الحياة على الأرض لها تاريخ طويل ومضطرب. يقدر العلماء أنه منذ ما يقرب من 4 مليارات سنة ، بعد 500 مليون سنة فقط من تشكل كوكب الأرض ، نشأت أول أشكال الحياة أحادية الخلية. يُعتقد أنه برز من قبل أركيان إيون (قبل 4 إلى 2.5 مليار سنة) ، ظهرت أشكال الحياة متعددة الخلايا. في حين تم الاستنتاج من وجود مثل هذه الكائنات الحية (Archaea) من نظائر الكربون الموجودة في الصخور القديمة ، ظلت الأدلة الأحفورية بعيدة المنال.
كل ذلك تغير ، بفضل دراسة حديثة قام بها فريق من الباحثين من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس وجامعة ويسكونسن ماديسون. بعد فحص عينات الصخور القديمة من غرب أستراليا ، قرر الفريق أنها تحتوي على بقايا متحجرة لكائنات متنوعة يبلغ عمرها 3.465 مليار سنة. إلى جانب الموجة الأخيرة من اكتشافات الكواكب الخارجية ، تعزز هذه الدراسة النظرية القائلة بأن الحياة وفيرة في الكون.
الدراسة التي تحمل عنوان "تحليلات SIMS لأقدم مجموعة معروفة من الحفريات الدقيقة توثق تراكيب نظائرها الكربونية المرتبطة بالضريبة" ، ظهرت مؤخرًا في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. كما أوضح فريق البحث ، فإن دراستهم تتكون من تحليل نظائر الكربون لـ 11 حفرية جرثومية مأخوذة من Apex Chert البالغ من العمر 3465 مليون عام تقريبًا.
كانت هذه الأحافير الـ 11 متنوعة في طبيعتها وقسمها الباحثون إلى خمس مجموعات من الأنواع بناءً على وظائفها البيولوجية الواضحة. في حين يبدو أن اثنتين من العينات الأحفورية قد أجرت شكلاً بدائيًا من عملية التمثيل الضوئي ، فإن غاز الميثان أنتج على ما يبدو. يبدو أن الاثنين المتبقيين كانا مستهلكين للميثان ، وكانا يستخدمانهما لبناء وصيانة جدرانهما الخلوية (مثل كيفية استخدام الثدييات للدهون).
وكما أشار جيه ويليام شوبف - أستاذ علم الأحياء القديمة في كلية UCLA والمؤلف الرئيسي للدراسة - في بيان صحفي بغرفة نوم جامعة كاليفورنيا:
"بحلول 3.465 مليار سنة مضت ، كانت الحياة متنوعة بالفعل على الأرض. هذا واضح - أجهزة التمثيل الضوئي البدائية ، ومنتجو الميثان ، ومستخدمو الميثان. هذه هي البيانات الأولى التي تظهر الكائنات الحية المتنوعة جدًا في ذلك الوقت في تاريخ الأرض ، وقد أظهر بحثنا السابق أنه كان هناك مستخدمون للكبريت قبل 3.4 مليار سنة أيضًا.
هذه الدراسة ، التي تعد الأكثر تفصيلاً على الإطلاق التي أجريت على الكائنات الحية الدقيقة المحفوظة كمستحاثات قديمة ، تبني على العمل الذي كان سكوب وشركاؤه يقومون به لأكثر من عقدين. في عام 1993 ، أجرى سكوب وفريق آخر من الباحثين دراسة وصفت لأول مرة هذه الأنواع من الحفريات. وأعقب ذلك في عام 2002 دراسة أخرى أثبتت أصلها البيولوجي.
في هذه الدراسة الأخيرة ، حدد Schopf وفريقه نوع الكائنات الحية ومدى تعقيدها. للقيام بذلك ، قاموا بتحليل الكائنات الحية الدقيقة باستخدام تقنية تسمى مطياف الكتلة الأيونية الثانوية (SIMS) ، والتي تكشف عن نسبة الكربون -12 إلى الكربون -13. في حين أن الكربون -12 مستقر والأكثر شيوعًا في الطبيعة ، فإن الكربون -13 هو نظير أقل شيوعًا ولكنه مستقر بالمثل يستخدم في أبحاث الكيمياء العضوية.
من خلال فصل الكربون عن كل أحافير إلى نظائرها المكونة وتحديد نسبها ، تمكن الفريق من استنتاج متى عاشت الكائنات الحية الدقيقة ، وكيف عاشت. تم تنفيذ هذه المهمة من قبل الباحثين في ولاية ويسكونسن ، بقيادة الأستاذ جون فالي. قال فالي: "إن الاختلافات في نسب نظائر الكربون ترتبط بأشكالها". "إن نسب C-13 إلى C-12 هي سمة مميزة لعلم الأحياء ووظيفة التمثيل الغذائي."
وفقًا للتوافق العلمي الحالي ، لم يتطور التمثيل الضوئي المتقدم حتى الآن ولن يظهر الأكسجين على الأرض إلا بعد 500 مليون سنة. قبل ملياري عام ، بدأت تركيزات غاز الأكسجين تتزايد بسرعة. وهذا يعني أن هذه الأحافير ، بعد حوالي مليار سنة من تشكل الأرض ، كانت ستعيش في وقت كان فيه القليل من الأكسجين في الغلاف الجوي.
بالنظر إلى أن الأكسجين سيكون سامًا لهذه الأنواع من عمليات التمثيل الضوئي البدائية ، فهي نادرة جدًا اليوم. في الحقيقة ، لا يمكن العثور عليها إلا في الأماكن التي يوجد بها ضوء كاف ولكن لا يوجد أكسجين ، وهو أمر نادرًا ما يتم العثور عليه معًا. علاوة على ذلك ، كانت الصخور نفسها مصدر اهتمام كبير لأن متوسط عمر الصخور المعرضة لسطح الأرض هو حوالي 200 مليون سنة فقط.
عندما بدأ Shopf مسيرته المهنية لأول مرة ، كانت أقدم عينات الصخور المعروفة عمرها 500 مليون سنة. وهذا يعني أن الصخور الحفرية التي فحصها وفريقه قديمة قدم الصخور على الأرض. يوضح العثور على الحياة المتحجرة في مثل هذه العينات القديمة أن الكائنات الحية المتنوعة ودورة الحياة قد تطورت بالفعل على الأرض في وقت مبكر من قبل Archaen Eon ، وهو أمر يشتبه العلماء فقط حتى هذه اللحظة.
هذه النتائج لها بطبيعة الحال آثار على دراسة كيف ومتى ظهرت الحياة على الأرض. ما وراء الأرض ، للدراسة آثار أيضًا منذ أن أظهرت أن الحياة ظهرت عندما كانت الأرض لا تزال صغيرة جدًا وفي حالة بدائية. لذلك ليس من غير المحتمل أن تحدث عملية مماثلة في مكان آخر من الكون. كما أوضح شوبف:
"هذا يخبرنا أن الحياة يجب أن تكون قد بدأت في وقت سابق 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 واسعة الانتشار ".
تم إجراء هذه الدراسة بفضل التمويل المقدم من معهد علم الأحياء الفلكي التابع لناسا. وبالنظر إلى المستقبل ، أشار سكوف إلى أن نفس التكنولوجيا المستخدمة حتى الآن لهذه الأحافير ستستخدم على الأرجح لدراسة الصخور التي أعادتها مهمة ناسا إلى كوكب المريخ. ستستغرق هذه المهمة ، المقرر إجراؤها في عام 2030 ، استرجاع العينات التي حصلت عليها مارس 2020 روفر وإعادتها إلى الأرض لتحليلها.
