Вот что нашли в камнях возрастом 3 миллиарда лет: главная тайна Земли наконец раскрыта

Исследователи продвинулись ещё дальше в попытках разобраться, как именно зарождалась жизнь на Земле. Их внимание привлекли древнейшие горные породы, в которых сохранились необычные химические сигнатуры, напоминающие следы деятельности живых организмов. Эти породы образовались более 2,5 миллиарда лет назад, а в некоторых образцах обнаружены признаки, которым может быть около 3,3 миллиарда лет. Благодаря технологиям машинного обучения учёные получили возможность "услышать" химический шёпот, который остался в минералах после исчезновения самих молекул. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences и уже привлекло интерес специалистов по геологии, астрохимии и биологии.

Даже когда сами органические соединения полностью разрушаются, они всё равно оставляют едва уловимые изменения в структуре породы. Эти изменения происходили в течение миллиардов лет, пока поверхность Земли постоянно переформировалась, претерпевая нагрев, давление, окисление и тектонические процессы. Несмотря на это, химические мотивы, характерные для биологических систем, могут сохраняться намного дольше, чем считалось ранее.

"Древние породы полны интересных загадок, которые рассказывают нам историю жизни на Земле, но некоторые фрагменты всегда отсутствуют", — сказала соавтор исследования, учёный Мичиганского государственного университета Кэти Мэлони.

Команда исследователей разработала и обучила алгоритм, способный различать окаменелые следы биомолекул среди отпечатков современного происхождения и даже среди органики внеземных объектов вроде метеоритов. Такой метод обеспечивает примерно 90%-ную точность распознавания того, есть ли в породе биологический след и мог ли он быть создан древней жизнью.

Получив инструмент нового уровня, учёные смогли продвинуть хронологические границы изучения древней биосферы: если раньше специалисты могли уверенно интерпретировать химические сигнатуры возрастом до 1,7 миллиарда лет, то теперь эта планка сместилась почти вдвое. Такой рывок открывает путь к пересмотру ранней истории Земли, а также к поиску потенциальных биоследов в образцах с Марса.

"Древняя жизнь оставляет после себя не только окаменелости; она оставляет химические следы", — пояснил один из ведущих авторов работы, специалист Института Карнеги Роберт Хейзен.

Геологические исследования давно показывают, что примерно 2,4 миллиарда лет назад на Земле резко вырос уровень кислорода — событие, известное как Great Oxidation Event (GOE). Его связывают с активностью фотосинтезирующих организмов. Но вопрос о том, существовали ли такие формы жизни задолго до глобального оксигенационного скачка, остаётся открытым. Новые методы анализа могут помочь уточнить, какие организмы могли стать первыми "инженерами" атмосферы.

Что лежит в основе открытия

Химические отпечатки вместо окаменелостей

Обычно представления о древней биосфере формируются по микрофоссилиям или структурам, оставшимся в осадочных породах. Но такие находки редки и нередко вызывают споры. Химические маркеры — более деликатный, но часто надёжный источник данных. Они фиксируют:

• особенности распределения элементов;
• соотношения изотопов;
• структурные комбинации атомов, характерные для биологических процессов.

Машинное обучение как инструмент отбора

Алгоритм анализирует многомерные данные, сравнивая сигнатуры из древних образцов с эталонными профилями:

• биомолекулы современных организмов;
• органика внеземных объектов;
• абиотические химические структуры.

Это позволяет отличать биологический "почерк" от шумов, связанных с геологической переработкой.

Сравнение методов анализа древних биоследов

Советы шаг за шагом: как изучают породы

1. Подготовка образца. Используют микротомы, лабораторные блендеры для измельчения, спектральные камеры.

2. Анализ состава. Применяются масс-спектрометры, газовые хроматографы, инфракрасные сканеры.

3. Формирование базы сигнатур. Добавляют данные из биологических коллекций, метеоритного материала, синтетических аналогов.

4. Работа алгоритма. Машинное обучение выделяет "узоры", которые человек мог бы не заметить.

5. Проверка гипотез. Сравнение с геологическими условиями древней Земли.

А что если жизнь на Марсе выглядела иначе?

Если марсианская жизнь, если она существовала, имела иной химический состав, алгоритмы можно будет переобучить на новых сигнатурах. Это позволит анализировать образцы из миссий Perseverance и будущих марсианских проектов, используя те же подходы, что и для земных пород.

Плюсы и минусы метода

FAQ

Как выбрать оборудование для анализа древних пород?
Лучше всего подходят масс-спектрометры высокого разрешения, инфракрасные сканеры и электронные микроскопы.

Сколько стоит спектрометр для лабораторных исследований?
Профессиональные модели могут стоить от 20 тысяч до нескольких сотен тысяч долларов.

Что лучше для первичного анализа — химия или микроскопия?
Для древних пород эффективнее начинать с химического анализа, поскольку микрофоссилии встречаются редко.

Мифы и правда

Миф: химические сигнатуры слишком ненадёжны.
Правда: современные методы позволяют отличить биогенные мотивы от абиотических с высокой точностью.

Миф: такие исследования бесполезны для астробиологии.
Правда: подходы уже адаптируются для поиска жизни на Марсе.

Интересные факты

• Самые древние потенциальные биоследы на Земле могли возникнуть ещё в архее.
• Органика в метеоритах содержит аминокислоты, которые также используются в алгоритмах обучения.
• Окисление атмосферы кардинально изменило геохимию океанов и континентов.

Исторический контекст

Появление фотосинтезаторов — предпосылка к GOE.

Великий оксигенационный скачок — резкое увеличение кислорода около 2,4 млрд лет назад.

Развитие методов на основе машинного обучения — новая эпоха геохимии.