ИИ-метод обнаруживает химические следы жизни в породах возрастом 3,3 миллиарда лет

Междисциплинарная группа ученых, в которую вошел доктор Роберт Хейзен из Института науки Карнеги, разработала новый подход, сочетающий передовой химический анализ с искусственным интеллектом для идентификации следов древней жизни. Эта методика нацелена на обнаружение химических «отпечатков» или «эхо», оставленных организмами, даже после того, как исходные биомолекулы деградировали под воздействием геологических процессов.

Исследование, опубликованное в журнале «Труды Национальной академии наук» (Proceedings of the National Academy of Sciences), продемонстрировало способность техники выявлять свидетельства жизни в земных породах возрастом 3,3 миллиарда лет. Ключевым результатом стало успешное обнаружение молекулярных признаков активного оксигенного фотосинтеза, происходившего более 2,5 миллиарда лет назад. Это на 800 миллионов лет раньше, чем было задокументировано ранее, что потенциально пересматривает модели ранней атмосферы и биосферы Земли, поскольку геологические данные указывают, что накопление свободного кислорода (Великое кислородное событие) началось примерно 2,460–2,426 миллиарда лет назад.

Технология показала высокую точность: свыше 90% при идентификации биологического происхождения в древних породах и до 98% в современных образцах. Методология включала анализ более 400 образцов, охватывающих древние осадочные породы, окаменелости, современные организмы и метеориты. Анализ проводился с использованием пиролиза-газовой хроматографии с масс-спектрометрией (Py-GC-MS) в сочетании с обучением ИИ по методу «случайного леса». Доктор Хейзен подчеркнул, что этот подход позволяет надежно интерпретировать химические «эхо», оставленные жизнью, в отличие от традиционных методов, зависящих от ископаемых форм или изотопного анализа.

Ученые, включая Майкла Л. Вонга и Анирудха Прабху, обучали ИИ распознавать химические закономерности, а не отдельные молекулы. Это повышает применимость метода для обнаружения внеземной биологии. Данная разработка имеет значение для астробиологии и понимания глубокой истории Земли, поскольку ранее надежные молекулярные свидетельства жизни обнаруживались только в породах моложе 1,7 миллиарда лет. Новая техника, по сути, удваивает временной интервал, который ученые могут исследовать с помощью химических биосигнатур. Участники исследования, в том числе Кэти Мэлони из Университета штата Мичиган, отмечают, что это расширяет инструментарий для чтения глубоко временной летописи.

Способность обнаруживать признаки оксигенного фотосинтеза на 800 миллионов лет раньше, чем считалось, может помочь объяснить, как и когда начался Великий кислородный скачок, превративший слабо восстановительную атмосферу в окислительную. Ученые признают необходимость в более сбалансированных наборах данных для дальнейшего уточнения моделей.