هل تعلم أن الينابيع الساخنة باليابان تكشف أسرار أقدم صور الحياة على الأرض
الميكروبات القديمة استخدمت الحديد والأكسجين (معهد طوكيو لعلوم الحياة)
أظهرت دراسة جديدة لباحثين في معهد طوكيو لعلوم الحياة أن المجتمعات البكتيرية القديمة عاشت وازدهرت على الحديد وكمية ضئيلة من الأكسجين.
وبحسب البيان الرسمي الصادر من معهد طوكيو لعلوم الحياة، فإن ما تسمى "البكتيريا المؤكسدة للحديد" في الينابيع الساخنة تشير إلى أن الميكروبات القديمة استخدمت الحديد والأكسجين، وليس ضوء الشمس، مصدرا أساسيا للطاقة.
حدث ذلك أثناء تحوّل الكوكب من الغلاف الجوي المنخفض الأكسجين إلى الغلاف الجوي العالي الأكسجين قبل حوالي 2.3 مليار سنة، مما شكّل أنظمة بيئية أعادت تدوير عناصر مثل الكربون والنيتروجين والكبريت.
ومن المتوقع أن تساعد نتائج هذه الدراسة العلماء في فهم النظام البيئي الميكروبي خلال فترة حاسمة من تاريخ الأرض، كما قد تساعد أيضًا في البحث عن الحياة في الكواكب الأخرى.
بحث العلماء في خمسة مواقع يرجح أن تحتوي على هذا النوع من البكتيريا (معهد طوكيو لعلوم الحياة)
حدث الأكسجة العظيم
قديما قبل مليارات السنين، لم تكن الأرض كما هي اليوم بلونيها الأزرق والأخضر كموطن للغابات والشعاب المرجانية والسلاسل الجبلية والصحاري وملايين الأنواع من الكائنات الحيوانية والنباتية، باستثناء كمية بسيطة من الكائنات الميكروبية الدقيقة، فالأكسجين يكاد يكون معدوما في تلك العصور الموغلة في القدم، إذ إن مستويات الأكسجين في الأرض المبكرة كان أقل بحوالي مليون مرة مما نعرفه اليوم.لكن بعد ذلك، تغير كل شيء فيما يُعرف بـ"حدث الأكسدة العظيم" قبل حوالي 2.3 مليار سنة، الذي شهدت فيه الأرض ظهور الأكسجين الجوي، وسمح للحياة كما نعرفها بالازدهار.
ويرجح العلماء أن هذا الحدث كان بسبب ظهور الميكروبات الضوئية القادرة على إنتاج الأكسجين، تحديدًا البكتيريا الزرقاء التي بدأت في استخدام ضوء الشمس لتحليل الماء وثاني أكسيد الكربون عبر عملية التمثيل الضوئي، مطلقة الأكسجين كمنتج ثانوي.
في البداية، كان هذا الأكسجين يتفاعل فورًا مع الحديد والمعادن في المحيطات والقشرة الأرضية، مكونا طبقات سميكة من أكاسيد الحديد الصدئية التي نراها اليوم في الصخور القديمة.
ومع مرور ملايين السنين، تشبّعت تلك المعادن، وبدأ الأكسجين يتراكم تدريجيا في الغلاف الجوي.
هذا التغير غيّر كيمياء الأرض بالكامل، فأنهى عصر الكائنات اللاهوائية التي لا تحتمل الأكسجين، ومهّد لوجود كائنات أعقد قادرة على استخدام الأكسجين في التنفس، وهي العملية التي تنتج طاقة أكبر بكثير من التخمر اللاهوائي.
وكما هو معروف فإن الغلاف الجوي الحالي يتكون من حوالي 78% نيتروجين و21% أكسجين، مع آثار ضئيلة من غازات أخرى مثل الميثان وثاني أكسيد الكربون، والتي ربما لعبت دورًا أكبر قبل ظهور الأكسجين.
أحد مواقع الينابيع الساخنة التي درسها العلماء (معهد طوكيو لعلوم الحياة)
كيف تكيفت الميكروبات القديمة مع الأكسجين؟
لقد درس الفريق خمسة ينابيع ساخنة في اليابان غنية بتركيبات مائية متنوعة، وهذه الينابيع الخمسة (واحد في طوكيو، واثنان في كل من محافظتي أكيتا وآوموري) غنية طبيعيا بالحديد الثنائي، وهي نادرة في عالمنا الغني بالأكسجين اليوم، لأن الحديد الثنائي يتفاعل بسرعة مع الأكسجين ويتحول إلى شكل حديد ثلاثي غير قابل للذوبان، بحسب الدراسة التي نشرت في دورية "ميكروبس آند إنفيرونمنت".ولكن في هذه الينابيع، لا تزال المياه تحتوي على مستويات عالية من الحديد الثنائي، ومستويات منخفضة من الأكسجين، ودرجة حموضة شبه متعادلة، وهي ظروف يُعتقد أنها تُشبه أجزاءً من محيطات الأرض في بداياتها.
اكتشف الفريق البحثي في أربعة من الينابيع الساخنة الخمسة أن البكتيريا المؤكسدة للحديد، المحبة للهواء، هي الميكروبات السائدة.
وفقا لبيان معهد طوكيو لعلوم الحياة، فإن الينابيع الساخنة في اليابان، والغنية بالحديد، تُوفر مختبرًا طبيعيا فريدًا لدراسة الأيض الميكروبي في ظل ظروف شبيهة بظروف الأرض المبكرة خلال فترة الانتقال من أواخر العصر الأركي إلى أوائل العصر البروتيروزوي، والتي اتسمت بحدث الأكسدة العظيم.
وبالتالي تُساعدنا مثل هذه الينابيع على فهم كيفية تشكّل النظم البيئية الميكروبية البدائية قبل ظهور النباتات والحيوانات، أو توفر الأكسجين الجوي بكميات كبيرة، كما يقول شون ماكجلين الذي أشرف على الدراسة.
تساعد نتائج هذه الدراسة العلماء في فهم النظام البيئي الميكروبي خلال فترة حاسمة من تاريخ الأرض (معهد طوكيو لعلوم الحياة)
نتائج التحليل
باستخدام التحليل الميتاجينومي، جمع الفريق أكثر من 200 جينوم ميكروبي عالي الجودة، واستخدموها لتحليل وظائف الميكروبات في المجتمع بالتفصيل، إذ قامت الميكروبات نفسها، التي ربطت بين أيض الحديد والأكسجين، بتحويل مركب سام إلى مصدر للطاقة، وساعدت في الحفاظ على ظروف سمحت للبكتيريا اللاهوائية الحساسة للأكسجين بالبقاء.كما قامت هذه المجتمعات الميكروبية بعمليات بيولوجية أساسية، مثل دورة الكربون والنيتروجين، كما وجد الباحثون أدلة على وجود دورة كبريت جزئية، حيث حددوا الجينات المشاركة في أكسدة الكبريتيد واستيعاب الكبريتات.
ونظرًا لأن الينابيع الساخنة تحتوي على كميات ضئيلة جدًا من مركبات الكبريت، فقد كان هذا اكتشافا مفاجئا. ويقترح الباحثون أن هذا قد يشير إلى دورة كبريت "غامضة"، حيث تعيد الميكروبات تدوير الكبريت بطرق معقدة لم تُفهم بالكامل بعد
تقول طالبة دراسات عليا في معهد طوكيو لعلوم الحياة فاطمة لي هاو، التي قامت بالدراسة، في تصريحات حصلت الجزيرة نت على نسخة منها "على الرغم من الاختلافات في التركيب الكيميائي الجيولوجي والميكروبي عبر المواقع، تظهر نتائجنا أنه في وجود الحديد الحديدي والأكسجين المحدود، فإن مجتمعات مؤكسدات الحديد الدقيقة، والكائنات الضوئية الأكسجينية، واللاهوائية تتعايش باستمرار وتحافظ على دورات بيوكيميائية متشابهة وكاملة بشكل ملحوظ".
وتضيف هاو "يشير البحث إلى تحول في فهمنا للنظم البيئية المبكرة، إذ يُظهر أن الميكروبات ربما استغلت الطاقة من أكسدة الحديد والأكسجين الناتجين عن الكائنات الضوئية المبكرة".
اسم الموضوع : هل تعلم أن الينابيع الساخنة باليابان تكشف أسرار أقدم صور الحياة على الأرض
|
المصدر : هل تعلم
