תובנות חדשות על האורגניזמים הראשונים של כדור הארץ עלולות לשנות את האופן שבו אנו מחפשים חיים מחוץ לכדור הארץ

מחקר של UCR יכול להשפיע על החיפוש אחר חיים על כוכבי לכת אחרים.

למרות שנים של מחקר מקיף, היבטים רבים של המקורות והאבולוציה המוקדמת של החיים נותרו בגדר תעלומה לחוקרים. מאמר שנערך לאחרונה מאוניברסיטת UC Riverside סיפק תובנות חדשות, שסלל את הדרך למחקר נוסף שיכול להיות בעל השלכות על חיזוי שינויי אקלים וחיפוש אחר חיים מחוץ לכדור הארץ.

"המאמר הזה שואף ליידע את קהילת מדעי כדור הארץ היכן המחקר צריך ללכת," אמר כריסטופר טינו, מועמד לדוקטורט של UCR במהלך המחקר ומחבר ראשון.

מחקרים רבים חקרו סימנים לחיים מוקדמים שנשמרו בסלעים עתיקים, אך מאמר זה, שפורסם לאחרונה בכתב העת טבע ביקורות מיקרוביולוגיהשוזר את הנתונים הללו עם מחקרים גנומיים של אורגניזמים מודרניים ופריצות דרך אחרונות לגבי הכימיה המתפתחת של האוקיינוסים, האטמוספירה והיבשות המוקדמות.

המאמר מראה כיצד צורות החיים המוקדמות ביותר של כדור הארץ – חיידקים כמו חיידקים המייצרים O2 וארכאות המייצרות מתאן – עוצבו ועוצבו על ידי שינויים באוקיינוסים, ביבשות ובאטמוספירה.

"המסר המרכזי בכל זה הוא שאתה לא יכול לראות שום חלק מהרשומה במנותק", אמר טימותי ליונס, פרופסור מכובד לביוגיאוכימיה של UCR ומחבר ראשון. "זו אחת הפעמים הראשונות שמחקרים בתחומים אלה חוברו יחד בצורה מקיפה כדי לחשוף נרטיב כולל."

המאמר מפגיש מומחים בביולוגיה, גיאולוגיה, גיאוכימיה וגנומיקה, ומפרט את המסע של צורות החיים המוקדמות של כדור הארץ מההופעה הראשונה שלהם ועד עלייתם לבולטות האקולוגית. ככל שמספרם גדל, חיידקים החלו להשפיע על העולם סביבם, למשל על ידי תחילת ייצור חמצן באמצעות פוטוסינתזה.

הממצאים בכל תחום לעתים קרובות "מסכימים בדרכים יוצאות דופן", לדברי טינו, שכיום הוא פוסט דוקטורט באוניברסיטת קלגרי.

אבולוציה של חיים מיקרוביאליים והשפעה סביבתית

באופן ספציפי, המחקר עוקב אחר האופן שבו חיים מיקרוביאליים צרכו, שינו ופיזרו חומרים מזינים מרכזיים המכילים חנקן, ברזל, מנגן, גופרית ומתאן על פני כדור הארץ. המסלולים הביולוגיים הללו התפתחו כאשר פני כדור הארץ השתנו באופן דרמטי יחד עם, ולפעמים בגלל, חיים חדשים. יבשות צצו, השמש התבהרה והעולם נעשה עשיר בחמצן.

מכיוון שההתפתחות של מסלולים ביולוגיים חדשים השפיעה על מחזורי היסודות הללו, המסלולים שלהם מספרים לנו מתי הופיעו צורות חיים מוקדמות, כיצד הם השפיעו על הסביבה והגיבו אליה, ומתי הם פיתחו טביעות רגל אקולוגיות בקנה מידה עולמי.

לסלעים בני מיליארדי שנים חסרים לעתים קרובות את המאובנים הנראים לעין הדרושים כדי לספר את כל הסיפור, אך מחקר זה שילב את הכימיה של הסלעים הללו ואת הגנום של קרובי משפחה חיים כדי ליצור מבט מקיף על החיים העתיקים.

"בעצם, אנו מתארים את הפלירטוטים הראשונים של כדור הארץ עם חיידקים המסוגלים לשנות את הסביבה הגלובלית", אמר ליונס, שהוא גם מנהל המרכז לאסטרוביולוגיה של כדור הארץ האלטרנטיבי במחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת. "עליך להבין את כל התמונה כדי להבין את מי, מה, מתי והיכן כאשר חיידקים השתחררו מעצם הקיום להשפעה משמעותית על הסביבה."

חוקרים רבים הניחו שברגע שצורת חיים הופיעה על פני כדור הארץ, היא הפכה במהירות לפורייה. רק על ידי חיבור של עשרות שנים של מחקר בין דיסציפלינות, כפי שעשו ליונס, טינו ועמיתיהם במאמר זה, מדענים יכולים לראות את ההבדל בין עצם הנוכחות, לעומת הדומיננטיות, של חיידקים מסוימים. לעתים קרובות, העלייה מהקיום לבולטות ארכה מאות מיליוני שנים.

"מיקרובים שבהתחלה הוציאו קיום בנישות צרות יגיעו אחר כך בתור הילדים הגדולים בשטח", אמר ליונס.

כל זה מזקק עד לשאלה הבסיסית שמחזיקה את צוות UCR ער בלילה: מאיפה באנו?

אבל לתשובות שנאספו ממחקר זה יש גם יישומים מעשיים יותר, כולל תובנות לגבי האופן שבו חיים וסביבות עשויות להגיב לשינויי אקלים, הן בטווח הקצר והן בעתיד הרחוק.

המחקר יכול גם לסייע בחיפוש אחר חיים על כוכבי לכת אחרים. "אם אי פעם נמצא ראיות לחיים מעבר לכדור הארץ, סביר להניח שהן יתבססו על תהליכים ותוצרים של מיקרואורגניזמים, כמו מתאן ו-O2", אמר טינו.

"אנו מונעים משירות נאס"א במשימתה", ציין ליונס, "במיוחד לעזור להבין כיצד כוכבי לכת אקזו-כוכבים יכולים לקיים חיים".