ШІ допомагає виявити хімічні сліди життя у породах віком 3,3 мільярда років

Міждисциплінарна команда науковців, до якої входить доктор Роберт Хейзен із Карнегі Інституту Науки, розробила новий метод, що поєднує передовий хімічний аналіз зі штучним інтелектом для ідентифікації хімічних «відбитків пальців» стародавнього життя. Цей підхід дає змогу виявляти сліди життєдіяльності, навіть коли оригінальні біомолекули зазнали значної деградації протягом мільярдів років геологічних процесів.

Дослідження, опубліковане у виданні Proceedings of the National Academy of Sciences, продемонструвало здатність техніки знаходити докази існування життя у земних породах віком 3,3 мільярда років, що значно розширює часові рамки для вивчення хімічних біосигнатур. Методологія, яка інтегрує традиційні методи, як-от ізотопний аналіз, успішно виявила молекулярні ознаки активного кисневого фотосинтезу, що відбувався понад 2,5 мільярда років тому. Це відкриття пересуває задокументований час появи цього процесу на 800 мільйонів років раніше, ніж вважалося раніше, що має глибокі наслідки для розуміння ранньої атмосфери Землі.

Для навчання моделі команда, до якої також входять Майкл Л. Вонг та Аніруд Прабху, проаналізувала понад 400 зразків, включаючи стародавні осади, скам'янілості, сучасну флору та фауну, а також метеорити. Вчені застосували піроліз-газову хроматографію з мас-спектрометрією (Py-GC-MS) для вивільнення хімічних фрагментів, а потім використали модель машинного навчання «випадковий ліс» для класифікації даних. Цей підхід вперше поєднує дані Py-GC-MS із наглядовим машинним навчанням для ідентифікації біосигнатур у багатомільярднолітніх породах.

Точність виявлення біологічного походження в стародавніх породах перевищила 90%, а на сучасних зразках досягала 98%, що свідчить про надійність системи у розрізненні біотичних та абіотичних матеріалів. Доктор Хейзен порівняв процес із показом комп'ютеру тисяч фрагментів пазла та запитанням, чи була оригінальна картина квіткою чи метеоритом, підкреслюючи, що ШІ тепер дозволяє надійно інтерпретувати ці хімічні «відлуння». Ця здатність фактично подвоює часове вікно для вивчення хімічних біосигнатур, оскільки вона дозволяє виявляти молекулярні сліди у породах, старших за 1,7 мільярда років, де раніше надійні молекулярні сліди не знаходили.

Крім того, ця методика має значні наслідки для астробіології та пошуку позаземного життя на таких об'єктах, як Марс або крижані супутники Юпітера, зокрема Європа. Оскільки модель здатна розпізнавати біотичні «відбитки» навіть після мільярдів років змін на Землі, той самий аналітичний підхід може бути застосований до зразків з інших світів. Виявлення хімічних патернів, унікальних для біології, у зразках, як-от Жозефсдал Черіт із Південної Африки, відкриває нові виміри для реконструкції ранньої історії життя на планеті.