بقلم ويل دنهام
واشنطن (رويترز) – اكتشف العلماء بعضا من أقدم علامات الحياة على الأرض باستخدام طريقة جديدة تتعرف على البصمات الكيميائية للكائنات الحية في الصخور القديمة، وهو أسلوب يبشر بالخير أيضا في البحث عن الحياة خارج كوكبنا.
ووجد الباحثون أدلة على وجود حياة ميكروبية في صخور عمرها حوالي 3.3 مليار سنة من جنوب أفريقيا، عندما كان عمر الأرض حوالي ربع عمرها الحالي. ووجدوا أيضًا آثارًا جزيئية خلفتها الميكروبات التي شاركت في عملية التمثيل الضوئي المنتجة للأكسجين – تحويل ضوء الشمس إلى طاقة – في صخور عمرها حوالي 2.5 مليار سنة من جنوب إفريقيا.
طور العلماء نهجًا، من خلال تسخير التعلم الآلي، للتمييز في الصخور القديمة بين الجزيئات العضوية ذات الأصل البيولوجي – مثل الميكروبات والنباتات والحيوانات – والجزيئات العضوية ذات الأصل غير الحي بدقة تزيد عن 90٪. تم تصميم هذه الطريقة لتمييز الأنماط الكيميائية الفريدة لعلم الأحياء.
وقال روبرت هازن، عالم المعادن والأحياء الفلكية في معهد كارنيجي للعلوم في واشنطن والمؤلف الرئيسي المشارك للدراسة التي نشرت هذا الأسبوع في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences: “إن الاكتشاف الرائع هو أنه يمكننا استخلاص همسات الحياة القديمة من جزيئات شديدة التحلل”. “هذا تحول نموذجي في الطريقة التي ننظر بها إلى الحياة القديمة.”
قال هازن: “نحن نجمع ونركز الجزيئات الغنية بالكربون، ونحللها بطريقة تحدد الآلاف من الأجزاء الجزيئية الصغيرة، ثم ننظر إلى توزيعاتها باستخدام التعلم الآلي. ترى العين البشرية فقط مئات أو آلاف من “القمم” الصغيرة لجزيئات مختلفة، لكن طريقة التعلم الآلي تكتشف أنماطًا دقيقة تميز الجزيئات التي كانت على قيد الحياة من تلك التي لم تكن موجودة”.
اعتمد العلماء الذين يبحثون عن أدلة على الحياة المبكرة على الأرض في المقام الأول على العثور على الكائنات الحية الأحفورية. تشكلت الأرض منذ حوالي 4.5 مليار سنة. ربما كانت الكائنات الحية الأولى فيها عبارة عن ميكروبات نشأت ربما بعد مئات الملايين من السنين في الفتحات الحرارية المائية البحرية أو الينابيع الساخنة الأرضية.
أقدم الحفريات المحددة للكائنات الحية هي رواسب ميكروبية تشبه التل تسمى ستروماتوليت ويبلغ عمرها حوالي 3.5 مليار سنة في أستراليا وهياكل حصيرة ميكروبية ذات عمر مماثل في جنوب إفريقيا. لكن مثل هذه الحفريات نادرة بشكل استثنائي.
هناك طريقة أخرى للعثور على أدلة على الحياة المبكرة وهي البحث عن آثار الجزيئات الحيوية – المواد الكيميائية المرتبطة بالكائنات الحية – في الصخور القديمة. النهج الجديد يأخذ هذا الطريق.
على سبيل المثال، اكتشف الباحثون أدلة جزيئية عضوية على أن عملية التمثيل الضوئي المنتجة للأكسجين، والتي أدت مع مرور الوقت إلى أكسجين الغلاف الجوي للكوكب ومكّنت من تطور الحياة الهوائية المعقدة، كانت تجريها البكتيريا البحرية قبل أكثر من 800 مليون سنة مما تم توثيقه سابقًا بواسطة هذا النوع من البيانات.
وقال هازن: “كان من المعروف من خلال أدلة أخرى أن الأرض أصبحت مؤكسجة قبل 2.5 مليار سنة وربما قبل ذلك بقليل. لذلك قدمنا أول دليل جزيئي عضوي أحفوري مقنع، مع احتمال دفع الرقم القياسي إلى أبعد من ذلك”.
جميع الجزيئات الحيوية القديمة، مثل السكريات أو الدهون مثل الدهون، اختفت وتجزأت إلى قطع صغيرة مع حفنة فقط من ذرات الكربون. ومع ذلك، فإن توزيع تلك الأجزاء يختلف بشكل ملحوظ بالنسبة لمجموعات الجزيئات العضوية في الحياة مقابل غير الحياة.
وقال المؤلف المشارك في الدراسة أنيرود برابهو، عالم المعادن وعالم الأحياء الفلكية وعالم البيانات في معهد كارنيجي للعلوم: “أولاً، ضاعفنا تقريبًا العمر الذي يمكننا فيه تحديد علامات الحياة باستخدام الجزيئات العضوية، من 1.6 مليار إلى 3.3 مليار سنة”.
“ثانيًا، لا يمكن لتقنية التوقيع الحيوي هذه التمييز بين الحياة واللاحياة فحسب، بل أيضًا أنواع مختلفة من الحياة، مثل الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. ثالثًا، يوضح بحثنا كيف يمكن للتعلم الآلي التعرف على بصمات الحياة في الصخور القديمة، حتى عندما تتحلل جميع الجزيئات الحيوية الأصلية،” كما قال برابهو.
جمعت مركبات ناسا الفضائية عينات صخرية من المريخ في محاولة لمعرفة ما إذا كان جار الأرض قد آوى حياة على الإطلاق. هناك وجهات أخرى في نظامنا الشمسي تحمل أيضًا إمكانات البحث عن الحياة، بما في ذلك أقمار زحل إنسيلادوس وتيتان وقمر المشتري أوروبا.
حصل الباحثون على منحة وكالة ناسا لتطوير نهجهم في تحديد أدلة الحياة.
وقال برابهو: “أحد مجالات التطبيق الرئيسية لمشروعنا هو علم الأحياء الفلكي”.
قال هازن: “نحن متحمسون للغاية بشأن احتمالات استخدام هذه الطريقة على عينات من المريخ، ومن الأفضل تلك التي تم إعادتها إلى الأرض ولكن ربما في مهمة روفر مستقبلية. نحن نفكر أيضًا في طرق أخذ عينات من أعمدة إنسيلادوس الغنية بالمواد العضوية أو سطح تيتان أو يوروبا”.
(تقرير بواسطة ويل دنهام، تحرير دانيال واليس)