Нов метод открива белези за първичния живот на Земята в древни скали

Учени са открили някои от най-старите признаци на живот на Земята чрез нов метод, който разпознава химически отпечатъци на живи организми в древни скали. Подходът е обещаващ и в търсенето на живот извън нашата планета.

Изследователите са открили доказателства за микробен живот в скали от Южна Африка на около 3,3 милиарда години, когато Земята е била приблизително на една четвърт от сегашната си възраст. Те са попаднали и на молекулярни следи, оставени от микроби, участвали в фотосинтеза, произвеждаща кислород – преобразуване на слънчевата светлина в енергия, в скали години от Южна Африка на около 2,5 милиарда.

Учените са разработили подход, използващ машинно обучение, за да разграничат в древни скали органични молекули с биологичен произход като микроби, растения и животни – от органични молекули с нежив произход с точност над 90%. Методът разпознава химични модели, уникални за биологията.

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

„Ние събираме и концентрираме богати на въглерод молекули, анализираме ги по начин, който идентифицира хиляди малки молекулни фрагменти, и след това разглеждаме тяхното разпределение с машинно обучение. Човешкото око вижда само стотици или хиляди малки „върхове“ на различни молекули, но методът на машинно обучение открива фини модели, които разграничават молекулите, които някога са били живи, от тези, които не са били“, каза Хейзън.

Учените, които търсят доказателства за най-ранния живот на Земята, разчитат предимно на намирането на изкопаеми организми. Земята се е образувала преди приблизително 4,5 милиарда години. Първите ѝ живи организми може да са били микроби, възникнали може би стотици милиони години по-късно в морски хидротермални източници или сухоземни горещи извори.

Най-старите окончателни фосили на живи организми са могилиобразни микробни отлагания, наречени строматолити, на около 3,5 милиарда години в Австралия и микробни структури от подобна възраст в Южна Африка. Но такива фосили са изключително оскъдни.

Друг начин да се намерят доказателства за ранен живот е да се търсят в древни скали следи от биомолекули – химикали  свързани с живите организми. Новият подход поема по този път. Например, изследователите са открили органични молекулярни доказателства, че фотосинтезата, произвеждаща кислород, която с течение на времето е насищала атмосферата на планетата с кислород и е позволила еволюцията на сложен аеробен живот, е била в ход от морските бактерии повече от 800 милиона години по-рано, отколкото се предполага преди информацията, добита с този тип данни. „Беше добре известно от други доказателства, че Земята е била наситена с кислород преди 2,5 милиарда години и може би дори малко по-рано. А ние предоставихме първите убедителни органични молекулярни доказателства за изкопаеми, с перспективата да пренесем данните още по-назад“, каза Хейзън.

Всички древни биомолекули, като захари, липиди, мазнини, са изчезнали и са фрагментирани на малки парченца само с шепа въглеродни атоми. И все пак разпределението на тези фрагменти е забележително различно за групите органични молекули в живия свят спрямо неживия.

„Първо, приблизително удвоихме възрастта, на която можем да идентифицираме признаци на живот, използвайки органични молекули, от 1,6 милиарда на 3,3 милиарда години“, каза съавторът на изследването Анирудх Прабху, минералог, астробиолог и специалист по данни от Института Карнеги. „Второ, тази техника за биосигнатура може да различи не само живия от неживия свят, но и различни видове живот, като фотосинтезиращи организми. Трето, нашата статия показва как машинното обучение може да идентифицира пръстовите отпечатъци на живота в древни скали, дори когато всички оригинални биомолекули са разградени“, каза Прабху.

Роверите на НАСА са събрали скални проби на Марс, за да разберат дали съседната на Земята планета някога е приютявала живот. Други дестинации в нашата слънчева система също имат потенциал в търсенето на живот, включително спътниците на Сатурн Енцелад и Титан и спътника на Юпитер Европа.

Изследователите са получили грант от НАСА, за да разработят своя подход за идентифициране на доказателства за живот. „Една ключова област на приложение за нашия проект е астробиологията“, каза Прабху.

Хейзън каза: „Много сме развълнувани от перспективите да използваме този метод върху проби от Марс, в идеалния случай такива, върнати на Земята, но евентуално и в бъдеща мисия на роувър. Също така обмисляме начини за вземане на проби от богатите на органични вещества струи от Енцелад или повърхността на Титан или Европа.“