3,3 მილიარდი წლის ქანებში სიცოცხლის ქიმიური კვალი აღმოაჩინეს — #1tvმეცნიერება
სამხრეთ აფრიკის რესპუბლიკის ცენტრალურ ნაწილში, მპუმალანგას პროვინციაში ნაპოვნ უძველესი ნახშირბადის განმარხებულ ნარჩენებში აღმოაჩინეს დედამიწაზე სიცოცხლის ამ დროისთვის ყველაზე ძველი ქიმიური მტკიცებულება.
მანქანური სწავლების გამოყენებით ჩატარებული ახალი ანალიზების თანახმად, იოსეფსდალის ფიქლებში აღმოჩენილი ნახშირბადის ფრაგმენტირებული კვალი 3,3 მილიარდი წლის წინანდელია და წარმოადგენს ბიოტური ქიმიის ყველაზე ძველ და ყველაზე სარწმუნო აღმოჩენას დღემდე ნაპოვნთა შორის.
ამას გარდა, კვლევამ გამოავლინა ფოტოსინთეზის ამ დროისათვის ყველაზე ძველი მტკიცებულება სამხრეთ აფრიკაში არსებულ 2,52 მილიარდი წლის წინანდელ ქანებში და კანადაში 2,3 მილიარდი წლის ქანებში. შედეგად, ამ პროცესის დოკუმეტირებულმა ქრონოლოგიამ დროში 800 მილიარდი წლით უკან გადაიწია.
„ჩვენი ნაშრომი აჩვენებს, რომ უძველესმა სიცოცხლემ ნამარხებზე მეტი კვალი დატოვა — ქიმიური ‘ექოები’. მანქანური სწავლების გამოყენებით, ახლა უკვე სარწმუნოდ, პირველად შეგვიძლია ამ ექოების ინტერპრეტაცია“, — ამბობს აშშ-ის კარნეგის მეცნიერებათა ინსტიტუტის მინერალოგი და ასტრობიოლოგი რობერტ ჰეიზენი.
დრო, დაშლა და გეოლოგია არ უხდება სიცოცხლის მიერ დატოვებულ კვალს — რაც უფრო მეტი დრო გადის, მით მეტია დეგრადაციის შესაძლებლობა.
ამას გარდა, მეცნიერთა აზრით, დედამიწაზე გამოჩენილი პირველი სიცოცხლე ციცქნა მიკრობები უნდა ყოფილიყო, რომელთა ფიზიკური ნაშთები დრამატულად უნდა შეცვლილიყო მილიარდობით წლის განმავლობაში, მას შემდეგ, რაც ისინი პირველად გამოჩნდნენ პირველყოფილ ნესტიან გარემოში.
ეს იმას არ ნიშნავს, რომ მათ კვალი არ დაუტოვებიათ. ფიზიკურ სტრუქტურაზე დაყრდნობით, სტრომატოლიტების მსგავსი წარმონაქმნები განიმარტება, როგორც მიკრობული ხალიჩების ნაშთები — მიკრობთა ვრცელი საზოგადოებები, რომლებიც იმდენად მრავალრიცხოვანი იყო, რომ უძველეს ქანებში კვალის სახით შრეები დატოვეს. ასევე არის შავი ფიქალი და თიხაფიქალი, კარბონატების ფორმაციები, რომლებშიც მილიარდობით წლის განმავლობაში შემოინახა განმარხებული ნახშირბადის უძველესი, ფრაგმენტირებული კვალი.
თუმცა, ძნელია იმის დაზუსტებით დადგენა, ამ ძლიერ შეცვლილი ნახშირბადის კვალი ბიოლოგიური პროცესების წარმოქმნილია თუ არაბიოლოგიურის.
ამჯერად, ჰეიზენის ჯგუფმა, რომელშიც შედიოდნენ ასტრობიოლოგები მაიკლ ვონგი და ანირუდ პრაბჰუ, შეიმუშავეს სიცოცხლის მიერ წარმოქმნილი უძველესი ნახშირბადის დადებითად იდენტიფიცირების მეთოდი.
პირველ რიგში მათ გამოავლინეს ბიოლოგიისთვის დამახასიათებელი სპეციფიკური, დახვეწილი ნიმუშები, რომლებსაც ბიოლოგიური მოლეკულები ტოვებს და რომლებიც უფრო ახალ ნიმუშებში გვხვდება. შემდეგ გაწვრთნეს მანქანური სწავლების ალგორითმი, რათა მას ეს მახასიათებლები გამოევლინა ადამიანის აღქმის ზღვარს ქვემოთ.
„წარმოიდგინეთ, რომ კომპიუტერს აჩვენეთ ათასობით თავსატეხი ფაზლის ნაჭერი და ჰკითხეთ, სცენა, რომელიც მისგან აიწყობა, ყვავილია თუ მეტეორიტი. ინდივიდუალურ მოლეკულებზე ფოკუსირების ნაცვლად, ჩვენ ვეძებდით ქიმიურ ნიმუშებს და ეს ნიმუშები შეიძლება ასეთი იყოს ყველგან სამყაროში“, — ამბობს ჰეიზენი.
და ბოლოს, მკვლევრებმა შეაგროვეს თანამედროვე ორგანიზმებისა და უძველესი ნამარხების (სტრომატოლიტებიდან დაწყებული, სილიციუმში არსებული ნახშირბადის კვალით დამთავრებული) 406 ნიმუში და შეისწავლეს მეთოდით, რომელსაც პიროლიზი-გაზი ქრომატოგრაფია-მას-სპექტრომეტრია (Py-GC-MS) ეწოდება.
Py-GC-MS გულისხმობს ნიმუშის გაცხელებას, რათა ფრაგმენტებად დაიშალოს მისი ორგანული მასალა, ამ ფრაგმენტების განცალკევებას და მათი მასის ხელწერების გაზომვას.
ამის შემდეგ, მანქანური სწავლების მოდელი მონაცემებში გაუშვეს ბიოტური მახასიათებლების მოსაძებნად, რასაც სიზუსტის 90 პროცენტზე მაღალი მაჩვენებელი ჰქონდა.
„ეს ნიმუშები და მათ მიერ წარმოქმნილი სპექტრული ხელწერები ათწლეულებია, რაც კვლევის საგანია, მაგრამ ხელოვნური ინტელექტი ახალ, მძლავრ ლინზას გვთავაზობს, რომელიც კრიტიკულად მნიშვნელოვანი ინფორმაციის გამოყოფის და მათი ბუნების უკეთესად გაგების საშუალებას გვაძლევს“, — განმარტავს პრაბჰუ, რომელიც ექსპერტია მანქანურ სწავლებაში.
მისი განცხადებით, მაშინაც კი, როცა დეგრადაცია სიცოცხლის ნიშნების შემჩნევას ართულებს, მათ მიერ შემუშავებულ მანქანური სწავლების მოდელებს მაინც შეუძლიათ უძველეს ბიოლოგიურ პროცესთა მიერ დატოვებული ოდნავი კვალის გამოვლენა.
ნიმუშების ასაკი 3,8 მილიარდი წლიდან იწყება და მათ შორისაა 3,7 მილიარდი წლის წინანდელი გრენლანდიის ნახშირბადი და 3,5 მილიარდი წლის წინანდელი სტრომატოლიტები ავსტრალიის ერთ-ერთი უდაბნოდან.
ახალი ნიმუშები, 500 მილიონ წელიწადზე ნაკლები ასაკის — იძლევიან ძლიერ, აშკარა ბიოლოგიურ ხელწერებს. თუმცა, რაც უფრო ძველია ნიმუში, მით უფრო სუსტია ბიოტური სიგნალები, რადგან გეოლოგიურმა პროცესებმა ქიმიური დეტალები წაშალა.
ყველაზე ძველი ნიმუში, რომელმაც დადებითი იდენტიფიკაცია აჩვენა, იყო იოსეფსდალის ფიქლიდან, 3,3 მილიარდი წლის წინანდელი.
ეს არ ნიშნავს იმას, რომ უფრო ძველი ნიმუშები არაბიოლოგიურია. ნიმუშები შეიძლება იმდენად იყოს დეგრადირებული, რომ მახასიათებელთა აღქმა შეუძლებელი იყოს ალგორითმისთვისაც კი. თუმცა, მეცნიერებს სჯერათ, რომ ახლა ჩვენ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სიცოცხლე დედამიწაზე აღმოცენდა და გავრცელდა 3,3 მილიარდი წლის წინ; ამავე დროს, რჩება იმის შესაძლებლობაც, რომ ეს უფრო ადრე მოხდა.
„ეს კვლევა წარმოადგენს წინ გადადგმულ დიდ ნაბიჯს ჩვენს უნარში, გავშიფროთ დედამიწის ყველაზე ძველი ბიოლოგიური ხელწერები. ძლიერი ქიმიური ანალიზებისა და მანქანური სწავლების შეწყვილებით, გვაქვს გზა, რომ წავიკითხოთ მილიარდობით წლის წინ, ადრეული სიცოცხლის მიერ დატოვებული მოლეკულური „აჩრდილები“. დედამიწის უძველეს ქანებს ბევრი აქვთ მოსაყოლი და ჩვენ მათ მოსმენას მხოლოდ ახლა ვიწყებთ“, — ამბობს აშშ-ის კარნეგის მეცნიერებათა ინსტიტუტის მინერალოგი და ასტრობიოლოგი რობერტ ჰეიზენი.
კვლევა Proceedings of the National Academy of Sciences-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია carnegiescience.edu-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.