Анализ биомолекул помог определить время возникновения жизни и фотосинтеза на Земле

Новости МирТесен

До недавнего времени наличие жизни на Земле через миллиард лет после её формирования подтверждалось лишь непрямыми данными, которые нередко вызывали сомнения. Сейчас исследователям удалось получить веские свидетельства, указывающие на биологическое происхождение столь древней органики, и даже определить время, когда земные живые организмы приобрели способность к выработке кислорода.

В 2017 году стало известно об обнаружении в Канаде возможных признаков существования земной жизни четыре с лишним миллиарда лет назад, то есть всего через несколько сотен миллионов лет после возникновения самой планеты. Речь идет о микроскопических структурах в древних породах: они похожи на характерные «трубки», которые создают для себя окисляющие железо бактерии.

Данное утверждение активно оспаривается, поскольку существует точка зрения, согласно которой под микроскопом наблюдаются признаки небиологических процессов. Ученые считают наиболее надежным доказательством жизни наличие биомолекул, чья структура уникальна и не может быть ошибочно интерпретирована. Однако такие молекулы не могут сохраниться в породах возрастом более 1,7 миллиарда лет, поскольку разрушаются под воздействием, в том числе, давления и превращаются в неразличимую массу фрагментов, в которой крайне сложно выявить что-либо, связанное с биологией.

Недавно международная группа планетологов во главе с учеными из Научного центра Карнеги (США) предприняла попытку найти решение этой задачи. Их статья была опубликована в журнале Материалы Национальной академии наук они объяснили, установлено, что продукты распада любого вещества обладают уникальными, почти незаметными химическими характеристиками.

Для обнаружения этих объектов исследователи использовали искусственный интеллект, обучив его на способности различать вещество биологического происхождения и неживое. В качестве обучающих данных были задействованы 272 образца с установленным происхождением, включая современные живые организмы, древние окаменелости и метеориты.

Процесс разложения данного вещества осуществлялся посредством пиролиза, после чего полученные фрагменты измерялись и определялись с использованием специальных методов, известных как газовая хроматография и масс-спектрометрия. В итоге формировалась сложная картина, требующая выявления следов биомолекул.

После прохождения обучения алгоритм способен различать признаки живых организмов и неживой материи с точностью от 93 до 98 процентов, а также с высокой степенью уверенности определяет, осуществлял ли живой организм фотосинтез. При этом искусственный интеллект преимущественно обучали на организмах, выделяющих кислород в процессе фотосинтеза.

Изучение эволюции жизни также не обходится без рассмотрения вопроса о том, как существа получили способность дышать кислородом, что обеспечило им преимущество в получении энергии. Первопроходцами в осуществлении фотосинтеза стали микроскопические синезеленые водоросли, известные как цианобактерии. Их окаменелости обнаруживаются в породах, возраст которых превышает два миллиарда лет, а также в своеобразных «архитектурных» структурах, образованных ими – строматолитах.

Существует устоявшееся мнение, что около 2,3-2,4 миллиарда лет назад на Земле произошла Великая кислородная катастрофа: появление кислорода в окружающей среде привело к гибели организмов, оказавшихся к нему не готовы. Однако выжившие получили значительное эволюционное преимущество.

Несмотря на это, непосредственные микробиологические свидетельства фотосинтетической деятельности в те времена до настоящего времени отсутствуют. В результате проведенного исследования специалисты сделали заключение о том, что теперь этот факт можно считать окончательно доказанным.

Специалистам предоставили 134 древних артефакта, происхождение которых вызывает сомнения, для анализа обученным искусственным интеллектом. Результаты работы нейросети были обнародованы. Искусственный интеллект обнаружил признаки фотосинтезирующих организмов в образцах из формации Гамохаан, расположенной в Южной Африке, возраст которых составляет 2,52 миллиарда лет.

Дополнительные исследования подтвердили биологическое происхождение органических соединений в породах возрастом 3,51 миллиарда лет, обнаруженных в кратоне Сингхбхум в Индии. Используемые алгоритмы искусственного интеллекта с высокой степенью достоверности указали на наличие признаков живых организмов и в породах возрастом от 3,7 до 3,8 миллиарда лет, найденных в Гренландии. Однако, ученые пока воздерживаются от окончательных выводов, поскольку за столь длительный период земная кора претерпела значительные трансформации.