить, существовала ли там когда-либо жизнь. Если «химические шёпоты» древней биосферы сохранились в земных породах возрастом свыше 3 млрд лет, аналогичные сигналы теоретически могут быть обнаружены и в породах на других планетах.