كشف بحث علمي حديث أن عملية تطور الحياة المعقدة بدأت في فترة أبعد واستمرت لفترة أطول مما كان متصوراً في السابق. يقدم العمل وجهات نظر جديدة حول الظروف الأساسية لتطور الكائنات الحية الأولى ويطرح أسئلة حول المفاهيم العلمية المقبولة على نطاق واسع في هذا المجال.
تشير الدراسة التي أجرتها جامعة بريستول ونشرت في 3 ديسمبر في مجلة الطبيعة المرموقة، إلى أن الكائنات الحية المعقدة ظهرت قبل وقت طويل من وجود كميات كبيرة من الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض. تتناقض هذه النتيجة مع وجهة النظر السابقة القائلة بأن الأكسجين الجوي كان شرطًا لا غنى عنه لتقدم الحياة المعقدة.
أوضحت المؤلفة المشاركة أنيا سبانج، من قسم علم الأحياء الدقيقة والكيمياء الحيوية في المعهد الملكي الهولندي للأبحاث البحرية، أن عمر كوكب الأرض يبلغ حوالي 4.5 مليار سنة، وأن أقدم مظاهر الحياة الميكروبية يعود تاريخها إلى أكثر من 4 مليارات سنة. وأوضحت أن هذه الكائنات المبكرة انقسمت إلى البكتيريا والعتائق، وهما مجموعتان متميزتان لكن مترابطتان يُشار إليهما مجتمعتين باسم بدائيات النوى.
لمئات الملايين من السنين، ظلت بدائيات النوى هي الشكل الوحيد للحياة الموجودة على الأرض. واستمر هذا الواقع حتى تطور الخلايا حقيقية النواة، ذات البنية الأكثر تفصيلاً، والتي أدت إلى ظهور كائنات حية مثل الطحالب والفطريات والنباتات والحيوانات.
وأوضح دافيد بيساني، أستاذ علم السلالات في كلية العلوم البيولوجية بجامعة بريستول وأحد المؤلفين المشاركين في الدراسة، أن الفرضيات السابقة حول الانتقال من بدائيات النوى الأولى إلى حقيقيات النوى المعقدة كانت في الغالب تخمينية. وأضاف أن التوقعات الزمنية تباينت حول مليار سنة، بسبب عدم وجود أشكال وسيطة وندرة الأدلة الأحفورية القاطعة.
ومع ذلك، فقد ابتكرت مجموعة العلماء المشاركين في البحث التعاوني استراتيجية مبتكرة لاستكشاف هذه الأسئلة. وقاموا بتحسين المنهجية المعروفة باسم “الساعات الجزيئية”، والتي تستخدم لحساب الفترة التي كان فيها لنوعين سلف مشترك.
قام البروفيسور توم ويليامز، من قسم علوم الحياة بجامعة باث والمؤلف الرئيسي المشارك، بتفصيل النهج ذي الشقين. وأوضح أنه من خلال جمع معلومات التسلسل الجيني من مئات الأنواع ودمجها مع السجلات الأحفورية المعروفة بالفعل، أصبح من الممكن بناء شجرة حياة ذات دقة زمنية عالية. تم بعد ذلك استخدام هذا الهيكل لتحديد الجدول الزمني للأحداث التاريخية في عائلات الجينات المختلفة بشكل أكثر دقة.
من خلال جمع الأدلة من أكثر من مائة عائلة جينية متميزة، نشأت من أنظمة بيولوجية متنوعة، والتركيز على الخصائص التي تميز حقيقيات النوى عن بدائيات النوى، نجح فريق الباحثين في البدء في إعادة بناء المسار التطوري للحياة المعقدة.
ومن المثير للدهشة أن العلماء اكتشفوا أدلة على أن هذا التحول الحاسم بدأ منذ حوالي 2.9 مليار سنة، وهي فترة سابقة بحوالي مليار سنة عما اقترحته بعض التوقعات السابقة. يشير هذا إلى أن نواة الخلية والبنى الداخلية الأخرى يبدو أنها تطورت بشكل كبير قبل الميتوكوندريا.
ذكر جيرجيلي زولوسي، رئيس وحدة الجينوم التطوري المبني على النماذج في معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا (OIST)، أن “عملية التعقيد التراكمي امتدت على مدى فترة زمنية أطول بكثير مما كان يعتقد سابقًا”.
سمحت البيانات التي تم جمعها للباحثين بدحض العديد من الفرضيات التي أثيرت حول تكوين حقيقيات النوى، وهو تطور الحياة المعقدة، لأن المعلومات لم تتماشى بشكل كامل مع أي نظرية علمية موجودة مسبقًا. بالنظر إلى ذلك، قدم الفريق نموذجًا غير مسبوق قائم على الأدلة لظهور الحياة المعقدة، يسمى “CALM” Complex Archaeon، Late Mitochondrion.
وأوضح الدكتور كريستوفر كاي، الباحث المشارك في كلية العلوم البيولوجية بجامعة بريستول والمؤلف الرئيسي للعمل، أن الاختلاف في الدراسة يكمن في التحليل التفصيلي لوظيفة عائلات الجينات، وتحديد تفاعلات البروتين، كل ذلك ضمن جدول زمني دقيق. وأضاف أن المشروع يتطلب تكامل مجالات متعددة من المعرفة: علم الحفريات لتحديد الجدول الزمني، وعلم الوراثة لتطوير أشجار سلالات قوية ومفيدة، والبيولوجيا الجزيئية لوضع هذه العائلات الجينية في سياقها.
وذكر فيليب دونوغو، أستاذ علم الأحياء القديمة في كلية علوم الأرض بجامعة بريستول وأحد المؤلفين، أن أحد أهم النتائج كان ظهور الميتوكوندريا في مرحلة متأخرة بكثير عما كان متوقعا. وأشار إلى أن هذه الفترة تتزامن مع أول إضافة ملحوظة للأكسجين إلى الغلاف الجوي.
واختتم حديثه بتوضيح أن هذا الوحي يقيم علاقة مباشرة بين البيولوجيا التطورية والمسار الجيوكيميائي للكوكب. كان سلف حقيقيات النوى قد بدأ بالفعل في تكوين سمات معقدة قبل حوالي مليار سنة من انتشار الأكسجين، في بيئة كانت المحيطات فيها خالية تمامًا من الأكسجين.
