بالنسبة لمعظم الحيوانات على وجه الأرض ، يعتبر التنفس مرادفًا للحياة. لكن أول ملياري سنة منذ ظهور كوكبنا كان هناك نقص في الأكسجين.
هذا لا يعني أن الأرض كانت جمادًا في ذلك الوقت ، ولكن هذه الحياة نادرة ومختلفة تمامًا عما نعرفه اليوم.
بدأ كل شيء يتغير عندما دخلت أكثر البكتيريا تعقيدًا التي يمكنها التمثيل الضوئي إلى المشهد ، والتي أطلق عليها العلماء ظاهرة مضادات الأكسدة الرئيسية. لكن متى حدث كل هذا؟ وكيف اهتزت؟
قدمت تقنية التحليل الجيني الجديدة تلميحات عن التسلسل الزمني الجديد. تشير التقديرات إلى أن 400 مليون سنة من البكتيريا المشمسة والحياة أطلقت بالفعل الأكسجين قبل أن تتمكن من الازدهار.
بعبارة أخرى ، قد تكون هناك كائنات حية ضوئية على كوكبنا قبل وقت طويل من حدث الأكسدة العظيم.
“في التطور ، تبدأ الأشياء دائمًا صغيرة.” يشرح جريج فورنييه ، الجيولوجي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
“على الرغم من وجود دليل على عملية التمثيل الضوئي المبكرة للأكسجين – وهذا هو الاكتشاف التطوري الأكثر أهمية والأكثر إذهالًا على الأرض – فقد استغرق الأمر مئات الملايين من السنين الأخرى للبدء.”
يوجد حاليًا وصفان متنافسان لتوضيح تطور عملية التمثيل الضوئي في بكتيريا خاصة تسمى البكتيريا الزرقاء. يعتقد بعض الناس أن العملية الطبيعية لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة جاءت في وقت مبكر من المشهد التطوري ، لكنها تقدمت إلى “الذوبان البطيء”. يعتقد البعض الآخر أن عملية التمثيل الضوئي قد تطورت فيما بعد ، لكنها “أخذت الأمر كالنار في الهشيم”.
تأتي معظم الخلافات من افتراضات حول السرعة التي تتشكل بها البكتيريا والتفسيرات المختلفة لسجل الحفريات.
لذا أضاف فورنييه وزملاؤه تحليلًا آخر إلى هذا المزيج. في حالات نادرة ، يمكن للبكتيريا في بعض الأحيان أن ترث الجينات ليس من والديها ولكن من نوع آخر ذي صلة بعيدة. يمكن أن يحدث هذا عندما “تأكل” خلية أخرى وتربط جينات أخرى بجينها.
يمكن للعلماء استخدام هذه المعلومات للعثور على العمر المناسب للمجموعات البكتيرية المختلفة ؛ على سبيل المثال ، لا بد أن أولئك الذين سرقوا الجينات قد قاموا بقرصها من نوع كان موجودًا في نفس الوقت.
يمكن مقارنة هذه العلاقات بجهود المواعدة المحددة ، مثل نماذج الساعة الجزيئية التي تستخدم التسلسل الجيني للكائنات لاكتشاف تاريخ الطفرات الجينية.
لهذا الغرض ، قام الباحثون بتعديل جينات آلاف الأنواع البكتيرية ، بما في ذلك البكتيريا الزرقاء. كانوا يبحثون عن أحداث نقل الجينات الأفقي.
في المجموع ، حددوا 34 مثالًا واضحًا. وجد المؤلفون أن هذه الأمثلة ذات صلة بشكل خاص عند مقارنتها بستة نماذج ساعة جزيئية. باختيار هذه العينة من الخليط ، أجرى الفريق تقييمات لمعرفة عمر بكتيريا التمثيل الضوئي في الواقع.
تشير الاكتشافات إلى أن جميع أنواع البكتيريا الزرقاء التي تعيش اليوم لها سلف مشترك كان موجودًا منذ 2.9 مليار سنة. وفي الوقت نفسه ، الأجداد الذي – التي انفصل الأسلاف عن البكتيريا غير الضوئية منذ حوالي 3.4 مليار سنة.
ربما تشكل التمثيل الضوئي في مكان ما بين هذين التاريخين.
وفقًا للنموذج التطوري المفضل للفريق ، ربما تكون البكتيريا الزرقاء قد تم تصنيعها ضوئيًا إلى Geo منذ 360 مليون سنة على الأقل. إذا كانت صحيحة ، فإنها تدعم فرضية “الانصهار البطيء”.
“تلقي هذه الورقة الجديدة ضوءًا جديدًا على تاريخ مضادات الأكسدة للأرض ، بطرق جديدة ، مع السجل الأحفوري بالبيانات الجينية ، بما في ذلك عمليات النقل الجينية الأفقية.” يقول تيموثي ليونز ، عالم الكيمياء الحيوية من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد.
“تتحدث النتائج عن بدايات إنتاج الأكسجين البيولوجي وأهميته البيئية ، والتي توفر حواجز مهمة أمام الأكسدة المبكرة للمحيطات وتشكيل وتنظيم التراكم في الغلاف الجوي.”
يأمل المؤلفون في استخدام تقنيات التحليل الجيني المماثلة لتحليل الكائنات الحية غير البكتيريا الزرقاء في المستقبل.
تم نشر الدراسة عمليات الجمعية الملكية ب.
