Новый метод обнаруживает признаки первобытной жизни Земли в древних скалах
Уилл Данэм
Ученые обнаружили некоторые из самых старых признаков жизни на Земле, используя новый метод, который распознает химические отпечатки живых организмов в древних породах, подход, который также обещает в поисках жизни за пределами нашей планеты.
Исследователи обнаружили доказательства микробной жизни в породах возрастом около 3,3 миллиарда лет из Южной Африки, когда Земля была примерно четверть ее нынешнего возраста. Они также обнаружили молекулярные следы, оставленные микробами, которые занимались кислород-продуцирующим фотосинтезом — преобразованием солнечного света в энергию — в породах возрастом около 2,5 миллиарда лет из Южной Африки.
Ученые разработали подход, используя машинное обучение, чтобы различать в древних породах органические молекулы биологического происхождения — как у микробов, растений и животных — и органические молекулы неживого происхождения с точностью более 90%.Метод был разработан для различения химических закономерностей, уникальных для биологии.
«Замечательный вывод заключается в том, что мы можем выводить шепоты о древней жизни из сильно деградировавших молекул», — сказал Роберт Хейзен, минералог и астробиолог из Института науки Карнеги в Вашингтоне и соавтор исследования, опубликованного на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. — «Это сдвиг парадигмы в том, как мы ищем древнюю жизнь».
«Мы собираем и концентрируем богатые углеродом молекулы, анализируем их таким образом, чтобы идентифицировать тысячи крошечных молекулярных фрагментов, а затем смотрим на их распределение с помощью машинного обучения. Человеческий глаз просто видит сотни или тысячи маленьких «пиков» разных молекул, но метод машинного обучения выявляет тонкие закономерности, которые отличают молекулы, которые когда-то были живыми, от тех, которые не были», — сказал Хейзен.
Ученые, охотящиеся за доказательствами самой ранней жизни Земли, полагались в первую очередь на поиск ископаемых организмов. Земля сформировалась примерно 4,5 миллиарда лет назад. Ее первыми живыми организмами могли быть микробы, возникшие, возможно, сотни миллионов лет спустя в морских гидротермальных жерлах или наземных горячих источниках.
Самые древние окаменелости живых организмов — это насыпные микробные отложения, называемые строматолитами, возраст которых в Австралии составляет около 3,5 млрд лет, и микробные матовые структуры аналогичного возраста в Южной Африке. Но таких окаменелостей крайне мало.
Другой способ найти доказательства ранней жизни — это искать следы биомолекул — химических веществ, связанных с живыми организмами — в древних породах. Новый подход идёт по этому пути.
Например, исследователи обнаружили органические молекулярные доказательства того, что фотосинтез, производящий кислород, который со временем окислил атмосферу планеты и позволил развить сложную аэробную жизнь, осуществлялся морскими бактериями более чем на 800 миллионов лет раньше, чем ранее документированные данные этого типа.
«Из других свидетельств было хорошо известно, что Земля стала насыщенной кислородом 2,5 миллиарда лет назад и, возможно, даже немного раньше. Таким образом, мы предоставили первые убедительные органические молекулярные доказательства окаменелостей, с перспективой отодвинуть запись еще дальше назад», — сказал Хейзен.
Все древние биомолекулы, такие как сахара или липиды, такие как жиры, исчезли и раздроблены на мелкие кусочки с небольшим количеством атомов углерода. Тем не менее, распределение этих фрагментов удивительно отличается для наборов органических молекул в жизни по сравнению с нежизнью.
«Во-первых, мы примерно удвоили возраст, в котором мы можем идентифицировать признаки жизни с использованием органических молекул, с 1,6 миллиарда до 3,3 миллиарда лет», — сказал соавтор исследования Анируд Прабху, минералог Института Карнеги, астробиолог и ученый-данный.
Во-вторых, эта техника биосигнализации может отличать не только жизнь от нежизни, но и различные виды жизни, такие как фотосинтетические организмы.В-третьих, наша статья показывает, как машинное обучение может идентифицировать отпечатки жизни в древних породах, даже когда все оригинальные биомолекулы деградируют, — сказал Прабху.
Марсоходы НАСА собрали образцы пород на Марсе в поисках узнать, не скрывал ли когда-либо жизнь планетарный сосед Земли. Другие места в нашей Солнечной системе также имеют потенциал в поисках жизни, включая спутники Сатурна Энцелад и Титан и спутник Юпитера Европа.
Исследователи получили грант НАСА на разработку своего подхода для выявления доказательств жизни.
«Одной из ключевых областей применения нашего проекта является астробиология», — сказал Прабху.
Хейзен сказал: «Мы очень взволнованы перспективами использования этого метода на образцах с Марса, в идеале тех, которые вернулись на Землю, но, возможно, на будущей миссии ровера. Мы также думаем о том, как взять образцы богатых органическими веществами плюмов Энцелада или поверхности Титана или Европы».
(перенаправлено с «Will Dunham; Editing by Daniel Wallis»)
