ШІ виявив хімічні сліди найдавнішого життя на Землі віком 3,3 млрд років

Про це повідомляє Phys.org з посиланням на роботу міжнародної команди під керівництвом учених Carnegie Institution for Science.

Дослідники об'єднали передові методи хімічного аналізу та штучний інтелект, щоб "почути" слабкі біосигнатури, сховані в стародавніх породах. За допомогою машинного навчання вони навчили комп'ютер розпізнавати тонкі молекулярні відбитки, залишені живими організмами, навіть коли вихідні біомолекули вже повністю зруйновані.

Однією з учасниць проєкту стала Кеті Мелоні, доцентка кафедри наук про Землю і навколишнє середовище Мічиганського державного університету. Вона вивчає еволюцію раннього складного життя та його вплив на стародавні екосистеми і надала зразки рідкісних, винятково добре збережених викопних водоростей віком близько 1 млрд років із Юкона (Канада). Ці макроскопічні водорості належать до числа перших відомих морських водоростей у літописі скам'янілостей, коли переважну більшість форм життя ще можна було побачити тільки під мікроскопом.

Як ШІ "читає" хімічний літопис

"Стародавні породи сповнені загадок, які розповідають історію життя на Землі, але кількох фрагментів цієї мозаїки завжди не вистачає", - зазначає Мелоні. За її словами, поєднання хімічного аналізу та машинного навчання дало змогу побачити біологічні підказки, які раніше залишалися невидимими.

Ранньожиттєві форми на Землі залишили мало прямих молекулярних слідів. Поодинокі стародавні клітини і мікробні мати за мільярди років були поховані, стиснуті, нагріті і розколоті в рухомій земній корі, а потім знову підняті на поверхню. Ці процеси практично знищили впізнавані біосигнатури, які могли б розповісти про витоки і ранню еволюцію життя.

Нова робота показує, що розподіл фрагментів органічних молекул у стародавніх породах все ж зберігає діагностичну інформацію про біосферу - навіть якщо вихідні біомолекули не збереглися. По суті, життя залишило набагато більше слідів, ніж передбачалося: ледь вловимі "хімічні шепоти", укладені глибоко в товщі стародавніх порід.

Вчені застосували високоточний хімічний аналіз, щоб "розбити" органічну і неорганічну речовину на молекулярні фрагменти, а потім навчили систему ШІ розпізнавати характерні "відбитки" біологічного походження.

Загалом було вивчено понад 400 зразків - від сучасних рослин і тварин до мільярдолітніх копалин і метеоритів. Модель штучного інтелекту з точністю понад 90 % відрізняла біологічний матеріал від небіологічного і виявила ознаки фотосинтезу в породах віком не менше 2,5 млрд років.

Досі надійні молекулярні сліди життя вдавалося впевнено виявляти лише в породах молодше приблизно 1,7 млрд років. Новий підхід фактично майже вдвічі розширює тимчасове "вікно", в якому можна використовувати хімічні біосигнатури для вивчення стародавньої біосфери.

"Стародавнє життя залишає після себе не тільки скам'янілості, а й хімічні відлуння-сигнали", - каже Роберт Хейзен, провідний науковий співробітник Carnegie і один зі співавторів роботи. - "За допомогою машинного навчання ми вперше можемо надійно інтерпретувати ці відлуння".

Для Кеті Мелоні, яка досліджує, як ранні фотосинтезуючі організми змінили планету, наслідки відкриття величезні: нова методика дає змогу "читати" літопис скам'янілостей глибинного часу принципово по-новому та може допомогти спрямовувати пошук слідів життя на інших планетах.

Перспективи для астробіології

Автори підкреслюють, що той самий підхід можна застосувати до зразків з Марса або інших небесних тіл, щоб з'ясувати, чи існувало там коли-небудь життя. Якщо "хімічні шепоти" стародавньої біосфери збереглися в земних породах віком понад 3 млрд років, аналогічні сигнали теоретично можуть бути виявлені і в породах на інших планетах.