اكتشاف أقدم بصمات كيميائية للحياة على الأرض

أحافير طحالب بحرية من إقليم يوكون في كندا تعود إلى نحو مليار عام (جامعة ولاية ميشيغان)

كشفت دراسة دولية أدلة كيميائية هي الأقدم من نوعها تشير إلى وجود حياة على الأرض قبل أكثر من 3.3 مليار سنة.

كما اكتشف الفريق البحثي، بقيادة مؤسسة كارنيغي للعلوم في الولايات المتحدة، مؤشرات قوية على أن عملية التمثيل الضوئي المنتجة للأكسجين ظهرت قبل نحو مليار سنة مما كان يُعتقد سابقاً، ونُشرت النتائج، الاثنين، في دورية «وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم».

ويشير مفهوم النشاط البيولوجي على الأرض إلى جميع العمليات الحيوية التي تقوم بها الكائنات الحية منذ بدايات ظهورها على الكوكب، مثل البناء الضوئي والتحلل وتبادل المواد مع البيئة. ورغم أن بدايات الحياة كانت بسيطة للغاية، متمثلة في كائنات دقيقة تعيش في المحيطات البدائية، فقد لعبت هذه الكائنات دوراً حاسماً في تشكيل الغلاف الجوي والمحيطات، وتهيئة الظروف التي سمحت لاحقاً بظهور كائنات أكثر تعقيداً. ومع مرور الزمن، تطوّر هذا النشاط البيولوجي ليصبح القوة المحركة لتنوع الحياة واستقرار الأنظمة البيئية على الأرض.

واستخدمت الدراسة مزيجاً من التحليل الكيميائي المتقدم وتقنيات الذكاء الاصطناعي للكشف عن دلائل جزيئية دقيقة خلفتها الكائنات القديمة داخل الصخور، رغم اختفاء الجزيئات الحيوية الأصلية بفعل الدفن والتسخين والضغط عبر العصور الجيولوجية. واعتمد الفريق على تدريب أنظمة ذكاء اصطناعي للتعرّف إلى البصمات الكيميائية المميزة للحياة.

وفحص الباحثون أكثر من 400 عينة شملت نباتات وحيوانات حديثة، ومتحجرات عمرها مليار سنة، وصخوراً نيزكية. ونجح النموذج الحاسوبي في التمييز بين المواد الحيوية وغير الحيوية بدقة تجاوزت 90 في المائة، كما كشف عن دلائل مرتبطة بالتمثيل الضوئي في صخور لا يقل عمرها عن 2.5 مليار سنة.

وشاركت في الدراسة الدكتورة كاتي مالوني، الأستاذة المساعدة بجامعة ولاية ميشيغان والمتخصصة في تطور الكائنات المعقدة المبكرة، وقدّمت عينات نادرة من حفريات طحالب بحرية عمرها مليار سنة من إقليم يوكون في كندا، تُعد من أوائل الأدلة على وجود طحالب كبيرة الحجم في السجل الأحفوري، في زمن كانت معظم مظاهر الحياة لا تُرى إلا بالمجهر.

وقالت مالوني عبر موقع الجامعة: «الصخور القديمة مليئة بالألغاز، لكن بعض قطع اللغز كانت مفقودة دائماً. الجمع بين التحليل الكيميائي والتعلم الآلي كشف لنا إشارات كانت مخفية كلياً».

وكانت الأدلة الجزيئية الموثوقة على الحياة محصورة حتى وقت قريب في صخور لا يتجاوز عمرها 1.7 مليار سنة، لكن المنهج الجديد ضاعف هذه النافذة الزمنية تقريباً، فاتحاً المجال أمام إعادة قراءة سجل الحياة المبكرة بعيون جديدة.

وقال الدكتور روبرت هازن، الباحث في مؤسسة كارنيغي والمشارك في الدراسة: «الحياة القديمة لا تترك فقط حفريات، بل تترك صدى كيميائياً. وباستخدام التعلم الآلي، أصبح بإمكاننا للمرة الأولى تفسير هذا الصدى بدقة».

وأوضح أن النتائج تحمل آثاراً مهمة للبحث عن الحياة خارج الأرض؛ إذ يمكن استخدام التقنية نفسها لتحليل عينات من المريخ أو أقمار الكواكب الأخرى بحثاً عن الإشارات الكيميائية للحياة.