Земля зберігає спогади, значно давніші за людство. Вони приховані в давніх каменях, сформованих теплом, тиском і часом. Багато ранніх слідів життя зникли, коли ці породи змінювалися глибоко всередині земної кори. Та вчені продовжують шукати ледь помітні сигнали, які все ж збереглися. Нове дослідження виявило хімічні сліди біологічного походження в породах віком понад 3,3 мільярда років. Робота свідчить про те, що фотосинтез, який виробляє кисень, почався значно раніше, ніж очікувалося. Дослідники поєднали сучасну хімію та штучний інтелект. Мета була простою: «прочитати» хімічні повідомлення, залишені ранніми організмами. Ці повідомлення існують у вигляді дрібних молекулярних фрагментів. Вони зберігаються навіть тоді, коли самі клітини чи біомолекули давно зникли. Сліди раннього життя в породах Команда навчила системи машинного навчання аналізувати хімічні профілі великої кількості органічних матеріалів. Система навчилася розрізняти молекулярні візерунки, характерні для життя, від тих, що виникають без участі біології. Після навчання система дослідила давні породи й виявила сигнали, що вказують на життя навіть у зразках, старших за три мільярди років. Дослідження показує, що життя залишило більш стійкий хімічний слід, ніж вважалося раніше. Ці сліди проявляються як слабкі візерунки всередині сильно змінених порід. Багато попередніх моделей не могли «прочитати» ці сліди. Новий метод відкриває ширше вікно в ранню Землю, продовжуючи зростаючий напрямок досліджень на основі хімічних даних і штучного інтелекту. Раніші роботи показували, що органічна речовина біологічного походження має інші молекулярні візерунки, ніж матеріали, сформовані небіологічною хімією. Нове дослідження розширює цю ідею, використовуючи більший набір зразків і потужніші моделі. Викопні рештки зі змістом Науковиця Університету штату Мічиган Кеті Мелоні приєдналася до проєкту. Вона вивчає ранні складні організми та давні екосистеми. Мелоні надала унікальні викопні водорості з Канади віком один мільярд років. Це одні з найдавніших відомих морських водоростей — з часу, коли більшість життя на Землі було мікроскопічним. «Давні породи повні загадок, які розповідають історію життя на Землі, але кількох фрагментів завжди бракує», — сказала Мелоні. — «Поєднання хімічного аналізу та машинного навчання допомогло виявити біологічні підказки, які раніше були невидимі». Її зразки допомогли підтвердити, що метод працює як для дуже давніх, так і для молодших викопних решток. У цих викопних залишилися органічні фрагменти, що все ще відображають природу організмів, які колись жили. Чіткий біологічний візерунок У дослідженні детально проаналізували понад 400 зразків. Серед них були сучасні рослини й тварини, викопні мікроби, давні рослини, метеорити, древні осадові породи та синтетичні матеріали. Кожен зразок вивчали методом піролізної газової хроматографії з мас-спектрометрією. Цей підхід розбиває органічну речовину на дрібні фрагменти для аналізу. Штучний інтелект потім досліджував ці фрагменти. Моделі з високою точністю розділяли біологічні та небіологічні матеріали. Вони також визначали ознаки, пов’язані з метаболізмом — зокрема сигнали від фотосинтезуючих та нефотосинтезуючих організмів. Результати підтверджують: навіть зруйновані та деградовані молекулярні залишки зберігають чіткий біологічний візерунок. Хоча тепло, тиск і хімічні процеси руйнують повні біомолекули, характерний патерн багатьох фрагментів усе ще вказує на життя. Відлуння життя в давніх породах Команда виявила, що кілька зразків віком понад три мільярди років мають потужні сигнали біологічного походження. Деякі нагадують мікробний матеріал. Інші демонструють зв’язок із ранніми формами фотосинтезуючого життя. Це відкриття відсуває початок фотосинтезу, що виробляє кисень, майже на мільярд років у минуле. Метод також відрізняє біологічний органічний матеріал від органіки, принесеної метеоритами. Це важливо, оскільки деякі давні породи містять обидва типи. Така здатність відкриває великі можливості для майбутніх місій у космосі. Вченим потрібно знати, чи містить порода з Марса або іншого світу сліди життя чи лише небіологічний космічний вуглець. «Давнє життя залишає більше, ніж скам’янілості — воно залишає хімічні відлуння», — сказав доктор Роберт Хейзен. — «Завдяки машинному навчанню ми вперше можемо надійно їх інтерпретувати». Візерунки крізь епохи Об’єднані результати демонструють закономірність у геологічній історії Землі. Молодші породи містять чіткі біологічні сигнали. У старіших ці сигнали слабшають, але все ще розпізнавані. Таке зменшення, ймовірно, відображає поступову молекулярну деградацію. Можливо також, що найдавніші зразки містять частку небіологічної органіки. Та головне інше: багато палеоархейських зразків усе ще зберігають патерни, що вказують на життя. Ці висновки узгоджуються з попередніми дослідженнями, що використовували морфологічні та ізотопні методи. Новий підхід додає вагоме хімічне підтвердження. Разом вони показують, що рання Земля була домом для багатого мікробного світу задовго до появи складних організмів. Пошук життя за межами Землі «Ця інноваційна техніка допомагає нам «читати» давній літопис життя по-новому», — сказала Мелоні. — «Вона може стати ключем до пошуку життя на інших планетах». Метод незабаром може поєднати ізотопні дані, спектроскопію Рамана, інфрачервону спектроскопію та морфологічні характеристики. Це може відкрити ще глибші деталі про раннє життя й допомогти виявити форми метаболізму, що не залежать від кисню. Довгострокова мета очевидна: зрозуміти, як виникло життя, як воно змінювалося в глибокому часі і як його виявляти на далеких світах. Нові результати показують: навіть у найдавніших земних породах збереглися хімічні спогади про життя — і тепер вони промовляють голосніше, ніж будь-коли. Дослідження опубліковано в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.