علماء يكتشفون سرًا جديدًا عمره 1.75 مليار عام حول أصل الحياة

اكتشف العلماء في تكوين ماكديرموت (McDermott) في صحراء شمال أستراليا، أحافير صغيرة تُسمى الثايلاكويدات (thylakoids) والتي يُعتقد أنها بكتيريا زرقاء متحجرة يعود تاريخها إلى 1.75 مليار سنة مضت، وهو ما يعتبر أقدم دليل مباشر على عملية البناء الضوئي على الأرض.

يُظهر هذا الاكتشاف أن البناء الضوئي كان موجودًا قبل حوالي 1.2 مليار سنة من الفترة التي كان يُعتقد أن هذه العملية بدأت فيها، مما يُطلق تساؤلات حول دورها في "حدث الأكسدة الكبير".

وتوجد هذه الهياكل داخل خلايا الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي اليوم والتي تحتوي على صبغة الكلوروفيل المستخدمة لامتصاص الضوء لعملية التمثيل الضوئي. وهذا يعني أن الأحافير الدقيقة تمثل أقدم دليل مباشر على عملية البناء الضوئي، مما يمنحنا حدًا أدنى جديدًا لعمر ظهور البكتيريا الزرقاء الحاملة للثايلاكويد، وأداة جديدة لفهم النظم البيئية للأرض المبكرة، وكيف ظهرت الحياة على كوكبنا.

وقد كتب فريق الدراسة التي نُشرت في مجلة "Nature" بقيادة عالمة الأحياء الدقيقة القديمة كاثرين ديمولان، من جامعة لييج: "توفر دراستنا دليلًا مباشرًا على وجود البكتيريا الزرقاء النشطة في عملية التمثيل الغذائي والتي تقوم بعملية البناء الضوئي الأكسجيني" .

قد يبدو التمثيل الضوئي، الذي يستخدم ضوء الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز وأكسجين، وكأنه شيء تفعله النباتات والطحالب بهدوء مع نفسها هناك، ولكنه الأساس لبقاء جميع الكائنات الحية تقريبًا.

نحن نعلم أنه في وقت مبكر من تاريخ الأرض، لم يكن هناك الكثير من الأكسجين يطفو بحرية في الغلاف الجوي والمحيطات. ومع ذلك، تكشف خطوط مختلفة من الأدلة الجيوكيميائية أن مستويات الأكسجين ارتفعت فجأة منذ حوالي 2.4 مليار سنة فيما يعرف باسم "حدث الأكسدة العظيم". ليس من الواضح سبب ذلك، ولكن أحد الاحتمالات هو ظهور كائنات حية تقوم بالتمثيل الضوئي.

ويعد أقدم دليل أحفوري مجهري بلا منازع على البكتيريا الزرقاء هو كائن حي يسمى Eoentophysalis Belcherensis، يعود تاريخه إلى ما يصل إلى 2 مليار سنة مضت . لكن غالبًا ما يكون من الصعب تفسير الحفريات، كما أن بنيتها الداخلية لا تبقى دائمًا سليمة. وليس كل أنواع البكتيريا الزرقاء تحتوي على ثايلاكويد.

وقد استخدمت ديمولين وزملاؤها تقنيات مجهرية مختلفة عالية الدقة لاستكشاف الهياكل الخارجية والداخلية للأحافير الدقيقة لنوع يُعرف باسم Navifusa majensis، ويُعتقد أنه من البكتيريا الزرقاء. وداخل أجسام الكائنات وحيدة الخلية من طبقتين أحفوريتين، وجدوا أغشية الثايلاكويد.

ويعود تاريخ هذه الحفريات إلى ما يصل إلى 1.01 مليار سنة مضت؛ وتكوين ماكديرموت، الذي يمتد إلى ما قبل 1.75 مليار سنة. وهذا يجعل السجل الأحفوري للثايلاكويدات يمتد إلى ما يصل إلى 1.2 مليار سنة - ويعني أن عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني يجب أن يكون قد تطور قبل ذلك الوقت.

لكن ما لا نعرفه بعد هو ما إذا كانت قد تطورت مع الوقت لتساهم في حدث الأكسدة العظيم. لكن العثور على الحفريات القديمة ودراستها بعناية يمكن أن يعطينا إجابة على هذا السؤال الملح.

ومن الجدير بالذكر أن الباحثون يتوقعون أن تحليلات البنية التحتية المماثلة للحفريات الدقيقة المحفوظة جيداً قد توسع السجل الجيولوجي لمركبات التمثيل الضوئي الأكسجينية، والنظم البيئية المبكرة ضعيفة الأكسجين التي تطورت فيها الخلايا المعقدة، مما يساعد في فهم تطور النظم البيئية والكائنات الحية في العصور الأولى للأرض.