يمكن لبحيرة ضحلة في كندا أن تشير إلى أصل الحياة على الأرض

قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.

تخيل عالمًا قاحلًا تمامًا. أمامك منظر بركاني خالي من النباتات والحيوانات. تنتشر في جميع أنحاء هذه المساحة الرمادية والسوداء مسطحات مائية ضحلة. في كل من هذه البرك الطبيعية يتم تحضير مزيج دقيق من المواد الكيميائية والظروف الفيزيائية التي يمكن أن تكون بمثابة مصدر الحياة على كوكبنا.

افترض بعض العلماء أن المشهد ربما بدا هكذا إلى حد كبير، وليس محيطًا بالمحيط، عندما ظهرت الحياة لأول مرة على الأرض قبل حوالي 4 مليارات سنة، وتقدم دراسة تتمحور حول بحيرة حالية في مقاطعة كولومبيا البريطانية الكندية معلومات جديدة. دعماً لتلك الفكرة.

يحمل المسطح المائي الضحل والمالح الواقع على الصخور البركانية – والمعروف باسم بحيرة الفرصة الأخيرة – أدلة على أن البحيرات الغنية بالكربونات في الأرض القديمة كان من الممكن أن تكون “مهدًا للحياة”، وفقًا لما ذكره ديفيد كاتلينج، المؤلف المشارك في الدراسة، والأستاذ بجامعة واشنطن. لعلوم الأرض. ويمكن لهذا الاكتشاف، الذي نُشر في مجلة Nature في التاسع من يناير، أن يعزز الفهم العلمي لكيفية بدء الحياة.

وقال كاتلينج: “لقد تمكنا من البحث عن الظروف المحددة التي يستخدمها الناس لتجميع اللبنات الأساسية للحياة في الطبيعة”. “نعتقد أن لدينا مكانًا واعدًا جدًا لأصل الحياة.”

أدرك كاتلينج وزملاؤه لأول مرة أن البحيرة مكان لتركيز أبحاثهم بعد أن كشفت مراجعة الأدبيات عن أطروحة ماجستير غير منشورة من التسعينيات، والتي سجلت مستويات عالية بشكل غير عادي من الفوسفات هناك. لكن كان على الباحثين أن يروا ذلك بأنفسهم.

بحيرة الفرصة الأخيرة

لا يزيد عمق بحيرة Last Chance عن قدم واحد. تقع على هضبة بركانية في كولومبيا البريطانية على ارتفاع أكثر من 1000 متر (3280 قدم) فوق مستوى سطح البحر، وتحتوي على أعلى مستويات الفوسفات المركز التي تم تسجيلها على الإطلاق في أي مسطح مائي طبيعي على الأرض.

يعد الفوسفات أحد المكونات المهمة للجزيئات البيولوجية، وهو مركب كيميائي يحتوي على عنصر الفوسفور الذي يحافظ على الحياة. وهو موجود في جزيئات مثل RNA وDNA وكذلك ATP، وهو جزيء ضروري لإنتاج الطاقة في جميع أشكال الحياة. إن وفرة الفوسفات في بحيرة لاست تشانس تزيد بأكثر من 1000 مرة عما هو معتاد في المحيطات أو البحيرات، وفقًا لسيباستيان هاس، باحث ما بعد الدكتوراه الذي يدرس علم الأحياء الدقيقة وكيمياء البيئات المائية في جامعة واشنطن والذي قاد البحث.

وفي الفترة ما بين 2021 و2022، قام فريق الباحثين بزيارة بحيرة لاست تشانس لجمع وتحليل عينات المياه والرواسب.

وذلك عندما اكتشفوا أن بحيرة لاست تشانس ليست مجرد مرتع للفوسفات ولكن أيضًا الدولوميت المعدني، الذي يسمح للفوسفور بالتراكم في هذه البيئة وقد تشكل استجابةً للتفاعل في البحيرة بين الكالسيوم والمغنيسيوم والكربونات. أدت العمليات الكيميائية المركبة، التي تأثرت بالمعادن من الصخور البركانية التي تشكلت عليها البحيرة، بالإضافة إلى المناخ الجاف، إلى إنتاج تركيزات فريدة من الفوسفات بشكل فعال – وهي مجموعة من الظروف التي يعتقد الباحثون أنها يمكن أن تؤدي ذات يوم إلى ظهور الحياة على سطح الأرض. الأرض، بحسب هاس.

وقال: “إننا نضيف مصداقية إلى فكرة أن هذا النوع من البيئة سيكون ملائما لأصل الحياة، وهو أمر معقول”.

لا يبلغ عمر بحيرة Last Chance Lake 4 مليارات سنة، بل في الواقع، يُقدر عمرها بحوالي أقل من 10000 سنة. الموقع هو ببساطة نظير حديث، أو لقطة طبيعية للماضي والتي توفر في نهاية المطاف للعلماء فرصة لفهم أفضل لما كانت تبدو عليه الأرض البدائية خارج المختبر.

وقال هاس: “هناك كل الأسباب للاعتقاد بأن بحيرات مماثلة كانت قد نشأت على الأرض الأولى منذ حوالي 4 مليارات سنة، لأن الصخور البركانية التي تقع عليها بحيرة لاست تشانس هي في الأساس شرط أساسي لتشكيل بحيرات الصودا”. “وما نعرضه جزئيًا هنا هو أن كيمياء مياه بحيرة الصودا هي الشرط الأساسي لمستويات الفوسفات العالية هذه.”

برك داروين الصغيرة الدافئة

“بحيرات الصودا” مثل بحيرة لاست تشانس هي مسطحات مائية ضحلة مليئة بالصوديوم والكربونات الذائبة – تشبه إلى حد كبير صودا الخبز – والتي تأتي عادة من التفاعلات بين الماء والصخور البركانية. يمكن العثور عليها في جميع أنحاء العالم ولكنها أقل شيوعًا بكثير من المسطحات المائية المالحة الأخرى.

وقال كاتلينج: “هذه الأنواع من البحيرات تحتوي على أعلى مستويات الفوسفات التي تطابق ما يستخدمه الناس في المختبر لصنع (الجزيئات الجينية)”.

عندما حاول العلماء في المختبر تكرار التفاعلات الكيميائية التي تصنع الجزيئات الحيوية التي يعتقد أنها أساسية لأصل الحياة، فإن تركيزات الفوسفات الضرورية أعلى بما يصل إلى مليون مرة مما يوجد عادة في المسطحات المائية الطبيعية في العالم.

وأضاف كاتلينج: “إذا كان لديك هذا النوع من البحيرات على الأرض القديمة، فستكون تحتوي على نسبة عالية من الفوسفات، تمامًا مثل بحيرة الفرصة الأخيرة”.

لطالما كانت المسطحات المائية مثل هذه على رادار العلماء باعتبارها مصادر محتملة للحياة البدائية. في القرن التاسع عشر، كتب تشارلز داروين لأول مرة عن نظريته “البركة الصغيرة الدافئة”، والتي اقترحت أن البحيرات الدافئة الضحلة والغنية بالفوسفات يمكن أن تكون المكان الذي تشكلت فيه جزيئات الحياة الأولى.

وقال ماثيو باسيك، الأستاذ بجامعة جنوب فلوريدا الذي يدرس كيمياء الفوسفور وأصل علوم الحياة: “جزء مما يتصوره (داروين) هو هذه البرك الفقاعية… مثل يلوستون”.

لكن هذه ليست النظرية الشائعة الوحيدة حول كيفية ظهور الحياة لأول مرة على الأرض منذ مليارات السنين. والسبب الآخر هو أن الحياة بدأت في الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار.

تضيف الدراسة الجديدة إلى مجموعة الأدلة التي تدعم فرضية البركة الصغيرة الدافئة، وفقًا لباسيك، الذي لم يشارك في البحث.

وقال: “النقطة الرئيسية، وهي أنه يمكنك الحصول على مثل هذه التركيزات العالية من الفوسفات في هذه البرك، تعززها هذه النتيجة بالتأكيد”. “ويظهر أن هذه هي الطريقة التي يمكن أن يحدث بها ذلك.”

ومع ذلك، فإن الفوسفات بكميات كبيرة ليس هو المادة الوحيدة اللازمة لنشوء الحياة. تتضمن قائمة المتطلبات الأساسية أيضًا مصادر الكربون والنيتروجين، بالإضافة إلى العناصر الكيميائية والفيزيائية الصحيحة – بما في ذلك الظواهر المعروفة باسم دورات الجفاف الرطب – التي تسمح بتكوين المركبات والتفاعلات الكيميائية الضرورية.

لكن المؤلفين قالوا إنهم لا يؤكدون أن بحيرة الفرصة الأخيرة الموجودة اليوم تحتوي على جميع المكونات اللازمة لبنات بناء الحياة، ولكنها تحتوي فقط على بعض القطع المهمة.

وقال هاس “بحيرة الفرصة الأخيرة في الوقت الحاضر لا تحتوي على العديد من المواد الكيميائية التي نعتقد الآن أنها ربما تكون حاسمة لأصل الحياة”، مستشهدا بالسيانيد كأحد الأمثلة. تشير الدراسات السابقة إلى أن النسخة البدائية من بحيرة الصودا ربما كانت تحتوي على هذه المادة.

في حين أن هذا العمل “لا يحل بشكل فريد مسألة مكان نشوء الحياة”، وفقًا لما ذكره وودوارد فيشر، عالم الأحياء الجيولوجية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والذي لم يشارك في الدراسة، فإنه “يسلط الضوء على البيئات الموجودة على سطح الأرض اليوم والتي يمكن للعلماء اكتشافها”. ادرس بمزيد من التفصيل لفهم الآليات المسؤولة عن إنشاء الحياة على كوكبنا وربما في أي مكان آخر بشكل أفضل.

أصل الحياة على الأرض – وخارجها

إذا ظهرت الحياة بالفعل في بحيرات الصودا على الأرض، بدلاً من قاع المحيط، فإن هذه المعرفة يمكن أن تساعد نظريًا في البحث عن أدلة على وجود حياة خارج الأرض.

وقال هاس: “إذا كنت تعتقد أن الحياة نشأت في قاع المحيط، فقد يكون بإمكانك إلقاء نظرة فاحصة على المحيط تحت الجليدي على أقمار زحل والمشتري”. “ولكن إذا كنت تعتقد أن الحياة نشأت على أسطح الأرض، فقد تكون الكواكب مثل المريخ أكثر أهمية بكثير.”

يمكن العثور على نفس النوع من التكوينات الصخرية التي تنتج بحيرات الصودا على الكثير من أسطح الكواكب الصخرية مثل المريخ، مما يشير إلى أن الحياة ربما تكونت بطريقة مماثلة في أماكن أخرى من الكون.

وقال هاس لشبكة CNN: “إن فهم كيفية نشوء الحياة على الأرض له هذه الأهمية لبحثنا عن الحياة خارج الأرض”. “إن الحصول على فهم أفضل لكيفية نشوء الحياة على الأرض يخبرنا بمكان البحث عن الحياة على الكواكب الأخرى، أو أقمار الكواكب الأخرى، في النظام الشمسي.”

أيوريلا هورن مولر أفاد موقع Axios وClimate Central. ومن المقرر أن يصدر كتابها “الملتهمة: القصة غير العادية لكودزو، الكرمة التي أكلت الجنوب” في الربيع.

لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com