تزودنا الحفريات الصغيرة التي أمضت ما يقرب من ملياري سنة، المغطاة بقطع من الصخور القديمة، بأول دليل على عملية التمثيل الضوئي على الأرض.
في تكوين ماكديرموت في صحراء شمال أستراليا، تسمى الهياكل الصغيرة ثايلاكويدات تم اكتشافها فيما يعتقد أنه متحجر البكتيريا الزرقاء يعود تاريخها إلى 1.75 مليار سنة مضت.
توجد هذه الهياكل اليوم داخل خلايا الكائنات الحية التي تقوم بالتمثيل الضوئي والتي تحتوي على صبغة الكلوروفيل المستخدمة لامتصاص الضوء لعملية التمثيل الضوئي.
وهذا يعني أن الأحافير الدقيقة تمثل أقدم دليل مباشر على عملية التمثيل الضوئي، مما يمنحنا الحد الأدنى الجديد لعمر ظهور البكتيريا الزرقاء الثايلاكويد وأداة جديدة لفهم النظم البيئية الأرضية المبكرة وكيف ظهرت الحياة على كوكبنا.
“توفر دراستنا دليلا مباشرا على وجود البكتيريا الزرقاء النشطة في عملية التمثيل الغذائي والتي تقوم بعملية التمثيل الضوئي الأكسجين.” يكتب فريقًا بقيادة عالمة الأحياء الدقيقة كاثرين ديمولان من جامعة لييج.
تشير النتائج إلى أن التحليل التفصيلي للحفريات الأخرى يمكن أن يحدد المزيد من الهياكل المماثلة، مع تحديد متى تم ابتلاع الهياكل الضوئية وتشغيلها بواسطة الأشكال الأولى من خلايا الطحالب المعقدة.
قد تبدو عملية التمثيل الضوئي، التي تستخدم ضوء الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز وأكسجين، وكأنها شيء تفعله النباتات والطحالب بهدوء، ولكنها تشكل أساس بقاء جميع الكائنات الحية تقريبًا.
لا تشكل الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي أساس معظم الشبكات الغذائية فحسب، بل إن عملياتها الأيضية تملأ الجو بالأكسجين القابل للتنفس الذي يحتاجه معظمنا للبقاء على قيد الحياة.
نحن نعلم أنه في وقت مبكر من تاريخ الأرض، كان هناك القليل من الأكسجين يطفو بحرية في الغلاف الجوي والمحيطات. ومع ذلك، تكشف خطوط مختلفة من الأدلة الجيوكيميائية أن مستويات الأكسجين ارتفعت فجأة. منذ حوالي 2.4 مليار سنة فيما يعرف بحدث الأكسدة الكبير. من غير الواضح ما الذي يسبب ذلك، ولكن أحد الاحتمالات هو ظهور كائنات حية تقوم بالتمثيل الضوئي.
أول دليل أحفوري دقيق بلا منازع على البكتيريا الزرقاء هو كائن حي يسمى Eoentophysalis بيلشيرينسيسمؤرخة من حتى منذ 2.018 مليار سنة. لكن غالبًا ما يكون من الصعب تفسير الحفريات، كما أن بنيتها الداخلية لا تظل دائمًا سليمة. وليس كل أنواع البكتيريا الزرقاء تحتوي على ثايلاكويد.
استخدم ديمولين وزملاؤه تقنيات مجهرية مختلفة عالية الدقة لاستكشاف الهياكل الخارجية والداخلية للأحافير الدقيقة لنوع يعرف باسم نافيفوسا ماجنسيسويعتقد أنها البكتيريا الزرقاء. وفي أجسام الكائنات وحيدة الخلية من طبقتين أحفوريتين، وجدوا أغشية الثايلاكويد.
كانت هذه الحفريات من تكوين خليج جراسي في كندا، ويعود تاريخها إلى 1.01 مليار سنة مضت؛ وتكوين ماكديرموت الذي يمتد منذ 1.75 مليار سنة. وهذا يوسع السجل الأحفوري للثايلاكويد بما يصل إلى 1.2 مليار سنة، ويعني أن عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني يجب أن تكون قد تطورت قبل ذلك الوقت.
لكن ما لا نعرفه بعد هو ما إذا كانت قد تطورت مع الوقت لتساهم في حدث الأكسدة العظيم. فقط الاكتشاف والدراسة المتأنية للحفريات القديمة يمكن أن يزودنا بالإجابة على هذا السؤال الملح.
“اكتشاف الثايلاكويدات المحفوظة داخلها ن. ماجنسيس المذكورة هنا تقدم دليلا مباشرا على الحد الأدنى للعمر حوالي 1.75 مليار سنة للاختلاف بين البكتيريا الحاملة للثايلاكويد والبكتيريا الزرقاء التي لا تحتوي على الثايلاكويد. يكتب الباحثون.
“نتوقع أن تحليلات البنية التحتية المماثلة للحفريات الدقيقة المحفوظة جيدًا يمكن أن توسع السجل الجيولوجي لمركبات التمثيل الضوئي الأكسجينية والنظم البيئية المبكرة منخفضة الأكسجين التي تطورت فيها الخلايا المعقدة.”
وقد نشر البحث في طبيعة.
