تشير مراجعة جديدة أجراها فريق بحث من جامعة روتجرز في الولايات المتحدة إلى أن أصل الحياة على الأرض قد لا يكون متجذرًا فقط في "المهد" التقليدي للفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار. قد توفر البيئة الحاملة للمعادن ذات درجة الحرارة العالية والتي تكونت نتيجة تأثير الكويكبات أو النيازك أيضًا مرحلة رئيسية لكيمياء الحياة المبكرة.
وقال شيا سينكويماني، المؤلف الأول للورقة البحثية، في مقابلة: "من منظور علمي، ما زلنا لا نعرف كيف أنتجت الأرض المبكرة، التي لم تكن بها حياة، الدفعة الأولى من الحياة. كيف حدثت هذه الخطوة من لا شيء؟" تخرج سينكويماني من كلية العلوم البيئية والبيولوجية بجامعة روتجرز عام 2025 بدرجة البكالوريوس في علم الأحياء البحرية وإدارة مصايد الأسماك. كان هذا العمل أيضًا بمثابة محاولة بحث علمي "قفزة" أكملتها خلال فترة دراستها الجامعية.
نُشرت ورقة مراجعة ذات صلة في مجلة العلوم والهندسة البحرية، والتي ركزت على فرز البيئات الجيولوجية التي قد تكون الحياة قد ولدت فيها، مع التركيز بشكل خاص على الأنظمة الحرارية المائية - الأماكن التي تدور فيها السوائل الغنية بالمعادن ذات درجة الحرارة العالية في الصخور وتتدفق في النهاية، لتشكل تدرجات طاقة كبيرة وظروف كيميائية متنوعة، وبالتالي تؤدي إلى تفاعلات معقدة. بالإضافة إلى الفتحات الحرارية المائية التقليدية في أعماق البحار، يوجه المقال اهتمامه إلى الأنظمة الحرارية المائية التي تكونت نتيجة اصطدامات النيزك، معتقدًا أن هذا النوع من البيئة ربما كان شائعًا جدًا في بداية الأرض، ولكن تم تجاهله لفترة طويلة.
شارك في التوقيع على الورقة سينكويماني وعالم المحيطات بجامعة روتجرز ريتشارد لوتز. بالنسبة لطالب جامعي، وصف مشرفه قيادة المراجعة باعتباره المؤلف الأول بأنها "إنجاز غير عادي للغاية". قال لوتز: "ليس من غير المألوف أن يشارك الطلاب الجامعيون في الأوراق البحثية، وغالبًا ما يقوم المعلمون بدعوة الطلاب المتفوقين للانضمام إلى المشاريع. ولكن نشر مثل هذه الورقة البحثية مع طالب جامعي باعتباره المؤلف الأول له معنى مختلف تمامًا." في البداية، كان هذا العمل مجرد واجب دراسي لسينكويماني في دورة "الفتحات الحرارية المائية المحيطية". تطلب الموضوع منها أن تفكر: إذا كانت هناك أنظمة حرارية مائية مماثلة على كواكب أخرى، فهل هي قادرة على تغذية الحياة؟
واعترف سينكويماني بأنه عندما تلقى المهمة لأول مرة، لم تكن لديه "أي فكرة تقريبًا". "التفكير في أصل الحياة على كوكب آخر يبدو سرياليًا للغاية. كنت في الأصل أكثر دراية بعلم الأحياء البحت، لكن هذا الموضوع دفعني إلى الكيمياء والفيزياء وحتى الجيولوجيا." بعد التخرج، قامت بتوسيع نطاق واجباتها الدراسية لتشمل مراجعة أكثر منهجية، حيث قامت بمقارنة النظام الحراري المائي الناتج عن الاصطدام بالفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار. تم قبول الورقة أخيرًا بعد خمس جولات من المراجعة الدقيقة و15 صفحة من الآراء.
منذ اكتشافها في أواخر السبعينيات، كانت الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار "مرشحًا ساخنًا" في دراسة أصل الحياة. لا تحتاج هذه البيئة إلى ضوء الشمس لدعم النظام البيئي بأكمله، وتعتمد الكائنات الحية الدقيقة على مواد كيميائية مثل كبريتيد الهيدروجين للحصول على الطاقة، وتعيش من خلال التخليق الكيميائي بدلاً من التمثيل الضوئي. مصدر الحرارة للأنظمة الحرارية المائية يمكن أن يأتي من النشاط البركاني داخل القشرة الأرضية أو من التفاعلات الكيميائية بين الماء والصخور. حتى بدون الصهارة، يمكن تشكيل "واحة" محلية دافئة في أعماق البحار الباردة.
يواصل عمل سينكويماني هذا الإطار البحثي التقليدي ويؤكد على الدور المحتمل للأنظمة الحرارية المائية التي يحركها التأثير في أصل الحياة. عندما يضرب نيزك كبير الأرض، تتحول الطاقة الحركية الهائلة على الفور إلى درجات حرارة عالية، مما يتسبب في ذوبان الصخور المحيطة. ثم تراكمت المياه أثناء عملية التبريد في الحفرة الاصطدامية، مما شكل بيئة خاصة مع منطقة مركزية دافئة للغاية ومحاطة بالمياه. يتم تبادل الماء الساخن والمعادن بشكل مستمر، مما يشكل نظامًا مشابهًا للفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار. وقال سينكويماني: "تحصل على نواة ذات درجة حرارة عالية محاطة بمياه البحيرة، مما يخلق نظامًا حراريًا مائيًا مشابهًا لأعماق المحيطات، لكن مصدر الحرارة يأتي من التأثيرات وليس البراكين".
ولتقييم التطور الحقيقي لمثل هذه البيئات وقدرتها على دعم كيمياء الحياة، استعرضت الورقة ثلاث حالات فوهات نموذجية من فترات مختلفة: فوهة تشيككسولوب الاصطدامية في المكسيك، والتي تشكلت قبل حوالي 65 مليون سنة وترتبط بحدث انقراض الديناصورات؛ وفوهة هوتون الاصطدامية في القطب الشمالي الكندي، والتي تشكلت منذ حوالي 31 مليون سنة؛ وبحيرة لونار في الهند، والتي تشكلت منذ حوالي 50 ألف سنة وما زالت موجودة كبحيرة. يمكن للأنظمة الحرارية المائية المتكونة من هذه التأثيرات أن تظل نشطة لآلاف إلى عشرات الآلاف من السنين، مما يوفر نافذة زمنية للجزيئات البسيطة لتتطور تدريجيًا إلى هياكل عضوية أكثر تعقيدًا.
يعتقد الباحثون أنه في بداية الأرض عندما كانت النيازك والمذنبات تزورها بشكل متكرر، ربما كان هذا النوع من البيئة الحرارية المائية الناتجة عن الاصطدام أكثر شيوعًا بكثير مما هو عليه اليوم، وبالتالي ربما لعب دورًا أقل من قيمته الحقيقية في ولادة الحياة - تلك الأحداث التأثيرية السماوية التي غالبًا ما تعتبر "كارثية" ربما تكون أيضًا قد بنت المختبرات الكيميائية اللازمة لبداية الحياة. تستمر هذه الفكرة لعقود من تراكم نظرية الفوهات الحرارية المائية في أعماق البحار وتوسع السيناريوهات المحتملة لأصل الحياة من أعماق البحار إلى البحيرات والأنظمة تحت الأرض في الحفر الصدمية.
كان لوتز نفسه أحد الرواد الأوائل في دراسة الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار. خلال فترة ما بعد الدكتوراه، غاص أكثر من ميل تحت سطح البحر على متن الغواصة ألفين وشهد أنظمة بيئية مزدهرة في ظلام دامس. تعتبر هذه الرحلات قد خلقت مجالًا جديدًا للبحث وجدد فهم المجتمع العلمي لـ "الحياة يمكن أن توجد بدون ضوء الشمس". وقال لوتز: "لقد ناقشنا منذ سنوات إمكانية نشوء الحياة في الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار".
تقدم هذه المراجعة التي أجراها سينكويماني، مع دمج الأدلة الموجودة في أعماق البحار، نتائج أحدث وأكثر حداثة حول الأنظمة الحرارية المائية التي تعتمد على التأثير، بحجة أن كلا النوعين من البيئات لديهم القدرة على دعم التفاعلات الكيميائية الرئيسية في المراحل الأولى من الحياة. لا يرتبط هذا التغيير في المنظور بتاريخ الأرض نفسها فحسب، بل يشير أيضًا إلى استكشاف الحياة خارج كوكب الأرض: يتوقع المجتمع العلمي أنه قد يكون هناك نشاط حراري مائي نشط تحت الأقمار الجليدية مثل قمر المشتري يوروبا وقمر زحل إنسيلادوس، وربما تكون بيئات مماثلة قد نشأت في الحفر المبكرة للمريخ. إذا كانت السوائل الحرارية المائية وأنظمة التأثير على الأرض يمكنها بالفعل "تسخين" الحياة، فقد توفر أيضًا أدلة مهمة ومناطق مستهدفة للبحث المستقبلي عن حياة خارج كوكب الأرض.
بالنسبة لسينكويماني نفسه، ينبع هذا البحث من فضول إنساني مشترك. وهي تعمل حاليًا كفنية في مركز ابتكار تربية الأحياء المائية التابع لجامعة روتجرز في كيب ماي بولاية نيوجيرسي، حيث تشارك في الأبحاث العلمية المتعلقة بتربية الأحياء المائية بينما تستعد لمزيد من الدراسات في العلوم البحرية. وقالت: "فضول الإنسان يكاد لا ينتهي". "سنستمر في طرح الأسئلة ومحاولة تتبع أصل كل شيء. ربما لن نتمكن أبدًا من استعادة اللحظة التي ولدت فيها الحياة بدقة، ولكن يمكننا الاقتراب قدر الإمكان لفهم كيف حدثت الأشياء".