Vestígios químicos mais antigos de vida encontrados em rocha com 3,3 mil milhões de anos.

Fósseis químicos de carbono antiquíssimo, recolhidos no coração da província de Mpumalanga, na África do Sul, acabam de fornecer a mais antiga evidência química conhecida de vida na Terra - não sob a forma de ossos ou impressões, mas como padrões moleculares preservados em rochas muito antigas.

Chert de Josefsdal, Mpumalanga: o sinal químico mais antigo de vida na Terra

Uma nova reanálise, baseada em aprendizagem automática, indica que vestígios fragmentários de carbono no Chert de Josefsdal, com 3,33 mil milhões de anos, constituem até agora a deteção mais antiga e mais segura de química biológica identificada no nosso planeta.

O estudo também aponta para outro marco: os investigadores reconheceram a evidência mais antiga de fotossíntese conhecida até hoje, em rochas com 2,52 mil milhões de anos (África do Sul) e 2,3 mil milhões de anos (Canadá). Este resultado recua em mais de 800 milhões de anos a linha temporal documentada para o processo.

Porque os fósseis não chegam: o tempo apaga, a geologia altera

O tempo, a degradação e a própria dinâmica geológica raramente são “amigos” das pistas deixadas pela vida. Quanto mais recuamos no passado, maior é a probabilidade de as assinaturas originais terem sido alteradas, diluídas ou reconfiguradas por pressão, temperatura e reacções químicas ao longo de milhares de milhões de anos.

Além disso, o primeiro capítulo da vida na Terra terá sido escrito, ao que tudo indica, por micróbios minúsculos. Mesmo que tenham existido em abundância, os seus restos físicos teriam sido profundamente transformados desde que se movimentaram nos ambientes húmidos e primordiais do planeta jovem.

Ainda assim, certas formações rochosas continuam a ser interpretadas como testemunhos desse mundo microbiano. Estruturas como os estromatólitos são geralmente entendidas como o resultado de tapetes microbianos - comunidades extensas e densas de microrganismos capazes de deixar camadas e padrões em rochas antigas. Também existem cherts escuros e xistos, bem como formações carbonatadas, onde podem persistir, durante éones, traços fossilizados e muito fragmentados de carbono.

O problema é que, quando o carbono se apresenta como resíduos “fuliginosos” e altamente alterados, torna-se extremamente difícil determinar, com total certeza, se foi gerado por processos biológicos ou não biológicos.

Uma abordagem nova: padrões biológicos detetados por aprendizagem automática

Para ultrapassar esta incerteza, uma equipa liderada pelo mineralogista e astrobiólogo Robert Hazen, da Instituição Carnegie para a Ciência (EUA), desenvolveu um método para identificar de forma positiva carbono antigo produzido por vida. O artigo tem como primeiros autores os astrobiólogos Michael Wong e Anirudh Prabhu, também associados à Carnegie Science.

A estratégia foi construída em duas etapas principais:

1. Mapear padrões discretos, mas típicos da biologia, deixados por moléculas biológicas em amostras mais jovens, onde a origem viva é mais fácil de confirmar.
2. Treinar um algoritmo de aprendizagem automática para reconhecer esses padrões mesmo quando se encontram abaixo do limiar de perceção humana, isto é, quando o sinal é fraco, incompleto ou “escondido” pelo ruído geológico.

Nas palavras de Hazen, a lógica é comparável a mostrar milhares de peças de um puzzle a um computador e perguntar se a imagem original era uma flor ou um meteorito. Em vez de perseguir moléculas isoladas, o foco passa a estar em padrões químicos globais - padrões esses que, em princípio, poderiam também ser relevantes noutros locais do universo.

Como foram analisadas as amostras: Py-GC-MS e assinaturas espectrais

Para testar o método, os investigadores reuniram 406 amostras, incluindo organismos modernos e fósseis antigos, desde estromatólitos até traços de carbono numa matriz de sílica. Em seguida, submeteram esse conjunto a uma técnica chamada pirólise–cromatografia gasosa–espectrometria de massa (Py-GC-MS).

De forma simplificada, a Py-GC-MS funciona assim:

• a amostra é aquecida para quebrar o material orgânico em fragmentos;
• esses fragmentos são separados;
• e as suas assinaturas de massa são medidas, produzindo um perfil espectral detalhado.

Depois, o modelo de aprendizagem automática analisou estes dados à procura de padrões associados a química biológica, alcançando uma taxa de acerto superior a 90%.

Prabhu, especialista em aprendizagem automática, sublinha que estas amostras e os seus espectros são estudados há décadas, mas que a IA acrescenta uma “lente” nova: permite extrair informação crítica mesmo quando a degradação torna muito difícil ver sinais de vida a olho nu ou por inspeção tradicional.

O que aconteceu quando recuaram no tempo: sinais fortes, depois ecos ténues

O conjunto de amostras abrangia idades desde o presente até cerca de 3,8 mil milhões de anos, incluindo carbono da Gronelândia com 3,7 mil milhões de anos e estromatólitos com 3,5 mil milhões de anos provenientes do deserto australiano.

Nas amostras mais recentes - aproximadamente tudo o que é mais jovem do que 500 milhões de anos - as assinaturas biológicas surgiram fortes e nítidas. Contudo, à medida que as idades aumentavam, o sinal biológico enfraquecia, à medida que processos geológicos iam removendo detalhe químico e apagando a “impressão digital” molecular.

Mesmo assim, a amostra mais antiga que recebeu uma identificação positiva de origem biológica foi precisamente a do Chert de Josefsdal, datada de 3,33 mil milhões de anos.

Importa notar: isto não prova que amostras ainda mais antigas não sejam biológicas. Pode simplesmente acontecer que estejam tão degradadas que o padrão já não seja distinguível - nem sequer pelo algoritmo. Ainda assim, os autores consideram que, com estes dados, é possível afirmar com confiança que a vida na Terra já tinha surgido e disseminado até há 3,33 mil milhões de anos, com a possibilidade real de ter acontecido antes.

O que estes “ecos” significam para a história da Terra (e para além dela)

Hazen resume o avanço como um salto importante na capacidade de descodificar as assinaturas biológicas mais antigas do planeta: ao combinar análise química robusta com aprendizagem automática, passa a existir uma forma de ler “fantasmas” moleculares deixados pela vida inicial - sinais ténues que continuam a transportar informação após milhares de milhões de anos.

Um impacto particularmente relevante é a melhoria na forma como se avalia habitabilidade em registos muito antigos: em vez de depender apenas de fósseis visíveis (raros e facilmente alterados), torna-se possível trabalhar com padrões químicos que sobrevivem de forma mais difusa, mas potencialmente mais ampla, em diferentes tipos de rocha.

Outro aspeto importante é a ligação à astrobiologia. Se a aprendizagem automática consegue distinguir padrões biológicos em materiais extremamente envelhecidos e alterados na Terra, a mesma abordagem poderá ajudar a interpretar amostras e dados espectrais de outros corpos do Sistema Solar, ou mesmo de futuras missões de recolha e retorno de amostras, onde a vida - se existiu - poderá também ter deixado sobretudo sinais químicos e não fósseis óbvios.

Publicação

A investigação foi publicada nas Atas da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos (PNAS).