Trí tuệ Nhân tạo Giải mã Dấu vết Hóa học Cổ xưa của Sự sống trong Đá 3,3 Tỷ Năm

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã phát triển một phương pháp kết hợp phân tích hóa học tiên tiến với trí tuệ nhân tạo (AI) để phát hiện các dấu vết hóa học còn sót lại của sự sống cổ đại trong các mẫu đá có niên đại 3,3 tỷ năm tuổi. Kỹ thuật này cho phép nhận dạng các dấu vân tay hóa học mà sự sống để lại, ngay cả khi các phân tử sinh học ban đầu đã bị phân hủy qua hàng tỷ năm địa chất. Nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, không chỉ xác nhận sự tồn tại của sinh vật sơ khai mà còn cung cấp bằng chứng phân tử cho thấy quá trình quang hợp tạo ra oxy đã diễn ra sớm hơn 800 triệu năm so với các ghi chép trước đây.

Kỹ thuật này đã phát hiện các dấu hiệu của quá trình quang hợp oxy hóa hoạt động từ hơn 2,5 tỷ năm trước, một phát hiện có khả năng định hình lại các mô hình về khí quyển và sinh quyển Trái Đất sơ khai. Phương pháp luận được áp dụng là sự tích hợp giữa Phân tích Sắc ký Khí và Quang phổ Khối lượng (Py-GC-MS) với mô hình học máy 'rừng ngẫu nhiên' (random forest) có giám sát. Nhóm nghiên cứu, trong đó có Tiến sĩ Robert Hazen từ Viện Khoa học Carnegie, đã phân tích hơn 400 mẫu vật đa dạng, bao gồm trầm tích cổ, hóa thạch, thực vật và động vật hiện đại, và thậm chí cả thiên thạch, để huấn luyện AI nhận diện các mẫu hóa học đặc trưng cho nguồn gốc sinh học. Độ chính xác của việc phân biệt vật chất có nguồn gốc sinh học với vật chất vô sinh đạt trên 90% trong các mẫu đá cổ, và lên tới 98% đối với các mẫu vật hiện đại.

Tiến sĩ Hazen nhấn mạnh rằng, “Sự sống cổ đại không chỉ để lại hóa thạch; nó để lại những tiếng vọng hóa học,” và giờ đây học máy cho phép diễn giải đáng tin cậy những tiếng vọng này lần đầu tiên. Sự phát triển này mang ý nghĩa sâu sắc đối với ngành sinh học vũ trụ và việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất. Khả năng giải mã các dấu hiệu sinh học đã tồn tại qua hàng tỷ năm biến đổi địa chất mở ra triển vọng áp dụng kỹ thuật tương tự để đánh giá các mẫu vật từ Sao Hỏa hoặc các mặt trăng băng giá của Sao Mộc, như Europa. Trước đây, các dấu vết phân tử đáng tin cậy chỉ được tìm thấy trong các loại đá trẻ hơn 1,7 tỷ năm, do các quá trình địa chất đã xóa sổ hầu hết các dấu hiệu sinh học. Do đó, nghiên cứu này đã nhân đôi khoảng thời gian mà các nhà khoa học có thể nghiên cứu bằng cách sử dụng các dấu hiệu sinh học hóa học.

Một trong những người đóng góp, Katie Maloney thuộc Đại học Bang Michigan, người đã cung cấp các hóa thạch tảo biển quý hiếm từ Lãnh thổ Yukon có niên đại một tỷ năm, cho biết kỹ thuật này đã làm lộ ra những manh mối sinh học trước đây không thể nhìn thấy được. Việc lùi lại mốc thời gian phát hiện quang hợp oxy hóa thêm 800 triệu năm, nếu được xác nhận rộng rãi, sẽ đòi hỏi sự điều chỉnh đáng kể đối với các mô hình hiện tại về sinh quyển và khí quyển Trái Đất sơ khai. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng, mặc dù các phân tử sinh học ban đầu đã biến mất, sự phân bố của các mảnh vỡ phân tử được bảo quản trong đá cổ vẫn giữ được thông tin chẩn đoán về sinh quyển. Sự tiến bộ này không thay thế các phương pháp truyền thống như phân tích đồng vị mà là một sự bổ sung mạnh mẽ, cung cấp một cái nhìn rõ ràng hơn về sinh quyển cổ xưa nhất của Trái Đất. Nhóm nghiên cứu dự định tinh chỉnh các mô hình và thử nghiệm phương pháp này trên các loại đá từ các sa mạc giống Sao Hỏa trên Trái Đất.