Новый метод обнаружил признаки первобытной жизни Земли в древних камнях

Уилл Данэм

ВАШИНГТОН (Рейтер) – Ученые обнаружили некоторые из древнейших признаков жизни на Земле, используя новый метод, который распознает химические отпечатки живых организмов в древних камнях. Этот подход также является многообещающим в поисках жизни за пределами нашей планеты.

Исследователи обнаружили доказательства существования микробной жизни в камнях возрастом около 3,3 миллиарда лет из Южной Африки, когда Земле было примерно четверть нынешнего возраста. Они также обнаружили молекулярные следы, оставленные микробами, которые участвовали в фотосинтезе, производящем кислород (преобразовании солнечного света в энергию), в камнях возрастом около 2,5 миллиардов лет из Южной Африки.

Ученые разработали подход, используя машинное обучение, чтобы различать в древних горных породах органические молекулы «биологического происхождения» (например, микробов, растений и животных) и органические молекулы неживого происхождения с точностью более 90%. Метод был разработан для выявления химических закономерностей, уникальных для биологии.

«Замечательное открытие заключается в том, что мы можем выявить признаки древней жизни из сильно разложившихся молекул», — сказал Роберт Хейзен, минералог и астробиолог из Научного института Карнеги в Вашингтоне и соавтор исследования, опубликованного на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. «Это смена 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» различных молекул, но метод машинного обучения выявляет тонкие закономерности, которые отличают молекулы, которые когда-то были живыми, от тех, которые не были живыми», — сказал Хейзен.

Ученые, ищущие доказательства древнейшей жизни на Земле, полагались в первую очередь на поиск ископаемых организмов. Земля образовалась примерно 4,5 миллиарда лет назад. Его первыми живыми организмами, возможно, были микробы, которые возникли, возможно, сотни миллионов лет спустя в морских гидротермальных источниках или наземных горячих источниках.

Самыми древними окончательными окаменелостями живых организмов являются насыпные микробные отложения, называемые строматолитами, возрастом около 3,5 миллиардов лет в Австралии и структуры микробного мата аналогичного возраста в Южной Африке. Но такие окаменелости исключительно редки.

Другой способ найти доказательства ранней жизни — искать следы биомолекул — химических веществ, связанных с живыми организмами, — в древних камнях. Новый подход идет по этому пути.

Например, исследователи обнаружили органические молекулярные доказательства того, что фотосинтез, производящий кислород, который со временем насыщал кислородом атмосферу планеты и способствовал эволюции сложной аэробной жизни, осуществлялся морскими бактериями более чем на 800 миллионов лет раньше, чем ранее документировалось данными такого типа.

«Из других свидетельств было хорошо известно, что Земля стала насыщаться кислородом 2,5 миллиарда лет назад, а может быть, даже немного раньше. Таким образом, мы предоставили первые убедительные ископаемые органические молекулярные доказательства с перспективой отодвинуть рекорд еще дальше», — сказал Хейзен.

Все древние биомолекулы, такие как сахара или липиды, такие как жиры, исчезли и фрагментировались на маленькие кусочки, содержащие лишь несколько атомов углерода. Однако распределение этих фрагментов заметно различается для наборов органических молекул в живой и неживой природе.

«Во-первых, мы примерно вдвое увеличили возраст, в котором мы можем идентифицировать признаки жизни с помощью органических молекул, с 1,6 миллиарда до 3,3 миллиарда лет», — сказал соавтор исследования Анирудх Прабху, минералог, астробиолог и специалист по данным из Института Карнеги.

«Во-вторых, этот метод биосигнатуры может отличать не только жизнь от неживой, но и различные виды жизни, такие как фотосинтезирующие организмы. В-третьих, наша статья показывает, как машинное обучение может идентифицировать отпечатки жизни в древних камнях, даже когда все исходные биомолекулы разложились», — сказал Прабху.

Марсоходы НАСА собрали образцы горных пород на Марсе, чтобы выяснить, существовала ли когда-либо жизнь на соседней планете Земли. Другие направления в нашей солнечной системе также имеют потенциал для поиска жизни, в том числе спутники Сатурна Энцелад и Титан, а также спутник Юпитера Европа.

Исследователи получили грант НАСА на разработку своего подхода к выявлению свидетельств жизни.

«Одной из ключевых областей применения нашего проекта является астробиология», — сказал Прабху.

Хейзен сказал: «Мы очень воодушевлены перспективами использования этого метода на образцах с Марса, в идеале тех, которые будут возвращены на Землю, но, возможно, в будущей миссии марсохода. Мы также думаем о способах отбора проб богатых органикой шлейфов Энцелада или поверхности Титана или Европы».

(Репортаж Уилла Данэма; редактирование Дэниела Уоллиса)