لقد وجد علماء أستراليون أن أول تغيير جيني بعد تكوين الحياة حدث قبل مليار سنة من التاريخ المقبول حتى الآن: وهو عبارة عن قفزة جينية، حيث تكيفت بدائيات النوى (بدون نواة) مع خلايا حقيقية النواة (ذات نواة)، والتي تشكل جميع الكائنات الحية اليوم باستثناء البكتيريا
نُشر الأسبوع الماضي عنوان رئيسي يعلن أن الحياة على الأرض بدأت قبل مليار سنة مما كان يعتقد سابقًا. وبما أن التاريخ المقبول لبداية الحياة هو قبل حوالي 3.8 مليار سنة، فإذا قبلنا العنوان ببساطة - فقد بدأت الحياة قبل تكوين الأرض، قبل 4.5 مليار سنة. لكن المزيد من التعمق في المعلومات يحسم التناقض ويكشف أن الأمر يتعلق بتقديم الساعة إلى مرحلة متوسطة معينة في تطور الحياة، وليس إلى ظاهرة الحياة ككل.
وما هي أشكال الحياة التي نشرت في صحف العالم؟ وما هي المشكلة الكبيرة في كونهم أكبر سناً "قليلاً"؟ تتحدث الأخبار عن كائنات وحيدة الخلية واسمها حقيقيات النوى. قد يعتقد المرء أن هذه حيوانات غريبة قد ماتت بالفعل من العالم. لكن القراءة بين السطور تكشف أننا، البشر، أيضًا من بين هذه الكائنات حقيقية النواة، وفي الواقع تنتمي كل أشكال الحياة المرئية على الأرض إلى هذه المملكة: الجنادب والخنافس والقواقع والرخويات والخروب والزنابق والقطط والحجل. بعض الخلايا المنفردة التي نواجهها في حياتنا اليومية، مثل الخميرة المستخدمة في الخبز والأميبا التي تغزو الأمعاء، هي أيضًا حقيقيات النوى. فقط البكتيريا من نوعها تنتمي إلى الممالك الحيوانية الأخرى، بدائيات النوى والعتائق. الفيروسات، التي ليست كائنات حية حقيقية، لا تدخل في هذا القسم.
أصل المصطلحات الغريبة المذكورة أعلاه هو الكلمة اليونانية كريون، والتي تعني النواة. في الواقع، تتكون جميع الكائنات حقيقية النواة من خلايا يوجد في قلبها نواة حقيقية. توجد داخل النواة الكروموسومات - تلك "المجلدات" من الموسوعة الجينية، حيث يتم "كتابة" المعلومات الوراثية التي تميز كل مخلوق. لا تحتوي البكتيريا بدائية النواة (ما قبل النووية) على نواة خلية، وتكون معلوماتها الوراثية متناثرة، وتطفو حول الخلية بدون ترتيب واضح.
ولكن ليس هذا هو المكان الذي تنتهي فيه الاختلافات؛ الخلايا حقيقية النواة أكبر بكثير وأكثر تعقيدًا من الخلايا بدائية النواة. حجمها أكبر بحوالي ألف مرة، وفي داخلها عضيات (أعضاء تحت خلوية)، حجم كل منها هو حجم البكتيريا. وبمساعدة المجهر الإلكتروني، يمكنك أن ترى أن العضيات محاطة بأغشية دهنية من نفس النوع الموجود حول الخلية بأكملها. أحد أنواع العضيات هو الميتوكوندريا - وهي مصانع كيميائية صغيرة تقوم بتفكيك السكريات من الطعام واستخدامها لإنتاج المادة الكيميائية ATP - عملة الطاقة العالمية للخلية الحية. العضيات الأخرى مسؤولة عن إنتاج البروتينات أو الاستخدام الكيميائي للطاقة الضوئية في النباتات (التمثيل الضوئي).
يُعتقد أن الانتقال من بدائيات النوى إلى حقيقيات النوى كان أول اضطراب وراثي منذ نشأة الحياة. وعلى النقيض من التدرج الذي ينبثق من كلمة التطور، يبدو أن كمال الحياة على الأرض غالبًا ما حدث على وجه التحديد بأسلوب الثورة. كانت ثورة حقيقيات النوى عملية تم فيها اكتشاف أهمية التعاون أو التكافل. وكانت لين مارجوليس، باحثة التطور من جامعة بوسطن بالولايات المتحدة الأمريكية، أول من اقترح الفكرة المبتكرة القائلة بأن العضيات الموجودة داخل الخلايا حقيقية النواة كانت في الأصل كائنات مستقلة. ووفقا لهذه النظرية، التي أصبحت الآن مقبولة على نطاق واسع، فإن اجتماع عدة أنواع من المخلوقات الشبيهة بالبكتيريا مكّن من تحقيق قفزة مهمة، أدت في النهاية إلى ظهور الإنسان.
حتى وقت قريب، كان يُعتقد على نطاق واسع أن ثورة حقيقيات النواة حدثت قبل أقل من ملياري سنة. وهذا يدل على أن العصر الذي حكمت فيه البكتيريا خارج مصر استمر ما يقرب من ملياري سنة، أي حوالي نصف إجمالي وجود الحياة على كوكبنا. وبدا لكثير من العلماء أن هذه الفترة الطويلة من الحكم لم تترك سوى القليل من الوقت لجميع الثورات الأخرى التي تلت ذلك، وهي الثورات التي مكنت من ظهور كائنات معقدة متعددة الخلايا. الدراسة الجديدة التي ظهرت قبل أيام في مجلة "ساينس" العلمية الهامة تختصر نحو مليار سنة من "العصر الحجري" للحياة. وقد ترك هذا مجالًا أوسع بكثير للعمليات التطورية المثيرة للاهتمام التي حدثت لاحقًا، بما في ذلك ظهور التمايز (خلايا مختلفة لأعضاء مختلفة) والتزاوج (الجنسين الذكر والأنثى). كل هذه لعبت دورا مركزيا في تطور الكائنات الحية. فكيف وصل العلماء الأستراليون الذين نشروا المقال إلى اكتشافهم البعيد المدى؟
كما هو الحال في العديد من الحالات الأخرى، يتغذى العلماء على تلميحات صغيرة، والتي كان من الممكن أن تختفي بسهولة من أعين أي شخص آخر. ويحرصون على توضيح المسار الذي سلكوه للسماح للباحثين الآخرين بتأكيد أو دحض استنتاجاتهم، ويصفون بالتفصيل تجارب المراقبة التي تثبت أنه ليس خطأ. بل إنهم يؤكدون على احتمال أن تثبت استنتاجاتهم في النهاية أنها صحيحة جزئيًا فقط. هذا النهج الحذر هو ما يميز العلم مقابل العلم الزائف، عندما تكون تفاصيل التجربة مفقودة في كثير من الأحيان، ويبدو أن الاستنتاجات لا جدال فيها. ودرس العلماء كيمياء الصخور التي تم الحصول عليها عن طريق الحفر من عمق حوالي 700 متر من طبقات عمرها طويل: فقد تشكلت قبل 2.7 مليار سنة. الصخور التي تم العثور عليها هي من نوع البيتومين، وهو معدن يحتوي على مواد هيدروكربونية مشابهة للنفط الخام. واختار الباحثون بعناية موقع الحفر في شمال غرب أستراليا؛ عانت هذه الطبقة من الصخور بشكل أقل في سنوات وجودها الطويل من ظواهر الضغط والحرارة الشديدة. وكان من المعروف من قبل أن مثل هذه الصخور تحتوي على العديد من المواد العضوية المختلفة، وحتى حفريات صغيرة لكائنات وحيدة الخلية. لكن هوية الحفريات كانت محل شك: هل هي بدائيات النوى أم حقيقيات النوى؟
نظرًا لدرجة الحفاظ على الصخور التي تم إزالتها من الحفر، كان من الممكن لأول مرة إجراء تحليل موثوق للمواد العضوية في صخرة بهذا العصر المتقدم. أقدم صخرة تمت دراستها بطريقة مماثلة حتى الآن كان عمرها 1.6 مليار سنة. وفي الطبقة التي يبلغ عمرها 2.7 مليار سنة، تم اكتشاف الدهون، وهي مواد دهنية تتكون بشكل رئيسي من الكربون والهيدروجين وتشبه تلك التي تشكل أغشية الخلايا اليوم. أتاحت "البصمة" الكيميائية للمواد استنتاج أن الخلايا الأصلية التي بقيت منها الدهون كانت من نوع حقيقيات النوى. وكان الاكتشاف الأكثر أهمية الذي مكنت من تحقيق هذا الإنجاز العلمي هو وجود مادة شبيهة بالكوليسترول، وهي مكون أساسي في الخلايا حقيقية النواة، والتي نادرا ما توجد في أغشية الخلايا بدائية النواة. ومن المهم أن نلاحظ أنه في مثل هذه الدراسات ليس من الممكن استخدام تحليلات المواد الحية الأكثر قبولا مثل الحمض النووي أو البروتينات، لأنها تتحلل تماما في وقت قصير نسبيا.
يتم تقديم الدراسة الجديدة كخطوة أولى مهمة على طريق طويل. إنه يقوي أساس فرع علمي جديد نسبيًا، وهو علم الحفريات الكيميائي. وهو عبارة عن مزيج من مراقبة شكل الحفريات وحيدة الخلية مع تحليلاتها الكيميائية التفصيلية. يحمل هذا المسار وعدًا: ليس فقط بفك رموز التحول الجيني الأول، بل أيضًا سر وجود الحياة بشكل عام. من الممكن أنه في غضون بضعة عقود، بالاشتراك مع مناهج أخرى مثل الكيمياء العضوية المتقدمة، وأبحاث الجينوم، وعلم الأحياء الحسابي، وعلم الفلك الحيوي، سنكون قادرين أخيرًا على الإجابة على أحد الألغاز العظيمة للعلوم: كيف، في جميع أنحاء المحيط القديم، تشكلت الخلايا الحية الأولى من مجموعة "ميتة" من المواد الكيميائية.
