تم اكتشاف بقايا عالم منقرض من الكائنات البدائية

حتى الآن ، تم التغاضي عن بعض المؤشرات الحيوية ، “الستيرويدات الأولية” ، باعتبارها شهودًا أحفوريًا على الحياة البدائية.

تشير توقيعات العلامات الحيوية المكتشفة حديثًا إلى مجموعة كاملة من الكائنات الحية غير المعروفة سابقًا والتي سيطرت على الحياة المعقدة على الأرض منذ حوالي مليار سنة. لقد اختلفوا عن الحياة المعقدة لحقيقيات النوى كما نعرفها ، مثل الحيوانات والنباتات والطحالب في تركيبها الخلوي والأيض المحتمل ، والتي تم تكييفها مع عالم به أكسجين أقل بكثير في الغلاف الجوي مما هو عليه اليوم. يقوم فريق دولي من الباحثين ، بما في ذلك عالم الكيمياء الجيولوجية GFZ كريستيان هولمان ، بالإبلاغ الآن عن هذا الاختراق في مجال علم الأحياء الجيولوجي التطوري في مجلة Nature.

وقد تبين أن “الستيرويدات الأولية” غير المعروفة سابقًا كانت وفيرة بشكل مدهش في جميع أنحاء العصور الوسطى للأرض. تم إنتاج الجزيئات البدائية في مرحلة مبكرة من تعقيد حقيقيات النوى – مما يوسع السجل الحالي للمنشطات الأحفورية إلى ما بعد 800 وما يصل إلى 1600 مليون سنة ماضية. حقيقيات النوى هو مصطلح يطلق على مملكة الحياة بما في ذلك جميع الحيوانات والنباتات والطحالب ويتم فصلها عن البكتيريا من خلال وجود بنية خلوية معقدة تتضمن نواة ، بالإضافة إلى آلية جزيئية أكثر تعقيدًا.

يقول هولمان: “إن أهم ما توصل إليه هذا الاكتشاف ليس مجرد امتداد السجل الجزيئي الحالي لحقيقيات النوى”: “بالنظر إلى أن آخر سلف مشترك لجميع حقيقيات النوى الحديثة ، بما في ذلك نحن البشر ، كان على الأرجح قادرًا على إنتاج ستيرولات حديثة” منتظمة “، هناك احتمالات كبيرة بأن حقيقيات النوى المسؤولة عن هذه التوقيعات النادرة تنتمي إلى جذع شجرة النشوء والتطور. “

لمحة غير مسبوقة عن عالم ضائع

يمثل هذا “الجذع” سلالة الأسلاف الشائعة التي كانت مقدمة لجميع فروع حقيقيات النوى التي لا تزال حية. ممثلوها منقرضون منذ فترة طويلة ، لكن تفاصيل طبيعتهم قد تلقي مزيدًا من الضوء على الظروف المحيطة بتطور الحياة المعقدة. على الرغم من أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتقييم النسبة المئوية للبروتسترويدات التي قد يكون لها مصدر بكتيري نادر ، فإن اكتشاف هذه الجزيئات الجديدة لا يوفق فقط بين السجل الجيولوجي للحفريات التقليدية مع تلك الخاصة بجزيئات الدهون الأحفورية ، ولكنه يعطي لمحة نادرة وغير مسبوقة عن العالم المفقود من الحياة القديمة. قد يعكس الزوال التنافسي لحقيقيات النوى للمجموعة الجذعية ، الذي تميز بالظهور الأول للستيرويدات الأحفورية الحديثة منذ حوالي 800 مليون سنة ، أحد أكثر الأحداث ثباتًا في تطور الحياة المعقدة بشكل متزايد.

يضيف Benjamin Nettersheim من جامعة بريمن ، المؤلف الأول للدراسة: “تقريبًا كل حقيقيات النوى تصنع الستيرويدات الحيوية ، مثل الكوليسترول الذي ينتجه البشر ومعظم الحيوانات الأخرى – بسبب الآثار الصحية الضارة المحتملة لارتفاع مستويات الكوليسترول في البشر ، والكوليسترول ليس لديه أفضل سمعة من منظور طبي. ومع ذلك ، فإن جزيئات الدهون هذه هي جزء لا يتجزأ من أغشية الخلايا حقيقية النواة حيث تساعد في مجموعة متنوعة من الوظائف الفسيولوجية. من خلال البحث عن المنشطات المتحجرة في الصخور القديمة ، يمكننا تتبع تطور الحياة المعقدة بشكل متزايد “.

ما اعتقده الحائز على جائزة نوبل مستحيل …

كان كونراد بلوخ الحائز على جائزة نوبل قد تكهن بالفعل حول مثل هذا المرقم الحيوي في مقال منذ ما يقرب من 30 عامًا. اقترح بلوخ أن المواد الوسيطة قصيرة العمر في التخليق الحيوي الحديث للستيرويدات قد لا تكون دائمًا وسيطة. كان يعتقد أن التخليق الحيوي للدهون تطور بالتوازي مع الظروف البيئية المتغيرة عبر تاريخ الأرض. على عكس Bloch ، الذي لم يعتقد أنه يمكن العثور على هذه الوسائط القديمة ، بدأ Nettersheim في البحث عن البروتسترويدات في الصخور القديمة التي ترسبت في وقت كان من الممكن أن تكون فيه هذه الوسائط هي المنتج النهائي.

لكن كيف نجد مثل هذه الجزيئات في الصخور القديمة؟ “لقد استخدمنا مجموعة من التقنيات لتحويل العديد من المنشطات الحديثة أولاً إلى مكافئها الأحفوري ؛ يقول يوشين بروكس ، الأستاذ في[{” attribute=””>Australian National University who shares the first-authorship of the new study with Nettersheim. Scientists had overlooked these molecules for decades because they do not conform to typical molecular search images. “Once we knew our target, we discovered that dozens of other rocks, taken from billion-year-old waterways across the world, were oozing with similar fossil molecules.”

The oldest samples with the biomarker are from the Barney Creek Formation in Australia and are 1.64 billion years old. The rock record of the next 800 Million years only yields fossil molecules of primordial eukaryotes before molecular signatures of modern eukaryotes first appear in the Tonian period. According to Nettersheim “the Tonian Transformation emerges as one of the most profound ecological turning points in our planet’s history.” Hallmann adds that “both primordial stem groups and modern eukaryotic representatives such as red algae may have lived side by side for many hundreds of millions of years.”

During this time, however, the Earth’s atmosphere became increasingly enriched with oxygen — a metabolic product of cyanobacteria and of the first eukaryotic algae that would have been toxic to many other organisms. Later, global “Snowball Earth” glaciations occurred and the protosterol communities largely died out. The last common ancestor of all living eukaryotes may have lived 1.2 to 1.8 billion years ago. Its descendants were likely better able to survive heat and cold as well as UV radiation and displaced their primordial relatives.

Since all stem group eukaryotes are long extinct, we will never know for certain how most of our early relatives looked like, but artistic efforts have created tentative visualizations (see pictures attached), while the primordial steroids may eventually shed more light on their biochemistry and lifestyle. “Earth was a microbial world for much of its history and left few traces.” Nettersheim concludes. Research at ANU, MARUM, and GFZ continues to pursue tracing the roots of our existence — the discovery of protosterols now brings us one step closer to understanding how our earliest ancestors lived and evolved.

For more on this research:

Reference: “Lost world of complex life and the late rise of the eukaryotic crown” by Jochen J. Brocks, Benjamin J. Nettersheim, Pierre Adam, Philippe Schaeffer, Amber J. M. Jarrett, Nur Güneli, Tharika Liyanage, Lennart M. van Maldegem, Christian Hallmann and Janet M. Hope, 7 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06170-w