في مستودع مفتوح في داروين الاستوائية بأستراليا، تصطف عشرات الصواني وهي تحمل عينات أسطوانية من الصخور، حُفرت على عمق مئات الأمتار تحت السطح بواسطة شركات التنقيب عن المعادن قبل عقود. كانت تلك الشركات تبحث في الغالب عن المعادن، لا عن أسرار الوجود، لذا يمكن مسامحتها لأنها لم تلاحظ الحفريات المجهرية لكائنات قديمة مدفونة في الحجر الطيني - وهو صخر رسوبي تكوّن من طين قاع البحر المتصلب - لبحر داخلي كان يغطي معظم شمال أستراليا قبل أكثر من 1.5 مليار سنة.

وكما تُظهر دراسة جديدة نُشرت في مجلة نيتشر، فإن تلك العينات المهملة محورية في لغز طويل الأمد حول أكبر قفزة تطورية في تاريخ الأرض: أصل حقيقيات النوى.

ينقسم كل شيء حي على الأرض إلى فئتين مختلفتين جذرياً على المستوى الخلوي. بدائيات النوى - البكتيريا والعتائق - لديها تنظيم خلوي بسيط وهي في الغالب أحادية الخلية. أما حقيقيات النوى، التي تشمل جميع الحيوانات والنباتات والطحالب والفطريات، فلديها خلايا أكثر تعقيداً بكثير تتميز بنواة وتراكيب متخصصة تُسمى العضيات تؤدي وظائف محددة. لقد غيّرت الثورة حقيقية النواة الكوكب، وأدت إلى ظهور الحيوانات، وفي النهاية إلى ظهورنا نحن. وبناءً على ملاحظات من جينات الكائنات الحية، من المتفق عليه الآن على نطاق واسع أن السلف المشترك الأخير لجميع حقيقيات النوى الحية نتج عن اتحاد تكافلي بين اثنين على الأقل من الميكروبات بدائية النواة: عتائق وبكتيريا.

يأتي الدليل الأول على الحياة حقيقية النواة في شكل حفريات لكائنات وحيدة الخلية تُظهر مستوى من التعقيد الخلوي لا يُرى بين بدائيات النوى ولكنه شائع في حقيقيات النوى. يمكن العثور على حفريات حقيقيات النوى في جميع أنحاء العالم في صخور يعود تاريخها إلى 1.5 مليار سنة على الأقل. أما حفريات الإقليم الشمالي، التي يعود أقدمها إلى 1.75 مليار سنة مضت، فهي أقدم حفريات حقيقيات النوى المعروفة حالياً على مستوى العالم.

لكن العالم القديم الذي تطورت فيه حقيقيات النوى المبكرة لا يزال يكتنفه الغموض، ولا تزال جوانب أساسية عديدة من طبيعتها مجهولة.

يمكن للعديد من أنواع البكتيريا أن تعيش وتنمو بدون أكسجين. لكن جميع حقيقيات النوى الحية تقريباً تستخدم الأكسجين للبقاء، لأن التنفس الهوائي - تفكيك الغذاء باستخدام الأكسجين - يوفر كميات هائلة من الطاقة التي تتطلبها الحياة المعقدة. ومع ذلك، تعرضت فكرة أن الأكسجين كان دائماً مفيداً لجميع حقيقيات النوى للانتقاد في السنوات الأخيرة، بعد اكتشافات مفاجئة لحقيقيات نوى غامضة يمكنها الازدهار بدون أكسجين. كما تتزايد الأدلة من السجل الجيولوجي على أنه عندما كانت حقيقيات النوى تتطور لأول مرة، كان الأكسجين على الأرجح أكثر ندرة بكثير، مما يعني أن الموائل البحرية الخالية من الأكسجين كانت هي القاعدة. وبشكل جماعي، أثارت هذه الملاحظات الشكوك حول الافتراض القائل بأن حقيقيات النوى اعتمدت على الأكسجين منذ نشأتها.

يمكن للدراسات الجينية للميكروبات الحية التي تنتمي إلى مجموعات تُعتبر الأقرب لأسلاف أول حقيقيات النوى أن تقدم رؤى رئيسية حول أصل حقيقيات النوى. لكن السجل الأحفوري وحده يمكنه أن يخبرنا عن السلالات المنقرضة منذ زمن طويل، والجيولوجيا وحدها يمكنها أن تقدم نافذة على نوع العالم الذي عاشت فيه هذه الكائنات.

في الدراسة الجديدة، سحق الباحثون عينات من أسطوانات الحجر الطيني المخزنة في داروين، ثم أذابوها. وحددوا أكثر من 12,000 حفرية من خلال تحليل البقايا العضوية المتبقية تحت المجهر. كما درسوا الحجر الطيني الذي حُفظت فيه الحفريات لفهم البيئة بشكل أفضل عندما ترسبت الرواسب، مما يقدم نظرة ثاقبة حول الموائل التي عاشت فيها حقيقيات النوى هذه. ومن خلال تحليل كيمياء هذه الأحجار الطينية، تمكنوا من تحديد ما إذا كان الأكسجين موجوداً في مياه البحر القديمة.

تُظهر النتائج أن حفريات حقيقيات النوى وُجدت في بيئات تتراوح من المسطحات الطينية الساحلية إلى البحر المفتوح، ولكن فقط في العينات المترسبة في بيئات مؤكسجة. أما العينات من البيئات الخالية من الأكسجين فاحتوت فقط على أشكال بدائية النواة بسيطة. يشير هذا إلى أن حتى أقدم حقيقيات النوى المعروفة التي عاشت