Um novo estudo mostra que os cientistas descobriram os primeiros vestígios químicos conhecidos de vida em rochas antigas há cerca de 3,3 mil milhões de anos e acreditam que a fotossíntese geradora de oxigénio pode ter surgido pelo menos 800 milhões de anos antes do que se pensava anteriormente. Esta pesquisa utiliza métodos avançados de análise química e modelos de inteligência artificial para “ler” sinais químicos fracos deixados pelas atividades vitais de rochas que foram severamente deterioradas e cujas moléculas biológicas originais foram quebradas há muito tempo.
O artigo foi publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) e foi liderado por uma equipe da Carnegie Institution for Science. Foi descrito pelos pesquisadores como “a primeira vez que ecos químicos de vida foram identificados de forma confiável em rochas há bilhões de anos”.
A evidência direta da vida mais antiga da Terra é extremamente limitada: fósseis como restos de células minúsculas, estruturas filamentosas, tapetes microbianos e estromatólitos sugerem que a vida existia há cerca de 3,5 mil milhões de anos, mas esses fósseis em si são escassos e a informação é limitada. Além disso, moléculas orgânicas originalmente presentes nas rochas foram quebradas em fragmentos durante bilhões de anos de soterramento, aquecimento e extrusão, tornando difícil reconstruir informações de vida a partir delas usando métodos tradicionais.
Anteriormente, a “vida útil” de algumas das moléculas orgânicas mais duráveis nas rochas geralmente não excedia cerca de 1,7 mil milhões de anos. Embora os sinais isotópicos em rochas mais antigas sugiram a existência de vida, é difícil distinguir quais processos são realmente biológicos. Portanto, a procura de vestígios de vida em rochas há mais de 3 mil milhões de anos é considerada um dos problemas mais difíceis no estudo da vida primitiva na Terra.
A equipe de pesquisa coletou e classificou 406 amostras contendo matéria orgânica, cobrindo rochas sedimentares de cerca de 3,8 bilhões a 10 milhões de anos atrás, carvão e xisto betuminoso contendo um grande número de fósseis, tecidos modernos de animais, plantas e fungos, bem como meteoritos e misturas orgânicas sintetizadas em laboratório para distinguir "fontes biológicas" de "fontes abióticas". Os cientistas usam a tecnologia de cromatografia gasosa de pirólise e espectrometria de massa para fragmentar ainda mais as macromoléculas restantes na amostra e obter dados espectrais de um grande número de fragmentos químicos.
Posteriormente, a equipe usou um método de aprendizado de máquina supervisionado chamado “floresta aleatória” para treinar o modelo para identificar as combinações características de matéria orgânica de diferentes fontes, de modo que ainda possa distinguir entre “participação na vida” e “processos químicos puros” sob condições de alta degradação. O modelo teve até 98% de precisão na distinção de organismos bióticos de abióticos, cerca de 93% de precisão na identificação de sinais relacionados à fotossíntese e cerca de 95% de precisão na distinção entre fontes vegetais e animais.
Depois de aplicar o modelo a amostras de rochas antigas, os pesquisadores atribuíram a cada amostra uma “probabilidade de verossimilhança biológica”, com valores acima de 60% considerados como um forte sinal de vida. Através deste julgamento probabilístico, a equipe evita a simples divisão binária de “vivos/não vivos” e também pode identificar amostras de “estado intermediário” que perderam a maior parte de suas características biológicas devido ao aquecimento em alta temperatura.
O estudo chegou a três conclusões científicas principais:
A descoberta de moléculas orgânicas características das origens da fotossíntese em rochas com 2,52 mil milhões de anos na África do Sul é a mais antiga evidência química de fotossíntese geradora de oxigénio, antecedendo registos anteriores deste tipo em pelo menos 800 milhões de anos.
Moléculas orgânicas com características de origem biológica foram identificadas em rochas com 3,51 mil milhões de anos na Índia, reforçando a cadeia de evidências de que “existiam atividades biológicas maduras na Terra há 3,5 mil milhões de anos”.
Num outro lote de rochas sul-africanas, há cerca de 3,5 mil milhões de anos, foram encontrados sinais orgânicos relacionados com vida não fotossintética, indicando que muitas formas de vida primitivas com diferentes métodos metabólicos podem ter coexistido naquela época.
Os pesquisadores apontaram que, em comparação com o método tradicional de verificar apenas se existem biomoléculas completas ou fósseis morfológicos, este trabalho prova que mesmo que as macromoléculas biológicas originais tenham sido quebradas durante o processo geológico, o padrão de combinação de fragmentos deixado para trás ainda carrega a marca da "seleção de vida" e pode ser reconhecido pelo modelo de aprendizado de máquina. Em outras palavras, não existem apenas fósseis em rochas antigas, mas também “fantasmas químicos” e “ecos moleculares” difíceis de detectar a olho nu.
Os membros do projeto acreditam que este método de combinar análise química avançada com IA não só pode ser usado para reescrever a linha do tempo do início da vida na Terra, mas também deverá ser aplicado à busca de "sinais de vida" em amostras de outros corpos celestes como Marte, fornecendo ferramentas de identificação de biomarcadores mais sensíveis para futuras missões de exploração planetária.