一項(xiàng)最新研究表明，科學(xué)家在約33億年前的古老巖石中發(fā)現(xiàn)了目前已知最早的生命化學(xué)痕跡。這表明產(chǎn)氧光合作用的出現(xiàn)時(shí)間可能比此前認(rèn)知至少提前8億年。研究團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)化學(xué)分析手段和人工智能模型，從嚴(yán)重變質(zhì)、原始生物分子早已破裂的巖石中“讀出”生命活動(dòng)留下的微弱化學(xué)信號(hào)。

該研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS），由卡內(nèi)基科學(xué)研究機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)。研究者稱這是首次在幾十億年前的巖石中可靠識(shí)別出生命的化學(xué)回聲。地球最早期生命的直接證據(jù)極其有限，微小細(xì)胞遺骸、絲狀結(jié)構(gòu)、微生物墊和疊層石等化石表明，早在約35億年前生命就已存在，但這類化石本身稀少且信息有限。原本存在于巖石中的有機(jī)分子在數(shù)十億年的埋藏、加熱和擠壓過程中被打碎為零散碎片，使傳統(tǒng)方法很難從中重建生命信息。

此前，最耐久的一些有機(jī)分子在巖石中的“壽命”一般不超過約17億年，更古老巖石中的同位素信號(hào)雖暗示生命存在，卻難以分辨哪些過程真的是生物所為。因此，在30多億年前的巖石中尋找生命痕跡被視為地球早期生命研究中最棘手的難題之一。

研究團(tuán)隊(duì)采集和整理了406份含有機(jī)物樣品，涵蓋約38億年至1000萬年前的沉積巖、含大量化石的煤和油頁巖、現(xiàn)代動(dòng)植物和真菌組織，以及隕石和實(shí)驗(yàn)室合成有機(jī)混合物，用以區(qū)分“生物來源”和“非生物來源”。科學(xué)家通過熱解-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，將樣品中殘存的大分子進(jìn)一步裂解，獲得大量化學(xué)碎片的譜圖數(shù)據(jù)。

隨后，團(tuán)隊(duì)采用一種稱為“隨機(jī)森林”的監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)方法，訓(xùn)練模型識(shí)別不同來源有機(jī)物的特征組合，從而在高降解條件下依然能分辨“有生命參與”還是“純化學(xué)過程”。模型在區(qū)分生物有機(jī)物與非生物有機(jī)物時(shí)準(zhǔn)確率最高可達(dá)98%，識(shí)別光合作用相關(guān)信號(hào)的準(zhǔn)確率約為93%，在區(qū)分動(dòng)植物來源時(shí)準(zhǔn)確率約為95%。

在將模型應(yīng)用于古老巖石樣品后，研究者給每個(gè)樣品都賦予一個(gè)“生物可能性概率”，超過60%即被視為存在強(qiáng)烈生命信號(hào)。通過這種概率式判斷，團(tuán)隊(duì)避免了簡(jiǎn)單的“有/無生命”二元?jiǎng)澐?，也能識(shí)別那些因高溫加熱而失去大部分生物特征的“中間狀態(tài)”樣品。

研究得出三個(gè)主要科學(xué)結(jié)論：在南非25.2億年前的巖石中發(fā)現(xiàn)具有光合作用起源特征的有機(jī)分子，是迄今最早的產(chǎn)氧光合作用化學(xué)證據(jù)，比此前同類記錄至少早8億年。在印度35.1億年前的巖石中，識(shí)別出了具有生物起源特征的有機(jī)分子，強(qiáng)化了“35億年前地球已有成熟生物活動(dòng)”的證據(jù)鏈。在另一批約35億年前的南非巖石中，發(fā)現(xiàn)了與非光合生命相關(guān)的有機(jī)信號(hào)，表明當(dāng)時(shí)可能共存多種不同代謝方式的早期生命形態(tài)。

研究者指出，相比傳統(tǒng)只看是否有完整生物分子或形態(tài)化石，這項(xiàng)工作證明即便原始生物大分子在地質(zhì)過程中早已粉碎，其留下的碎片組合模式仍然帶有“生命選擇”的烙印，可被機(jī)器學(xué)習(xí)模型識(shí)別出來。換言之，古老巖石中不只有化石，還有難以肉眼察覺的“化學(xué)幽靈”和“分子回聲”。

項(xiàng)目成員認(rèn)為，這種將高級(jí)化學(xué)分析與AI結(jié)合的方法不僅可用于改寫地球早期生命時(shí)間線，也有望應(yīng)用于火星等其他天體樣品的“生命跡象”搜尋，為未來行星探測(cè)任務(wù)提供更敏感的生物標(biāo)志物識(shí)別工具。