Un nuevo estudio muestra que los científicos han descubierto los primeros rastros químicos de vida conocidos en rocas antiguas hace unos 3.300 millones de años, y creen que la fotosíntesis generadora de oxígeno puede haber aparecido al menos 800 millones de años antes de lo que se pensaba anteriormente. Esta investigación utiliza métodos avanzados de análisis químico y modelos de inteligencia artificial para "leer" señales químicas débiles dejadas por las actividades de la vida en rocas que han sido severamente deterioradas y cuyas moléculas biológicas originales han estado rotas hace mucho tiempo.
El artículo fue publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) y fue dirigido por un equipo del Carnegie Institution for Science. Los investigadores lo describieron como "la primera vez que se han identificado de manera confiable ecos químicos de vida en rocas hace miles de millones de años".
La evidencia directa de la vida más temprana en la Tierra es extremadamente limitada: fósiles como restos de células diminutas, estructuras filamentosas, esteras microbianas y estromatolitos sugieren que la vida existió hace unos 3.500 millones de años, pero esos fósiles en sí son escasos y la información es limitada. Además, las moléculas orgánicas originalmente presentes en las rocas se han roto en fragmentos durante miles de millones de años de enterramiento, calentamiento y extrusión, lo que dificulta la reconstrucción de información sobre la vida a partir de ellas utilizando métodos tradicionales.
Anteriormente, la "vida útil" de algunas de las moléculas orgánicas más duraderas de las rocas generalmente no superaba los 1.700 millones de años. Aunque las señales isotópicas en rocas más antiguas sugieren la existencia de vida, es difícil distinguir qué procesos son realmente biológicos. Por lo tanto, la búsqueda de rastros de vida en rocas de hace más de 3 mil millones de años se considera uno de los problemas más difíciles en el estudio de la vida temprana en la Tierra.
El equipo de investigación recolectó y clasificó 406 muestras que contenían materia orgánica, que abarcaban rocas sedimentarias de hace aproximadamente 3.800 millones a 10 millones de años, pizarras carboníferas y bituminosas que contenían una gran cantidad de fósiles, tejidos animales, vegetales y fúngicos modernos, así como meteoritos y mezclas orgánicas sintetizadas en laboratorio para distinguir las "fuentes biológicas" de las "fuentes abióticas". Los científicos utilizan tecnología de pirólisis, cromatografía de gases y espectrometría de masas para fragmentar aún más las macromoléculas restantes en la muestra y obtener datos espectrales de una gran cantidad de fragmentos químicos.
Posteriormente, el equipo utilizó un método de aprendizaje automático supervisado llamado "bosque aleatorio" para entrenar el modelo para identificar las combinaciones características de materia orgánica de diferentes fuentes, de modo que aún pueda distinguir entre "participación en la vida" y "procesos químicos puros" en condiciones de alta degradación. El modelo tenía una precisión de hasta el 98 por ciento para distinguir organismos bióticos de abióticos, aproximadamente un 93 por ciento de precisión para identificar señales relacionadas con la fotosíntesis y aproximadamente un 95 por ciento de precisión para distinguir entre fuentes vegetales y animales.
Después de aplicar el modelo a muestras de rocas antiguas, los investigadores asignaron a cada muestra una "probabilidad de probabilidad biológica", y se consideró que los valores superiores al 60 por ciento tenían una fuerte señal de vida. A través de este juicio probabilístico, el equipo evita la simple división binaria de "vivos/no vivos" y también puede identificar muestras de "estado intermedio" que han perdido la mayoría de sus características biológicas debido al calentamiento a alta temperatura.
El estudio llegó a tres conclusiones científicas principales:
El descubrimiento de moléculas orgánicas características de los orígenes de la fotosíntesis en rocas de 2.520 millones de años de antigüedad en Sudáfrica es la evidencia química más temprana hasta ahora de la fotosíntesis generadora de oxígeno, y es anterior a los registros anteriores de este tipo en al menos 800 millones de años.
Se han identificado moléculas orgánicas con características de origen biológico en rocas de 3.510 millones de años de antigüedad en la India, lo que refuerza la cadena de evidencia de que "existieron actividades biológicas maduras en la Tierra hace 3.500 millones de años".
En otro lote de rocas sudafricanas de hace unos 3.500 millones de años, se encontraron señales orgánicas relacionadas con vida no fotosintética, lo que indica que muchas formas de vida tempranas con diferentes métodos metabólicos pueden haber coexistido en ese momento.
Los investigadores señalaron que, en comparación con el método tradicional de observar únicamente si hay biomoléculas completas o fósiles morfológicos, este trabajo demuestra que incluso si las macromoléculas biológicas originales se han roto durante mucho tiempo durante el proceso geológico, el patrón de combinación de fragmentos que queda todavía lleva la huella de la "selección de vida" y puede ser reconocido por el modelo de aprendizaje automático. En otras palabras, en rocas antiguas no sólo hay fósiles, sino también "fantasmas químicos" y "ecos moleculares" difíciles de detectar a simple vista.
Los miembros del proyecto creen que este método de combinación de análisis químico avanzado con IA no sólo puede utilizarse para reescribir la línea temporal de la vida temprana en la Tierra, sino que también se espera que se aplique a la búsqueda de "signos de vida" en muestras de otros cuerpos celestes como Marte, proporcionando herramientas de identificación de biomarcadores más sensibles para futuras misiones de exploración planetaria.