Nové průlomové metody odhalující starověký život na Zemi
Odhalení biochemických informací z dávných organicky bohatých sedimentů, zejména načasování vzniku fotosyntézy ve vztahu k předpokládané okysličení atmosféry Země, představuje výzvu, kterou se vědci snaží zvládnout. Aby se s tímto problémem vypořádali, analyzovali 406 různých vzorků z minulosti i současnosti a použili řízené strojové učení k rozlišení vzorků biogenního a abiotického původu, stejně jako fotosyntetické a nefotosyntetické fyziologie.
Vědci našli chemické důkazy o biogenních molekulárních shlucích ve starých paleoarcheanských kamenech (před 3,51 miliardami let) a o fotosyntetickém životě v neoarcheanských horninách (před 2,52 miliardami let). Nejdříve život na Zemi zanechal jen málo molekulárních stop. Křehké pozůstatky, jako jsou starověké buňky a mikrobiální rohože, byly pohřbeny, rozdrceny, zahřáty a zlomeny v neklidné kůře Země, než se dostaly zpět na povrch. Tyto transformace téměř úplně zničily biosignatury, které obsahovaly životně důležité stopy o vzniku a raném vývoji života.
Paleobiologové hledající známky nejstaršího života na Zemi se dlouho spoléhali zejména na fosilní organismy, včetně mikroskopických fosilií jednotlivých buněk a filamentů, a mineralizovaných pozůstatků buněčných struktur, jako jsou mikrobiální rohože a hromadné stromatolity, které poskytují přesvědčivé důkazy o životě sahajícím až 3,5 miliardy let zpět. Takové pozůstatky jsou však vzácné.
Druhá linie důkazů se spoléhá na zachování diagnostických biomolekul ve starých horninách. Nejdolnější organické molekuly – ty, které pocházejí z buněčných membrán nebo některých metabolických procesů – byly nalezeny v sedimentech starých až 1,7 miliardy let, zatímco mnohem starší uhlíkem bohaté horniny uchovávají izotopové signatury, které naznačují aktivní biosféru před 3,5 miliardy let. Většina starobylých hornin však ani neuchovává fosilní buňky, ani žádné přežívající biomolekuly.
Většina starobylých sedimentů bohatých na uhlík byla zahřátá a změněná tak, že poškodila každou diagnostickou biomolekulu na bezpočet malých fragmentů. Tyto fragmenty se ukázaly jako příliš malé a příliš obecné na to, aby poskytly jakékoli stopy o starodávném životě – až dosud. „Starobylé horniny jsou plné zajímavých záhad, které nám vyprávějí příběh života na Zemi, ale pár kousků je vždy chybějících,“ říká Katie Maloney, výzkumnice z Michiganské státní univerzity, která je spoluautorkou studie.
Párování chemické analýzy a strojového učení odhalilo biologické stopy o starobylém životě, které byly dříve neviditelné. Výzkumníci použili vysoce přesnou chemickou analýzu k rozkladu organických a anorganických materiálů na molekulární fragmenty, poté trénovali systém AI, aby rozpoznal chemické ‚otisky prstů‘ po životě. Zkoumali celkem 406 fosilních, moderních biologických, meteoritických a syntetických vzorků. Model AI oddělil biologické od nebiologických materiálů s přesností přes 90% a detekoval nejranější biomolekulární důkazy.
Pomocí takovéto inovativní techniky mohou vědci číst záznamy fosilního záznamu v novém světle. „Chápání, kdy fotosyntéza vznikla, pomáhá vysvětlit, jak se atmosféra Země stala bohatou na kyslík, což je klíčový milník, který umožnil evoluci složitého života včetně lidí,“ dodává Dr. Michael Wong, první autor studie. „Toto představuje inspirativní příklad, jak moderní technologie může osvětlit nejstarší příběhy planety a přetvořit způsob, jakým hledáme starodávný život na Zemi a jiných světech.“
V budoucnu plánujeme testovat materiály jako anoxygenní fotosyntetické bakterie – možné analogy pro mimozemské organismy. Tento přístup poskytuje mocný nový nástroj pro astrobiologii. Dr. Anirudh Prabhu, další autor studie, zdůrazňuje, že i když degradace ztěžuje nalezení známek života, naše modely strojového učení stále dokáží detekovat jemné stopy zanechané starobylými biologickými procesy.
