Głębsze spojrzenie na skamieniałości sprzed 400 milionów lat

Naukowcy z Uniwersytetu w Edynburgu rozwinęli technikę badawczą łączącą zaawansowaną mikroskopię i uczenie maszynowe, dzięki czemu udało im się stworzyć metodę rozpoznawania gatunków pochodzących ze stanowiska Rhynie chert, liczącego ponad 400 milionów lat.

26.03.2023Aktualizacja: 27.03.2023Opublikował: RK

Osiągnięcia nauk przyrodniczych to często wypadkowa jakiegoś odkrycia i pomysłu, jak go zrozumieć. Co najmniej od czasów Darwina połączenie istotnego znaleziska i teorii albo metody badawczej prowadzi ścieżkę postępu naszej wiedzy o tym, jak zmieniała się nasza planeta i zamieszkujące ją żywe istoty. Szczególnie dobrze widać to w naukach zajmujących się przeszłością, takich jak na przykład paleontologia czy paleobiologia. Historia rozwoju życia wymaga odkryć. Bez śladów znajdowanych w formie skamielin pewnie nigdy nie wykoncypowalibyśmy istnienia dinozaurów. Jednak bez nowoczesnych badań – takich jak na przykład datowanie izotopowe czy też genetyka – być może nadal spieralibyśmy się, czy nie są to kości legendarnych smoków.

Do takich spektakularnych odkryć należy skamieniały ekosystem znaleziony ponad sto lat temu w pobliżu wioski Rhynie w Szkocji. Przed około 400 milionów lat temu, w okresie wczesnego dewonu, w tamtych okolicach znajdowały się gorące źródła, przypominające te, które dziś zobaczyć można w amerykańskim parku Yellowstone. Było to środowisko niezwykle bogate w różnorodne formy ówczesnego życia. Dzięki temu, że zamiast się rozkładać ulegały mineralizacji krzemionką, pozostały do naszych czasów zachowane w skale krzemionkowej zwanej czertem (stąd nazwa stanowiska: chert Rhynie). Jak dotąd zidentyfikowano tam ponad 50 różnych gatunków grzybów, sinic, roślin i zwierząt (dane sprzed kilku lat), a pobrane materiały dostępne na uniwersytetach w Aberdeen i w Oksfordzie są nadal badane i przynoszą wciąż nowe wiadomości o przeszłości życia na Ziemi.

I tu zaczyna się historia technologicznego postępu. Co jakiś czas słyszymy o kolejnych koncepcjach i kolejnych metodach badania pozostałości skamieniałych w czercie. Szczególnie eksponowana jest rola tego znaleziska w procesie wyjścia życia z wody na suchy ląd. Niedawno w czasopiśmie „Science” na bazie roślin zachowanych w Rhynie badacze z Czech i USA pokazali, dlaczego rozwój roślin poszedł w stronę złożonych, różnorodnych organizmów.

Nowe badania – o których informuje publikacja w czasopiśmie „Nature Communication” – nie przynoszą żadnego konkretnego nowego gatunku, ale przynoszą inne dobre wieści: opracowana nowatorska technika badawcza pozwoli na wydobycie z czertu jeszcze więcej informacji, niż dotąd zakładano, że jest to możliwe. Nowatorska technika, która wykorzystuje obrazowanie w podczerwieni i posługuje się uczeniem maszynowym umożliwia obrazowanie tkanek sprzed 400 milionów lat, o których wcześniej zakładano, że nie są możliwe do odtworzenia.

Badacze z Uniwersytetu w Edynburgu wykorzystali techniki „nieniszczącego obrazowania” (ang. non-destructive imaging) by przeanalizować skamieliny zebrane w szkockich muzeach, a także na uniwersytetach w Aberdeen i Oksfordzie. Naukowcy byli w stanie „zajrzeć” głębiej niż pozwalały dotychczasowe badania, bez jakiegokolwiek naruszenia struktury badanej skały, co dla skamielin o skali mikro ma zupełnie podstawowe znaczenie. Żeby to osiągnąć, wykorzystali technikę znaną jako spektroskopia FTIR, w której światło podczerwone wykorzystane jest do zebrania danych o dużej rozdzielczości.

Ponieważ duża część analizowanego w ten sposób materiału była już wcześniej badania i naukowcy wiedzieli, jakie gatunki obserwują, wykorzystali tę wiedzę to stworzenia algorytmów uczenia maszynowego. Dzięki temu wypracowali technikę, która niezawodnie odróżnia ślady roślin, zwierząt, grzybów i bakterii.

Tę technikę wykorzystano następnie do zbadania okazu, który budzi więcej wątpliwości niż pozostałe – rurkowatego w kształcie „nematofita”, co do którego nie było pewności, czy należy do grzybów czy glonów, mimo że napotykany jest w różnych osadach syluru i dewonu. Wynik badań był zaskakujący – nie mają one rozpoznawalnych cech ani jednego, ani drugiego. Czym zatem są – to wymaga dalszych badań.

Chociaż więc ta część analizy nie przyniosła pozytywnych odpowiedzi, to badania bez wątpienia będą miały znaczące miejsce w swojej dziedzinie, ponieważ wprowadzają nowe, skuteczniejsze narzędzie, które umożliwi rozszerzenie naszej wiedzy o znaleziskach w Rhynie i innych, podobnych, na które nauka wciąż liczy.

Badania: Sean McMahon et al, Molecular fingerprints resolve affinities of Rhynie chert organic fossils, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37047-1.

Opracowano na podstawie: