У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Science і представленому в The Conversation, вчені Бен Вудкрофт та Адріан А. Давін описують прорив у розумінні еволюції бактерій — завдяки машинному навчанню вдалося відтворити хронологію тривалістю 3 мільярди років.

Дослідження дає змогу не лише побачити, коли бактерії виникли, а й виявити приголомшливий факт: деякі з них використовували кисень майже за мільярд років до того, як він з’явився в атмосфері у значущих кількостях. Про це пише Phys.org.

Один трильйон видів, і 3 мільярди років без скам’янілостей

Згідно з оцінками, на Землі існує близько трильйона видів мікроорганізмів, більшість з яких — бактерії. На відміну від великих тварин, бактерії не залишають слідів у геологічному літописі: в них немає кісток чи оболонок, які могли б зберегтись у скам’янілостях. Через це встановити часову шкалу еволюції бактерій до останнього часу було надзвичайно складно.

Але тепер у гру вступив штучний інтелект. Дослідники вперше змогли створити детальний хронологічний сценарій розвитку бактерій, використовуючи поєднання філогенетики, геології та машинного навчання.

Як штучний інтелект відтворив історію, що не має скам’янілостей

Основним проривом стало навчання моделі ШІ визначати, чи може конкретний вид бактерій використовувати кисень, виходячи з набору генів. У бактерій, здатних дихати киснем, структура геному сильно змінена, бо клітинний метаболізм орієнтований на реакції з участю кисню.

Після цього модель застосували до гіпотетичних предків сучасних бактерій, чий геном вчені реконструювали за допомогою філогенетичних дерев. Тобто, ШІ не просто аналізував сучасні дані — він “передбачав” властивості давніх бактерій, виходячи з еволюційних моделей.

Ключовим орієнтиром для визначення часу стала Велика киснева катастрофа — геологічно зафіксована подія, що відбулася близько 2,4 мільярда років тому, коли ціанобактерії почали виділяти кисень в атмосферу внаслідок фотосинтезу.

Велика киснева катастрофа: неочікувані наслідки

До цього періоду кисень був смертельною отрутою для більшості форм життя. Коли ціанобактерії почали наповнювати атмосферу киснем, багато видів вимерли, а інші пристосувались до нових умов.

Здавалося б, адаптація до кисню мала відбутися після цього переломного моменту, але ШІ сказав інакше.

❗ Вчені виявили, що деякі бактерії, здатні до використання кисню, з’явилися майже на 900 мільйонів років раніше, ніж відбулася Велика киснева катастрофа.

Це означає, що кисень у мікрокількостях уже існував у локальних середовищах, а деякі бактерії вже навчилися його використовувати.

Ще більш вражаюче:

🧬 Ціанобактерії навчилися використовувати кисень навіть раніше, ніж розвинули фотосинтез, що його продукує.

Цей факт перевертає традиційне уявлення про хронологію подій у біологічній історії Землі.

Наслідки: як змінилося наше уявлення про еволюцію

Це дослідження відкриває новий підхід до реконструкції еволюції життя на Землі — навіть там, де відсутні скам’янілості. Комбінуючи машинне навчання з геологічними та генетичними даними, вчені змогли створити більш точну й глибоку шкалу еволюційних подій.

Крім того, відкриття ранньої адаптації до кисню демонструє, наскільки життя здатне до передбачення та підготовки до змін середовища, задовго до того, як ці зміни стали глобальними.

“Нічого в біології не має сенсу, окрім у світлі еволюції” — нагадують автори, цитуючи Теодосія Добжанського.

Чому це важливо знати

Це дослідження — не просто наукова новинка. Воно переосмислює ключові моменти історії життя на Землі і показує, як штучний інтелект може доповнювати традиційні методи науки, розкриваючи процеси, які були невидимими мільярди років.

Оскільки багато сучасних викликів (від біотехнологій до медицини) пов’язані з розумінням мікроорганізмів, знання про їхню еволюцію можуть мати прикладне значення — від розробки нових антибіотиків до синтетичної біології.

Крім того, це підтверджує: навіть найпростіше життя володіє вражаючою здатністю до інновацій, що перевершує темпи змін навколишнього середовища.