Wetenschappers hebben overtuigend bewijs gevonden van oud microbieel leven dat 3,51 miljard jaar teruggaat. Daarbij hebben ze gebruik gemaakt van geavanceerde machine learning-technieken om de chemische kenmerken te analyseren die bewaard zijn gebleven in enkele van de oudste gesteenten op aarde. Deze doorbraak overwint een belangrijke uitdaging in de paleontologie: de extreme degradatie van organisch materiaal over geologische tijdschalen.
De uitdaging van oude biosignaturen
Tientallen jaren lang hebben onderzoekers geprobeerd de vroegste vormen van leven op aarde te begrijpen, waarbij ze zich voornamelijk baseerden op gefossiliseerde overblijfselen: microscopisch kleine cellen, filamenten en gemineraliseerde structuren zoals stromatolieten. Maar deze gegevens zijn schaars en onvolledig. De aardkorst verplettert, verhit en breekt oud gesteente, waardoor de meeste sporen van het vroege leven worden vernietigd.
Maar zelfs als fossielen ontbreken, laat het leven chemische echo’s achter in de vorm van gefragmenteerde biomoleculen. Deze sporen zijn tot nu toe vaak te klein en generiek om te identificeren.
Machine learning schiet te hulp
Het onderzoeksteam, geleid door wetenschappers van het Carnegie Institution for Science en de Michigan State University, hanteerde een nieuwe aanpak: chemische analyse met hoge resolutie gecombineerd met machinaal leren onder toezicht. Ze trainden een AI-systeem om chemische ‘vingerafdrukken’ te herkennen die door het leven zijn achtergelaten in 406 verschillende monsters, waaronder oude rotsen, modern biologisch materiaal, meteorieten en synthetische verbindingen.
Het AI-model maakte onderscheid tussen biologische en niet-biologische materialen met een nauwkeurigheid van meer dan 90%, en onthulde duidelijk bewijs voor fotosynthetisch leven in gesteenten uit Zuid-Afrika en Canada die 2,52 miljard jaar oud zijn. Cruciaal is dat het ook biogene moleculaire assemblages identificeerde in nog oudere gesteenten uit India, Zuid-Afrika en Australië, die 3,51 miljard jaar oud zijn.
Wat dit betekent
De bevindingen bevestigen dat het leven veel eerder in de geschiedenis van de aarde bestond dan voorheen definitief bekend was. Vooral de opkomst van fotosynthese, een proces dat zonlicht in energie omzet, is van groot belang. Het legt uit hoe de atmosfeer van de aarde geleidelijk zuurstofrijk werd, wat de weg vrijmaakte voor de evolutie van complex leven.
“Het oude leven laat meer na dan fossielen; het laat chemische echo’s achter”, zegt dr. Robert Hazen, senior auteur van het onderzoek. “Met behulp van machine learning kunnen we deze echo’s nu voor het eerst betrouwbaar interpreteren.”
Deze nieuwe techniek biedt een krachtig hulpmiddel voor de astrobiologie en begeleidt de zoektocht naar leven op andere planeten door wetenschappers in staat te stellen zwakke sporen van biologische activiteit in buitenaardse omgevingen te detecteren. Het team is van plan de methode te testen op monsters van anoxygene fotosynthetische bacteriën, die op buitenaardse levensvormen kunnen lijken.
Het vermogen om gedegradeerde chemische gegevens te interpreteren opent opwindende nieuwe mogelijkheden voor het begrijpen van de vroege biosfeer van de aarde en het potentieel voor leven buiten onze planeet.
