Обломки биомолекул подсказали, когда на Земле появилась жизнь и начался фотосинтез

❋ 5.1

То, что через миллиард лет после возникновения Земли она уже была обитаема, до сих пор было известно лишь по косвенным признакам, а их часто можно оспорить. Теперь ученым удалось получить убедительные доказательства именно биогенного происхождения столь древней органики и даже установить, когда земные организмы научились вырабатывать кислород.

Биология

# биология

# биомолекулы

# возникновение жизни

# фотосинтез

Строматолиты в заливе Шарк на западе Австралии / © Wikimedia Commons/Paul Harrison

В 2017 году стало известно об обнаружении в Канаде возможных признаков существования земной жизни четыре с лишним миллиарда лет назад, то есть всего через несколько сотен миллионов лет после возникновения самой планеты. Речь идет о микроскопических структурах в древних породах: они похожи на характерные «трубки», которые создают для себя окисляющие железо бактерии.

Это предполагаемое открытие активно оспаривают: есть мнение, что на самом деле под микроскопом видны следы необиологических процессов. В глазах ученых самый достоверный признак жизни — биомолекула: ее структуру не спутаешь ни с чем. Однако такие молекулы в породах старше 1,7 миллиарда лет не сохраняются — разрушаются в том числе от давления и превращаются в «месиво» обломков, в котором уже почти невозможно различить что-либо имеющее отношение к биологии.

Именно эту проблему недавно попыталась решить международная команда планетологов под руководством специалистов Научного центра Карнеги (США). В статье для издания Proceedings of the National Academy of Sciences они объяснили, что «каша» из продуктов распада того или иного вещества имеет уникальные, едва уловимые химические особенности.

В попытке их выявить ученые прибегли к помощи искусственного интеллекта — его научили отличать биогенное вещество от неживого. В качестве обучающего материала использовали 272 образца, происхождение которых достоверно известно. Среди них — современные организмы, древние окаменелости, метеориты.

Все это вещество расщепляли путем пиролиза, затем измеряли и «взвешивали» полученные обломки особыми методами под названием «газовая хроматография» и «масс-спектрометрия». В результате получалась многосложная картина, на которой требовалось выявить «отпечатки» биомолекул.

После обучения алгоритм мог отличать следы жизни от неживой материи с точностью 93-98 процентов и практически так же уверенно определять, был ли живой организм фотосинтезирующим. Причем ИИ тренировали в основном на тех существах, которые во время фотосинтеза вырабатывают кислород.

Это тоже важный вопрос для изучения эволюции жизни: она получила развитие именно благодаря приобретенной способности существ дышать кислородом — он выгоден для получения энергии. Пионерами в деле фотосинтеза считаются микроскопические синезеленые водоросли — цианобактерии. В породах возрастом более двух миллиардов лет находили их окаменелости, а еще возводимые ими своеобразные «архитектурные сооружения» — строматолиты.

Сложилось представление, что примерно 2,3-2,4 миллиарда лет назад на Земле случилась Великая кислородная катастрофа: в заполненной кислородом среде начали массово гибнуть существа, которые не смогли к ней приспособиться. Зато выжившие получили огромное эволюционное преимущество.

Тем не менее прямых микробиологических доказательств фотосинтеза в те далекие времена до сих пор не было. По итогам нынешнего исследования ученые пришли к выводу, что теперь это можно считать действительно установленным фактом.

Они «показали» обученному ИИ 134 древних образца, в которых наличие признаков жизни под вопросом, и поделились полученными ответами от нейросети. Она выявила следы фотосинтезирующих организмов в образцах из формации Гамохаан в Южной Африке, которым 2,52 миллиарда лет.

Кроме того, подтвердилось биологическое происхождение органики в породах возрастом 3,51 миллиарда лет из кратона Сингхбхум в Индии. ИИ с достоверностью выше порога уверенности указал на признаки жизни и в породах возрастом 3,7-3,8 миллиарда лет из Гренландии. Но ученые на всякий случай не стали утверждать это окончательно — все же за такой срок земная кора подверглась сильным изменениям.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Окончила факультет журналистики МГУ имени М.В. Ломоносова. Начинала в 2002 году как корреспондент и редактор новостного вещания на различных телеканалах, позже стала автором новостей науки и технологий в сетевых изданиях.