Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى [email protected].
هل كانت هناك فيروسات بالفعل على الأرض عندما ظهرت الخلايا الحية الأولى منذ مليارات السنين؟ – عيوش أ.، 16 سنة، الهند
كيف بدأت الحياة على الأرض حيرت العلماء لفترة طويلة. ولا يزال الأمر كذلك.
توفر الحفريات أدلة مهمة جدًا حول تطور النباتات والحيوانات. ولسوء الحظ، هناك عدد قليل جدًا من حفريات الميكروبات القديمة المتاحة، لذلك يعتمد العلماء على الميكروبات الحديثة لاستنباط نظريات حول كيفية بدء الحياة. لقد قمت بدراسة البكتيريا ونوع آخر من الميكروبات يسمى العتائق من البيئات الحارة لسنوات عديدة لمعرفة كيف تطورت على الأرض المبكرة، ولكن لا يزال لدي الكثير من الأسئلة دون إجابة.
واستنادا إلى الأدلة الأحفورية المتوفرة لدينا، فقد ظهرت الميكروبات وحيدة الخلية على الأرض قبل الحياة الخلوية الأكبر مثل النباتات والحيوانات. ولكن ما هي أنواع الميكروبات التي شكلت النوع الأول من الحياة؟
ما هي الميكروبات التي تعتبر حية؟
الميكروبات هي كائنات حية وحيدة الخلية محاطة بغشاء. فهي تستهلك العناصر الغذائية وتحولها إلى جزيئات بيولوجية أو طاقة، وهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بدون مجهر.
وبهذا التعريف، تعتبر البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى وحيدة الخلية ميكروبات. البكتيريا والعتائق هي كائنات وحيدة الخلية تفتقر إلى هياكل داخلية محاطة بغشاء، مثل النواة التي تحمل مادتها الوراثية. تحتوي حقيقيات النوى وحيدة الخلية على نواة وقد تحتوي على هياكل أخرى محاطة بغشاء.
يعتبر بعض العلماء أن الفيروسات هي ميكروبات مصنوعة من مادة وراثية محاطة بغلاف بروتيني. إنهم غير قادرين على التكاثر بمفردهم واختطاف آلات الخلايا الأخرى لعمل نسخ من أنفسهم. ولأنها لا تحتوي على العديد من سمات الخلايا الحية، فهي ليست حية من الناحية الفنية.
أدلة على الحياة المبكرة على الأرض
يمكن للحفريات أن تزود العلماء بأدلة حول متى بدأت الحياة، ولكن من الأفضل أن تسجل الأشياء الصلبة مثل العظام والأسنان. تتكون الميكروبات من مواد لينة لا تتحجر بشكل جيد. ومع ذلك، يعيش بعضها معًا في مجموعات كبيرة جدًا من الخلايا التي يمكن أن تتراكم المعادن وتترك وراءها حفريات كبيرة جدًا.
على سبيل المثال، شكلت البكتيريا الزرقاء هياكل كبيرة تسمى ستروماتوليت في محيطات الأرض المبكرة. اكتشف العلماء ستروماتوليت أحفورية يعود تاريخها إلى 3.48 مليار سنة مضت.
ووجد علماء آخرون ما يعتقدون أنها آثار قديمة متحجرة في صخور من قاع بحر حار عمره 3.4 مليار سنة. أصبحت الأرض صالحة للسكن منذ حوالي 4 مليارات سنة، لذلك لا بد أن البكتيريا والعتائق ظهرت منذ ما بين 3.5 مليار إلى 4 مليارات سنة.
إن النظر إلى التفاعلات الكيميائية التي تجريها الخلايا يمكن أن يوفر أيضًا أدلة. تشكل التفاعلات التي تصنع الجزيئات البيولوجية وتولد الطاقة ما يسمى بعملية التمثيل الغذائي للخلية. لقد وجد العلماء أدلة على أن بعض التفاعلات الأيضية حدثت قبل 4.1 مليار سنة على الأقل. ربما كانت هذه التفاعلات تحدث من تلقاء نفسها قبل تطور الخلايا، ربما على أسطح الطين أو المعادن.
نظريات حول كيفية بدء الحياة على الأرض
تقوم الخلايا بنسخ مادتها الوراثية المكونة من الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) لتمريرها إلى الأجيال الجديدة. على الرغم من أن الحمض النووي هو شكل المادة الوراثية التي تستخدمها معظم الكائنات الحية اليوم، إلا أن بعض العلماء يعتقدون أن الحمض النووي الريبي (RNA) كان أول جزيء لتخزين المعلومات على الأرض في وقت مبكر لأنه يمكنه عمل نسخ من نفسه.
ونظرًا لأن بعض الفيروسات الحديثة تستخدم الحمض النووي الريبوزي (RNA) لتخزين المعلومات الجينية، يعتقد بعض العلماء أن الفيروسات يمكن أن تكون قد تطورت من RNAs ذاتية التكاثر. وهذا الاحتمال يعني أن الفيروسات ربما ظهرت قبل البكتيريا. ولكن نظرًا لأن الفيروسات لا تترك حفريات خلفها، فلا يوجد دليل متاح يدعم هذه الفكرة.
في مرحلة ما، كان لا بد من أن تجتمع التفاعلات الأيضية وعمليات النسخ معًا داخل الغشاء لتكوين شكل مبكر من الخلية: خلية ما قبل الخلية. وربما حدث هذا عندما أصابت بنية شبيهة بالفيروس مجموعة من التفاعلات الأيضية المحاطة بغشاء. يمكن للخلية الأولية أن تنسخ نفسها، مما يؤدي إلى تطور الخلية الحية الأولى. كانت هذه الخلية تشبه البكتيريا والعتائق الموجودة اليوم.
ربما تكونت هياكل شبيهة بالفيروسات قبل الخلايا. ومع ذلك، ربما كانت تلك الهياكل البسيطة الشبيهة بالفيروسات مجرد أجزاء من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي (RNA)، فهل يمكن اعتبارها “فيروسات” حقًا؟
وهناك نظرية شائعة أخرى تنص على أن الفيروسات تطورت من البكتيريا المتحللة أو العتائق التي فقدت معظم التعليمات الجينية لتنفيذ عملية التمثيل الغذائي وتكوين الخلايا. هناك العديد من الأمثلة على انحطاطات أصغر مماثلة حدثت في عالم البكتيريا اليوم.
الكشف عن الحياة المبكرة
سطح الأرض اليوم مختلف تمامًا عما كان عليه قبل 4 مليارات سنة. تكهن البعض أنه في أعماق سطح الأرض، حيث يكون الجو حارًا جدًا بالنسبة للحياة الحديثة، ربما لا تزال هذه الظروف المبكرة موجودة، مما يسمح لبعض أشكال الحياة الأولية بالاستمرار في الوجود حيث تكون محمية من أن تستهلكها ميكروبات أخرى.
عندما يتمكن الناس من استكشاف كواكب أو أقمار أخرى، ربما سنجد عمليات مشابهة لتلك التي كانت تحدث على الأرض المبكرة. هذا النوع من الاكتشاف يمكن أن يساعدنا في حل لغز أصل الحياة هنا.
مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى [email protected]. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.
وبما أن الفضول ليس له حد عمري – أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: كينيث نول، جامعة كونيتيكت
اقرأ المزيد:
تلقى كينيث نول سابقًا تمويلًا من NSF، وNASA، وDOE، ومكتب الأبحاث البحرية.