人工智慧解讀地球古代生命「幽靈」跡象
AI spots ‘ghost’ signatures of ancient life on Earth
17 NOV 2025 4:45 PM ETBYROBERT F. SERVICE
f t在尋找地球上和其他星球上最早的生命時，研究人員通常會尋找完整的化石或僅由生物體製成的生物分子。但此類信號稀少且分散。如今，研究人員開發出一套人工智慧（AI），僅憑生物分子經過漫長年代降解後留下的化學模式，便能識別未知來源岩石中古代生命的跡象。
「我們有辦法解讀早期生命留下的分子『幽靈』。」卡內基科學研究所的地質學家羅伯特·哈森說道，他領導的這項研究今日發表於《美國國家科學院院刊》。
透過這種自動化模式識別技術，研究人員表示，他們能在三十三億年前的岩石中看見生命的特徵，這比地球最古老化石顯示的生命跡象早了數億年。但這項新研究還聲稱將最早光合作用生命的生物分子跡象推前約八億年，至二十五億年前。研究人員目前正致力於調整此方法，以在火星以及木星和土星的衛星上搜尋生命跡象。
「這可能變得非常重要，」南加州大學的微生物生物地球化學家卡倫·勞埃德表示，她未參與此研究，「這是尋找生物標記的絕佳方式。」
對於地球最早生命的微體化石證據，目前仍存爭議，其年代可追溯至三十七億多年前，以如今位於加拿大的熱液噴口周圍微生物所形成的絲狀結構岩石為證。此外，如今西澳大利亞的細菌層在約三十五億年前堆積出更確鑿的化石證據，即所謂的疊層石。但地球年輕時期的此類化石極為罕見。
研究人員曾試圖透過搜尋不含化石但包含生命化學和分子跡象的古老沉積物來補充這段記錄。例如，唯有生物體才被認為能夠製造某些脂質和稱為卟啉的環狀化合物。但地球的構造活動往往會通過掩埋、壓碎、加熱和冷卻沉積物來摧毀這些跡象。間接測量也提供線索，例如，三十七億多年前的岩石含有較多生物體偏好的輕同位素碳-12，相較於較重的同位素碳-13。不過，加州理工學院的生物地球化學家伍德沃德·菲舍爾表示，找到確鑿的分子生物標記「並非易事」。
因此，哈森及其同事決定放棄尋找完整的生物分子確鑿證據。相反，他們思考能否從這些化合物分解後留下的分子殘渣中識別出獨特模式。
為此，團隊蒐集了超過四百個樣本。部分樣本是已知含有活體或化石生物的岩石和沉積物，其他則是來自隕石的非生物樣本。團隊使用熱解氣相層析質譜儀（GC-MS）分析它們。該設備將樣本加熱至六百多攝氏度，使其分解為揮發性碎片，再根據物理和化學特性分離碎片、識別並統計其濃度。研究第一作者、卡內基太空生物學家邁克爾·黃將此儀器比喻為「一台非常精巧的烤箱，不僅能烤蛋糕，還能為你品嘗。」
最終，每個樣本被轉化為數據地貌，包含高達數十萬個獨立峰，每個峰代表一種可能的分子碎片。接著，他們使用一種稱為隨機森林模型的傳統機器學習技術，分析存在與缺失物質中的模式。卡內基地學資訊專家阿尼魯德·普拉布表示：「機器學習模型所做的，基本上是嘗試將每個數據地貌視為指紋，以找出相似和差異之處。」
在用百分之七十五的樣本訓練AI後，研究人員讓其分析其餘樣本。在測試樣本中，AI能以超過百分之九十的準確率區分生物和非生物樣本。它還在高達三十三億年歷史的岩石中識別出獨特於生物的化學模式，這比岩石中保存的先前生物分子跡象早近一倍。
此外，AI從高達二十五億年歷史的岩石中解析出與產氧光合作用相關的分子模式。雖然當時因氧氣突然爆發而有大量地球化學證據顯示光合作用生命的存在，但這些生物體分子機制的保存證據卻很稀少。作者表示，新結果將光合作用生命的分子跡象推前超過八億年。
並非所有跡象都容易辨識。對於估計年代在五億至二十五億年的生物樣本，AI約三分之二時間能識別生命跡象。但在二十五億年以上的岩石中，該數字降至百分之四十七。對每個樣本，模型不僅報告生命跡象是否存在，還提供概率分數。若樣本的「生物」分數超過百分之六十，即視為強烈跡象。勞埃德指出：「信心水平尚未達到理想狀態。」不過，她補充，隨著研究人員透過更多樣本加強AI的訓練數據，這狀況可能改變。
研究人員急於在地外樣本上測試該系統。普拉布表示，該模型「為探索古代和外星環境開啓新視野，引導我們發現自己可能尚未意識到的模式。」黃補充，此生物標記模式識別也適用於其他分析工具，這有助於未來前往火星、木衛二和土衛二的機器人任務擴大搜尋地外生命跡象。
黃的團隊正啟動一項由NASA資助、價值五百萬美元的新計畫來實現這一點。他表示，目標是「回答我們仍面臨的最偉大科學問題之一：我們在宇宙中是否孤單？」