باحثون يحددون مصدراً للأكسجين طوّر الحياة قبل التركيب الضوئي

اكتشف باحثون في جامعة نيوكاسل البريطانية مصدراً للأكسجين ربما يكون قد أثر على تطور الحياة قبل ظهور عملية التمثيل الضوئي. كشف المشروع البحثي الرائد الذي قادته كلية العلوم الطبيعية والبيئية في جامعة نيوكاسل، ونشرت نتائجه يوم 8 أغسطس/آب في دورية Nature Communications، عن آلية يمكن أن تولد بيروكسيد الهيدروجين من الصخور أثناء حركة الصدوع الجيولوجية.

في حين أن التراكيز العالية من بيروكسيد الهيدروجين يمكن أن تكون ضارة للحياة، فإنها يمكن أن توفر أيضاً مصدراً مفيداً للأكسجين اللازم للميكروبات. قد يكون هذا المصدر الإضافي للأكسجين قد أثر على التطور المبكر، وربما حتى أصل الحياة في البيئات الحارة على الأرض المبكرة قبل تطور عملية التمثيل الضوئي.

وفقاً للدراسة، في المناطق النشطة تكتونياً، لا تؤدي حركة القشرة الأرضية إلى التسبب في توليد الزلازل فحسب، بل يمكن أن تؤدي أيضاً إلى إحداث تشققات وكسور في باطن الأرض مبطنة بأسطح صخرية شديدة التفاعل تحتوي على العديد من الفوالق أو التشققات. يمكن للمياه بعد ذلك الترشيح والتفاعل مع هذه الفوالق على الصخور المكسورة حديثاً.

يوضح الباحث الرئيسي في الدراسة، جون تيلنج، المحاضر في علوم الأرض في جامعة نيوكاسل، أن الاكتشاف الأكثر أهمية في الدراسة هو أن تراكيز كبيرة من بيروكسيد الهيدروجين (مصدر للأكسجين) يمكن أن تتشكل ببساطة عن طريق سحق وتسخين مجموعة من الصخور الشائعة. ويضيف، في تصريح لـ"العربي الجديد"، أنه كان من الممكن أن يوفر هذا مصدراً لبيروكسيد الهيدروجين والأكسجين للحياة على الأرض في وقت مبكر قبل تطور عملية التمثيل الضوئي للأكسجين. كما يمكن أن يكون بيروكسيد الهيدروجين هذا قد أثر أيضاً على الكيمياء التي أدت إلى نشأة الحياة، من خلال المساعدة في تكرار جزيئات الحمض النووي الريبي (سلائف الحمض النووي المستخدمة في جميع أشكال الحياة اليوم كمكتبة وراثية) وخلق دورات لامتصاص الكربون واستخدامه.

"لقد أثبتنا أن كميات كبيرة جداً من بيروكسيد الهيدروجين تتشكل فقط عند درجات حرارة قريبة من نقطة الغليان. نعتقد أن مصدر هذا الأكسجين ناتج عن عيوب داخل الصخور والمعادن. تحتوي جميع الصخور والمعادن على عيوب، انحرافات عن بنية بلورية مثالية. هذا هو الحال بشكل خاص في الأسطح المعدنية، حيث يجب أن يتحلل الهيكل ثلاثي الأبعاد المطلوب للمعادن"، يقول تيلنج.

علوم وآثار

التحديثات الحية

علماء: تغير مهم في التطور مهّد لقدرة الإنسان على الكلام

ويلفت إلى أن بعض العيوب في المعادن تكون مؤكسدة أكثر (تحتوي على إلكترونات أقل من المعتاد)، لكنها تبدو مستقرة جداً في درجات الحرارة المنخفضة (مثل درجة حرارة الغرفة). وعندما يتم تسخينها إلى نقطة الغليان القريبة، فإنها تصبح غير مستقرة ويمكن أن تتفاعل مع الماء لتوليد بيروكسيد الهيدروجين على مدار أيام إلى أسبوع.

تعد الدراسة الأولى التي توضح أن مزيجاً من الصخور المتكسرة، ودرجات الحرارة المرتفعة (التي تقترب من نقطة غليان الماء) يمكن أن تولد كميات كبيرة من بيروكسيد الهيدروجين من الصخور. وتشير هذه النتائج إلى أنه ربما أُطلق ما يكفي من بيروكسيد الهيدروجين من بين التشققات في الصخور على الأرض المبكرة لتفسير وجود جينات دورة الأكسجين داخل السلف المشترك الأخير للحياة على الأرض؛ ولكن فقط في الأماكن التي كانت مرتبطة بالضغط والتصدع في قشرة الأرض التي كانت تقترب درجة حرارتها من 100 درجة مئوية.

على الأرض المبكرة، كانت هذه التفاعلات تحدث في أي مكان حيث كان هناك مزيج من كل من الضغط والتصدع في قشرة الأرض، ودرجات حرارة قريبة من 100 درجة مئوية. في الأرض الحالية، سترتبط هذه المناطق في الغالب بحدود الصفائح التكتونية وتحركاتها.