اكتشف العلماء للتو سرًا عمره 1.75 مليار عام حول أصل الحياة

إن الحفريات الصغيرة التي أمضت ما يقرب من ملياري سنة محبوسة في قطع من الصخور القديمة تعطينا أول دليل حتى الآن على عملية التمثيل الضوئي على الأرض.

في تكوين ماكديرموت في صحراء شمال أستراليا، تسمى الهياكل الصغيرة ثايلاكويدات تم اكتشافها فيما يعتقد أنه متحجر البكتيريا الزرقاء يعود تاريخها إلى 1.75 مليار سنة مضت.

توجد 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 التمثيل الضوئي، مما يمنحنا حدًا أدنى جديدًا لعمر ظهور البكتيريا الزرقاء الحاملة للثايلاكويد، وأداة جديدة لفهم النظم البيئية للأرض المبكرة، وكيف ظهرت الحياة على كوكبنا.

“توفر دراستنا دليلا مباشرا على وجود البكتيريا الزرقاء النشطة في عملية التمثيل الغذائي والتي تقوم بعملية التمثيل الضوئي الأكسجين.” يكتب فريقًا بقيادة عالمة الأحياء الدقيقة كاثرين ديمولان من جامعة لييج.

تشير النتائج إلى أن التحليل التفصيلي للحفريات الأخرى يمكن أن يحدد المزيد من الهياكل المشابهة، مع تحديد اللحظة التي تم فيها التهام هياكل التمثيل الضوئي وتشغيلها بواسطة الأشكال الأولى من خلايا الطحالب المعقدة.

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.

لا تشكل الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي أساس معظم الشبكات الغذائية فحسب، بل إن عملياتها الأيضية تملأ الجو بالأكسجين القابل للتنفس الذي يحتاجه معظمنا للبقاء على قيد الحياة.

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 بحدث الأكسدة العظيم. ليس من الواضح سبب ذلك، ولكن أحد الاحتمالات هو ظهور كائنات حية تقوم بالتمثيل الضوئي.

أقدم دليل على الأحافير الدقيقة بلا منازع على البكتيريا الزرقاء هو كائن حي يسمى Eoentophysalis بيلشيرينسيس، مؤرخة حتى منذ 2.018 مليار سنة. لكن غالبًا ما يكون من الصعب تفسير الحفريات، كما أن بنيتها الداخلية لا تبقى دائمًا سليمة. وليس كل أنواع البكتيريا الزرقاء تحتوي على ثايلاكويد.

استخدمت ديمولين وزملاؤها تقنيات مجهرية مختلفة عالية الدقة لاستكشاف الهياكل الخارجية والداخلية للأحافير الدقيقة لنوع يعرف باسم نافيفوسا ماجنسيسويعتقد أنها البكتيريا الزرقاء. وداخل أجسام الكائنات وحيدة الخلية من طبقتين أحفوريتين، وجدوا أغشية الثايلاكويد.

كانت هذه الحفريات من تكوين خليج غراسي في كندا، ويعود تاريخها إلى ما يصل إلى 1.01 مليار سنة مضت؛ وتكوين ماكديرموت، الذي يمتد إلى ما قبل 1.75 مليار سنة. وهذا يمتد السجل الأحفوري للثايلاكويدات إلى ما يصل إلى 1.2 مليار سنة – ويعني أن عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني يجب أن تكون قد تطورت قبل ذلك الوقت.

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

“اكتشاف الثايلاكويدات المحفوظة داخلها ن. ماجنسيس المذكورة هنا تقدم دليلا مباشرا على الحد الأدنى للعمر منذ حوالي 1.75 مليار سنة للاختلاف بين البكتيريا الحاملة للثايلاكويد والبكتيريا الزرقاء التي لا تحتوي على الثايلاكويد. يكتب الباحثون.

“نتوقع أن تحليلات البنية التحتية المماثلة للحفريات الدقيقة المحفوظة جيدًا قد توسع السجل الجيولوجي لمركبات التمثيل الضوئي الأكسجينية، والنظم البيئية المبكرة ضعيفة الأكسجين التي تطورت فيها الخلايا المعقدة.”

وقد تم نشر البحث في طبيعة.