حفريات عمرها 1.75 مليار سنة هي أقدم سجل لعملية التمثيل الضوئي الأكسجيني

لا يمكن رواية قصة الحياة على الأرض دون عملية التمثيل الضوئي، وهي العملية التي تقوم النباتات (وبعض أشكال الحياة الأخرى) من خلالها بتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية. الآن، أعلن فريق من الباحثين عن اكتشاف هياكل التمثيل الضوئي المتحجرة – وهي الأقدم المعروفة حتى الآن – منذ 1.75 مليار سنة مضت.

الهياكل تنتمي إلى الأحافير الدقيقة نافيفوسا ماجنسيس، وهي البكتيريا الزرقاء المفترضة الموجودة في شمال أستراليا. البكتيريا الزرقاء هي نوع من الكائنات الحية الدقيقة التي تحصل على الطاقة من عملية التمثيل الضوئي الأكسجين، والتي يتم من خلالها تحويل الماء وثاني أكسيد الكربون – باستخدام الطاقة من ضوء الشمس – إلى الجلوكوز والأكسجين. وهكذا، تساعد البكتيريا القديمة العلماء على فهم كيفية ظهور واحدة من أهم عمليات الحياة الأساسية على الأرض. أبحاث الفريق هي نشرت اليوم في الطبيعة.

وقال إيمانويل جافوكس، عالم الأحياء في جامعة لييج في بلجيكا ومؤلف مشارك في الدراسة، في رسالة بالبريد الإلكتروني إلى جيزمودو: “هذا الاكتشاف يوسع السجل الأحفوري لهذه الأغشية الداخلية بما لا يقل عن 1.2 مليار سنة”. “إن ترتيب هذه الأغشية في الخلايا الأحفورية يسمح بتحديدها بشكل لا لبس فيه على أنها البكتيريا الزرقاء التي تقوم بنشاط بعملية التمثيل الضوئي الأكسجيني المبكر في وقت الوفاة قبل 1.75 مليار سنة!”

وبعبارة أخرى، فإن الحفرية هي نافذة رائعة على عملية أساسية على الأرض، وهي العملية التي أدت إلى ظهور الحياة كما نعرفها. تعد أستراليا أرضًا غنية بأحافير البكتيريا، التي تلقي الضوء على بعض أقدم أشكال الحياة على الأرض. وفي الواقع، فإن أقدم دليل معروف على وجود الحياة على الأرض يأتي على شكل ما يقرب من ستروماتوليت عمرها 3.5 مليار سنة، طبقات متحجرة من الميكروبات القديمة.

بعد حوالي مليار سنة من ظهور أقدم علامات الحياة هذه، وقبل مئات الملايين من السنين من ظهور الأحافير الدقيقة التي درسها الفريق، خضعت الأرض لحالة من التغير المناخي. حدث الأكسدة العظيموهي النقطة التي تم فيها إنتاج الأكسجين بشكل أسرع بكثير من ذي قبل. من غير المعروف بالضبط متى تطورت عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني في البكتيريا الزرقاء فيما يتعلق بحدث الأكسدة الكبير.

رغم ذلك ن. ماجنسيس الذي درسه الفريق الأخير أصغر سنا من أقدم الستروماتوليت، فإنه يضع نقطة بيانات أخرى في الجدول الزمني لعملية التمثيل الضوئي الأكسجين. البحث السابق أشار إلى أن السلالات البكتيرية التي تطورت فيها عملية التمثيل الضوئي قد لا تكون موجودة اليوم، لذا فإن الحفريات الدقيقة لمثل هذه الكائنات هي المفتاح لفهم كيفية حدوث هذا التطور. البكتيريا الزرقاء هي أيضا يُعتقد أنه سلف البلاستيدات الخضراء في النباتات، مما يجعل حفرياتها موضوعًا مثاليًا لفهم أصول عملية التمثيل الضوئي.

قام فريق جافوكس بدراسة التجمعات الأحفورية من أستراليا وجمهورية الكونغو الديمقراطية والقطب الشمالي الكندي على أمل أن يتمكنوا من التعرف على البكتيريا الزرقاء منها. على الرغم من مثل الأصناف ن. ماجنسيس وقال جافوكس إنها معروفة منذ فترة طويلة، وقد يكون من الصعب التعرف عليها بسبب شكلها البسيط.

وحدد الفريق الهياكل المجهرية في ن. ماجنسيس مثل الثايلاكويدات، وهو نوع من البنية المرتبطة بالغشاء الموجود في البلاستيدات الخضراء النباتية وبعض البكتيريا الزرقاء الحديثة. وهكذا، فقد حددوا أن الحد الأدنى لعمر الانقسام بين البكتيريا الزرقاء التي تحتوي على الثايلاكويدات وتلك التي لا تحتوي عليها كان منذ حوالي 1.75 مليار سنة.

في حين أن الجدول الزمني لعملية التمثيل الضوئي الأكسجيني لديه الآن خط زمني آخر، إلا أن النتائج الجديدة لا توفر الكثير من المعرفة حول متى تطورت عملية التمثيل الضوئي فيما يتعلق بحدث الأكسدة العظيم. ومع ذلك، فإن المزيد من الحفريات تشبه حاملة الثايلاكويد ن. ماجنسيس يمكن أن تقدم بعض الإجابات.

أكثر: العلماء يرون عملية التمثيل الضوئي بالتفصيل، وذلك بفضل تقنية الليزر الجديدة