מחקר ב־Nature מגלה כי האיקריוטים הקדומים ביותר המוכרים למדע חיו בעיקר על קרקעית הים או בתוכה, בסביבות שבהן היה חמצן, ולא בעמודת המים כפי שסברו בעבר
החיים המורכבים הראשונים על פני כדור הארץ היו כנראה מוגבלים הרבה יותר מכפי שסברו עד כה. מחקר חדש, בהובלת חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה ומאוניברסיטת מקגיל, מצא כי האיקריוטים הקדומים ביותר המוכרים למדע חיו במשך מאות מיליוני שנים בעיקר על קרקעית הים או בתוכה, ורק באזורים שבהם היה חמצן זמין. המחקר, שפורסם בכתב העתNature , משנה את התמונה המקובלת על ראשית החיים האיקריוטיים, הקבוצה שאליה משתייכים בעלי החיים, הצמחים, הפטריות ורוב היצורים הרב־תאיים הנראים לעין.
האיקריוטים (Eukaryotes) הם יצורים שתאיהם כוללים גרעין, אברונים עטופי ממברנה, ובדרך כלל גם מיטוכונדריה – תחנות הכוח של התא. הבנת הופעתם והתפשטותם היא אחד המפתחות להבנת הדרך שבה הפך כדור הארץ לעולם עשיר כל כך בצורות חיים. במשך שנים סברו חוקרים כי האיקריוטים הקדומים דמו לפלנקטון מודרני וחיו בעיקר בעמודת המים. אולם הממצאים החדשים מצביעים על תרחיש אחר: במשך תקופה ארוכה מאוד הם היו קשורים דווקא לקרקעית הים.
מיקרו־מאובנים מאוסטרליה הקדומה
החוקרים התמקדו במשקעים משכבות הסלע של אגני McArthur ו־Birrindudu בטריטוריה הצפונית של אוסטרליה. כיום האזור כולל נופי מדבר, סוואנה, יערות ואזורים לחים, אך לפני 1.75 עד 1.4 מיליארד שנה הוא היה ים פנימי רדוד, שכלל לגונות, אזורי גאות, בוצות חוף ומים שקטים סמוך לחוף. באותה תקופה החמצן כבר החל להצטבר באוקיינוסים, אך פיזורו היה מקוטע. ריכוז החמצן באטמוספרה היה אחוז אחד או פחות מהריכוז המוכר כיום – רמה שבני אדם לא היו יכולים להתקיים בה.
ד"ר ליי אן רידמן מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה מיינה והכינה מיקרו־מאובנים מתוך ליבות קידוח, וזיהתה מתוכם את האיקריוטים. במקביל, חוקרים מאוניברסיטת מקגיל ניתחו את סוגי המשקעים והסביבות שבהן נוצרו שכבות הסלע. כך יכלו החוקרים לשייך את המאובנים לארבע סביבות קדומות: לגונות, אזורי גאות, אזורי חוף ומים פתוחים יותר.
כדי להבין את רמות החמצן בכל סביבה, הצוות בחן את הרכב המינרלים בסלעים. הופעת פיריט ברזל, למשל, מצביעה על סביבה חסרת חמצן. ריכוזים של מתכות כמו ונדיום, מוליבדן ואורניום סיפקו רמזים נוספים על תנאי החמצון הקדומים. שילוב המידע המאובני, המשקעי והגיאוכימי איפשר לחוקרים לשחזר היכן חיו האיקריוטים הקדומים ובאילו תנאים.
חמצן בקרקעית, לא רק בפני הים
התוצאה הייתה מפתיעה: המאובנים האיקריוטיים הופיעו כמעט רק בסלעים שנוצרו בסביבות קרקעית ים מחומצנות. הם לא נמצאו רק במים רדודים, אלא גם באזורים מרוחקים יותר מן החוף – כל עוד קרקעית הים הכילה חמצן. לדברי החוקרים, הקשר החזק הזה מצביע על כך שהאיקריוטים הקדומים נזקקו לחמצן לפחות בחלק ממחזור חייהם.
הממצא חשוב גם משום שהוא מעיד ככל הנראה על אורח החיים שלהם. אם האיקריוטים היו חיים בעיקר במים העליונים המחומצנים, שרידיהם היו אמורים לשקוע גם אל קרקעות ים חסרות חמצן ולהשתמר שם. העובדה שהם כמעט אינם מופיעים בסביבות כאלה מחזקת את האפשרות שהם חיו על קרקעית הים עצמה או בתוכה.
החוקרים מציינים כי הממצא מתאים לרעיון שלפיו האיקריוטים רכשו מיטוכונדריה בשלב מוקדם מאוד. לפי התאוריה המקובלת, המיטוכונדריה התפתחו מחיידקים חופשיים שנבלעו בידי תא קדום ונעשו חלק ממנו. חיים בקרקעית הים היו מציבים את האיקריוטים הקדומים בקרבה גבוהה ליצורים אחרים, מצב שיכול היה להקל על תהליך כזה. המורכבות המבנית הנראית במאובנים בני 1.75 מיליארד שנה מחזקת גם היא את ההשערה שהקבוצה כבר עברה היסטוריה אבולוציונית עמוקה יותר לפני הופעת המאובנים המוכרים.
מדוע הם נשארו מוגבלים כל כך הרבה זמן
אחת השאלות הגדולות בחקר האבולוציה היא מדוע האיקריוטים נותרו במשך זמן כה רב נדירים ודלי גיוון יחסית. לפי המחקר החדש, ייתכן שהתשובה קשורה לבית הגידול המצומצם שלהם. אם האיקריוטים הקדומים יכלו לשגשג רק בקרקעות ים מחומצנות, הם היו מוגבלים לאיים סביבתיים קטנים בתוך אוקיינוסים שרובם עדיין לא היו עשירים בחמצן.
דפוס זה יכול להסביר מדוע במשך קרוב למיליארד שנה הופיעו במאובנים קבוצות דומות למדי של יצורים, בלי התפרצות גדולה של מגוון. החוקרים מציינים כי מאובנים בני 800 מיליון שנה ומאובנים בני 1.7 מיליארד שנה מציגים, ברובם, “אותה קבוצת שחקנים”. השינוי הגדול הגיע מאוחר יותר, לאחר תקופת הקריוגן, שהחלה לפני כ־720 מיליון שנה, כאשר כדור הארץ עבר אירועי קיפאון קיצוניים הידועים בשם “כדור הארץ ככדור שלג”.
כאשר הקרח נסוג לפני כ־635 מיליון שנה, נפתחו נישות אקולוגיות חדשות. התקופה האדיאקרית שבאה לאחר מכן סימנה את הופעתם הראשונה של חיים רב־תאיים מורכבים בקנה מידה גדול – כולם איקריוטיים. במובן זה, המחקר החדש אינו רק מתאר היכן חיו האיקריוטים הראשונים, אלא גם מציע הסבר אפשרי לעיכוב הארוך שבין הופעתם לבין התפרצות החיים המורכבים.
החוקרים ממשיכים כעת לבדוק שכבות סלע עתיקות עוד יותר באגן McArthur באוסטרליה ובאגן Animikie במינסוטה. מטרתם היא לברר מתי הופיעו האיקריוטים לראשונה, כיצד הגיעו לרמת המורכבות שכבר נראית במאובנים הקדומים, ומתי עברו מקרקעית הים אל עמודת המים. כפי שסיכמה רידמן, מחקרים כאלה מאפשרים לראות את היצורים הזעירים האלה לא רק כשמות ברשימת מאובנים, אלא כאורגניזמים שחיו בסביבה מסוימת, עשו דברים מסוימים, והיו חלק מהדרך שהובילה בסופו של דבר למגוון הביולוגי העצום של כדור הארץ – וגם אלינו.
FAQ קצר:
מהם איקריוטים?
איקריוטים הם יצורים שתאיהם כוללים גרעין ואברונים עטופי ממברנה. לקבוצה זו שייכים בעלי החיים, הצמחים, הפטריות ורבים מהיצורים החד־תאיים.
מה גילה המחקר החדש?
המחקר מצא כי האיקריוטים הקדומים ביותר המוכרים למדע חיו בעיקר בקרקעית ים מחומצנת, ולא בעמודת המים כפי שסברו בעבר.
למה החמצן היה חשוב לאיקריוטים הקדומים?
הממצאים מצביעים על כך שהם נזקקו לחמצן לפחות בחלק ממחזור חייהם, כנראה משום שכבר השתמשו במנגנוני הפקת אנרגיה הקשורים למיטוכונדריה.
