روزگاری که زمین گلوله‌ برف بود

به گزارش گروه رسانه‌های خبرگزاری تسنیم، حتی در خط استوا هم میانگین دما به منفی 20 درجه رسیده بود؛ چیزی شبیه به وضعیت قاره جنوبگان امروزی. بیشتر حیات از بین رفته بود و آن مقدار موجوداتی هم که باقی مانده بودند در بخش های کوچکی که هنوز آب گرم می جوشید، زندگی می کردند.

در حقیقت «زمین گلوله برفی» بود؛ یخ زدگی سراسری که حدود 715 میلیون سال پیش آغاز شد و دست کم 120 میلیون سال زمین را در چنگ خود نگه داشت. به گفته گراهام شیلدز از دانشگاه لندن، هیچ بازه یخبندان دیگری در طول تاریخ زمین نیست که با آن برابری کند. به عقیده برخی دانشمندان، این یخبندان هولناک بود که زمینه ساز یکی از بزرگترین قدم های فرگشت (تکامل) شد: یعنی پدید آمدن اولین حیوانات و شکوفایی قابل توجه حیات که در اصطلاح انفجار کامبری (Cambrian Explosion) خوانده می شود.

حدود 540 میلیون سال پیش تعدادی موجود جدید پا به عرصه ظهور گذاشتند؛ از جمله تریلوبیت ها، اوپابینیای پنج چشم و ویواکسیای اسلاگ مانند. ناگهان پس از یک دوره یخبندان، دنیای تحت سلطه تک سلولی ها به موطنی برای موجودات نوباوه چند سلولی تبدیل شد.

این بازه ناگهانی در خیزش فرگشت، چارلز داروین را دچار ابهام کرده بود. وی در کتاب «منشا انواع» این گونه می نویسد: «مساله مورد بحث نه تنها مساله ای دشوار است، که می توان آن را به عنوان استدلالی برای نقض دیدگاه های مطرح شده در نظر گرفت.»

تا همین امروز انفجار کامبری یک معما باقی مانده است؛ معمایی که شاید بتوان با دخیل کردن یخبندانی فراگیر گره از دامانش گشود.

اسناد زمین گلوله برفی اولین بار اوایل دهه 1990 رخ نمود. برخلاف انتظار، زمین شناسان موفق به کشف ردّ یخ رود در نواحی گرمسیری استوا شدند. از بین آنها می توان سنگ هایی را مثال زد که به وضوح بر دامن پاره یخ ها حمل شده و در آن نواحی رها شده اند. از آن پس، مدارک فزاینده ای بر آغاز آن عصر یخبندان از حدود 715 میلیون سال پیش به مدت 120 میلیون سال شهادت دادند.

وسعت یخ زدگی و علت آن

هنوز بر سر گستره یخ ها بحث است. برخی عقیده دارند که تمام زمین را شامل می شده و فقط بخش های پراکنده ای که چشمه های آب گرم از آنها می جوشیده باقی مانده و برخی دیگر معتقدند که یک کمربندی آبی در طول مدار استوا وجود داشته است.

فارغ از حد گستره یخبندان، بیشتر دانشمندان بر این باورند که گلوله برف مذکور ناگهان شکل گرفته است. گویا این پدیده بر اثر تغییرات هوایی بی وقفه قاره های زمین رخ داده است که با مکش دی اکسید کربن ـ گازی گلخانه ای که گرمایش زمین را موجب می شود ـ از جوّ، موجب فرو افتادن دما شد. دو موج شدید انجماد مجزا به فاصله یک دوره گرم 20 میلیون ساله پدیدار شد. سرانجام، حوالی 660 میلیون سال پیش، آتشفشان ها آنقدر از خود دی اکسید کربن تراویدند که فضا برای خروج زمین از حالت انجماد مهیا شد.

به عقیده زمین شناسان احتمالا این تغییر روند طبیعت بر اثر دوره یخبندان، مدیون اکسیژن حیات بخش فراوانی است که در این دوره در فضا پراکنده شد.

فرض بر این است که حیات گیاهانی میکروسکوپی در یخ ها موجب شد که اکسیژن آزاد کنند. طی دوران گلوله برفی، یخ رودها مقادیر زیادی از خاک غنی از فسفر را از سنگ های زیرین جدا کردند. پس از این که یخبندان به پایان رسید، رودخانه ها این خاک را به اقیانوس ها رسانده و میکروب ها را تغذیه کردند. مقادیر بالای فسفر به گسترش حیات منجر شد و همچنین کربن مدفون در اقیانوس که در نتیجه به ذخیره اکسیژنی ختم شد.

طی سال های گذشته مطالعه روی رسوبات سراسر دنیا، حاکی از افزایش ناگهانی فسفر در انتهای دوران گلوله برفی بود. در مقابل این مدارک صرفا مفروض در سال 2014، با مطالعه بر سطح کرومیوم سنگ های قدیمی (که در شرایط اکسیژنی متفاوت فرق دارد)، سعی شد مقدار اکسیژن دوران گلوله برفی تخمین زده شود. تا 800 میلیون سال پیش، مقدار اکسیژن جوّ فقط یک صدم مقدار امروزی بوده است.

با استدلال به این که در مناطق کم اکسیژن امروزی پیچیدگی اکوسیستمی و تنوع جانوری کمتری وجود دارد، آن مقدار اکسیژن اصلا در حدی نبوده که بخواهد حیات را ممکن کند. البته این استدلال چندان محکم نیست. نتایج منتشر شده از آزمایش هایی در سال 2014، حاکی از این است که تعدادی از جانوران قادرند با اکسیژنی بسیار کمتر از حد مفروض زنده بمانند. اسفنج ها که از قدیمی ترین انواع جانوران هستند، برای ادامه حیات به 0.5 درصد سطح اکسیژن امروزی نیاز دارند. بر این مبنا، اکسیژن منشا همه کاره ای نبوده است.

پیچیده شدن موجودات زنده در طی فرگشت

البته در سال های اخیر ایده دیگری نیز مطرح شده است. ریچارد بویل از دانشگاه دانمارک جنوبی می گوید: «تا وقایع یخبندان گلوله برفی، هیچ جانوری پیچیده تر از اسفنج نبوده است. این به نظرم تصادفی نیست.»

از نظر بویل معمای حقیقی پدیدار شدن جانوران چندسلولی نیست؛ بلکه ظهور تفکیک سلولی است؛ ظهور سلول های خاص کبد، عضلات و خون. این سلول های اختصاصی فرصت را برای پیچیده تر شدن جانوران فراهم کرد.

درک چگونگی این فرگشت چندان ساده نیست، چون سلول های اختصاصی مختار به تولید مثل نیستند. بلکه مجبور به فداکاری و همکاری مداوم با دیگر اعضای بدن هستند تا به هدف متعالی زندگی جانور جامه عمل بپوشانند. تنها سلول های اختصاصی تولید مثل کننده ، مانند اسپرم و تخمک ها هستند که می توانند نسلی جدید را پدید بیاورند.

در مقابل، گیاهان برای تولید مثل فقط به دامان سلول های اختصاصی جنسی چنگ نمی زنند. با قلمه زدن و تکه گرفتن از ریشه یا ساقه آنها هم می توان این عمل را ممکن کرد. در مقابل، نمی توان با کندن تکه ای از یک جانور، یکی دیگر از رویش ساخت. به عقیده بویل، سختی دوران گلوله برفی باعث شده که سلول های جانوری این انعطاف پذیری را قربانی کرده و به اختصاصی گری رو بیاورند.

چطور موجودات زنده به همکاری با هم روی آوردند؟

به گفته بویل، در دوره گلوله برفی، حیات به بخش های کوچکی محدود می شده که با حرارت مرکزی زمین به موجودیت خود ادامه می دادند و قطعا آبستن انقراض ها و تخریب جمعیت های مداوم بوده است. جمعیت های باقیمانده به مشتی موجود زنده محدود بود. به عقیده بویل، این گروه های کوچک عموما پیوند نزدیکی داشته و از این رو بیشتر از حالت عادی به همکاری گرایش داشته اند.

مدت هاست زیست شناسان می دانند جانوران برای کمک به نزدیکان خود مشتاق ترند. زیرا از این راه ژن های مشترک بینشان نیز سود خواهند برد. برای مثال، بین حیوانات وحشی، به فرزندی پذیرفتن توله های خویشاوندان خیلی محتمل تر از توله های ناشناس است. به عقیده بویل، زمین گلوله برفی سلول ها را وادار به نزدیکی بیشتر کرده است؛ در حالی که پیش از آن زیستن به عنوان سلول جانوری بهای گزاف تری داشته است.

استدلال بویل مورد بحث است و مخالف دارد. نیک باترفیلد، دیرین شناس دانشگاه کمبریج عقیده بویل را جالب می داند، اما تاکید دارد که اکثر زمین شناسان امروزی ایده زمین گلوله برفی سخت را صحه نگذاشته و طبعا ماجرای چشمه های آب داغ را هم قبول ندارند. از نظر باترفیلد در زمان گلوله برفی، حیات به قسمت های استوایی کناره گیری کرد و به روال قبلی اش ادامه داد.

متاسفانه فسیل های کافی نیز برای رد یا تایید این نظریه ها وجود ندارد. قدیم ترین فسیل هایی که از موجودات پیچیده در دست داریم، مربوط به 560 میلیون سال پیش هستند. علم ژنتیک هم در این زمینه کمک خاصی نمی کند. دانشمندان با عقبگرد در شجره خانوادگی جانوران و تخمین تغییرات ژنتیکی، زمان ظهور اولین جانوران را حدودا 750 میلیون سال پیش بیان می کنند. اما این تخمین های «ساعت های ملکولی» بشدت غیرقابل اطمینان هستند.

در هر حال، کشفیات جدید بر پا گرفتن حیات جانوری در دوران گلوله برفی تاکید دارند. مالکوم والاس از دانشگاه ملبورن استرالیا سال 2014 موفق به کشف دسته فسیل هایی در نقاط دوردست استرالیا شد. وی در نقاط دوردست تپه های قدیمی فسیل های حباب شکلی با فاصله سه سانتی متر از هم یافت. به گفته وی، این فسیل های پیچیده شبیه هیچ کدام از رسته های حیوانات نیستند. قدمت آنها به حدود 700 میلیون سال پیش باز می گردد. والاس و همکارانش عقیده دارند موفق به کشف مرحله میانی بین میکروب های تک سلولی و جانوران چند سلولی شده اند.

به عقیده والاس یخ رودهای دوران گلوله برفی نه مانع فرگشت که عاملی برای بر هم زدن نظم سیستم جوّی اقیانوس ها بوده و زمینه نمو موجودات پیچیده را فراهم کرده است. بویل هم احتمال می دهد این فرگشت پیش از پایان دوران یخبندان رخ داده باشد، اما مرحله کلیدی را زمانی می داند که سلول ها تصمیم به خلع خود از توانایی تولید مثل و عهده دار شدن نقش های اختصاصی گرفتند.

تا کنون مدرکی برای نقض حرف بویل و اثبات ارتباط این فرگشت با پیش از دوران یخبندان یافت نشده است. از سوی دیگر باترفیلد همه را به خطا متهم کرده و پدیدار شدن حیات پیچیده را به 750 میلیون سال پیش نسبت داده و آن را علت کاهش دما و در نتیجه آغاز یخبندان می داند.

نقش جانوران در تغییر محیط قابل انکار نیست. مثلا می دانیم که فعالیت کرم ها روند شکست سنگ را تسریع می کند. خاک حاصله از سنگ به دی اکسید کربن هوا واکنش نشان داده، مواد معدنی جدیدی را به اقیانوس سرازیر کرده، دی اکسید کربن را از هوا می زداید. آبزیان نیز با تغذیه از بقایای ارگانیسم های مرده حفظ اکسیژن را سبب می شوند. از سویی مطالعه ای در سال 2011، طی شبیه سازی چرخه های شیمیایی اقیانوس، نشان داد فرگشت آبزیان جدید، می تواند موجب حمل کربن بیشتر به سطح اقیانوس و در نتیجه تغییر آب و هوا شود.

با وجود همه تفاسیر، هنوز اجماعی بر سر نظریه ها صورت نگرفته است. مهم این است که از این مطلب عبرت بگیریم و طور دیگری به ذات تغییرپذیر جهان نگاه کنیم. در حال حاضر مصرف بی رویه سوخت های فسیلی گرمای زمین را رقم می زند، اما برخورد یک شهابسنگ بزرگ همچنان که سر دایناسورها آمد، قادر است گرد و غبار کافی برای مسدود کردن مسیر نور خورشید فراهم کند و سرمایی استخوان سوز پدید بیاورد. از طرف دیگر، امروزه دمای اقیانوس ها کمتر از دوران دایناسورهاست. پس دور از ذهن نیست که اقیانوس ها هم دچار یخ زدگی شده و زمین به کام یخبندانی دیگر فرو برود.

چه سیاره ما داغ شود چه سرد، یک چیز واضح است: باید از آن سلول های بدوی جانوری عبرت بگیریم و متحد با هم زندگی کنیم.

منبع: جام جم آنلاین

انتهای پیام/

خبرگزاری تسنیم: انتشار مطالب خبری و تحلیلی رسانه‌های داخلی و خارجی لزوما به معنای تایید محتوای آن نیست و صرفا جهت اطلاع کاربران از فضای رسانه‌ای بازنشر می‌شود.