Сомневаетесь - архивируйте!

Теперь можно более точно определить, биологического ли происхождения исследуемые учеными ископаемые

Любопытный новый способ проверки ископаемых на предмет их биологического происхождения предложили американские исследователи Фрэнк Корзетти (Frank Corsetti) и Майкл Сторри-Ломбарди (Michael Storrie-Lombardi). По их словам, ответить на вопрос, является ли ископаемое результатом жизнедеятельности живых организмов или возникло небиологическим путём, может компьютерная архивация их цифрового изображения.

На поиски данной методики Корзетти, геопалеонтолога Университета Южной Каролины, и Сторри-Ломбарди из Лаборатории реактивного движения (JPL) подвигли исследования одной из древнейших и любопытнейших форм существования организмов – строматолитов.

Строматолиты – (от греч. stromatos – подстилка и lithos – камень) – карбонатные, иногда вторично окремнённые образования с разнообразной внутренней слоистостью, возникшие в результате жизнедеятельности низших организмов – главным образом бактерий и цианобактерий. В своё время достигали нескольких метров в длину и 1-2 в высоту и когда-то были, вероятно, доминирующей формой жизни на планете. Живые строматолиты можно встретить и в наше время. Они образуются на мелководьях преимущественно тропических морей, обычно в условиях часто меняющейся солености воды. Поразительно, что за прошедшие миллиарды лет они практически не изменились. Некоторые учёные выдвигают предположения, что подобные организмы в своё время могли присутствовать на Марсе.

Говоря проще, внешне строматолиты напоминают крупные сферические камни или наросты, на спиле имеющие весьма характерную слоистость. Они не являются сплошным органическим телом – скорее это колония микроорганизмов, которые, размножаясь и отмирая, способствуют образованию на поверхности всё новых и новых слоёв отложений.

Исследование строматолитов шло размеренным темпом, пока несколько лет назад геобиологами не был обнаружен камень, внешне очень напоминавший окаменевший строматолит. Позже, однако, было доказано, что его образование не связано с жизнедеятельностью живых организмов, а в 1996 в Nature была опубликована статья Джона Гротзингера (John Grotzinger), в которой учёный приводил схему образования строматолитообразных формирований путём несложных химических реакций.

Возник вопрос, как же тогда отличить такие псевдостроматолиты, образовавшиеся путём осаждения минеральных солей от собственно строматолитов? Микроскопические изыскания дали весьма неопределённые результаты, что, в принципе, не удивительно, если учесть возраст ископаемых.

Кстати, аналогичная ситуация сложилась с легендарным марсианским метеоритом ALH84001, обнаруженным в Антарктиде, и вот уже несколько лет являющимся объектом интенсивных исследований и научных дебатов. Дело в том, что этот кусок породы, возраст которого определяется приблизительно в 3,9 млрд. лет, содержит минеральные или минерализовавшиеся микроструктуры, которые некоторыми специалистами поначалу были классифицированы как окаменевшие остатки микроорганизмов. Более поздние исследования поставили под вопрос эти результаты, однако окончательных выводов пока сформулировано не было. Некоторых учёных исследования ALH84001 даже понудили выдвинуть идею о существовании т.н. "нанобактерий", жизненных форм, организация которых лежит ниже принятого предела размеров живых организмов. Так или иначе, а тема остаётся открытой. Однако, вернёмся, как говорится, к нашим строматолитам.

Внешне отличить "классический" строматолит, который, как считается, возник благодаря деятельности бактерий, от новооткрытых "минеральных" строматолитов не удаётся – в обоих случаях наблюдается та же характерная слоистость. И вот тогда  Корзетти и Сторри-Ломбарди выдвинули своеобразную идею: если обнаружить какие-либо очевидные остатки живых организмов не удаётся, возможно, стоит искать не их самих, а какие-то однозначные признаки их жизнедеятельности? Гипотеза заключалась в том, что живые организмы в силу своей высшей организованности должны бы также структурировать откладываемые ними минералы также более упорядочено и регулярно, чем это происходит в процессе их простого осаждения.

Для проверки гипотезы был выбран весьма своеобразный способ: цветные цифровые снимки высокого разрешения образцов различного происхождения сжимали на компьютере Macintosh с помощью стандартной UNIX-функции сжатия gzip. Допускалось, что в связи с большей сложностью и упорядоченностью структуры "органических" строматолитов, при архивации они должны сжиматься меньше, чем снимки их "минеральных" аналогов.

К удивлению исследователей, полученные результаты свидетельствовали совсем о противоположном.

Вероятно, объяснение наблюдаемого заключается в особенностях строения "биогенных" строматолитов. Принцип сжатия изображений функцией gzip в общих чертах можно выглядит следующим образом: при архивации программа обрабатывает распределение цветов соседних пикселей, после чего присваивает найденным схемам свой уникальный номер и заносит схемы и их идентификаторы в таблицу. В дальнейшем, при обработке следующей части файла, gzip анализирует его на предмет наличия уже встречавшихся "узоров". Если таковые наблюдаются, то вместо записи в создаваемый архив информации о всех пикселях, записывается лишь номер, присвоенный ранее обработанной схеме. Таким образом, изображения со значительным количеством одинаковых или регулярных участков могут быть сжаты намного эффективнее, чем картинки со случайным распределением узора.

Таким образом, предложенный метод позволяет различать структуры, характеризующиеся более высоким уровнем упорядоченности, регулярности, или, если позволите, "предсказуемости", какие характерны для живых систем, от систем с более случайным, менее структурированным строением, что более свойственно неживой природе.

Пока исследователи лишь начинают апробацию предложенной методики, поэтому сами предостерегают от некритичного её принятия. Как отмечает Корзетти, "Пока получены лишь предварительные результаты. Они довольно интригующие, однако очень приблизительны и требуют основательной практической проверки".

Исследователи надеются, что их методика, в случае подтверждения её достоверности, будет полезной при решении ряда спорных вопросов палеонтологии, а также намерены испытать её на снимках, полученных с поверхности Марса, в частности, планирующейся в ближайшие месяцы экспедицией марсианских "роверов".