KI enthüllt chemische Spuren des ältesten Lebens auf der Erde, das 3,3 Mrd. Jahre alt ist

Dies berichtet Phys.org unter Berufung auf die Arbeit eines internationalen Teams unter der Leitung von Wissenschaftlern der Carnegie Institution for Science.

Die Forscher kombinierten fortschrittliche Methoden der chemischen Analyse und der künstlichen Intelligenz, um schwache Biosignaturen zu "hören", die in alten Gesteinen verborgen sind. Mithilfe von maschinellem Lernen trainierten sie einen Computer darauf, die subtilen molekularen Fingerabdrücke zu erkennen, die lebende Organismen hinterlassen, selbst wenn die ursprünglichen Biomoleküle bereits vollständig zerstört wurden.

Eine der Projektteilnehmerinnen war Kathy Maloney, eine Assistenzprofessorin in der Abteilung für Erd- und Umweltwissenschaften an der Michigan State University. Sie erforscht die Entwicklung des frühen komplexen Lebens und dessen Auswirkungen auf uralte Ökosysteme und stellte Proben von seltenen, außergewöhnlich gut erhaltenen fossilen Algen aus dem kanadischen Yukon zur Verfügung, die etwa 1 Milliarde Jahre alt sind. Diese makroskopischen Algen gehören zu den ersten bekannten Meeresalgen in den fossilen Aufzeichnungen, als die überwiegende Mehrheit der Lebensformen noch nur unter dem Mikroskop zu sehen war.

Wie KI die chemischen Annalen "liest"

"Antike Gesteine sind voller Geheimnisse, die die Geschichte des Lebens auf der Erde erzählen, aber es fehlen immer ein paar Mosaiksteine", bemerkt Maloney. Die Kombination aus chemischer Analyse und maschinellem Lernen hat es möglich gemacht, biologische Hinweise zu erkennen, die zuvor unsichtbar blieben, sagt sie.

Frühe Lebensformen auf der Erde haben nur wenige direkte molekulare Spuren hinterlassen. Einzelne uralte Zellen und mikrobielle Matten wurden über Milliarden von Jahren in der beweglichen Erdkruste vergraben, komprimiert, erhitzt und aufgespalten und dann wieder an die Oberfläche gebracht. Diese Prozesse haben erkennbare Biosignaturen, die uns etwas über die Ursprünge und die frühe Entwicklung des Lebens sagen könnten, praktisch ausgelöscht.

Die neue Arbeit zeigt, dass die Verteilung von Fragmenten organischer Moleküle in alten Gesteinen immer noch diagnostische Informationen über die Biosphäre enthält - selbst wenn die ursprünglichen Biomoleküle nicht überlebt haben. Tatsächlich hat das Leben weitaus mehr Spuren hinterlassen als erwartet: subtile "chemische Flüsterer", die tief in die Dicke alter Gesteine eingebettet sind.

Die Wissenschaftler verwendeten hochpräzise chemische Analysen, um organische und anorganische Stoffe in molekulare Fragmente zu zerlegen, und trainierten dann ein KI-System, um die charakteristischen "Fingerabdrücke" biologischen Ursprungs zu erkennen.

Insgesamt wurden mehr als 400 Proben untersucht - von modernen Pflanzen und Tieren bis hin zu Milliarden Jahre alten Fossilien und Meteoriten. Das KI-Modell unterschied biologisches Material von nicht-biologischem Material mit einer Genauigkeit von mehr als 90% und identifizierte Anzeichen von Photosynthese in mindestens 2,5 Milliarden Jahre altem Gestein.

Bislang konnten zuverlässige molekulare Spuren von Leben nur in Gesteinen nachgewiesen werden, die jünger als 1,7 Milliarden Jahre sind. Mit dem neuen Ansatz verdoppelt sich das Zeitfenster, in dem chemische Biosignaturen zur Untersuchung der antiken Biosphäre verwendet werden können, nahezu.

"Altes Leben hinterlässt nicht nur Fossilien, sondern auch chemische Echos", sagt Robert Hazen, leitender Forscher bei Carnegie und einer der Co-Autoren der Studie. - Mit maschinellem Lernen können wir diese Echos zum ersten Mal zuverlässig interpretieren.

Für Katie Maloney, die untersucht, wie frühe photosynthetisierende Organismen den Planeten veränderten, hat die Entdeckung enorme Auswirkungen: Die neue Technik ermöglicht es, die fossilen Aufzeichnungen aus der Tiefe der Zeit auf eine grundlegend neue Weise zu "lesen" und könnte bei der Suche nach Spuren von Leben auf anderen Planeten helfen.

Aussichten für die Astrobiologie

Die Autoren betonen, dass derselbe Ansatz auf Proben vom Mars oder anderen Himmelskörpern angewendet werden könnte, um herauszufinden, ob dort jemals Leben existierte. Wenn das "chemische Geflüster" einer uralten Biosphäre in Gesteinen der Erde, die mehr als 3 Milliarden Jahre alt sind, erhalten bleibt, könnten ähnliche Signale theoretisch auch in Gesteinen anderer Planeten entdeckt werden.