كانت البكتيريا القديمة تتنفس قبل وقت طويل من أن يصبح الأكسجين وفيرة

اليوم ، يشكل Oxygen حوالي 21 ٪ من جونا ، لكنه لم يكن دائمًا وفيرًا جدًا. منذ حوالي 2.7 مليار سنة ، تطورت البكتيريا الزرقاء – البكتيريا القادمة التي تولد الطاقة من خلال التمثيل الضوئي – وبدأت في إطلاق الأكسجين في المحيطات. تم تجميع هذا الأكسجين تدريجياً في الجو في عملية تسمى حدث الأكسدة الكبير (GOE) ، والذي حدث ما بين 2.4 و 2.1 مليار سنة. ومع ذلك ، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن البكتيريا الهوائية (التي تعتمد على الأكسجين) قد ظهرت قبل فترة طويلة من GOE.

أعاد فريق دولي من الباحثين بناء الشجرة التطورية لأحد أشكال الحياة الأولى للأرض ، وكشف أن البكتيريا قد تكون قد تكيفت مع وجود الأكسجين قبل فترة طويلة من أن تكون وفيرة في جونا. يتحدى عملهم ، الذي تم تفصيله في دراسة نشرت اليوم في مجلة Science ، الافتراض السابق بأن معظم الحياة قبل Goe كانت اللاهوائية ، أي الكائنات الحية التي لا تحتاج إلى الأكسجين للبقاء على قيد الحياة.

استخدم الباحثون مقاربة متعددة التخصصات لإعادة بناء شجرة تطورية للبكتيريا وتتبعها عند تكييفها مع الأكسجين. وشمل ذلك تحليل السجلات الجيولوجية ، والأدلة الأحفورية ، وأكثر من 1000 جينومات بكتيرية متنوعة ؛ تطبيق المصالحة التطورية (مقارنة تاريخ اثنين من أشكال الحياة المتشابكة بشكل وثيق) ؛ ونمذجة الكمبيوتر. وفقًا لشجرةهم التطورية ، من المحتمل أن يكون سلف البكتيريا المشتركة الأخير في وقت ما بين 4.4 و 3.9 مليار سنة.

“هذا النهج المشترك لاستخدام البيانات الجينية ، والحفريات ، والتاريخ الجيوكيميائي للأرض ، يجلب وضوحًا جديدًا إلى الجداول الزمنية التطورية ، خاصة بالنسبة للمجموعات الميكروبية التي لا تملك سجلًا أحفوريًا” ، قال جيرجلي سولوسي ، وهو مؤلف مشارك في الدراسة الجامعية.

تشير نتائجهم إلى أن بعض البكتيريا الهوائية ظهرت قبل GOE ، حوالي 3.22 إلى 3.25 مليار سنة. من المحتمل أن هذه الأنساب البكتيرية كانت أسلاف البكتيريا الزرقاء ، مما يعني أنها تطورت القدرة على استقلاب كميات صغيرة من الأكسجين قبل تطوير التمثيل الضوئي. في الواقع ، يشير البحث إلى أن تكيف الأكسجين قد لعب دورًا مهمًا في تطور قدرات التمثيل الضوئي للبكتيريا الزرقاء – ونتيجة لذلك ، التغييرات في الغلاف الجوي للأرض أثناء GOE.

وقال توم ويليامز ، عالم الأحياء الحسابي من جامعة بريستول وشارك في الدراسة ، إن نهج الفريق “يعمل بشكل جيد لدراسة انتشار الأيض الهوائي وقد يكون أيضًا نهجًا مفيدًا لاستكشاف كيفية ظهور السمات الأخرى والتفاعل مع بيئة الكوكب المتغيرة عبر الزمن الجيولوجي”.

تعتبر الدراسة أيضًا تذكيرًا بحقيقة أن الجو الذي نتمتع به اليوم تم تشكيله بمليارات من السنين من النشاط الميكروبي.