Τα πρώτα χημικά ίχνη ζωής στη Γη σε βράχο 3,3 δις.ετών
Ένα απολίθωμα φυκιού σχεδόν δισεκατομμυρίου ετών που περιλαμβάνεται στη μελέτη. (Kate Maloney/Πανεπιστήμιο Michigan State).
Ανακαλύφθηκαν τα πρώτα χημικά ίχνη ζωής στη Γη σε βράχο 3,3 δισεκατομμυρίων ετών.Απολιθωμένα υπολείμματα αρχαίου άνθρακα από την καρδιά της επαρχίας Μπουμαλάνγκα της Νότιας Αφρικής μόλις απέδωσαν τα πρώτα χημικά στοιχεία μέχρι σήμερα για την ύπαρξη ζωής στη Γη.
Σύμφωνα με μια νέα ανάλυση που χρησιμοποιεί μηχανική μάθηση , αποσπασματικά ίχνη άνθρακα από τον πυριτόλιθο Josefsdal , που χρονολογούνται πριν από 3,33 δισεκατομμύρια χρόνια, αποτελούν την παλαιότερη και πιο αξιόπιστη ανίχνευση βιοτικής χημείας που έχει βρεθεί στη Γη μέχρι σήμερα.
Επιπλέον, η εργασία της ομάδας εντόπισε τα παλαιότερα στοιχεία φωτοσύνθεσης μέχρι σήμερα σε βράχους ηλικίας 2,52 και 2,3 δισεκατομμυρίων ετών, από τη Νότια Αφρική και τον Καναδά, αντίστοιχα - ωθώντας το τεκμηριωμένο χρονοδιάγραμμα για τη διαδικασία κατά περισσότερα από 800 εκατομμύρια χρόνια πίσω .
Τα μαύρα χαρακτηριστικά σε αυτό το βράχο είναι ίχνη φωτοσύνθεσης που χρονολογούνται πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια. (Andrea Corpolongo/Ίδρυμα Επιστημών Carnegie).
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η αρχαία ζωή αφήνει πίσω της κάτι περισσότερο από απολιθώματα. Αφήνει χημικές «ηχώ»», λέει ο ορυκτολόγος και αστροβιολόγος Ρόμπερτ Χέιζεν του Ινστιτούτου Επιστημών Κάρνεγκι στις ΗΠΑ. «Χρησιμοποιώντας τη μηχανική μάθηση, μπορούμε πλέον να ερμηνεύσουμε αξιόπιστα αυτές τις ηχώ για πρώτη φορά».
Ο χρόνος, η φθορά και η γεωλογία δεν είναι φιλικά προς τα ίχνη που αφήνει πίσω της η ζωή - και όσο μεγαλύτερο είναι το πέρασμα του χρόνου, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα υποβάθμισης.
Επιπλέον, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η πρώτη ζωή που εμφανίστηκε στη Γη θα ήταν μικροσκοπικά μικρόβια , των οποίων τα φυσικά υπολείμματα θα είχαν αλλάξει δραματικά στα δισεκατομμύρια χρόνια από τότε που κινήθηκαν για πρώτη φορά στην αρχέγονη υγρασία.
Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν άφησαν ίχνη. Με βάση τη φυσική τους δομή, σχηματισμοί όπως οι στρωματόλιθοι ερμηνεύονται ως τα υπολείμματα μικροβιακών στρωμάτων , τεράστιες κοινότητες μικροβίων τόσο πολυάριθμες που άφησαν πίσω τους στρώματα σε αρχαίο βράχο. Υπάρχουν επίσης μαύροι πυριτόλιθοι και σχιστόλιθοι , καθώς και ανθρακικοί σχηματισμοί , μέσα στους οποίους έχουν διατηρηθεί αρχαία, αποσπασματικά ίχνη απολιθωμένου άνθρακα για αιώνες.
Είναι δύσκολο να προσδιοριστεί με βεβαιότητα, ωστόσο, εάν αυτά τα αιθαλώδη υπολείμματα άνθρακα σε μεγάλο βαθμό αλλοιωμένου παράγονται από βιολογικές ή μη βιολογικές διεργασίες.
Οργανικό υλικό που βρέθηκε σε βράχο 2,5 δισεκατομμυρίων ετών. (Andrew D. Czaja/Ίδρυμα Επιστημών Carnegie).
Τώρα, μια ομάδα με επικεφαλής τον Hazen, σε μια εργασία με τους αστροβιολόγους Michael Wong και Anirudh Prabhu του Carnegie Science ως πρώτους συγγραφείς, ανέπτυξε έναν τρόπο για να αναγνωρίσει με βεβαιότητα τον αρχαίο άνθρακα που παράγεται από τη ζωή.
Αρχικά, εντόπισαν συγκεκριμένα, ανεπαίσθητα μοτίβα μοναδικά για τη βιολογία, τα οποία άφησαν πίσω τους βιολογικά μόρια, όπως παρατηρήθηκαν σε νεότερα δείγματα. Στη συνέχεια, εκπαίδευσαν έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης για να εντοπίσει αυτά τα μοτίβα κάτω από το όριο της ανθρώπινης διακρίσεως.
«Σκεφτείτε το σαν να δείχνουμε χιλιάδες κομμάτια ενός παζλ σε έναν υπολογιστή και να ρωτάμε αν η αρχική σκηνή ήταν ένα λουλούδι ή ένας μετεωρίτης», λέει ο Χέιζεν . «Αντί να επικεντρωθούμε σε μεμονωμένα μόρια, αναζητήσαμε χημικά μοτίβα, και αυτά τα μοτίβα θα μπορούσαν να ισχύουν και αλλού στο σύμπαν».
Τέλος, οι ερευνητές συνέλεξαν 406 δείγματα σύγχρονων οργανισμών και αρχαίων απολιθωμάτων που κυμαίνονταν από στρωματόλιθους έως ίχνη άνθρακα σε μια μήτρα πυριτίας και τα υπέβαλαν σε μια τεχνική που ονομάζεται πυρόλυση-αέρια χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας ( Py-GC-MS ).
Η Py-GC-MS περιλαμβάνει τη θέρμανση του δείγματος για να διασπαστεί το οργανικό του υλικό σε θραύσματα, τον διαχωρισμό αυτών των θραυσμάτων και τη μέτρηση των μαζικών τους υπογραφών.
Στη συνέχεια, το μοντέλο μηχανικής μάθησης εξέτασε λεπτομερώς τα δεδομένα αναζητώντας βιοτικά μοτίβα, επιστρέφοντας ποσοστό ακρίβειας άνω του 90%.
«Αυτά τα δείγματα και οι φασματικές υπογραφές που παράγουν έχουν μελετηθεί εδώ και δεκαετίες, αλλά η Τεχνητή Νοημοσύνη προσφέρει έναν ισχυρό νέο φακό που μας επιτρέπει να εξάγουμε κρίσιμες πληροφορίες και να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση τους», εξηγεί ο Prabhu, ειδικός στη μηχανική μάθηση .
«Ακόμα και όταν η υποβάθμιση καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό σημαδιών ζωής, τα μοντέλα μηχανικής μάθησης που διαθέτουμε μπορούν να ανιχνεύσουν τα ανεπαίσθητα ίχνη που αφήνονται πίσω από αρχαίες βιολογικές διεργασίες».
Τα δείγματα είχαν ηλικία από τώρα έως περίπου 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, συμπεριλαμβανομένου άνθρακα της Γροιλανδίας από 3,7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν και στρωματολίθους 3,5 δισεκατομμυρίων ετών από την αυστραλιανή έρημο .
Νεότερα δείγματα - οτιδήποτε κάτω των 500 εκατομμυρίων ετών - παρήγαγαν ισχυρές, σαφείς βιολογικές υπογραφές. Όσο όμως παλαιότερα γίνονταν τα δείγματα, τόσο περισσότερο ξεθώριαζαν τα βιοτικά σήματα, καθώς οι γεωλογικές διεργασίες απομάκρυναν τις χημικές λεπτομέρειες.
Το παλαιότερο δείγμα που επέστρεψε θετική ταυτοποίηση ήταν από τον πυριτόλιθο Josefsdal, που χρονολογείται πριν από 3,33 δισεκατομμύρια χρόνια.
Αυτό δεν σημαίνει ότι τα παλαιότερα δείγματα δεν είναι βιολογικά. Τα δείγματα θα μπορούσαν να έχουν υποβαθμιστεί τόσο πολύ που το μοτίβο να μην είναι πλέον διακριτό, ακόμη και στον αλγόριθμο. Αλλά τώρα, πιστεύουν οι επιστήμονες, μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι η ζωή στη Γη είχε εμφανιστεί και εξαπλωθεί πριν από 3,33 δισεκατομμύρια χρόνια, με την πιθανότητα να συνέβη νωρίτερα.
«Αυτή η μελέτη αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός στην ικανότητά μας να αποκωδικοποιήσουμε τις παλαιότερες βιολογικές υπογραφές της Γης», λέει ο Χέιζεν .
«Συνδυάζοντας ισχυρή χημική ανάλυση με μηχανική μάθηση, έχουμε έναν τρόπο να διαβάζουμε μοριακά «φαντάσματα» που άφησαν πίσω τους οι πρώιμες μορφές ζωής, τα οποία εξακολουθούν να ψιθυρίζουν τα μυστικά τους μετά από δισεκατομμύρια χρόνια. Τα παλαιότερα πετρώματα της Γης έχουν ιστορίες να πουν και εμείς μόλις αρχίζουμε να τις ακούμε».
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών .
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα sciencealert
Hazen, Robert M., Organic geochemical evidence for life in Archean rocks identified by pyrolysis–GC–MS and supervised machine learning, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2514534122. doi.org/10.1073/pnas.2514534122
Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences
https://www.sciencealert.com/earliest-chemical-traces-of-life-on-earth-discovered-in-3-3-billion-year-old-rock
https://phys.org/news/2025-11-earth-earliest-life-billion-years.html#google_vignette