Алгоритм, который увидел прошлое: тайна зарождения жизни оказалась глубже, чем предполагала наука

Когда кажется, что прошлое Земли уже изучено до мельчайших деталей, наука внезапно расширяет горизонты. Геохимики, применив искусственный интеллект, обнаружили доказательства существования жизни в породах возрастом 3,3 миллиарда лет.

Эти данные, опубликованные со ссылкой на ТАСС, не только продвинули границу известных следов древней биосферы почти вдвое, но и изменили представление о времени появления первых фотосинтезирующих организмов.

Искусственный интеллект в археологии жизни

Открытие стало возможным благодаря уникальной системе, которая объединяет методы геохимии, машинного обучения, газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Искусственная нейросеть была обучена анализировать тысячи геохимических профилей и научилась распознавать закономерности, характерные именно для живых систем.

Система оценивает соотношения изотопов, углеводородных остатков и микроэлементов, различая, где структура химического состава возникла случайно, а где её сформировала биологическая активность.

Почему этот метод важен? Потому что большинство следов древней жизни давно разрушены временем и давлением. От живых клеток остаются не формы, а химические подписи - особые сочетания элементов, которые невозможно воспроизвести без участия биологических процессов.

"Древняя жизнь оставила после себя не только окаменелости, но и своего рода химическое эхо. Теперь, благодаря машинному обучению, мы впервые можем не просто обнаружить это эхо, но и точно интерпретировать его", — пояснил старший научный сотрудник Института науки Карнеги Роберт Хейзен.

Как работала система

Для проверки точности алгоритма исследователи проанализировали около четырёхсот образцов:

• горные породы разных геологических эпох;
• ткани современных организмов;
• окаменелости;
• фрагменты метеоритов.

Такой масштаб позволил нейросети сформировать чёткое представление о том, как выглядит "подпись жизни" в химическом составе.

Точность распознавания достигла 90 %. Это значит, что система с высокой вероятностью отличает биогенные соединения от минералов неорганического происхождения.

А что если часть образцов сформировалась случайно, без участия жизни? Именно поэтому учёные сопоставили результаты с традиционными геохимическими анализами и изотопными исследованиями. Совпадение подтверждений в независимых методах сделало выводы более надёжными.

Йозефсдаль: окно в эпоху зарождения биосферы

Самые древние следы были найдены в породах региона Йозефсдаль на границе ЮАР и Эсватини. Возраст этих отложений — около 3,3 миллиарда лет. Именно здесь химический состав показал структуру, характерную для органического углерода — вероятный отпечаток первых микробных сообществ Земли.

Эти микроорганизмы жили задолго до формирования кислородной атмосферы и, возможно, использовали серу или железо в качестве источников энергии. Это открытие расширяет понимание предфотосинтетической эпохи, когда жизнь существовала в условиях, близких к вулканическим океанам древней планеты.

Первые следы фотосинтеза

Вторая группа находок пришлась на породы возрастом 2,5 миллиарда лет из района Куруман (ЮАР). В них нейросеть зафиксировала химические маркеры, свойственные фотосинтезирующим организмам. Это означает, что процесс преобразования солнечной энергии начался гораздо раньше, чем считалось ранее.

До сих пор древнейшие подтверждённые признаки фотосинтеза датировались 1,7 миллиардами лет. Таким образом, новое исследование почти удвоило возраст начала одного из ключевых биохимических механизмов, без которого жизнь в современном виде невозможна.

Почему это важно для науки о Земле? Появление фотосинтеза стало моментом, когда биосфера впервые начала активно влиять на атмосферу. Постепенное насыщение кислородом подготовило условия для появления сложных форм жизни — от многоклеточных организмов до человека.

Машинное обучение как инструмент палеобиологии

Нейросети всё чаще становятся союзниками геологов и астробиологов. В отличие от человека, алгоритм способен обрабатывать гигантские объёмы данных и замечать едва уловимые статистические связи.

Что делает ИИ незаменимым в поиске древней жизни

1. Распознаёт тонкие химические паттерны, не заметные глазу.
2. Сравнивает результаты между десятками методов анализа.
3. Ускоряет классификацию образцов, что раньше занимало годы лабораторной работы.

Теперь подобные алгоритмы планируется применить к материалам с Марса и метеоритов, чтобы проверить, могли ли подобные "химические эхо" существовать за пределами Земли.

А что если жизнь в других мирах оставляет похожие следы? Тогда подход, созданный в Йозефсдале, станет универсальным инструментом астробиологии.

На грани наук

Исследование на стыке геохимии, информатики и планетологии открывает новое направление — хемоинформатику происхождения жизни. Этот метод не требует видимых окаменелостей: достаточно химического отпечатка, чтобы реконструировать события глубочайшей древности.

"Мы учимся видеть не форму, а след от формы — то, что осталось после миллиардов лет эволюции", — пояснил Роберт Хейзен.

Такое объединение искусственного интеллекта и геохимии может помочь не только в реконструкции истории Земли, но и в поиске жизни на Марсе, Европе и Энцеладе — спутниках, где есть вода и минеральные породы, пригодные для хранения подобных следов.

Переписанная хронология жизни

Новые данные фактически переносят начало биологической истории Земли на полтора миллиарда лет глубже, чем предполагалось ранее. Это требует пересмотра эволюционных моделей — от скорости формирования океанов до возникновения метаболических путей.

Теперь становится очевидно, что жизнь возникла вскоре после стабилизации планетарной коры, а фотосинтез начался задолго до кислородной катастрофы, изменившей атмосферу.

Что даёт это открытие

• Новую временную шкалу эволюции;
• Подтверждение биогенного происхождения древних углеродов;
• Инструмент для поиска жизни вне Земли.

На первый взгляд, речь идёт о камнях, пролежавших три миллиарда лет в африканской земле. Но за ними — история самой жизни, рассказанная языком химии и прочитанная машиной.