رد حیات در سنگ‌های ۳.۳ میلیارد ساله کشف شد

به گزارش تجارگستران ،  این مطالعه نشان می‌دهد که فرآیند فتوسنتز تولیدکننده اکسیژن حداقل ۲.۵۲ میلیارد سال پیش، بسیار زودتر از آنچه قبلاً ثبت شده بود، آغاز شده است. این دستاورد، ردیابی سیگنال‌های آلی قابل اعتماد را به دوره‌های بسیار کهن‌تر امکان‌پذیر می‌سازد.

یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی با کشفی مهم، شواهد شیمیایی مبنی بر وجود حیات اولیه را که در داخل سنگ‌هایی با قدمت ۳.۳ میلیارد سال حفظ شده‌اند، آشکار ساخت. این پژوهش که در تاریخ ۱۷ نوامبر در مجله پی‌ان‌ای‌اس (PNAS) منتشر شد، نشان می‌دهد که فرآیند فتوسنتز تولیدکننده اکسیژن حداقل ۲.۵۲ میلیارد سال پیش در جریان بوده است؛ یعنی زمانی بسیار زودتر از سوابق قبلی.

 مدل یادگیری ماشین و کشف رد حیات کهن

محققان برای این منظور، بیش از ۴۰۰ نمونه متنوع شامل رسوبات باستانی، زغال سنگ، چوب، سنگ‌های آلی فسیل‌شده و همچنین شهاب‌سنگ‌های کربنی را جمع‌آوری کرده و یک مرجع مقایسه‌ای قوی برای تفکیک منشأ زیستی از مواد غیرزیستی ایجاد کردند.

روبرت هازن، نویسنده اصلی و پژوهشگر مؤسسه کارنگی، توضیح داد که تیم با استفاده از تجزیه حرارتی، طیف‌سنجی جرمی و کروماتوگرافی گازی، قطعات شیمیایی دقیق را از هر نمونه استخراج کردند.

سپس، یک مدل یادگیری ماشین الگوهای موجود در این مخلوط پیچیده را بررسی کرد. هدف، رصد توزیع مکرر سیگنال‌هایی بود که معمولاً با سیستم‌های زنده مرتبط هستند، نه جستجوی یک مولکول خاص.

هازن در مصاحبه با الجزیره نت گفت که دقت طبقه‌بندی بین منشأ زیستی و غیرزیستی از ۹۰ درصد فراتر رفت و در آزمایش روی نمونه‌های با منبع شناخته‌شده به ۹۸ درصد رسید. مهم‌تر اینکه، رد حیات در سنگ‌هایی ظاهر شد که بسیار قدیمی‌تر از سوابق مولکولی سنتی بودند؛ زیرا قبلاً ردیابی سیگنال‌های آلی قابل اعتماد به دورتر از ۱.۷ میلیارد سال به‌ندرت ممکن بود.

 تاریخچه اکسیژن و منطق زیستی پنهان

ردیابی شیمیایی این مطالعه، امضای مربوط به فرآیندهای فتوسنتزی تولیدکننده اکسیژن را حداقل به ۲.۵۲ میلیارد سال قبل مشخص کرد. هازن اظهار داشت: «حیات تنها فسیل‌ها را باقی نمی‌گذارد، بلکه پژواک‌های شیمیایی نیز بر جای می‌گذارد و با یادگیری ماشین، ما توانستیم آن پژواک‌ها را با اطمینان بخوانیم.»

در تحلیل داده‌ها، سیگنال‌های حیات تقریباً در دو سوم نمونه‌های مربوط به دوره بین ۵۰۰ میلیون تا ۲.۵ میلیارد سال پیش ظاهر شد. پس از این حد زمانی، سیگنال‌ها به حدود ۴۷ درصد کاهش یافتند که این امر با افزایش تحول حرارتی و فشاری سنگ‌های قدیمی سازگار است.

هازن اشاره کرد که تمایز بین موادی که فتوسنتز را تجربه کرده‌اند و موادی که تجربه نکرده‌اند، در نمونه‌های جدید با دقتی بالغ بر ۹۳ درصد موفقیت‌آمیز بود و سپس برای تعیین وجود این فرآیند در زمان‌های بسیار دورتر اعمال شد.

این مطالعه توضیح می‌دهد که سیستم‌های زنده، مجموعه‌های محدودی از مولکول‌ها را به صورت متراکم تولید می‌کنند، برخلاف مخلوط‌های تصادفی در مواد غیرزنده مانند شهاب‌سنگ‌ها. حتی اگر مولکول‌های اصلی شکسته شوند، توزیع قطعات همچنان یک سیگنال عملکردی را حفظ می‌کند که می‌توان آن را به صورت آماری استخراج کرد.

تیم تحقیقاتی معتقد است که این کشف فراتر از صرفاً تاریخ‌گذاری است؛ تعیین زمان ظهور فتوسنتز روشن می‌کند که چگونه سطح اکسیژن در جو افزایش یافت، که این یک نقطه عطف حیاتی برای تکامل حیات پیچیده بود.

هازن اضافه می‌کند: «این امضاهای طیفی برای دهه‌ها مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما هوش مصنوعی به ما لنزی جدید داد تا اطلاعاتی را استخراج کنیم که در میان نویز شیمیایی پنهان مانده بود.»

محققان تأکید می‌کنند که این روش ابزارهای تثبیت‌شده قبلی مانند نسبت ایزوتوپ‌ها و مطالعه فسیل‌ها را تکمیل می‌کند، هرچند اذعان می‌کنند که برخی نمونه‌ها در منطقه خاکستری باقی مانده‌اند. تیم خواستار گسترش پایگاه آموزشی با نمونه‌های متوازن‌تر، به ویژه فسیل‌های حیوانی و مواد غیرزیستی، و آزمایش این رویکرد روی سنگ‌های محیط‌های خشک شبیه به مریخ هستند.