AI Ontcijfert Chemische Echo's van Leven in 3,3 Miljard Jaar Oude Rotsen

Een internationaal team van wetenschappers, onder leiding van de Carnegie Institution for Science, heeft een nieuwe methode ontwikkeld die geavanceerde chemische analyse combineert met kunstmatige intelligentie om de moleculaire 'vingerafdrukken' van oeroud leven te identificeren. Deze techniek is specifiek ontworpen om chemische 'echo's' op te sporen die achterblijven nadat de oorspronkelijke biomoleculen door geologische processen zijn afgebroken.

De onderzoeksresultaten, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences, tonen aan dat de techniek bewijs van leven kan detecteren in aardse gesteenten die 3,3 miljard jaar oud zijn. Dit verdubbelt effectief het tijdsbestek dat wetenschappers kunnen bestuderen met behulp van chemische biosignaturen, aangezien betrouwbare moleculaire sporen voorheen slechts in gesteenten jonger dan 1,7 miljard jaar waren gevonden. De toepassing van deze techniek leidde reeds tot een herziening van de aardse geschiedenis door de detectie van moleculaire tekenen van actieve zuurstofproducerende fotosynthese in gesteenten van 2,5 miljard jaar oud, wat suggereert dat dit proces ongeveer 800 miljoen jaar eerder plaatsvond dan de tot dan gedocumenteerde tijdlijn aangaf.

De kern van de methodologie behelsde de analyse van meer dan 400 monsters, waaronder sedimenten, fossielen van moderne flora en fauna, en meteorieten, met behulp van Pyrolyse-Gaschromatografie en Massaspectrometrie (Py-GC-MS). Deze data werden vervolgens gekoppeld aan een gesuperviseerd machinaal leren-model, een 'random forest'-model, om latente ecologische en taxonomische patronen te extraheren. Dr. Robert Hazen, hoofdauteur en Senior Staff Scientist bij de Carnegie Institution for Science, vergeleek de werking van de AI met het presenteren van duizenden puzzelstukjes aan een computer om de oorspronkelijke scène te identificeren, waarbij de kracht ligt in het herkennen van chemische patronen in plaats van individuele moleculen.

De nauwkeurigheid van de detectie is significant: de methode bereikte een classificatieprecisie van meer dan 90% bij het onderscheiden van biologische oorsprong in oude gesteenten en tot 98% in moderne monsters. Het systeem kan zelfs onderscheid maken tussen planten en dieren met 95% nauwkeurigheid in vergelijkingstests. Deze doorbraak heeft directe implicaties voor de astrobiologie en de zoektocht naar buitenaards leven, aangezien de methode is ontworpen om biologische chemie te herkennen die miljarden jaren van geologische verwering heeft doorstaan. De analyse van de Josefsdal Chert, die 3,33 miljard jaar oud is, leverde de meest zekere detectie van biotische chemie op Aarde tot nu toe op.

Deelnemers aan het onderzoek, waaronder Katie Maloney van de Michigan State University, benadrukten dat deze innovatieve techniek ons in staat stelt het diepe tijdperk van het fossielenbestand op een nieuwe manier te lezen, wat de zoektocht naar leven op Mars of op de ijzige manen van Jupiter, zoals Europa, zou kunnen sturen. De techniek integreert met traditionele methoden zoals isotoopanalyse om een completer beeld van de vroege aardse biosfeer te schetsen. De bevindingen dwingen tot een heroverweging van de vroege atmosferische en biosferische modellen van de Aarde, en bieden een nieuw instrument om de chemische sporen van het vroege leven te ontcijferen.