Các nhà khoa học vừa làm đảo lộn dòng thời gian tiến hóa của sự sống trên Trái Đất

Dấu vết của sự sống cổ đại trên Trái Đất vốn rất khó truy tìm, nhưng một nhóm nhà khoa học tin rằng, họ đã phát hiện được những bằng chứng thuộc hàng cổ xưa nhất. Bằng cách sử dụng mô hình học máy, họ ước tính rằng, các phân tử sinh học lâu đời nhất mà chúng ta biết hiện có niên đại khoảng 2,5 tỷ năm, và các dấu hiệu sinh học cổ xưa nhất lên tới 3,3 tỷ năm, sớm hơn hơn một tỷ năm so với mọi dự đoán trước đây.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), các tác giả cho biết, phát hiện này không chỉ giúp mở rộng hiểu biết của chúng ta về sinh quyển thời kỳ đầu của Trái Đất, mà còn mở ra những hướng tiếp cận mới trong việc tìm kiếm dấu vết sự sống từng tồn tại trên sao Hỏa và các hành tinh khác.

Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Viện Nghiên cứu Carnegie Science, đã khảo sát những lớp đá cổ nhất thế giới để thực hiện phát hiện này. Họ sử dụng phân tích hóa học độ phân giải cao để phân tách các vật chất hữu cơ và vô cơ từ đá thành các mảnh phân tử, đồng thời huấn luyện một hệ thống trí tuệ nhân tạo nhận diện các dấu vết hóa học mà sự sống để lại. Bằng cách phân tích 406 mẫu vật đa dạng (cả cổ đại và hiện đại) từ thực vật, động vật, hóa thạch và thiên thạch, mô hình AI đã học cách phân biệt vật chất sinh học và phi sinh học với độ chính xác trên 90%.

Phát hiện ấn tượng nhất của mô hình là sự nhận diện dấu hiệu quang hợp trong các lớp đá ít nhất 2,5 tỷ năm tuổi. Trước đây, chỉ những lớp đá trẻ hơn 1,7 tỷ năm mới cho thấy những dấu hiệu này. Robert Hazen, nhà khoa học cao cấp tại Carnegie Science và tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Sự sống cổ để lại nhiều hơn là hóa thạch. Nó để lại những tiếng vọng hóa học. Nhờ máy học, lần đầu tiên chúng ta có thể giải thích đáng tin cậy những tiếng vọng này”.

Hóa học “kết hợp” với máy học để hé lộ những “tiếng thì thầm” hóa học yếu ớt của sự sống bị khóa bên trong các lớp đá cổ đại. Máy tính được huấn luyện để nhận diện bất kỳ dấu vết phân tử nào do sinh vật để lại, ngay cả khi các phân tử sinh học đã biến mất từ lâu.

Nhóm nghiên cứu cho biết, sự sống sớm nhất trên Trái Đất để lại rất ít dấu vết phân tử, và bất kỳ tế bào cổ xưa nào còn sót lại cuối cùng cũng bị vỏ Trái Đất nuốt chửng, gần như xóa sạch các dấu hiệu sinh học có thể tiết lộ nguồn gốc sự sống. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tin rằng, các lớp đá cổ này có thể đưa những câu chuyện lịch sử đó trở lại bề mặt, cung cấp cái nhìn thoáng qua về “bóng ma” của các phân tử sinh học dù chúng đã phân hủy từ lâu.

Katie Maloney, trợ lý giáo sư tại Đại học Bang Michigan và đồng tác giả nghiên cứu, cho biết: “Các lớp đá cổ chứa đầy những câu đố thú vị kể câu chuyện về sự sống trên Trái Đất, nhưng luôn có vài mảnh ghép bị mất. Việc kết hợp phân tích hóa học và máy học đã hé lộ những manh mối sinh học về sự sống cổ xưa mà trước đây không thể nhìn thấy”.

Hầu hết các phân tử hữu cơ từ quá khứ đã bị biến đổi đáng kể bởi các quá trình địa chất theo thời gian, nhưng chúng vẫn rất hữu ích để nghiên cứu. Các tác giả viết rằng, việc áp dụng kỹ thuật máy học gần như đã nhân đôi khoảng thời gian trong hồ sơ hóa thạch hữu cơ mà vẫn còn giữ được thông tin phân tử có thể phát hiện, mang đến một cách tiếp cận mới để nghiên cứu Trái Đất cổ đại.

Quy trình này không chỉ áp dụng cho các hóa thạch hình thành trên Trái Đất. Maloney cho biết: “Kỹ thuật sáng tạo này giúp chúng ta đọc hồ sơ hóa thạch sâu trong thời gian theo một cách mới. Điều này có thể hướng dẫn việc tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác”.