الحياة على الأرض لها تاريخ طويل ومضطرب. يقدر العلماء أنه منذ حوالي 4 مليارات سنة ، أي بعد 500 مليون سنة فقط من تشكل كوكب الأرض ، نشأت أولى أشكال الحياة أحادية الخلية. بواسطة Archean Eon (منذ 4 إلى 2.5 مليار سنة) ، يُعتقد أن أشكال الحياة متعددة الخلايا قد ظهرت. في حين تم الاستدلال على وجود مثل هذه الكائنات الحية (العتائق) من نظائر الكربون الموجودة في الصخور القديمة ، إلا أن الأدلة الأحفورية ظلت بعيدة المنال.
كل ذلك تغير بفضل دراسة حديثة قام بها فريق من الباحثين من جامعة كاليفورنيا وجامعة ويسكونسن ماديسون. بعد فحص عينات صخرية قديمة من غرب أستراليا ، قرر الفريق أنها تحتوي على بقايا متحجرة لكائنات متنوعة عمرها 3.465 مليار سنة. بالاقتران مع الموجة الأخيرة من اكتشافات الكواكب الخارجية ، تعزز هذه الدراسة النظرية القائلة بأن الحياة وفيرة في الكون.
الدراسة بعنوان ' توثق تحليلات SIMS لأقدم مجموعة معروفة من الأحافير الدقيقة تركيبات نظائر الكربون المرتبطة بالتصنيفات '، ظهر مؤخرًا فيوقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. كما أشار فريق البحث ، تألفت دراستهم من تحليل نظائر الكربون لـ 11 حفرية ميكروبية مأخوذة من حوالي 3465 مليون عام أستراليا الغربية أبيكس تشيرت .
Apex chert في غرب أستراليا ، حيث تم العثور على الحفريات التي يبلغ عمرها 3.465 مليار عام. الائتمان: جون فالي / UW-Madison
كانت هذه الأحافير الـ 11 متنوعة في طبيعتها وقام الباحثون بتقسيمها إلى خمس مجموعات من الأنواع بناءً على وظائفها البيولوجية الظاهرة. في حين يبدو أن اثنتين من العينات الأحفورية قد أجرت شكلاً بدائيًا من التمثيل الضوئي ، فقد أنتجت عينة أخرى غاز الميثان على ما يبدو. يبدو أن الاثنين المتبقيين كانا مستهلكين للميثان ، واستخدموه لبناء جدران خلاياهم والحفاظ عليها (يشبه إلى حد كبير كيفية استخدام الثدييات للدهون).
كما ج. وليام شوبف - أستاذ علم الأحياء القديمة في كلية UCLA والمؤلف الرئيسي للدراسة - المشار إليها في غرفة الأخبار بجامعة كاليفورنيا خبر صحفى :
قبل 3.465 مليار سنة ، كانت الحياة متنوعة بالفعل على الأرض ؛ هذا واضح - عوامل البناء الضوئي البدائية ، منتجي الميثان ، مستخدمو الميثان. هذه هي البيانات الأولى التي تُظهر الكائنات الحية شديدة التنوع في ذلك الوقت في تاريخ الأرض ، وقد أظهر بحثنا السابق أنه كان هناك مستخدمون للكبريت منذ 3.4 مليار سنة أيضًا.
هذه الدراسة ، وهي الأكثر تفصيلاً التي أجريت على الكائنات الحية الدقيقة المحفوظة كأحفوريات قديمة ، تعتمد على العمل الذي كان شوبف وزملاؤه يؤدونها منذ أكثر من عقدين. خلف في عام 1993 وأجرى شوبف وفريق آخر من الباحثين دراسة وصفت لأول مرة هذه الأنواع من الحفريات. تبع ذلك في 2002 من خلال دراسة أخرى أثبتت أصلها البيولوجي.
في هذه الدراسة الأخيرة ، حدد شوبف وفريقه نوع الكائنات الحية ومدى تعقيدها. للقيام بذلك ، قاموا بتحليل الكائنات الحية الدقيقة باستخدام تقنية تسمى مطيافية الكتلة الأيونية الثانوية (SIMS) ، الذي يكشف عن نسبة الكربون 12 إلى الكربون 13. في حين أن الكربون 12 مستقر وهو النوع الأكثر شيوعًا في الطبيعة ، فإن الكربون 13 هو نظير أقل شيوعًا ولكنه مستقر بالمثل يستخدم في أبحاث الكيمياء العضوية.
كائن حي دقيق حلله الباحثون. الائتمان: J. William Schopf / UCLA
من خلال فصل الكربون من كل أحفورة إلى نظائرها المكونة وتحديد نسبها ، تمكن الفريق من استنتاج المدة التي عاشت فيها الكائنات الحية الدقيقة ، وكذلك كيف عاشت. تم تنفيذ هذه المهمة من قبل باحثي ولاية ويسكونسن بقيادة الأستاذ جون فالي. قال فالي 'الاختلافات في نسب نظائر الكربون ترتبط بأشكالها'. 'نسبهم من C-13 إلى C-12 هي سمة من سمات علم الأحياء والوظيفة الأيضية.'
وفقًا للإجماع العلمي الحالي ، لم تتطور عملية التمثيل الضوئي المتقدمة بعد ولن يظهر الأكسجين على الأرض إلا بعد 500 مليون سنة. قبل 2 مليار عام ، بدأت تركيزات غاز الأكسجين في الزيادة بسرعة. هذا يعني أن هذه الحفريات ، بعد حوالي مليار سنة من تشكل الأرض ، كانت ستعيش في وقت كان فيه القليل من الأكسجين في الغلاف الجوي.
نظرًا لأن الأكسجين سيكون سامًا لهذه الأنواع من أجهزة التمثيل الضوئي البدائية ، فهي نادرة جدًا اليوم. في الحقيقة ، يمكن العثور عليها فقط في الأماكن التي يوجد فيها ضوء كافٍ ولكن لا يوجد أكسجين ، وهو شيء نادرًا ما يوجد معًا. علاوة على ذلك ، كانت الصخور نفسها مصدر اهتمام كبير نظرًا لأن متوسط عمر الصخور المعرضة لسطح الأرض يبلغ حوالي 200 مليون سنة فقط.
عندما بدأ شوبف حياته المهنية لأول مرة ، كانت أقدم عينات الصخور المعروفة يبلغ عمرها 500 مليون سنة. وهذا يعني أن الصخور الحاملة للأحافير التي فحصها هو وفريقه أقدم من الصخور الموجودة على الأرض. إن العثور على الحياة المتحجرة في مثل هذه العينات القديمة يوضح أن الكائنات الحية المتنوعة ودورة الحياة قد تطورت بالفعل على الأرض في وقت مبكر من Archaen Eon ، وهو الأمر الذي شك فيه العلماء حتى هذه النقطة فقط.
في المستقبل ، يمكن استخدام تقنية SIMS للبحث عن علامات الحياة المتحجرة على المريخ. الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث)
هذه النتائج لها بطبيعة الحال آثار على دراسة كيف ومتى نشأت الحياة على الأرض. ما وراء الأرض ، فإن الدراسة لها أيضًا آثار لأنها توضح أن الحياة ظهرت عندما كانت الأرض لا تزال صغيرة جدًا وفي حالة بدائية. لذلك من غير المحتمل أن تحدث عملية مماثلة في أماكن أخرى من الكون. كما أوضح شوبف:
'هذا يخبرنا أنه يجب أن تكون الحياة قد بدأت في وقت مبكر بشكل كبير ويؤكد أنه لم يكن من الصعب على الحياة البدائية أن تتشكل وتتطور إلى كائنات دقيقة أكثر تقدمًا. ولكن ، إذا كانت الظروف مناسبة ، فيبدو أن الحياة في الكون يجب أن تكون منتشرة '.
أصبحت هذه الدراسة ممكنة بفضل التمويل المقدم من معهد ناسا للبيولوجيا الفلكية . بالنظر إلى المستقبل ، أشار Schopf إلى أن نفس التكنولوجيا المستخدمة حتى الآن هذه الحفريات من المرجح أن تستخدم لدراسة الصخور التي أعادتها بعثة ناسا المأهولة إلى المريخ. ومن المقرر أن تستلزم هذه المهمة ، المقرر عقدها في 2030 ، استرجاع العينات التي حصل عليها روفر 2020 وإعادتها إلى الأرض لتحليلها.
قراءة متعمقة: جامعة كاليفورنيا و PNAS