حل ابهامات ِ”انفجار کامبرین” و “فرگشت” موجودات!

یکی از رازهای پیچیده تکامل این سوال است که در ابتدای دوره کامبرین دقیقا چه اتفاقی افتاد. کامبرین یکی از دوره های زمین شناسی است که حدود ۵۴۱ میلیون سال پیش آغاز شده و ۵۶ میلیون سال ادامه داشته است.

تصویری از شبیه سازی زمین در دورۀ کامبرین

تا پیش از دوره کامبرین، حیات، شکل ساده یی داشت. از پیدایش باکتری ها ۳ میلیارد سال می گذشت و تقریبا در تمام این مدت، زمین تنها متعلق به آنها بود. جلبک ها، موجوداتی شبیه عروس دریایی، بند پایان خرچنگی، اسفنج ها و اشکالی از کرم ها، چند میلیون سال پیش از آغاز دوره کامبرین پدیدار شده بودند. ولی دوره پیش-کامبرین، دوره چنگ و دندان های خون آلود نبود، زیرا در این دوره نه چنگی بود و نه دندانی. سپس در مدت ۲۰ میلیون سال- که در زمین شناسی مانند یک پلک به هم زدن است- جانوران گروه گروه از راه رسیدند. تمام گروه های اصلی جانوران- بندپایان، بازوپایان، کیسه تنان، خارپوستان، نرم تنان و حتی طنابداران- را می توان در لایه های فسیلی دوره کامبرین یافت. تکامل یا فرگشت ناگهانی این تعداد از گونه های جانوری را انفجار کامبرین می نامند.

اکنون دو دهه از کشف این پدیده می گذرد، ولی هیچ کس دلیل آن را نمی داند. گروهی از دانشمندان چینی، به سرپرستی زو مائویان از موسسه زمین شناسی و دیرینه شناسی نانجینگ، پروژه یی را آغاز کرده اند تا به پاسخ این سوال دست یابند. نام این پروژه «از زمین گلوله برفی تا انفجار کامبرین: تکامل حیات و محیط زیست در ۶۰۰ میلیون سال قبل» است. «زمین گلوله برفی» به مجموعه یی از عصرهای یخبندان اطلاق می شود که بین ۷۲۵ میلیون و ۵۴۱ میلیون سال قبل رخ داد. میانگین دمای زمین در این عصرهای یخبندان به پایین ترین میزان خود می رسید. ولی در بین این عصرهای یخبندان، زمین دوره هایی را نیز گذراند که دما به قدری بالابود که دمای مناطق استوایی فعلی در مقایسه با آن سرد بود. میانگین دمای زمین در این دوره ها به ۵۰ درجه سانتیگراد بالای صفر نیز می رسید. این را نیز در نظر بگیرید که زمین در آن دوران ابرقاره یی بود که در حال جدا شدن بود.

زمینی در آشوب- دقیقا همان چیزی که قادر است تکامل را به پیش ببرد. دکتر زو و همکارانش امیدوارند دریابند که این تغییرات زیست محیطی با تغییراتی که در فسیل ها به وجود آمده چه ارتباطی دارد. خوشبختانه، فسیل های دوره کامبرین در چین فراوان است. پیش از این، تنها فسیل های شناخته شده موجود از جانوران دوره پیش- کامبرین، متعلق به گونه های عجیبی از جانداران بود که فسیل هایشان در استرالیا، کانادا و بخش های مرکزی انگلستان کشف شده بود و در دوره ادیاکاران- بین ۶۳۵ میلیون و ۵۴۱ میلیون سال قبل- می زیستند و اصلاشباهتی به گونه هایی که پس از آن پدیدار شدند نداشتند. ولی در سال ۱۹۹۸، گروهی از دانشمندان چینی و گروهی دیگر از داشمندان امریکایی «مخزن فسیلی» ۵۸۰ میلیون ساله یی را در منطقه دوشانتو در جنوب چین کشف کردند.

«مخزن فسیلی» به محلی می گویند که فسیل های موجود در آن به خوبی حفظ شده است. گونه های ناشناخته بسیاری در این «مخزن فسیلی» کشف شدند، از جمله اسفنج های میکروسکوپی، ارگانیسم های لوله یی کوچک با منشا ناشناخته، موجوداتی شبیه عروس دریایی و مجموعه یی از موجوداتی جنین مانند که دارای تقارن دوطرفه هستند. مشخص نیست این جنین ها تبدیل به چه موجودی می شدند ولی برخی از آنها ممکن است اجداد جانوران دوره کامبرین باشند. «چو زوئلی» و همکارانش در موسسه زمین شناسی و ژئوفیزیک پکن، ایزوتوپ های کربن را در سنگ های منطقه دوشانتو بررسی کردند تا به ارتباط تکامل این موجودات با تغییرات زیست محیطی پی ببرند. آنها دریافتند که میزان کربن-۱۲ (ایزوتوپ سبک کربن که راحت تر از ایزوتوپِ سنگین آن یعنی کربن-۱۳ توسط موجودات زنده جذب می شود) دست کم سه بار در طول دوره ادیاکاران افزایش یافته است

تصویری از فسیل های تریلوبیت (Trilobite) ،نوعی موجود بند پای خرچنگی که حدود ۵۴۵ میلیون سال پیش در دوره کامبرین در دریا می زیست.

این دانشمندان می گویند این افزایش نشانگر مواقعی است که میزان اکسیژن موجود در آب دریا افزایش یافته زیرا افزایش اکسیژن مساوی است با افزایش اکسایش مواد آلی و آزادسازی کربن-۱۲ که منجر به جذب آن در سنگ ها می شود. هر کدام از این رخدادهای اکسایشی برابر است با افزایش اندازه، پیچیدگی، و تنوع حیات در گیاهان و جانوران. ولی اینکه کدامیک از این رخدادها منجر به دیگری شد هنوز مشخص نیست. ممکن است وجود جلبک ها باعث افزایش فتوسنتز شده باشد. یا شاید مواد حاصل از ساییده شدن کوه های جدید، مواد آلی ای را در خود جذب کردند که در غیر این صورت با اکسیژن ترکیب می شدند. آخرین و شدیدترین رخداد اکسایشی در اواخر دوره ادیاکاران روی داد. ادامه تحقیقات دکتر زو در بخش های دیگر منطقه دوشانتو نشان می دهد که این افزایش دقیقا پس از آخرین عصر یخبندان در دوره پیش-کامبرین حدودا ۵۶۰ میلیون سال پیش شروع شد و ۹ میلیون سال ادامه داشت. این تاریخ ها با سایر علایم اکسایشی که در سنگ هایی در دیگر مناطق دنیا به آنها دست یافته اند همخوانی دارد و ثابت می کند هرآنچه که در حال روی دادن بود بر کل سیاره زمین تاثیر گذاشت. دکتر زو معتقد است این تغییر جهانی زیست محیطی، تکامل جانوران پیچیده را تسریع کرد.

محققان این پروژه تصمیم دارند که با استفاده از «مخازن فسیلی» دیگری که از دوره کانبری در چین یافته اند نیز به تحلیل انفجار کانبری بپردازند. محققان می خواهند دریابند که «مخازن فسیلی» متفاوت چگونه از لحاظ تکاملی با یکدیگر ارتباط دارند تا دقیقا مشخص کنند که گروه های مختلف جانداران در چه زمانی پدیدار شدند. آنها همچنین به بررسی عناصر شیمیایی دیگری مانند نیتروژن و فسفر می پردازند که لازمه حیاتند یا عنصری مانند گوگرد که وجودش به معنی عدم وجود اکسیژن و در نتیجه در تناقض با حیات است. دکتر زو تصمیم دارد تغییراتی را که در پراکندگی این عناصر در زمان و مکان وجود دارد بررسی کند و دریابد که این تغییرات چه تاثیری در تکامل حیات داشته و گیاهان و جانوران خود چه تاثیر احتمالی ای بر فرآیندهای شیمیایی در دریا و هوا داشته اند. مهم ترین بخش این پروژه، بررسی مناطقی در جنوب چین است که در آن سنگ های دوره ادیاکاران به طور یکپارچه به سنگ های کامبرین تبدیل شده اند. این مکان ها بسیار ارزشمند هستند زیرا در بیشتر مناطق دنیا بین سنگ های دوره ادیاکاران و دوره کامبرین، شکافی وجود دارد که به آن عدم تطابق می گویند. این شکاف ها در مناطقی به وجود آمده اند که سنگ های یک دوره پیش از رسوب سنگ های جدید از بین رفته اند. شکاف ادیاکاران-کامبرین یکی از بزرگ ترین موانع در درک انفجار کانبری است. حل این راز، خاستگاه جانوران را مشخص خواهد کرد و یکی از شکاف های مهم در تاریخ انسان را از میان خواهد برداشت.

ترجمه: اشکان کاظمیان

منبع: economist