دانشمندان به تازگی خط زمان حیات بر روی زمین را معکوس کردند
دانشمندان نشانه‌های زیستی به قدمت ۳٫۳ میلیارد سال را در شهاب‌سنگ‌های باستانی و فسیل‌ها یافتند — یک میلیارد سال بیشتر از آنچه تا پیش از این ممکن می‌پنداشتیم.
مواردی که با خواندن این مقاله فرا می‌گیرید عبارتند از:
- دانشمندان بر این باورند که شواهدی یافته‌اند که نشان می‌دهد حیات بر روی زمین بیش از یک میلیارد سال قدیمی‌تر از آنچه پیش از این به‌طور واقعی تصور می‌شد، است.
- تحقیقات جدید با استفاده از یادگیری ماشین، شهاب‌سنگ‌های باستانی و فسیل‌ها را برای ردهای مولکول‌های زیستی فتوسنتزی اسکن کرد.
- هوش مصنوعی، «پچ‌پچه‌های» از دست رفته مولکول‌های زیستی را در سنگ‌های میلیاردها ساله شناسایی کرد.
ردیابی شواهد حیات باستانی بر روی زمین دشوار است، اما گروهی از دانشمندان معتقدند که موفق شده‌اند برخی از قدیمی‌ترین‌ها را بیابند. با استفاده از یادگیری ماشین، برآورد کردند که قدیمی‌ترین مولکول‌های زیستی شناخته‌شده حدود ۲٫۵ میلیارد سال قدمت دارند، و قدیمی‌ترین نشانه‌های زیستی ۳٫۳ میلیارد سال قدمت داشته‌اند — بیش از یک میلیارد سال که پیش‌تر تصور می‌شد ممکن نبوده است.
در مطالعه‌ای جدید که در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شد، نویسندگان ادعا می‌کنند که یافته‌هایشان هم درک ما از بایوسفر اولیه زمین را تعمیق می‌بخشد و هم مسیرهای جدیدی برای احتمال یافتن حیات گذشته بر روی مریخ و سایر سیارات فراهم می‌کند.
تیم، به رهبری مؤسسه پژوهشی Carnegie Science، برای دستیابی به این هدف، کهن‌ترین سنگ‌های جهان را بررسی کرد. آنها با استفاده از تجزیه و تحلیل شیمیایی با وضوح بالا، مواد آلی و غیرآلی سنگ‌ها را به قطعات مولکولی تقسیم کردند و یک سامانه هوش مصنوعی را برای تشخیص اثر انگشت‌های شیمیایی باقی‌مانده از حیات آموزش دادند. با تجزیه و تحلیل ۴۰۶ نمونه متنوع (قدیم و مدرن) از گیاهان، حیوانات، فسیل‌ها و شهاب‌سنگ‌ها، مدل هوش مصنوعی توانست با دقت بیش از ۹۰ درصد بین مواد زیستی و غیرزیستی تشخیص دهد.
تأثیر بزرگ‌ترین مدل در شکل کشف نشانه‌های فتوسنتز در سنگ‌هایی بود که حداقل ۲٫۵ میلیارد سال قدمت دارند. تا پیش از این، تنها سنگ‌های جوان‌تر از ۱٫۷ میلیارد سال این ردها را نشان می‌دادند.
«حیات باستانی نه تنها فسیل‌ها، بلکه پژواک‌های شیمیایی نیز به‌جا می‌گذارد»، رابرت هازن، پژوهشگر ارشد در Carnegie Science و نویسنده اصلی این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت. «با استفاده از یادگیری ماشین، می‌توانیم برای اولین بار این پژواک‌ها را به‌صورت قابل‌اعتماد تفسیر کنیم.»
شیمی با یادگیری ماشین «همکاری» کرد تا نجوای ضعیف شیمیایی زیستی را که در دل سنگ‌های باستانی قفل شده بود، نشان دهد. کامپیوترها آموزش دیده‌اند تا هر نوع رد مولکولی باقی‌مانده از موجودات زنده را شناسایی کنند، حتی پس از این که مولکول‌های زیستی به‌طور کامل از بین رفته باشند.
تیم بیان کرد که حیات اولیهٔ زمین ردهای مولکولی اندکی به جا گذاشته است و سلول‌های باستانی که ممکن بود همچنان باقی بمانند، در نهایت توسط پوستهٔ زمین بلعیده شده و تقریباً تمام نشانه‌های زیستی که می‌توانستند سرنخ‌های منشا حیات باشند، از بین رفته‌اند. با این حال، تیم پژوهشی بر این باور است که سنگ‌های باستانی آنها می‌توانند این تاریخ را به سطح بازگردانند و نگاهی به «اشباح» مولکول‌های زیستی پس از تجزیهٔ آنها فراهم کنند.
«سنگ‌های باستانی پر از معماهای جذابی هستند که داستان حیات بر روی زمین را برایمان می‌گویند؛ اما همیشه برخی از قطعات آن گم می‌شوند»، کیتی مالونی، استاد دستیار در دانشگاه ایالتی میشیگان و هم‌نویسنده این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت. «ترکیب تجزیه و تحلیل شیمیایی و یادگیری ماشین سرنخ‌های زیستی دربارهٔ حیات کهن را آشکار کرده که پیش از این نامرئی بودند.»
اکثر مولکول‌های آلی گذشته به‌دلیل فرآیندهای زمین‌شناسی در طول زمان به‌طور قابل‌توجهی تغییر یافته‌اند، اما همچنان برای مطالعه مفیدند. نویسندگان نوشتند که به‌کارگیری فنون یادگیری ماشین تقریباً زمان قابل‌استفاده در رکورد مواد آلی فسیلی را که می‌تواند اطلاعات مولکولی قابل‌تشخیص را حفظ کند، دوچندان می‌کند و روش تازه‌ای برای مطالعهٔ زمین کهن ارائه می‌دهد.
این فرآیند تنها به فسیل‌های شکل‌گرفته بر روی زمین محدود نمی‌شود. «این تکنیک نوآورانه به ما کمک می‌کند تا رکورد فسیلی زمان‌دیده را به‌شیوه‌ای جدید بخوانیم»، مالونی گفت. «این می‌تواند به‌عنوان راهنمایی برای جستجوی حیات در سیارات دیگر عمل کند.»