لاحظ العلماء حدثًا تطوريًا لا يحدث إلا مرة واحدة كل مليار عام: اندماج شكلين من الحياة في كائن حي واحد يتمتع بقدرات خاصة. آخر مرة حدث هذا، حصلت الأرض على النباتات.
إنها واحدة من أندر العمليات في التطور، وبدونها لم نكن لنوجد. في حالات استثنائية قليلة، يمكن للخلايا تحويل كائن غريب إلى عضو خاص بها. عندما حدث ذلك لأول مرة، في الأيام الأولى من الحياة، ظهرت الميتوكوندريا، والتي بدون إنتاجها للطاقة لن تكون هناك أشكال حياة أعلى. وفي وقت لاحق، شكلت البكتيريا الزرقاء البلاستيدات الخضراء، التي تستخدمها النباتات لجمع الطاقة الشمسية.
الآن، عبر كائن حي آخر الحدود من التعايش إلى وحدة بناء الخلية، وفقًا لما ذكره الفريق بقيادة تايلر إتش كول وفالنتينا لوكونتي من جامعة كاليفورنيا. وفقًا لما نشروه في مجلة Science، فقدت البكتيريا الزرقاء استقلاليتها وتنتج الآن الأمونيا كعضية لطحالب Braarudosphaera bigelowii. وهذا يجعل من Braarudosphaera وأقاربها الكائنات العليا الوحيدة المعروفة التي يمكنها استخدام النيتروجين في الهواء بشكل مستقل.
للتوضيح: تخيل أن كليتنا كانت حيوانات صغيرة تتجول. وسيتعين علينا نحن البشر أن نقوم بتصفية دمنا يدويًا من خلال جهاز غسيل الكلى. في أحد الأيام، تعلق إحدى هذه الحيوانات الكلوية بطريقة ما في جسم الشخص (على الرغم من إمكانية نجاح ذلك) ويجد أنه لم يعد بحاجة إلى جهاز غسيل الكلى الخاص به. ولا أطفاله، حتى نولد في النهاية مع هؤلاء الأشخاص الصغار المفيدين بداخلنا. هذا إلى حد كبير ما يحدث هنا.
حتى الآن، كانت البكتيريا فقط هي التي تمتلك القدرة على استخدام النيتروجين في الهواء بشكل مستقل. يعتبر النيتروجين الجوي (N 2 ) مستقرًا كيميائيًا للغاية ولا يمكن تكسيره إلا بواسطة إنزيمات معدنية خاصة تحتوي بالإضافة إلى الحديد على معادن الموليبدينوم أو الفاناديوم، وهي نادرة في علم الأحياء. وهذا أمر معقد للغاية من الناحية الكيميائية الحيوية. ولهذا السبب تعيش معظم البكتيريا القادرة على ذلك بشكل متكافل في كائنات حية أخرى تزودها بمواد مغذية أخرى مقابل الأمونيا – على سبيل المثال في جذور الفاصوليا والبازلاء. وكانت عضيات Braarudosphaera، المعروفة باسم nitroplasts، أيضًا من هذه الكائنات المتعايشة، ولم تفقد استقلالها إلا قبل أقل من 90 مليون سنة.
في الواقع، افترض الخبراء منذ فترة طويلة أن البلاستيدات النيتروجينية لا تزال بكتيريا تكافلية. لأن الحد الفاصل بين التكافل ومكون الخلية هو السائل. حتى المتكافلون الحقيقيون يفقدون جيناتهم تدريجيًا، والتي لم يعودوا بحاجة إليها بفضل مضيفهم، وبعد فترة من الوقت لم يعد بإمكانهم الوجود بشكل مستقل. لكن دمج البلاستيدات النيتروجينية في Braarudosphaera يذهب إلى أبعد من ذلك، كما اكتشف فريق Coale وLoconte في بحثهم. لم يفقد المتكافل السابق جيناته الخاصة بعملية التمثيل الضوئي والتمثيل الغذائي فحسب، بل يحتوي أيضًا على جينات وبروتينات من مضيفه، ويكيف حجمه مع احتياجات الطحالب، ويندمج في هيكله الخلوي وينقسم معه بطريقة منسقة بدقة. كل هذه الميزات نموذجية للعضيات الكلاسيكية.
ومن ناحية أخرى، ربما لم يمر وقت طويل منذ أن عبرت البكتيريا الحدود إلى عضية. ولا تزال البلاستيدات النيتروبلاستية تشبه إلى حد كبير البكتيريا التي تعيش حرة، لدرجة أنها كانت تُعتبر منذ فترة طويلة متكافلة. تظهر الدراسات الوراثية أن الطحالب والبكتيريا ربما اجتمعت معًا منذ حوالي 150 مليون سنة. في ذلك الوقت، كانت العناصر الغذائية في المحيطات نادرة للغاية. منذ حوالي 90 مليون سنة، كانت الكائنات المتعايشة مرتبطة بإحكام بمضيفيها، لذا فقد اتبعوا بدقة أنواعهم في سياق التطور. وفي ملايين السنين التي تلت ذلك، فقدت المزيد والمزيد من الجينات وبدأت الخلية المضيفة في توفير بروتينات متخصصة لعملية التمثيل الغذائي ودمجها في بنية الخلية. لذلك تطور كلاهما معًا من مجتمع إلى خلية ذات عضو إضافي.
النص الأصلي لهذا المقال “الباحثون يلاحظون حدثًا لا يحدث إلا مرة واحدة كل مليار سنة” مأخوذ من موقع Spektrum.de.
