33亿年前地球生命的化学线索被发现

卡内基科学研究所的研究人员牵头开展了一项国际合作，将最先进的化学技术与人工智能相结合。他们的目标是从严重改变的古老岩石中，发掘过去生物学留下的极其微弱的化学“低语”。通过应用机器学习，该团队训练计算机模型识别原始生物分子被破坏很久之后，生物体留下的微弱分子指纹。

海藻化石：窥见早期复杂生命的窗口
密歇根州立大学地球与环境科学系助理教授凯蒂·马洛尼参与了该项目。她的研究重点是早期复杂生命如何进化并塑造古代生态系统。马洛尼提供了保存异常完好的海藻化石，这些化石距今约10亿年，采自加拿大育空地区。在地质记录中，这些化石是已知最早的海藻之一，其形成年代大多数生物还只能在显微镜下才能看到。

这项发表在《美国国家科学院院刊》上的研究，为理解地球最早的生物圈提供了新视角，同时对探索地球以外的生命也具有重要意义。同样的方法可应用于火星或其他行星体的样本，以确定它们是否曾经存在过生命。

“古老的岩石中充满了讲述地球生命故事的有趣谜题，但总有几块拼图缺失。”马洛尼说，“将化学分析与机器学习相结合，揭示了以前看不见的古代生命生物学线索。”

为何早期生物标志物如此难以寻找
早期地球上的生命只留下了稀疏的分子证据。随着地球地壳在数十亿年间的移动，原始细胞和微生物垫等脆弱物质被掩埋、挤压、加热和破碎。这些剧烈过程摧毁了大多数可能揭示生命最早阶段的原始生物标志物。

然而，新的研究结果表明，即使原始分子消失后，幸存碎片的排列仍然可以揭示古代生态系统的重要信息。这项研究证明，古代生命留下的信号比科学家曾经认为的要多——岩石记录中保存着微弱的化学“低语”。

为了识别这些线索，团队使用高分辨率化学技术将有机和无机材料分解为分子碎片。然后，他们训练了一个人工智能系统来识别与生物起源相关的化学“指纹”。研究人员分析了400多个样本，从现代动植物到十亿年前的化石和陨石。人工智能系统区分生物和非生物材料的准确率超过90%，并在至少25亿年前的岩石中检测到了光合作用的迹象。

将古代生命检测时间跨度翻倍
在此项研究之前，可靠的生命分子证据仅在17亿年以内的岩石中被发现。这种新方法有效地将科学家能够研究化学生物标志物的时间跨度增加了一倍。

“古代生命留下的不仅仅是化石，还有化学回声。”卡内基科学研究所高级研究员、联合首席作者罗伯特·黑曾博士说，“通过机器学习，我们现在首次能够可靠地解读这些回声。”

探索地球远古历史和其他世界的新方法
对于研究早期光合生物如何重塑地球的马洛尼而言，这些结果意义非凡。

“这种创新技术帮助我们以新的方式解读远古化石记录。”她说，“这可能有助于指导在其他行星上寻找生命。”