一项由卡内基科学研究所领导的开创性研究 ，通过将尖端化学分析与人工智能相结合 ，成功地在超过33亿年历史的古老岩石中识别出迄今为止最古老的生命化学印记 。这项发表于《美国国家科学院院刊》的研究不仅将科学家能够可靠探测生命化学证据的时间线向前推进了近一倍，还揭示了产氧光合作用的起源可能比之前认为的要早近10亿年 。这一突破为理解地球生命的起源和早期演化提供了革命性的工具 ，并对未来在火星等其他星球上寻找生命迹象具有深远意义。
聆听岩石中的化学“低语 ”
地球最早期的生命形式——主要是单细胞微生物——极少留下形态完整的化石 。数十亿年来 ，剧烈的地质活动（如板块运动 、高温和高压）几乎抹去了所有原始的生物分子，如DNA 、蛋白质和脂质 。这使得科学家长期以来难以确定生命究竟何时以及如何起源。传统的古生物学方法依赖于寻找可识别的微生物化石结构（如叠层石）或相对稳定且明确的生物标志物分子 。然而 ，这些证据在地质年代极其久远的岩石中极为罕见且充满争议 。
为了突破这一瓶颈 ，研究团队转向了一种全新的策略：不再寻找完整的生物分子，而是专注于识别它们在分解和变质后留下的、极其微弱的化学模式。他们假设，即使原始生物分子被破坏 ，其分解产生的复杂碎片混合物 ，其化学构成和分布模式也应该与纯粹由非生物地质过程产生的化学模式有所不同。然而，这种差异极其细微 ，如同在巨大的噪音中寻找微弱的“低语 ” ，远超人类分析能力的极限 。
人工智能成为了破解这一难题的关键 。研究团队首先利用高分辨率的分析技术（如质谱法）对岩石样本进行处理，将其中的有机和无机物质分解成数以万计的分子碎片。然后 ，他们将这些海量的 、看似混乱的碎片数据输入一个机器学习模型 。研究人员用超过400个已知来源的样本来“训练”这个人工智能系统 ，这些样本涵盖了从现代动植物 、细菌，到数十亿年前的化石、古老的岩石 ，甚至完全没有生命的陨石 。
通过学习这些庞大的数据集 ，AI系统学会了识别与“生命 ”相关的复杂化学“指纹 ”。它能够区分生物成因的分子组合与非生物成因的分子组合，其准确率超过了90% 。这个AI模型就像一位不知疲倦 、具有超凡洞察力的“化学考古学家” ，能够在最古老 、最饱经沧桑的岩石中 ，辨认出数十亿年前生命留下的微弱回响 。
光合作用起源的重新审视
密歇根州立大学研究员凯蒂·马洛尼（Katie Maloney）提供了来自加拿大育空地区的珍稀且保存异常完好的海藻化石样本（例如，大型藻类）。这些化石距今已有近十亿年的历史，代表了化石记录中最早的海藻之一 ，在那个时代 ，大多数生物还需要通过显微镜才能观察到 。图片来源：凯蒂·马洛尼
利用这个强大的新工具，研究团队分析了来自全球各地的古老岩石样本 。其中最惊人的发现之一来自南非的巴伯顿绿岩带 ，这里的岩石年龄超过33亿年。AI模型在这些岩石中明确地识别出了生物成因的化学信号 。更重要的是 ，这些信号的特征与进行光合作用的生物体留下的化学指纹高度吻合 。
这一发现对我们理解地球的演化至关重要。产氧光合作用是地球历史上最具革命性的生物创新，它通过释放氧气 ，彻底改变了地球的大气和海洋化学成分 ，为后来复杂生命（包括动物）的出现铺平了道路。此前，关于产氧光合作用起源的最可靠证据指向约24亿年前的“大氧化事件 ” 。而这项新研究则暗示 ，这种能力可能在更早的、近10亿年前就已经在原始微生物中出现了 ，尽管当时其规模和影响可能还很有限 。
为了验证该方法的可靠性，密歇根州立大学的凯蒂·马洛尼教授提供了来自加拿大育空地区的、距今约10亿年的珍稀海藻化石。这些化石是已知最早的大型藻类之一 ，其生物来源毋庸置疑 。当研究团队用AI模型分析这些样本时 ，系统成功地将其识别为生物成因，并准确地捕捉到了其作为光合生物的化学特征 。这一成功的验证极大地增强了该方法在更古老 、更模糊样本上应用的可信度。
地外生命探索的新范式
这项技术的意义远不止于地球 。它为人类在太阳系内外寻找生命提供了全新的 、或许是更为有效的方法 。以火星为例，未来的火星样本返回任务将带回珍贵的岩石样本。这些岩石可能包含了数十亿年前火星尚拥有液态水时期的化学信息 。
然而 ，我们无法指望在火星上找到完整的、保存完好的微生物化石 。火星的早期环境即使存在生命 ，也极有可能是以微生物形态存在，其留下的痕迹在经历了数十亿年的辐射和地质变迁后 ，必然会变得极其微弱和模糊。在这种情况下 ，依赖形态学的传统搜寻方法很可能会失败 。
而这项基于AI和化学分析的新技术，恰好能应对这一挑战 。它不依赖于找到“恐龙骨架 ” ，而是通过分析分子碎片的统计模式来推断生命是否存在。未来的火星探测器或地面实验室可以搭载类似的分析仪器和AI算法 ，对火星岩石进行现场分析，从而大大提高发现生命“化学幽灵”的概率。这标志着地外生命探索从寻找“生命实体”向寻找“生命过程留下的化学遗产 ”的范式转变 。
总而言之 ，这项研究不仅是对地球早期生命历史的一次深刻重写 ，更是对生命探测方法论的一次根本性革新 。通过将人类的化学直觉与机器的强大计算能力相结合，科学家们打开了一扇前所未有的窗口 ，让我们得以窥见最遥远 、最模糊的生命黎明。无论是回溯我们自身的起源 ，还是展望在另一个世界发现生命的可能性，这位“AI考古学家 ”都已准备好，去聆听那些隐藏在石头中 、跨越数十亿年的生命故事 。
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我是视听号的签约作者“芷云”！
希望本篇文章《神秘的化学痕迹揭示了33亿年前地球上的生命》能对你有所帮助！
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