Нов метод открива следи от първичния живот на Земята в древни скали

Учени са засекли едни от най-старите признаци на живот на Земята, използвайки нов метод, който разпознава химически „отпечатъци“ на живи организми в древни скали – подход, който обещава да бъде полезен и в търсенето на живот извън нашата планета, съобщава Ройтерс. 

Изследователите открили доказателства за микробен живот в скали на около 3,3 милиарда години от Южна Африка – време, когато Земята е била приблизително на една четвърт от сегашната си възраст. Те също така намерили молекулярни следи, оставени от микроби, извършващи кислородно фотосинтезиране – преобразуване на слънчева светлина в енергия – в скали на около 2,5 милиарда години, също от Южна Африка.

Учените разработили метод, използващ машинно обучение, за да различава в древни скали органични молекули с биологичен произход – като от микроби, растения и животни – от органични молекули с небиологичен произход с точност над 90%. Методът е създаден да открива химически модели, уникални за биологията.

„Забележителното откритие е, че можем да извлечем шепотите на древния живот от силно деградирали молекули“, казва Робърт Хейзън, минералог и астробиолог от Института за наука „Карнеги“ във Вашингтон и съавтор на изследването, публикувано тази седмица в списание Proceedings of the National Academy of Sciences. „Това е промяна на парадигмата в начина, по който търсим останки от древен живот.“

„Събираме и концентрираме молекули, богати на въглерод, анализираме ги така, че да идентифицираме хиляди малки молекулни фрагменти, и след това разглеждаме тяхното разпределение чрез машинно обучение. Човешкото око вижда само стотици или хиляди малки „пикове“ на различни молекули, но методът с машинно обучение извлича фини модели, които отличават молекули, които някога са били живи, от тези, които не са“, обяснява Хейзън.

Досега учените, търсещи доказателства за най-ранния живот на Земята, разчитаха основно на намирането на фосилни организми. Земята се е формирала преди около 4,5 милиарда години. Първите живи организми вероятно са били микроби, появили се стотици милиони години по-късно в морски хидротермални извори или сухоземни горещи извори.

Най-старите категорични фосили на живи организми са куполовидни микробни отлагания, наречени строматолити, на около 3,5 милиарда години в Австралия, както и микробни матови структури със сходна възраст в Южна Африка. Но такива фосили са изключително редки.

Друг начин да се намерят доказателства за ранния живот е да се търсят следи от биомолекули – химикали, свързани с живи организми – в древни скали. Новият подход следва именно този път.

Например, изследователите открили органични молекулярни доказателства, че кислородната фотосинтеза – процесът, който с времето е обогатил атмосферата с кислород и е позволил еволюцията на сложен аеробен живот – е била извършвана от морски бактерии повече от 800 милиона години по-рано, отколкото е било документирано досега чрез този тип данни.

„Беше добре известно от други доказателства, че въздухът Земята е станал богат на кислород преди 2,5 милиарда години, а може би и малко по-рано. Така че ние предоставяме първото убедително фосилно органично молекулярно доказателство, с перспектива да изтласкаме този рекорд още по-назад“, казва Хейзън.

Всички древни биомолекули, като захари или липиди (мазнини), са изчезнали и са фрагментирани на малки парченца с едва няколко въглеродни атома. Въпреки това разпределението на тези фрагменти е забележително различно при комплекси от органични молекули, свързани с живот, спрямо тези без живот.

„Първо, ние приблизително удвоихме възрастта, при която можем да идентифицираме признаци на живот чрез органични молекули – от 1,6 милиарда на 3,3 милиарда години“, казва съавторът на изследването Анируд Прабху, минералог, астробиолог и специалист по данни от Института „Карнеги“.

„Второ, тази техника за биосигнатури може да различава не само живот от неживот, но и различни видове живот, като фотосинтезиращи организми. Трето, нашата статия показва как машинното обучение може да идентифицира отпечатъците на живота в древни скали, дори когато всички оригинални биомолекули са деградирали“, добавя Прабху.

Марсоходите на NASA вече са събрали проби от скали на Марс в търсене на доказателства дали планетарният съсед на Земята някога е поддържал живот. Други места в нашата Слънчева система също имат потенциал за търсене на живот, включително луните на Сатурн – Енцелад и Титан – и луната на Юпитер – Европа.

Изследователите са получили грант от NASA за разработване на своя подход за идентифициране на доказателства за живот.

„Една ключова област на приложение за нашия проект е астробиологията“, казва Прабху.

Хейзън добавя: „Много сме развълнувани от перспективата да използваме този метод върху проби от Марс – идеално върнати на Земята, но може би и при бъдеща мисия с марсоход. Също така обмисляме начини да вземем проби от органично богатите струи на Енцелад или от повърхността на Титан или Европа.“