Στην καρδιά της επαρχίας Μπουμαλάνγκα της Νότιας Αφρικής, βρέθηκαν τα απολιθωμένα υπολείμματα αρχαίου άνθρακα, τα οποία μόλις απέδωσαν τα πρώτα χημικά στοιχεία που αποτελούν ίχνη της πρώτης ζωής της Γης.
Με μια νέα ανάλυση με τεχνητή νοημοσύνη, αποσπασματικά ίχνη άνθρακα από τον πυριτόλιθο Josefsdal, που χρονολογούνται πριν από 3,33 δισεκατομμύρια χρόνια, αποτελούν την παλαιότερη και πιο αξιόπιστη ανίχνευση βιολογικής χημείας που έχει βρεθεί στη Γη μέχρι σήμερα.
Παράλληλα, η μελέτη κατάφερε να εντοπίσει τα παλαιότερα στοιχεία φωτοσύνθεσης που έχουμε βρει μέχρι σήμερα, σε βράχους 2.52 με 2.3 δισεκατομμυρίων ετών. Με αυτό τον τρόπο, σπρώχνοντας το τεκμηριωμένο χρονοδιάγραμμα για τη διαδικασία, για πάνω από 800 εκατομμύρια χρόνια πίσω.
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η αρχαία ζωή αφήνει πίσω της κάτι περισσότερο από απολιθώματα. Αφήνει χημικές «ηχώ»», λέει ο ορυκτολόγος και αστροβιολόγος Robert Hazen του Ινστιτούτου Επιστημών Κάρνεγκι στις ΗΠΑ. «Χρησιμοποιώντας τη μηχανική μάθηση, μπορούμε πλέον να ερμηνεύσουμε αξιόπιστα αυτές τις ηχώ για πρώτη φορά».
Το πρόβλημα με αυτό το εύρημα είναι πως ο χρόνος, η μεγάλη φθορά και η γεωλογία της περιοχής, δεν είναι φιλικά για την εύρεση των ιχνών ζωής. Μάλιστα, όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος που έχει περάσει, τόσο πιο πιθανή είναι η υποβάθμιση των δειγμάτων.
Γενικότερα όμως, σύμφωνα με τους επιστήμονες, η πρώτη ζωή που εμφανίστηκε στη Γη ήταν μικροβιακή και μάλιστα πολύ μικρού μεγέθους. Αυτό σημαίνει πως τα μικροσκοπικά υπολείμματα από αυτά τα μικρόβια έχουν αλλάξει δραματικά με την πάροδο του χρόνου, από τότε που δημιουργήθηκαν μέσα στην αρχαία υγρασία.
Όμως, ακόμα και έτσι, δεν σημαίνει πως αυτά τα πρώτα μικρόβια δεν άφησαν ίχνη της ύπαρξής τους. Σύμφωνα με τη φυσική τους δομή, σχηματισμοί όπως οι στρωματόλιθοι, συνήθως ερμηνεύονται ως υπολείμματα μικροβιακών στρωμάτων, δηλαδή τεράστιων μικροβιακών κοινοτήτων, τόσο μεγάλες ώστε να αφήσουν ένα στρώμα, μέσα σε αρχαίους βράχους. Υπάρχουν επίσης μαύροι πυριτόλιθοι και σχιστόλιθοι, καθώς και ανθρακικοί σχηματισμοί, μέσα στους οποίους έχουν διατηρηθεί αρχαία, αποσπασματικά ίχνη απολιθωμένου άνθρακα για αιώνες.
Το πρόβλημα είναι η δυσκολία στον προσδιορισμό με βεβαιότητα, για το αν αυτά τα αιθαλώδη υπολείμματα άνθρακα, που είναι σε μεγάλο βαθμό αλλοιωμένα παό τον χρόνο, παράγονται σε βιολογικές ή μη βιολογικές διεργασίες.
Τώρα, μια ομάδα με επικεφαλής τον Hazen, σε μια μελέτη με τους αστροβιολόγους Michael Wong και Anirudh Prabhu του Carnegie Science ως πρώτους συγγραφείς, ανέπτυξε έναν τρόπο για να αναγνωρίσει με βεβαιότητα τον αρχαίο άνθρακα που παράγεται από τη ζωή.
Η ομάδα εντόπισε αρχικά, συγκεκριμένα ανεπαίσθητα μοτίβα, που είναι μοναδικά για τη βιολογία, τα οποία αφήνουν πίσω τους τα βιολογικά μόρια. Με βάση αυτά εκπαίδευσαν την τεχνητή νοημοσύνη για να εντοπίζει αυτά τα μοτίβα ακόμα και όταν ο άνθρωπος δε μπορεί να τα διακρίνει.
«Σκεφτείτε το σαν να δείχνουμε χιλιάδες κομμάτια ενός παζλ σε έναν υπολογιστή και να ρωτάμε αν η αρχική σκηνή ήταν ένα λουλούδι ή ένας μετεωρίτης», λέει ο Hazen. «Αντί να επικεντρωθούμε σε μεμονωμένα μόρια, αναζητήσαμε χημικά μοτίβα, και αυτά τα μοτίβα θα μπορούσαν να ισχύουν και αλλού στο σύμπαν».
Μαζί με όλα αυτά, οι επιστήμονες συνέλλεξαν 406 δείγματα από σύγχρονους οργανισμούς και αρχαία απολιθώματα, που κυμαίνονταν από στρωματόλιθους έως ίχνη άνθρακα σε μια μήτρα πυριτίας και τα υπέβαλαν σε μια τεχνική που ονομάζεται πυρόλυση-αέρια χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας (Py-GC-MS).
Σύμφωνα με αυτή την τεχνική, θερμαίνεται το δείγμα για να διασπαστεί το οργανικό υλικό σε κομμάτια. Τα θραύσματα διαχωρίζονται και γίνεται η μέτρηση των μαζικών τους υπογραφών. Στη συνέχεια, το μοντέλο μηχανικής μάθησης εξέτασε λεπτομερώς τα δεδομένα αναζητώντας βιοτικά μοτίβα, επιστρέφοντας ποσοστό ακρίβειας άνω του 90%.
«Αυτά τα δείγματα και οι φασματικές υπογραφές που παράγουν έχουν μελετηθεί εδώ και δεκαετίες, αλλά η Τεχνητή Νοημοσύνη προσφέρει έναν ισχυρό νέο φακό που μας επιτρέπει να εξάγουμε κρίσιμες πληροφορίες και να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση τους», εξηγεί ο Prabhu, ειδικός στη μηχανική μάθηση.
Πώς σχηματίστηκαν οι τεκτονικές πλάκες της Γης
«Ακόμα και όταν η υποβάθμιση (των δειγμάτων) καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό σημαδιών ζωής, τα μοντέλα μηχανικής μάθησης που διαθέτουμε μπορούν να ανιχνεύσουν τα ανεπαίσθητα ίχνη που αφήνονται πίσω από αρχαίες βιολογικές διεργασίες».
Τα δείγματα που χρησιμοποίησε η ομάδα για την εκπαίδευση της τεχνητής νοημοσύνης, περιείχαν δείγματα από πριν 3.8 δισεκατομμύρια χρόνια, συμπεριλαμβανομένου του άνθρακα της Γροιλανδίας, που είναι 3.7 δισεκατομμυρίων ετών. Μαζί είχαν και δείγματα από στρωματόλιθο 3.5 δισεκατομμυρίων ετών, από την αυστραλιανή έρημο.
Φυσικά, είχαν και νεότερα δείγματα, από λιγότερα από 500 εκατομμύρια έτη πριν, τα οποία όπως είναι λογικό, παρήγαγαν πιο σαφείς βιολογικές υπογραφές. Όμως, όσο πιο πίσω πάμε στον χρόνο, τόσο περισσότερο ξεθωριάζουν τα βιολογικά και βιοτικά σήματα, αφού οι γεωλογικές διεργασίες αφαιρούν ορισμένες χημικές λεπτομέρειες.
Το παλαιότερο δείγμα που επέστρεψε θετική ταυτοποίηση ήταν από τον πυριτόλιθο Josefsdal, που χρονολογείται πριν από 3,33 δισεκατομμύρια χρόνια. Βέβαια, αυτό δε σημαίνει πως δεν υπάρχουν παλαιότερα δείγματα που να είναι και αυτά βιολογικά. Άλλωστε, ακόμα παλαιότερα δείγματα μπορεί να έχουν υποβαθμιστεί τόσο πολύ, ώστε τα βιολογικά μοτίβα να μην είναι πλέον διακριτά, ακόμα και για την τεχνητή νοημοσύνη. Ακόμα και έτσι όμως, πλέον είμαστε σίγουροι πως η Γη είχε ζωή πριν από 3.33 δισεκατομμύρια χρόνια, με πιθανότητες να ξεκίνησε νωρίτερα.
«Αυτή η μελέτη αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός στην ικανότητά μας να αποκωδικοποιήσουμε τις παλαιότερες βιολογικές υπογραφές της Γης», λέει ο Hazen.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στα πρακτικά στο Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
