اقترح عالم جيولوجيا الكائنات الحية بجامعة واشنطن في سانت لويس أن التطور هو القوة الدافعة الأساسية في تطور الأرض المبكر وليس العمليات الفيزيائية ، مثل تكتونية الصفائح.
كارين بلانك ، دكتوراه ، أستاذ مساعد في علم الأحياء الجيولوجية في جامعة واشنطن في قسم علوم الأرض والكواكب في الآداب والعلوم ، ودراسة البكتيريا الزرقاء - البكتيريا التي تستخدم الضوء والماء وثاني أكسيد الكربون لإنتاج الأكسجين والكتلة الحيوية - خلصت إلى أن هذه بدأت الأنواع على الأرض في أنظمة المياه العذبة في القارات وتطورت تدريجيًا لتوجد في بيئات المياه معتدلة الملوحة ، ثم البيئات ذات الملوحة العالية والبيئات البحرية والمالحة (قشرة الملح).
البكتيريا الزرقاء هي كائنات حية أدت إلى ظهور البلاستيدات الخضراء ، وهي مصنع الأكسجين في الخلايا النباتية. قبل نصف مليار سنة سبقت البكتيريا الزرقاء كائنات أكثر تعقيدًا مثل النباتات متعددة الخلايا وعملت في عالم كان فيه مستوى الأكسجين في المحيط الحيوي أقل بكثير مما هو عليه اليوم. على مدى فترة حياتها الطويلة جدًا ، طورت Cyanobacteria نظامًا من أجل البقاء في بيئة مؤكسدة تتزايد تدريجيًا ، مما يجعلها ذات أهمية لمجموعة واسعة من الباحثين.
تستطيع بلانك استخلاص فرضيتها من أشجار العائلة التي ترسمها من البكتيريا الزرقاء. من المرجح أن تحرض ملاحظاتها الجدل بين علماء الأحياء والجيولوجيين الذين يدرسون أحد أكثر العصور المثيرة للجدل في الأرض - منذ حوالي 2.1 مليار سنة ، عندما نشأت البكتيريا الزرقاء على الأرض لأول مرة. كان هذا وقتًا شهد فيه الغلاف الجوي للأرض ارتفاعًا مذهلاً وغامضًا ولا يمكن تفسيره في الأكسجين ، من مستويات منخفضة للغاية إلى 10 في المائة مما هو عليه اليوم. كانت هناك ثلاث طبقات جليدية - بعضها يقول أربعة - جليدية ، ويعكس السجل الأحفوري تحولًا كبيرًا في عدد الكائنات الحية التي تستقلب الكبريت وتحولًا كبيرًا في دورة الكربون.
السؤال هو: لماذا؟ قال فارغ.
"مساهمتي هي محاولة إيجاد تفسيرات تطورية لهذه التغييرات الرئيسية. كان هناك الكثير من الحركات التطورية في البكتيريا الزرقاء في هذا الوقت ، وكانت البكتيريا تؤثر على تطور الأرض. لقد كان الجيولوجيون في الماضي يعتمدون على الأحداث الجيولوجية للتحولات التي أدت إلى التغيير ، لكني أجادل في أن الكثير من هذه الأشياء يمكن أن تكون تطورية ".
قدمت Blank بحثها في الاجتماع السنوي لعام 2004 للجمعية الجيولوجية الأمريكية ، الذي عقد في 7-10 نوفمبر في دنفر.
إن اكتشاف بلان أن بكتيريا Cyanobacteria ظهرت أولاً في بحيرات أو تيارات المياه العذبة يتعارض مع الحدس.
قال بلانك: "معظم الناس يفترضون أن البكتيريا الزرقاء خرجت من بيئة بحرية - بعد كل شيء ، لا تزال مهمة للبيئات البحرية اليوم ، لذلك يجب أن تكون دائمًا كذلك". "عندما بدأت البكتيريا الزرقاء بالظهور ، لم يكن هناك درع للأوزون ، لذا فإن الأشعة فوق البنفسجية كانت ستقتل معظم الأشياء. كان عليهم إما أن يتوصلوا إلى طرق للتعامل مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية - وهناك أدلة على أنهم صنعوا أصباغًا تمتص الأشعة فوق البنفسجية - أو يجدون طرقًا للنمو تحت الرواسب لتجنب الضوء. "
لدراسة تطور البكتيريا الزرقاء ، رسم بلانك شجرة العمود الفقري باستخدام جينات متعددة من تسلسل الجينوم الكامل. أضيفت أنواع إضافية إلى الشجرة باستخدام جينات الريبوسوم RNA. الشخصيات المورفولوجية ، على سبيل المثال ، وجود أو عدم وجود غمد ، أو نمو أحادي الخلية أو خيطية ، أو وجود أو عدم وجود خراجات غيرية؟ خلية ذات جدران سميكة تحدث على فترات؟ تم ترميزها وتعيينها على الشجرة. تمت مقارنة توزيع الصفات مع تلك الموجودة في السجل الأحفوري.
ظهرت البكتيريا الزرقاء الناشئة منذ حوالي ملياري سنة ميكروبات معقدة لها أقطار خلايا أكبر من المجموعات السابقة - 2.5 ميكرون على الأقل. تُظهر شجرة بلانك أن العديد من السمات المورفولوجية نشأت بشكل مستقل في خطوط متعددة ، من بينها بنية غمد ، والنمو الخيطي ، والقدرة على تثبيت النيتروجين ، والحرارة (الحب) ، والحركة واستخدام الكبريتيد كمتبرع إلكترون.
قال بلانك: "سنحتاج إلى الكثير من التحليلات لسجل الحفريات الدقيقة من قبل علماء الحفريات الجادة لمعرفة مدى صحة هذه الفرضية". "هذا الإطار الزمني هو واحد من أكبر الألغاز لعلماء الأحياء والجيولوجيين على حد سواء. ثم يحدث الكثير من الأشياء في السجل الجيولوجي ".
المصدر الأصلي: بيان صحفي WUSTL
