مصادر الطاقة القديمة: علماء الأحياء المجهرية يفكون رموز الحياة في الماضي

مصادر الطاقة القديمة: علماء الأحياء المجهرية يفكون رموز الحياة في الماضي

حقق فريق متعدد التخصصات من علماء الأحياء الدقيقة والجيولوجيين تقدمًا كبيرًا في دراسة أقدم أشكال الحياة على الأرض. في مقال نُشر حديثًا في مجلة Nature Ecology & Evolution، قام العلماء بتوثيق تجاربهم المعملية التي تحاكي الظروف التي كانت موجودة على الأرض منذ حوالي أربعة مليارات سنة. وكان تركيز الدراسة على "المدخنين السود" - وهي الفتحات الحرارية المائية التي تحدث في أعماق المحيطات. ربما لعبت هذه البيئة دورًا حاسمًا في نشوء الحياة لأنها تؤوي عمليات كيميائية فريدة.

وفي التجارب، أنشأ الباحثون ما يسمى بـ "الحدائق الكيميائية" التي تمثل نسخًا مصغرة من المدخنين السود. وتتيح هذه الهياكل الاصطناعية إعادة التفاعلات الكيميائية التي تحدث في أعماق البحار، وخاصة التفاعل بين الحديد والكبريت الذي يؤدي إلى تكوين معادن كبريتيد الحديد. وينتج عن ذلك غاز الهيدروجين (H2)، وهو مصدر طاقة محتمل للكائنات الحية الدقيقة. ربما كان إنتاج الهيدروجين مهمًا لدعم الميكروبات التي تحتاج إليه لإنتاج الميثان.

نمو العتيقة في البيئات المحاكاة

كان الاهتمام الرئيسي للدراسة هو فهم ما إذا كان غاز الهيدروجين المنتج في المختبر كافيًا لتمكين نمو العتائق الميثانوجينية. هذه الميكروبات الخاصة قادرة على إنتاج غاز الميثان، مما يوفر أدلة على الأشكال الأولى للحياة. اختبر الفريق نمو العتائق الميثانوجينية في ظل ظروف خالية من الأكسجين في الحدائق الكيميائية.

تم اختيار Methanocaldococcus jannaschii ككائن حي نموذجي للتجارب. وكانت النتائج كاشفة: فقد أظهرت العتائق نموًا هائلًا وتعبيرًا مفرطًا عن الجينات المسؤولة عن استقلاب الأسيتيل CoA. توضح قدرة الميكروبات على استخدام غاز الهيدروجين كمصدر للطاقة قدرة أشكال الحياة المبكرة على التكيف مع البيئات القاسية.

أهمية النتائج لفهم الأرض المبكرة

ويظهر البحث أن الخلايا ظلت قريبة من جزيئات الماكيناويت، وهو ما يتوافق مع النتائج الجيولوجية التي تم التوصل إليها في الفتحات الحرارية المائية القديمة. يشير هذا الاكتشاف إلى أن التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء ترسيب معادن كبريتيد الحديد تولد طاقة كافية لبقاء الخلايا الأولى على قيد الحياة. يجادل مؤلفو الدراسة بأن هذا الشكل من توليد ميثان الهيدروجين قد يمثل أقدم طريقة تطورية معروفة لإنتاج الطاقة.

ومن خلال الجمع بين النتائج التجريبية والأدلة الجيولوجية، تساهم هذه الدراسة في الفهم الشامل لنشوء الحياة على الأرض. ويمكن أن توفر النتائج أيضًا الأساس للبحث المستقبلي في الحياة في البيئات القاسية على الأجرام السماوية الأخرى. يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول خلفية وتفاصيل هذا البحث على الموقع الإلكتروني لـ جامعة ريغنسبورغ, اي ام دبليو ماينز و Nature.com للعثور على.