کشف ردهای شیمیایی حیات ۳/۳ میلیارد ساله با کمک هوش مصنوعی
پژوهشگران به کمک ترکیب روشهای پیشرفته شیمیایی و هوش مصنوعی موفق شدند قدیمیترین نشانههای شیمیایی از حیات اولیه زمین را در سنگهایی با قدمت ۳/۳ میلیارد سال شناسایی کنند؛ یافتهای که نشان میدهد فرایند فتوسنتز تولیدکننده اکسیژن شاید بیش از ۸۰۰ میلیون سال زودتر از برآوردهای قبلی آغاز شده باشد.
به گزارش newatlas، حیات اولیه روی زمین معمولا ردهای قابل اتکایی بر جای نگذاشته است. سلولها لایههای میکروبی و ساختارهای شکنندهای که زمانی روی سطح سیاره وجود داشتند در طول میلیاردها سال زیر رسوبات مدفون شده، تحت فشار و حرارت شدید قرار گرفته و در نهایت دگرگون یا نابود شدهاند. به همین دلیل دانشمندان برای مطالعه این دوران بسیار کهن اغلب به فسیلهای محدود تکسلولی و ساختارهای معدنیشده مانند استروماتولیتها متکی هستند؛ شواهدی که قدمت حیات را دستکم به ۳/۵ میلیارد سال پیش میرسانند، اما بسیار اندکاند.
با این حال تیمی از پژوهشگران موسسه کارنگی با تحلیل شیمیایی دقیق و بهکارگیری هوش مصنوعی توانستند الگوهای شیمیایی جدیدی را در سنگهای بسیار قدیمی شناسایی کنند؛ الگوهایی که نشان میدهد حتی اگر مولکولهای زیستی اولیه کاملا تجزیه شده باشند، ردهای مولکولی ناشی از آنها هنوز در ساختار سنگ باقی میماند و قابل تشخیص است.
روشهای پیشرفته برای شناسایی ردهای فراموششده حیات
در این مطالعه پژوهشگران ۴۰۶ نمونه حاوی مولکولهای آلی را با استفاده از پیرولیز کروماتوگرافی گازی و طیفسنجی جرمی بررسی کردند. این نمونهها شامل:
• ۱۴۱ سنگ رسوبی با قدمتی بین ۳/۸ میلیارد تا ۱۰ میلیون سال،
• ۶۵ نمونه فسیلدار مانند زغالسنگ و نفتسنگ،
• ۱۲۳ نمونه زیستی مدرن شامل گیاهان، حیوانات و قارچها،
• ۴۲ شهابسنگ
• و ۳۵ نمونه آلی سنتزی آزمایشگاهی
بودند. هدف مقایسه مولکولهای آلی حاصل از منابع زیستی و غیرزیستی برای یافتن الگوهای اختصاصی زندگی بود.
در مرحله بعد پژوهشگران یک مدل یادگیری ماشین از نوع جنگل تصادفی را برای طبقهبندی دادهها آموزش دادند؛ رویکردی که برای نخستینبار در شناسایی بیوساینچرهای مربوط به سنگهای میلیاردساله به کار گرفته شد.
این مدل توانست با دقت ۹۸ درصدی مواد زیستی را از مواد غیرزیستی تشخیص دهد و با ۹۳ درصد دقت نشانههای فتوسنتز را شناسایی کند. همچنین توانایی تفکیک مواد منشأ گیاهی از مواد منشا جانوری را با ۹۵ درصد دقت نشان داد.
این نتایج نشان میدهد که حتی در سنگهای پالئو آرکئن قدیمیترین سنگهای پوسته زمین که بهشدت دگرگون شدهاند میتوان از طریق مدلهای یادگیری ماشین، ردهایی از حیات را بازیابی کرد؛ ردهایی که هیچ مولکول زیستی سالمی در آنها باقی نمانده است.
خواندن اشباح مولکولی حیات اولیه
به گفته انیرواد پرابهو، نویسنده اصلی پژوهش هوش مصنوعی قادر است الگوهای بسیار ظریف و پنهان در دادههای شیمیایی را آشکار کند؛ الگوهایی که سالها از چشم پژوهشگران پنهان مانده بود: وقتی تجزیه و دگرگونی شدید باعث میشود نشانههای زندگی قابل مشاهده نباشد، مدلهای ما میتوانند باز هم ردهای ظریف بر جایمانده از فرایندهای زیستی را تشخیص دهند.
رابرت هیزن از کارنگی نیز میگوید: این پژوهش جهشی بزرگ در توانایی ما برای رمزگشایی از قدیمیترین نشانههای زیستی زمین است. ما اکنون میتوانیم اشباح مولکولی بهجامانده از حیات اولیه را حتی پس از میلیاردها سال بخوانیم و تفسیر کنیم.
این تحقیق در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شده است.
انتهای پیام/
