تعطينا الحفريات الصغيرة المغطاة بالصخور القديمة التي يبلغ عمرها حوالي ملياري سنة أول دليل على عملية التمثيل الضوئي على الأرض.
هياكل صغيرة في تكوين ماكديرموت في صحراء شمال أستراليا ثايلاكويدات تم العثور عليها في ما يعتبر حفريات البكتيريا الزرقاء منذ 1.75 مليار سنة.
توجد هذه الهياكل اليوم داخل خلايا الكائنات الحية التي تقوم بالتمثيل الضوئي والتي تحتوي على صبغة الكلوروفيل المستخدمة لامتصاص الضوء لعملية التمثيل الضوئي.
وهذا يعني أن الأحافير الدقيقة هي أقدم دليل مباشر على عملية التمثيل الضوئي، مما يوفر حدًا أدنى جديدًا لعمر أصل البكتيريا الزرقاء الحاملة للثايلاكويد، وأداة جديدة لفهم النظم البيئية للأرض المبكرة وكيف ظهرت الحياة على كوكبنا.
“توفر دراستنا دليلا مباشرا على وجود البكتيريا الزرقاء النشطة في عملية التمثيل الغذائي والتي تقوم بعملية التمثيل الضوئي الأكسجين.” يكتب فريق بقيادة عالمة الأحياء الدقيقة كاثرين ديمولين من جامعة لييج.
تشير النتائج إلى أن التحليل التفصيلي للحفريات الأخرى يمكن أن يحدد العديد من هذه الهياكل، مما يشير إلى اللحظة التي تم فيها امتصاص هياكل التمثيل الضوئي وتنشيطها بواسطة الأشكال المبكرة من خلايا الطحالب المعقدة.
قد تبدو عملية التمثيل الضوئي، التي تستخدم ضوء الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز وأكسجين، وكأنها شيء تفعله النباتات والطحالب بهدوء بنفسها، ولكنها أساسية لبقاء جميع الكائنات الحية تقريبًا.
لا تشكل الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي قاعدة معظم الشبكات الغذائية فحسب، بل إن عملياتها الأيضية تغذي الغلاف الجوي بالأكسجين القابل للتنفس.
نحن نعلم أنه في وقت مبكر من تاريخ الأرض، لم يكن هناك الكثير من الأكسجين يطفو بحرية في الغلاف الجوي والمحيطات. ومع ذلك، تكشف خطوط مختلفة من الأدلة الجيوكيميائية أن مستويات الأكسجين ارتفعت فجأة منذ حوالي 2.4 مليار سنة ويسمى حدث الأكسدة الكبرى. ليس من الواضح سبب ذلك، لكن أصل الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي هو أحد الاحتمالات.
أقرب دليل ميكروبي لا جدال فيه على البكتيريا الزرقاء هو كائن حي. Eoentophysalis بيلشيرينسيسمؤرخة ل منذ 2.018 مليار سنة. ولكن يصعب تفسير الحفريات في كثير من الأحيان، كما أن بنيتها الداخلية ليست سليمة دائمًا. وليس كل أنواع البكتيريا الزرقاء تحتوي على ثايلاكويد.
استخدم ديمولين وزملاؤه مجموعة متنوعة من تقنيات الفحص المجهري عالية الدقة لفحص الهياكل الخارجية والداخلية للصور المجهرية للأنواع. نافيفوسا ماجنسيس، تعتبر البكتيريا الزرقاء. كما وجدوا داخل أجسام الكائنات وحيدة الخلية من طبقتين أحفوريتين أغشية الثايلاكويد.
ويعود تاريخ هذه الحفريات إلى ما قبل 1.01 مليار سنة في خليج برايري في كندا؛ وتكوين ماكديرموت الذي يعود تاريخه إلى 1.75 مليار سنة مضت. وهذا يمتد بالسجل الأحفوري للثايلاكويد إلى 1.2 مليار سنة، ولا بد أن عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني قد تطورت قبل ذلك بوقت طويل.
لكننا ما زلنا لا نعرف ما إذا كانت قد تشكلت في الوقت المناسب للمساهمة في حدث الأكسدة الكبير. فقط الاكتشاف والدراسة المتأنية للحفريات القديمة يمكن أن يقدم الإجابة على هذا السؤال الملح.
“اكتشاف الثايلاكويدات المحفوظة داخليا ن. ميجانسيس تم ذكر دليل مباشر على الحد الأدنى للعمر منذ حوالي 1.75 مليار سنة للاختلافات بين البكتيريا الزرقاء التي تحمل الثايلاكويد والبكتيريا الزرقاء التي لا تحتوي على الثايلاكويد. يكتب الباحثون.
“نتوقع أن تحليلات البنية التحتية المماثلة للحفريات الدقيقة المحفوظة جيدًا قد توسع السجل الجيولوجي لكائنات التمثيل الضوئي الأكسجينية، والنظم البيئية المبكرة ضعيفة الأكسدة التي تطورت فيها الخلايا المعقدة.”
نشرت في الأطروحة طبيعة.
