دليل على استقلابات لا هوائية متنوعة في رواسب بحرية انحلالية عمرها 3.7 مليار سنة

دلائل قديمة على أقدم أشكال الحياة على الأرض

في عمق صخور غرينلاند تكمن كبسولة زمنية تعود إلى أكثر من 3.7 مليار سنة — صخور تحتوي على بعض أقدم الآثار المعروفة للحياة على الأرض. تطرح هذه الدراسة سؤالاً ظاهر البساطة لكنه ذا تبعات كبيرة: هل كانت مجتمعات قاع البحر الأولى تستخدم بالفعل طيفاً من استراتيجيات «التنفس» بدون أكسجين، كما تفعل الميكروبات في طينيات ورواسب اليوم؟ تساعد الإجابة على فهم سرعة تنوع الحياة، وكيف شكلت محيطات وغلافًا جويًا شابين، وما أنواع البصمات البيولوجية التي قد نبحث عنها على عوالم أخرى.

قاع هادئ، غني ببقايا الحياة

الصخور التي فحصها الباحثون تأتي من حزام إيسوا فوق القشرة في جنوب غربي غرينلاند، أحد أقدم أجزاء قشرة الأرض الباقية. في ذلك الزمن، كان هذا المكان حوضًا بحريًا عميقًا هادئًا حيث كانت جزيئات دقيقة تنجرف ببطء من سطح المحيط، مكوِنة رواسب رقيقة ومتراصة برفق. بين الحين والآخر، جرفت انهيارات تحت الماء مواد أكثر خشونة — تُعرف بالتوربيديت — من المناطق المرتفعة القريبة. هذه الرواسب ممتلئة بجزيئات غنية بالكربون قديمة، تحوّلت الآن إلى جرافيت، وقد ربطت أعمال سابقة هذه المواد بالميكروبات ذات التمثيل الضوئي في سطح المحيط. بعبارة أخرى، كان قاع البحر هنا يتغطى باستمرار ببقايا حيوات باكرة ومثمرة بشكل مفاجئ.

التنفس بدون أكسجين: دور الحديد والميثان

اليوم، تُحلل معظم المادة العضوية التي تصل إلى قاع البحر بواسطة ميكروبات «تتنفس» الأكسجين. لكن عندما ينفد الأكسجين، تتحول الميكروبات إلى شركاء كيميائيين آخرين، مثل النترات أو الحديد أو الكبريتات. قاس المؤلفون نسب نظائر الكربون في رواسب إيسوا لمعرفة كيف تمت معالجة تلك المادة العضوية القديمة. وجدوا إشارات كربونية خفيفة بشكل غير عادي في بعض الطبقات — أخف مما كان متوقعًا من التمثيل الضوئي البسيط وحده. يتوافق هذا النمط مع تحلل المادة العضوية والميثان داخل القاع بواسطة ميكروبات لا هوائية. في الطبقات التي كان فيها الحديد وفيرًا على نحو خاص، ترافقت أخف قيم الكربون مع نسب حديد إلى كربون عالية، مما يشير إلى ميكروبات استخدمت الحديد المؤكسد كـ "بديل للأكسجين"، مقلّلة إياه أثناء استهلاكها للمركبات العضوية.

آثار الكبريت على نشاط ميكروبي غير مرئي

لم يكن الحديد هو العامل الوحيد. درس الفريق أيضًا حبيبات دقيقة من معادن الكبريتيد، مثل البايروثايت والبايريت، التي تظهر أساسًا في الطبقات الرقيقة الغنية بالكربون المترسبة في المياه المفتوحة، لا في التوربيديت الأكثر خشونة. تشير الأنماط البترولوجية — مثل أحزمة الكبريتيد الرقيقة التي تلتصق بطبقات الترسيب وعُقد البايريت المتحاذية — إلى أن معادن الكبريت تشكلت مبكرًا داخل الرواسب عندما تحركت عبرها سوائل تفاعلية. باستخدام قياسات دقيقة لنظائر الكبريت على حبيبات منفردة، أوضح الباحثون أن معظم الكبريت حمل بصمة جوية مميزة؛ فقد بدأ كبير بشكل عنصر الكبريت وكبريتات ناتجة عن تفكك ثاني أكسيد الكبريت بواسطة ضوء الشمس في هواء بدائي خالٍ من الأكسجين. تشير أنماط النظائر إلى أن الميكروبات على الأرجح قامت بتخفيض هذا الكبريت العنصري، وفي أحيانٍ أخرى خفضت تجمعًا صغيرًا من كبريتات البحر الذي كان يتجدد محليًا، لتنتج كبريتيد الهيدروجين الذي تفاعل بعد ذلك مع الحديد لتكوين معادن الكبريتيد.

مشهد طبقي من المواطن الميكروبية المخفية

من خلال الجمع بين نظائر الكربون والكبريت مع ملفات تركيز الحديد والنسق المعدنية، تعيد الدراسة بناء مشهد كيميائي ديناميكي تحت قاع البحر القديم. كانت الطبقات الغنية بالحديد والطبقات الغنية بالعضويات غالبًا ما تجاور بعضها البعض، مما خلق بيئات دقيقة يمكن أن تزدهر فيها استراتيجيات أيضية مختلفة جنبًا إلى جنب. حيث كان الحديد الثلاثي متوافرًا بكثرة، بدا أن ميكروبات اختزال الحديد هي السائدة. في مناطق تراكم الرواسب البطئ وتبادل السوائل الأكبر، أصبح التنفس المعتمد على الكبريت والاختزال شبه الكامل للكبريتات النادرة أكثر أهمية. الميثان، المنتج في أعماق أعمق بواسطة مخمرات وميثانوجينات، تسرب على الأرجح صعودًا واستهلكته ميكروبات أخرى استخدمت الحديد أو الكبريت كأكسِدَة، مما خفف أكثر من توقيعات نظائر الكربون.

ما الذي يعنيه هذا لقصة الحياة المبكرة

لغير المتخصص، الرسالة الرئيسة هي أنه بحلول قبل 3.7 مليار سنة، لم يكن قاع الأرض نظامًا بسيطًا يسير في مسار واحد. بدلاً من ذلك، احتضن بالفعل شبكة من المجتمعات الميكروبية المتفاعلة القادرة على الاستفادة من الحديد وعنصر الكبريت والكبريتات للبقاء بلا أكسجين، مع إعادة تدوير المادة العضوية والميثان. تدفع هذه النتائج ظهور أيض ميكروبي معقّد ومتنوع إلى وقت مبكر جدًا في تاريخ الأرض. وهذا، بدوره، يوحي بأنه بمجرد أن استقرّت الحياة، طورت بسرعة أدوات لاستغلال مجموعة واسعة من مصادر الطاقة الكيميائية — فكرة مشجعة للبحث عن الحياة في الصخور القديمة على الأرض وفي كواكب أخرى.

الاستشهاد: Boyd, A.J., Harding, M.A.R., Bell, E.A. et al. Evidence for diverse anaerobic metabolisms in 3.7-billion-year-old marine detrital sediments. Commun Earth Environ 7, 166 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03188-6

الكلمات المفتاحية: حياة الأرض المبكرة, ميكروبات قاع البحر القديمة, التنفس اللاهوائي, دورات الحديد والكبريت, حزام إيسوا فوق القشرة