بناء نظام بيئي عمره مليوني عام من الحمض النووي القديم!

د. طارق قابيل

حقق العلماء تقدمًا كبيرًا في إعادة بناء تاريخ كوكبنا ورسم خريطة لنظام بيئي عمره مليوني عام، وقد تم استخراج الحمض النووي البيئي من الطين والكوارتز، وتفسير أهم المعلومات الوراثية التي يحملها بنجاح.

تم نشر البحث في دورية “نيتشر” (Nature) ويمثل هذا العمل قفزة هائلة إلى الأمام للعلماء، وقد نتمكن من جمع معلومات رائدة حول أصل العديد من الأنواع المختلفة، وربما حتى نتوصل لمعرفة جديدة عن البشر الأوائل وأسلافهم.

احتوت الرواسب الرسوبية من التربة الصقيعية في جرينلاند على حمض نووي بيئي قابل للاسترداد يعود تاريخه إلى حوالي مليوني سنة.

وسمح هذا العمل المذهل لفريق من العلماء بإعادة بناء منظر طبيعي قديم، وكشف عن عالم بعيد عن الشواطئ الجليدية للدائرة القطبية الشمالية.

يقول عالم الوراثة إسك ويلرسليف من جامعة كامبريدج: “تم افتتاح فصل جديد يمتد إلى مليون سنة إضافية من التاريخ، وللمرة الأولى، يمكننا أن ننظر مباشرة إلى الحمض النووي لنظام بيئي سابق يعود إلى زمن بعيد”.

ويضيف: “الحمض النووي يمكن أن يتحلل بسرعة، لكننا أظهرنا أنه في ظل الظروف المناسبة، يمكننا الآن العودة في الوقت المناسب أكثر مما يمكن لأي شخص أن يتخيله.”

من المعروف أن الحمض النووي يتحلل بسرعة بفضل الضغوط البيئية والطقس والعمليات الجيولوجية.

ويتمكن الحمض النووي القديم من البقاء بشكل فعال عندما يكون محبوسًا في الأسنان والعظام، حيث يكون محميًا نسبيًا، لكن في المقابل، فبقايا الكائنات الحية المدفونة تحت التربة الصقيعية محمية نسبيًا أيضًا.

هنا، قدمت مجموعة من العينات التي تم جمعها من الجليد والتربة الصقيعية للتكوين الجيولوجي لكاب كوبنهافن في فم مضيق بحري في شمال جرينلاند للعلماء القدرة على استعادة وإعادة بناء الحمض النووي البيئي منذ زمن بعيد.

حصل العلماء على معظم هذه العينات منذ سنوات أثناء الرحلات الاستكشافية باهظة الثمن، لذلك غالبًا ما يجمع العلماء أكثر مما يحتاجون إليه، وكانت هذه العينات مخزنة في المخزن، في انتظار ظهور المشروع المناسب.

يوضح الجيولوجي كورت كيير من جامعة كوبنهاغن: “لم يكن الأمر كذلك حتى تم تطوير جيل جديد من معدات استخراج وفك تسلسل الحمض النووي، حتى تمكنا من تحديد الأجزاء الصغيرة جدًا والمتضررة من الحمض النووي في عينات الرواسب.

هذا يعني أننا تمكنا أخيرًا من رسم خريطة لنظام بيئي عمره مليوني عام.”

كان الحمض النووي المستعاد من العينات بعد الكثير من العمل الشاق غير صالح للاستخدام قبل بضع سنوات فقط: كانت الشظايا صغيرة جدًا، بطول نانومتر فقط، ومتحللة، وغير مكتملة.

ومع ذلك، فإن التقدم في فك التسلسل الجيني في العقود القليلة الماضية مكّن العلماء من بناء قاعدة بيانات واسعة من الحمض النووي من العالم من حولنا. وقدمت مكتبات الحمض النووي هذه للعلماء نقطة مقارنة لشظايا الحمض النووي الصعبة.

كانت هذه المكتبات تعني أن العلماء يمكنهم إعادة بناء الأجزاء المفقودة من أجل إجراء إحصاء للكائنات التي كانت مادتها الجينية محصورة في الصخور لآلاف السنين.

يقول كيير: “تم العثور على عينات الحمض النووي القديمة مدفونة بعمق في الرواسب التي تراكمت على مدى أكثر من 20000 عام.

وتم حفظ الرواسب في نهاية المطاف في الجليد أو التربة الصقيعية، وبشكل حاسم، لم يزعجها البشر لمدة مليوني سنة.”

كشفت عملية إعادة البناء هذه عن مجموعة متنوعة من أشكال الحياة المتوافقة مع المناخ المعتدل بشكل مدهش.

ووجد العلماء حيوانات ذات صلة بالوعل والإوز والأرانب البرية وغيرها من الحيوانات.

كما ترك النمل والبراغيث والمرجان وسرطان حدوة الحصان بصماتهم في الرواسب، كما فعلت أشجار البتولا والحور.

لاحظ الباحثون أن الحمض النووي للماستودون مثير للاهتمام بشكل خاص.

وجميع الأنواع الأخرى لها أقارب لا يزالون في جرينلاند حتى اليوم؛ لكن في السابق، كان يُعتقد أن حيوانات المستودون لا تتواجد شمالًا في أماكن مثل جرينلاند.

عينات الحمض النووي الأخرى – التي تم جمعها من الكائنات الحية الدقيقة والفطريات – لا تزال قيد التحديد.

وستصف الدراسة البحثية المستقبلية النطاق الكامل للنظام البيئي على أفضل ما يفهمه العلماء.

ومع ذلك، تبرز بالفعل بعض الميزات التي تشير إلى مناخ أكثر دفئًا في المنطقة خلال العصر البليستوسيني المبكر – وهو أكثر دفئًا من درجات الحرارة الحالية.

أحد الثدييات القليلة التي تعيش في كاب كوبنهافن اليوم هو ثور المسك. ويقول الباحثون إن هذا يشير إلى مستقبل الأرض في مواجهة تغير المناخ.

يقول عالم الجينات الجيولوجي ميكيل بيدرسون من جامعة كوبنهاغن: “أحد العوامل الرئيسية هنا هو إلى أي درجة ستكون الأنواع قادرة على التكيف مع التغير في الظروف الناشئة عن زيادة كبيرة في درجة الحرارة.

تشير البيانات إلى أن المزيد من الأنواع يمكن أن تتطور وتتكيف مع درجات حرارة متفاوتة بشكل كبير مما كان يعتقد سابقًا.

ولكن، بشكل حاسم، تظهر هذه النتائج أنهم بحاجة إلى وقت للقيام بذلك.

لا تزال حالة الطوارئ تشكل تهديدًا كبيرا للتنوع البيولوجي والعالم – فالانقراض يلوح في الأفق بالنسبة لبعض الأنواع، بما في ذلك النباتات والأشجار.

لكن بالنسبة للعلماء، فإن العمل يمثل قفزة هائلة إلى الأمام.

الآن وقد تم استخراج الحمض النووي البيئي وتفسيره بنجاح من الطين والكوارتز، فقد يكون من الممكن فعل الشيء نفسه مع الرواسب القديمة من مواقع أخرى.

ويقول ويلرسليف: “إذا استطعنا البدء في استكشاف الحمض النووي القديم في حبيبات طينية من إفريقيا، فقد نتمكن من جمع معلومات رائدة حول أصل العديد من الأنواع المختلفة -وربما حتى معرفة جديدة عن البشر الأوائل وأسلافهم”.