Científicos construyen un fósil genómico de miles de millones de años يُعيد علماء بناء أحفور جينيّ عمره آلاف ملايين الأعوام Scientists build a billion-year-old genomic fossil

Por Glenys Álvarez

Biología evolutiva. Mediante el uso de un modelo computacional y miles de genes, investigadores en MIT han construido el pasado de los genomas hasta hace por lo menos 2,800 millones de años cuando naciera el transporte de electrones que hoy nos permite

Leer más, aquí
http://www.sindioses.org/noticias/fosil.html

  

علم الأحياء التطوريّ. عبر إستخدام نموذج حاسوبيّ وآلاف الجينات، بنى باحثون في معهد ماشوستس التقني ماضي الجينومات لفترة تعود الى ما قبل 2800 مليون عام على الاقلّ: 

 

عندما وُلِدَ نقل الإلكترونات، الذي يسمح لنا اليوم بالتنفس.

العمل مع الأحفوريات ليس مهمة سهلة. 

 

فهو لا يحتاج إلى مساعدة تقنية ومعرفة علمية في الجيولوجيا والكيمياء كما في علم الاحياء فقط، بل هناك حاجة الى براعات عالم الإحاثة او عالم الآثار لأجل الإستدلال والتحليل وإنتاج قراءة تاريخ الحيوانات في الكوكب وفكّ ألغازها للوصول لمعانيها.  

وفق هذا المعيار بدأنا نعرف ما قبل التاريخ، وكل مرّة نقترب أكثر من دراسة ومعرفة أحفوريات الماضي. نعرف على سبيل المثال بأنه منذ 580 مليون عام، قد بدأت حقبة نعرفها اليوم بإسم الإنفجار الكامبري، والتي بدأ ظهور صيغ حياة كثيرة خلالها. 

 

في الواقع، خلال ملايين الأعوام ومنذ ذاك الانفجار، ظهرت وتغيّرت أعداد لا تُحصى من الأنواع الحية، والتي نعرف قسماً منها بسبب أحفورياتها فقط.

مع ذلك، تواجهنا مشاكل خطيرة عند النظر لأبعد من تلك الحقبة. إنه تحدّ حقيقي، درس الحياة منذ 3000 مليون عام، لأن أحفوريات تلك الفترة تعود إلى خلايا طريّة قبل كامبرية ومن النادر تركها لآثار. لكن، لدى علماء في معهد ماساشوستس التقني فكرة رائعه، فقد فكّروا بأنّه على الرغم من عدم ترك آثار من قبل تلك الكائنات، فنعم قد تركت أحفوريات ميكروسكوبية متوفرة بشكل جيد، ويسهل علينا درسها ومعرفتها اليوم عن طريق بحث مادتها الوراثيّة الدي إن إي DNA .

من أهم إنجازات العلم الحديث، معرفة واقع وراثتنا للجينات عن أسلافنا. فنحن نكتسب تلك الوحدات الوراثية من خلال آبائنا، الذين اكتسبوها، بدورهم، من آبائهم، وهذا واقع غير قابل للتبديل وغير قابل للنقاش بيومنا هذا، وباتباع منطق كهذا، يمكن القول بأنّ كل الكائنات الحية، قد ورثت جينوماتها من ميكروبات قديمة. بالتالي، أجرى علماء أحياء الحاسوب، في معهد ماساشوستس، إستدلالاًً:

 

 فيما لو استخدموا جينومات حديثة، فبإمكانهم إعادة بناء كائنات ميكروبية مائيّة، وهذا ما فعلوه بدقة بنموذج حاسوبيّ هام. 

 

لنرى الإستدلال إثر النتائج

 

 

في المقام الاول، لدينا على الصعيد العلمي مكتبة متميزة للجينومات، أيضاً، نمتلك تقنيّة تعمل على فكّ شيفرة وقراءة تلك الجينومات بطريقة سريعه وفعّالة. 

 

في المقام الثاني، معرفتنا الواسعة حول تطور الدي ان اي، على سبيل المثال، نعرف بإمكان ولادة وتوريث عائلات جديدة من الجينات (المُورِّثات)، بإمكان تغيّر الجينات أو إمكانية إنتقالها أفقيا بين الكائنات، بإمكان تضاعفها في ذات الجينوم كما أننا نعرف بوجود إمكانيّة لفقدانها أو إختفائها. 

 

لقد استعمل الباحثون كل تلك المعرفة بصياغة نموذج رياضيّ (من رياضيّات لا رياضة!)، يأخذ كل تلك المتغيرات بالحسبان.

 

 في الواقع، بدت النتائج مُدهشة.

يشرح الباحثان إريك ألم استاذ في مكاتب الهندسة البيئية وعلم الاحياء و ديفيد لورنس من معهد ماساشوستس:

 

"خطّطنا آلاف الجينات في 100 جينوم حديث، في طريق قادنا إلى بدايات ظهور تلك الجينات على الكوكب، وبهذا، خلقنا أحفوراً جينوميّاً، لا يقول لنا متى ظهرت الجينات فقط، بل أيضاً، يسجّل أيّة ميكروبات قديمة قد حضرت تلك الجينات في جينومها. يُوحي العمل بأن الجينوم المُشترك بكل الحياة على كوكبنا قد انتشر خلال الفترة الواقعه بين ما قبل 3300 الى 2800 مليون عام، بل أكثر من هذا، ظهرت نسبة 27% من كل العائلات الجينية الموجودة اليوم في هاتيك الحقبة".

 

 وقد أسميا تلك الحقبة بالانتشار المتقوّس.

هي حقبة مسؤولة عن حضور الأوكسجين، الذي نتنفسه اليوم.

 

لم يحضر الأوكسجين، الحاضر اليوم، خلال أوائل آلاف ملايين الأعوام الأُوَلْ من عمر الكوكب. حتى بدء دورانه حول الشمس، قبل 2500 مليون عام، والبدء الفعلي لتراكم هذا العنصر في الغلاف الجوي الارضي، "الأمر الذي الغى الكثير من صيغ الحياة اللاهوائيّة، عبر ما يسمى حدث الأكسدة الكبير"، وفق وصف الباحثين:

 

"هو حدث الأكسدة الكبير، في الغالب، والأكثر تدميراً في تاريخ الحياة الخليوية، لكن، لا نمتلك رقم قياسيّ بيولوجي له".

بالتأكيد، حدَّدَ باحثانا إريك وديفيد الكثير من الجينات المُرتبطة بالأوكسجين في أحفورها القديم، العنصر الذي دفع إلى حدوث الإنتشار التقوسي:

 

"إثر إجراء تحليل تفصيلي للنتائج، أخذنا بالحسبان لانّ الجينات المُرتبطة بالأوكسجين، لم تظهر حتى نهاية حقبة الإنتشار التقوسيّ منذ 2800 مليون عام، والذي يتفق كثيراً مع التاريخ الذي توصّل له علماء كيمياء طبقات الأرض حول حدث الأكسدة الكبير. ما اكتشفناه هو ولادة ناقل حديث للإلكترونات، ما يعني، ولادة العملية الكيميائية الحيوية المسؤولة عن نقل الإلكترونات ضمن الأغشية الخليوية، فنقل الإلكترونات هذا هو المستخدم بتنفّس الأوكسجين، وتستعمله النباتات وبعض الميكروبات خلال عملية التركيب الضوئي أيضاً، عندما تحصل على الطاقة مباشرة من الشمس".

في الواقع، توجد صيغة من التمثيل الضوئي معروفة باسم التمثيل الضوئي الأوكسجيني، والتي يُرى بانها المسؤولة عن توليد الأوكسجين المصاحب لحادثة الأكسدة الكبرى، إضافة لكونها مسؤولة عن الأوكسجين، الذي نتنفسه اليوم.

تاريخ كل الكائنات: مطبوع في الدي إن إي DNA

  الأكثر إدهاشاً بالنسبة للباحث إريك من بين النتائج هو إثبات أن تاريخ كل الحوادث القديمة مطبوعة أو منسوخة في الدي إن إي، الذي تتقاسمه كل الكائنات الحيّة. حيث يقول:

 

"الآن، بما أننا نفكّ شيفرة كل هذا التاريخ، لديّ الأمل بإمكانيّة إعادة بناء بعض تلك الحوادث المبكّرة في تطور الحياة وبتفاصيل جمّة".

يُضيف الباحثان القول بأنّ تطور ناقل الالكترونات خلال فترة الإنتشار التقوسيّ، قد سمح بظهور مراحل جوهرية بتاريخ الحياة، بما فيها التمثيل الضوئي والتنفس، حيث خلق كلاهما فرصة إلتقاط وتخزين كميات كبيرة من الطاقة المتوفرة في المحيط الحيوي (الجزء الذي تشغله الأحياء من سطح الأرض ... قاموس المورد إسباني عربي). 

 

"لا يمكن لبحثنا القول بأنّ تطور ناقل الإلكترونات هو السبب المباشر بحدوث الإنتشار التقوسيّ، ومع هذا، يمكننا المراهنة على واقع أنّ إمتلاك مدخل لكميات كبيرة من الطاقة، قد سمح للمحيط الحيوي بإيواء أنظمة بيئية لميكروبات ذات تعقيد أكبر".

فعليّاً، طال البحث المعادن والجزيئات المصاحبة للجينات المدروسة، وكيف تغيّرت بكثرة خلال الزمن. اكتشفوا حضور نسبة مئوية عالية من الجينات المسؤولة عن إستخدام الأوكسجين والأنزيمات المُرافقة مع النحاس والموليبدنوم، والمُتوافق مع السجِّل الجيولوجيّ للتطور.