"مكونات" نعتمد عليها للرؤية يمكن أن تساعدنا في العثور على حياة غريبة

نظرا لأننا أصبحنا أكثر كفاءة في استكشاف نظامنا الشمسي ودراسة الكواكب الخارجية، فإن احتمالية العثور على حياة بسيطة تنتقل من عالم الخيال العلمي الإبداعي إلى تخطيط مهمات ملموسة ومع اقتراب يوم الاكتشاف المأمول، حان الوقت للتساؤل: كيف يمكن أن تبدو هذه الحياة المحتملة؟. نظر فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، إلى الأرض القديمة وبعض سكانها الأوائل لإلقاء بعض الضوء على الشكل الذي قد تبدو عليه الحياة البسيطة في عوالم أخرى والشكل الذي قد تبدو عليه الأغلفة الجوية.

وتختلف الأرض الآن كثيرا عما كانت عليه عندما استضافت حياة بسيطة فقط. وغيّر حدث الأكسجة العظيم (GOE) الأرض إلى الأبد ووضعها على الطريق لتصبح الكوكب الذي هي عليه اليوم، بجو غني بالأكسجين وحياة معقدة. وقبل GOE، كان الغلاف الجوي للأرض مختلفا كثيرا، وقادت الحياة التغيير. ويوضح هذا التاريخ الموجز حقيقة مهمة: الحياة وبيئتها متشابكان.

وعاشت أشكال الحياة المبكرة للأرض في بيئة فقيرة نسبيا بالطاقة، في جو يفتقر إلى الأكسجين وكان ضوء الشمس هو الطاقة الوحيدة المتاحة بسهولة، وقبل وقت طويل من تطور عملية التمثيل الضوئي، استخدمت أشكال الحياة ضوء الشمس بشكل مختلف واستخدمت بروتينات تسمى رودوبسين لالتقاط الطاقة الشمسية، وكانت هذه البروتينات طريقة أبسط لاستخدام الطاقة من الشمس من عملية التمثيل الضوئي الأكثر تعقيدا.

وقال إدوارد شويترمان، عالم الأحياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا في ريفرسايد، في بيان صحفي: "في وقت مبكر من كوكب الأرض، ربما كانت الطاقة شحيحة جدا. فقد اكتشفت البكتيريا والأركيا كيفية استخدام الطاقة الوفيرة من الشمس دون الجزيئات الحيوية المعقدة اللازمة لعملية التمثيل الضوئي".

ويعرف شويترمان بأنه معد مشارك لدراسة جديدة نشرت في علم الأحياء الجزيئي والتطور. وقائد دراسة "أقدم منافذ المنطقة الضوئية التي تم فحصها بواسطة رودوبسين الميكروبية الأسلاف"، هو بيتول كاكار، عالم الأحياء الفلكية في جامعة ويسكونسن ماديسون.

وكدليل على فائدتها، لم تختف رودوبسين مع أشكال الحياة المبكرة التي نشأت عنها. إنها منتشرة في الكائنات الحية اليوم، بما في ذلك نحن. كما أنها موجودة في شبكية أعيننا، حيث تكون مسؤولة عن الرؤية في الإضاءة المنخفضة. وتوجد أيضا في الحياة الحديثة والبسيطة في أماكن مثل أحواض الملح.

ويوفر وجودها في الحياة الحديثة رابطا للتاريخ التطوري للرودوبسين. ويستكشف الباحثون هذا الرابط باستخدام التعلم الآلي وتسلسل البروتين. وباستخدام هذه الأدوات، يمكن للباحثين تتبع تطور البروتينات عبر مقاييس زمنية جيولوجية.

كما أن النظر حولك إلى حياة الأرض والغلاف الجوي الآن ليس مؤشرا جيدا على كيفية البحث عن الحياة في عوالم أخرى. والغلاف الجوي الحالي غني بالأكسجين، لكن الغلاف الجوي المبكر للأرض ربما كان أشبه بكوكب الزهرة، وفقا لبعض الأبحاث.

ومن خلال تتبع كيفية تطور رودوبسين، بنى معدو الورقة الجديدة شجرة عائلة للبروتينات. وتمكنوا من إعادة بناء الرودوبسين منذ ما بين 2.5 إلى 4 مليارات سنة ويركز الكثير من بحثنا عن الحياة على أجواء الكواكب. ويمكن أن تكون جزيئات الغلاف الجوي المحددة علامات بيولوجية، ولكن لمعرفة أي منها يمكن أن يشير إلى وجود حياة بسيطة ومبكرة، نحتاج إلى أن نعرف بالتفصيل كيف كان الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر عندما استضاف الكوكب حياة بسيطة.

وكتب المعدون في بداية ورقتهم البحثية أن "فك تشفير العلاقات المعقدة بين الحياة والبيئات التي تعيش فيها أمر أساسي لإعادة بناء العوامل التي تحدد قابلية الكواكب للحياة على مدى فترات زمنية جيولوجية"، وهذا يمهد الطريق للنتائج التي يقدمونها.

واكتشف الباحثون الاختلافات بين الرودوبسين القديمة والحديثة في الضوء الذي تمتصه. ووفقا لإعادة البناء الجيني، امتصت رودوبسين القديمة الضوء الأزرق والأخضر بشكل أساسي، بينما تمتص رودوبسين الحديثة الضوء الأزرق والأخضر والأصفر والبرتقالي. وهذا دليل على الاختلافات البيئية بين الأرض القديمة والحديثة.

ونحن نعلم أن الأرض القديمة لم يكن بها طبقة أوزون قبل GOE، والتي حدثت منذ حوالي 2 إلى 2.4 مليار سنة ولا يمكن أن توجد طبقة الأوزون من دون الأكسجين الحر في الغلاف الجوي، وبدون طبقة الأوزون، كانت الحياة على الأرض معرضة لأشعة فوق البنفسجية أكثر بكثير مما هي عليه الآن وحاليا، تمتص طبقة الأوزون على الأرض ما بين 97 و99% من الأشعة فوق البنفسجية للشمس.

ويعتقد الباحثون أن قدرة رودوبسين القديمة على امتصاص الضوء الأزرق والأخضر وليس الضوء الأصفر والبرتقالي تعني أن الحياة التي اعتمدت عليها عاشت على عمق عدة أمتار في عمود الماء. ويحميها عمود الماء فوق الكائنات الحية من أشعة UVB القاسية على سطح الماء.

وبعد GOE، وفرت طبقة الأوزون الحماية من أشعة الشمس فوق البنفسجية، وطورت الحياة المزيد من رودوبسين الحديثة التي يمكن أن تمتص المزيد من الضوء. لذلك يمكن أن تمتص رودوبسين الحديثة الضوء الأصفر والبرتقالي إلى جانب الضوء الأزرق والأخضر.

ويمكن للرودوبسين الحديثة امتصاص الضوء الذي لا تستطيع أصباغ الكلوروفيل الضوئية. ومن خلال إضفاء لمسة من الأناقة التطورية، يكمل رودوبسين الحديث والبناء الضوئي بعضهما البعض من خلال امتصاص ضوء مختلف، على الرغم من أنها آليات مستقلة وغير مرتبطة. وتمثل هذه العلاقة التكميلية نوعا من اللغز في التطور.

ويوضح الباحثون في ورقتهم البحثية أن "المعلومات المشفرة في الحياة نفسها قد توفر رؤى جديدة حول كيفية احتفاظ كوكبنا بصلاحيته للحياة على كوكب الأرض حيث تقصر الاستنتاجات الجيولوجية والنجمية".

وفي الحياة القديمة، عمل رودوبسين كنوع من أنواع مضخة البروتون، التي تخلق تدرجا للطاقة في شكل الحياة. وهذا منفصل عن التمثيل الضوئي، الذي ينتج طاقة كيميائية لكائن حي للبقاء على قيد الحياة. وتخلق مضخة البروتون وتدرج الطاقة فرقا في الجهد الكهروكيميائي عبر غشاء الخلية. إنها تشبه البطارية لأن التدرج اللوني يقدم طاقة لاستخدامها لاحقًا.

ويقول الفريق إنه يمكنهم استخدام المعلومات المشفرة في الجزيئات الحيوية لفهم المجالات التي نجت فيها الحياة القديمة والتي لم تكن موجودة في أي مكان في سجل الحفريات. ويشيرون إليها على أنها مستشعرات paleosensors.

ويعتزمون استخدام تقنيات البيولوجيا التركيبية لفهم الرودوبسين القديمة، وكيف ساعدت في تشكيل الغلاف الجوي القديم للأرض، وكيف يمكنها تشكيل الغلاف الجوي للكواكب الخارجية وكتب المعدون في ورقتهم البحثية: "التطور المشترك للبيئة والحياة في وقت مبكر من تاريخ الأرض بمثابة نموذج للتنبؤ بالعلامات الحيوية العالمية والقابلة للاكتشاف والتي قد تتولد على كوكب يهيمن عليه الميكروبات خارج نظامنا الشمسي".

قد يهمك أيضــــــــــــــــًا :

الكواكب الخارجية المُشعة قد تكون أكثر قابلية لاستضافة البشر

علماء الفلك يبحثون في اكتشاف أحد الأقمار الخارجية الأولى