أين ستعيش الحياة عندما تدخل الأرض في حالة تجميد عميق؟معهد ماساتشوستس للتكنولوجياويعتقد العلماء أن برك المياه الذائبة المنتشرة عبر جليد الأرض قد تكون أحد الملاجئ التي يمكن للحياة أن تبقى فيها على قيد الحياة.في اتصالات الطبيعةفي دراسة منشورة، يشير الباحثون إلى أن بعض أشكال الحياة المعقدة المبكرة ربما نجت في برك ضحلة من الذوبان منذ ما بين 635 مليون و720 مليون سنة، وهي فترة "الأرض كرة الثلج" عندما كان جزء كبير من الأرض مغطى بالجليد.

ووجد الفريق أن حقيقيات النوى - الخلايا المعقدة التي أدت في النهاية إلى ظهور جميع أشكال الحياة متعددة الخلايا - يمكنها البقاء على قيد الحياة في المسطحات المائية الصغيرة التي تتشكل على سطح الصفائح الجليدية الضحلة بالقرب من خط الاستواء. في هذه المناطق، يمكن للغبار والحطام أن يجعل سطح الجليد داكنًا، ويزيد من امتصاص الحرارة، ويسبب ذوبانًا موضعيًا. عند درجات حرارة قريبة من 0 درجة مئوية، ربما تكون هذه العملية قد خلقت بيئة صالحة للسكن من المياه الذائبة للحياة المبكرة.

ولدعم فرضيتهم، تحول الباحثون إلى ظروف مماثلة في القارة القطبية الجنوبية اليوم. لقد درسوا ظروفًا مشابهة لبرك الذوبان الصغيرة التي ربما كانت موجودة خلال Snowball Earth على طول حافة الغطاء الجليدي.

قام فريق البحث بجمع عينات من برك متعددة على الجرف الجليدي ماكموردو. وصف أعضاء بعثة روبرت فالكون سكوت عام 1903 جرف ماكموردو الجليدي بأنه "جليد قذر". وجد علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا دليلاً على وجود حقيقيات النوى في كل بركة أخذوا عينات منها. يختلف تكوين أشكال الحياة هذه من بركة إلى أخرى، مما يعرض تنوعًا بيولوجيًا مذهلاً. ولاحظوا أيضًا أن الملوحة كان لها تأثير كبير على أنواع الكائنات الحية الموجودة: فالأحواض ذات الملوحة العالية كانت بها مجتمعات متشابهة أكثر، في حين أن الأحواض ذات المياه العذبة كانت بها مجموعات سكانية مختلفة.

قام الباحثون إيان هاوز من جامعة وايكاتو ومارك شالينبرجر من جامعة أوتاجو بقياس الظروف الفيزيائية والكيميائية لبرك المياه الذائبة. مصدر الصورة: روجر سامونز

وقالت المؤلفة الرئيسية للدراسة فاطمة حسين، وهي طالبة دراسات عليا في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "لقد أظهرنا أن برك الذوبان هي مواقع مرشحة ربما تكون فيها حقيقيات النوى المبكرة قد لجأت إلى مأوى خلال هذه الأحداث الجليدية العالمية". "إنها تظهر أن التنوع موجود وممكن في هذه الأنواع من البيئات. إنها في الحقيقة قصة عن مرونة الحياة."

من بين المؤلفين المشاركين في الدراسة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بروفيسور شلمبرجير لعلم الأحياء الجيولوجية روجر سامونز وباحث ما بعد الدكتوراه السابق توماس إيفانز. ومن بين المتعاونين الآخرين جاسمين ميلار من جامعة كارديف، وآن جونغبلوت من متحف التاريخ الطبيعي في لندن، وإيان هاوز من جامعة وايكاتو في نيوزيلندا.

"كرة الأرض الثلجية" هو الاسم الشائع للفترة الجليدية في تاريخ الأرض. يشير عادةً إلى فترتين جليديتين متتاليتين حدثتا خلال العصر الكريوجيني واستمرتا لملايين السنين، والتي يسميها الجيولوجيون الفترة ما بين 635 مليون و720 مليون سنة مضت. ما إذا كانت الأرض أشبه بكرة ثلج صلبة أو "كرة طينية" أكثر ليونة في ذلك الوقت لا تزال موضع نقاش. لكن العلماء متأكدون من شيء واحد: أن معظم أجزاء الكوكب غارقة في حالة من التجمد العميق، مع انخفاض متوسط ​​درجات الحرارة العالمية إلى 50 درجة مئوية تحت الصفر. والسؤال هو: كيف وأين استمرت الحياة؟

وقال حسين: "نحن مهتمون بفهم أساس الحياة المعقدة على الأرض. نجد دليلاً على وجود حقيقيات النوى حول حقبة البروتيروزويك في السجل الأحفوري، لكننا نفتقر إلى حد كبير إلى دليل مباشر على المكان الذي ربما عاشوا فيه". "الهدف من هذا اللغز هو أننا نعرف أن الحياة قد نجت. نحن نحاول فقط أن نفهم كيف وأين نجت".

يتم نقل الإسفنج البحري من قاع المحيط إلى السطح بالقرب من برك ذوبان الجليد على صفيحة ماكموردو الجليدية. مصدر الصورة: روجر سامونز

هناك العديد من الأفكار حول المكان الذي قد تكون الكائنات الحية قد لجأت إليه خلال Snowball Earth، بما في ذلك مناطق معينة من المحيط المفتوح (إذا كانت مثل هذه البيئات موجودة)، وفي الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار وما حولها، وتحت الصفائح الجليدية. عند النظر في برك المياه الذائبة، افترضت حسين وزملاؤها أن المياه الذائبة من الجليد السطحي في ذلك الوقت ربما كانت أيضًا قادرة على دعم وجود حقيقيات النوى المبكرة.

وأشار حسين إلى أن "هناك العديد من الفرضيات حول المكان الذي ربما كانت الحياة قد نجت واحتمت فيه خلال عصر البروتيروزويك، لكن ليس لدينا تشبيهات مثالية لها جميعًا". "إن وجود برك ذوبان فوق سطحية على الأرض وإمكانية الوصول إليها يمنحنا الآن الفرصة للتركيز حقًا على الكائنات حقيقية النواة التي تعيش في هذه البيئات."

وفي الدراسة الجديدة، قام الباحثون بتحليل العينات التي تم جمعها من برك المياه الذائبة في القارة القطبية الجنوبية. في عام 2018، سافر سامونز وزملاؤه من نيوزيلندا إلى منطقة جرف ماكموردو الجليدي في شرق القارة القطبية الجنوبية، المعروفة باحتوائها على برك صغيرة منصهرة، يبلغ عمق كل منها بضعة أقدام فقط وعرضها أمتار. هناك، يتجمد الماء على طول الطريق إلى قاع المحيط، مما يؤدي إلى احتجاز الرواسب الداكنة والحياة البحرية في هذه العملية. يؤدي فقدان الجليد الناجم عن الرياح من سطح المحيط إلى إنشاء نوع من الحزام الناقل، وبمرور الوقت، يتم نقل هذه الأجزاء المحاصرة إلى السطح، حيث تمتص حرارة الشمس، مما يتسبب في ذوبان الجليد، بينما يعكس الجليد دون الشظايا المحيطة ضوء الشمس الوارد، مما يؤدي إلى إنشاء برك ذوبان ضحلة.

الجزء السفلي من كل بركة مغطى بطبقة ميكروبية تتراكم على مر السنين لتكوين طبقات من مستعمرات الخلايا اللزجة.

قال حسين: "يمكن أن يصل سمك هذه الحصائر إلى عدة سنتيمترات، وتكون ملونة ومتعددة الطبقات".

تتكون هذه الحصائر الميكروبية من البكتيريا الزرقاء، وهي كائنات حية بدائية النواة وحيدة الخلية تقوم بالتمثيل الضوئي ولا تحتوي على نواة أو عضيات أخرى. في حين أنه من المعروف أن هذه الكائنات الحية الدقيقة القديمة قادرة على البقاء على قيد الحياة في بعض أقسى البيئات على الأرض، بما في ذلك برك المياه الذائبة، فقد تساءل الباحثون عما إذا كانت حقيقيات النوى - وهي كائنات حية معقدة طورت نواة الخلية وغيرها من العضيات المرتبطة بالأغشية - يمكنها تحمل ظروف قاسية مماثلة. سوف تتطلب الإجابة على هذا السؤال أكثر من مجرد مجهر، حيث أن خصائص حقيقيات النوى الصغيرة الموجودة في الحصائر الميكروبية دقيقة للغاية بحيث لا يمكن تمييزها بالعين المجردة.

شظايا من حصيرة البكتيريا الزرقاء التي تم جمعها من حافة بركة المياه الذائبة. مصدر الصورة: روجر سامونز

لتحديد حقيقيات النوى، قام الفريق بتحليل الحصائر الميكروبية للدهون المحددة التي تنتجها، والتي تسمى ستيرول، بالإضافة إلى مكون وراثي يسمى حمض الريبوسوم النووي الريبي (rRNA)، وكلاهما يمكن استخدامهما لتحديد الكائنات الحية بدرجات متفاوتة من الخصوصية. توفر هاتان المجموعتان المستقلتان من التحليلات بصمات تكميلية لبعض مجموعات حقيقية النواة. وكجزء من دراستهم للدهون، اكتشفوا عددًا من جينات الستيرول والرنا الريباسي في الحصيرة الميكروبية التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بأنواع معينة من الطحالب والطلائعيات والميكروبات. وتمكن الباحثون من تقييم النوع والوفرة النسبية لجينات الدهون والـ rRNA في أحواض مختلفة، ووجدوا أن تنوع حقيقيات النوى في هذه الأحواض كان مذهلاً.

قال حسين: "لا توجد بركتان متماثلتان". "كانت لديهم بعض الخصائص المتكررة، ولكن بوفرة متفاوتة. لقد وجدنا مجتمعات متنوعة من حقيقيات النوى من جميع الأصناف الرئيسية في جميع الأحواض التي تمت دراستها. هذه حقيقيات النوى هي أحفاد حقيقيات النوى التي نجت من كوكب سنوبول إيرث. وهذا يسلط الضوء حقًا على أن برك المياه الذائبة خلال سنوبول إيرث ربما كانت بمثابة واحات فوق الجليدية، حيث غذت حقيقيات النوى وبالتالي سهلت تنوع وانتشار الحياة المعقدة اللاحقة، بما في ذلك نحن البشر."

تم تجميعها من / scitechdaily