جدید ترین عناوین خبری امروز
Registering new users is currently not allowed.
آیا یک انقراض میکروبی عظیم رخ داده است؟

دوران تاریک حیات

پس از گذشت میلیاردها سال، حیات به سختی اثری از خود به جای گذاشته است ، اما میشل مارشال دریافت که یک کارِ آگاهانه و هوشمندانه قادر است این تاریخ گمشده را روشن سازد.

بیشتر شواهد حیات روی زمین کمی بیش از نیم میلیارد سال قدمت دارند. دقیقا زمانی‌که یک انفجار تکاملی نوآوری، تقریبا تمام گونه‌های حیوانات و گیاهان زنده امروزی را تولید کرد.

داستان زندگی با توجه به انفجار کامبریَن(۱) (رویدادی که در آن شاخه‌های اصلی حیوانات پدید آمد) متشکل از ماهی‌ها، دوزیستان ، حشرات ، گیاهان زمینی ، فراز و فرود دایناسورها و نهایتا ظهور بشر است. در واقع این یک شرحی حماسی است که یک هشتم از تاریخ حیات را پوشش می‌دهد.

مشکل اینجاست که اگرچه حیوانات و گیاهان فسیل‌های زیادی از خود به جای گذاشته‌اند، اما صخره‌های متعلق به دوره‌ی قبل از کامبرین تقریبا هیچ اثری از زندگی قبل از خود را همراه نداشتند. این همان امری بود که چارلز داروین را آزرد. وی در این‌باره در کتاب خاستگاه گونه‌ها(۲) نوشت :

برای این سوال که چرا ما تاریخچه‌ای از این دوره وسیع از کهن نمی‌یابیم؟ هیچ جواب رضایت‌بخشی را نمی‌توانم بدهم.

از آن پس تعداد کمی از باقی مانده‌های فسیلی یافت شد. اما آن‌ها غالبا اشکال بسیار کوچک (در مقیاس میکروسکوپیک) بودند که تمایلی به برملا کردن رازهایشان نداشتند. در عین حال، در سال‌های اخیر، تحقیقات مبتکرانه‌ای راه‌های جدیدی را برای بلند کردن دریچه‌ی جعبه سیاه حیات یافته است.

داستان ۳٫۵ میلیارد سال اول حیات را می‌نگریم.  در این دوره ارگانیسم‌های تک سلولی افسانه‌ی حکم‌فرمایی هستند که همزمان تحولات عظیمی را رقم می‌زنند. این دوره با بدنیا آمدن قاره‌ها احاطه شده است. بزرگترین کنش آلودگی شیمیایی و رخداد تحولیِ غریبی که ممکن بود هیچ وقت در هیچ نقطه‌ای از عالم رخ ندهد در این دوره رخ داد.

این یک سفر حماسی است. پس کمربندهایتان را ببندید.

در آغاز زمین بود . زمین حدود ۴.۲۵ میلیارد سال قبل از سنگ ها و غبار تشکیل شد وکمی بعد سیارکی به سطح آن برخورد کرد ( یا احتمالا چندین سیارک ). شدت اصابت ، سطح زمین را ذوب کرد و تکه هایی از ماده‌ی زمین که بر اثر برخورد به داخل مدار زمین پرتاب شدند ، ماه را تشکیل دادند.

این مسئله که یکی از مهم‌ترین عناصر برای زندگی یعنی آب موجود در زمین از کجا پدید آمد یک بحث مفصل است. ممکن است این آب در درون سنگ‌هایی که سیاره را تشکیل دادند گیر افتاده باشد، یا بعدا توسط دنباله‌دارهایی به زمین آورده شده باشد، یا شاید از فضای میان ستاره‌ای آمده باشد و خودش به تنهایی از خورشید نیز مسن‌تر باشد.

زمان شروع حیات به طور دقیق مشخص نیست. گرگ فورنیر از دانشگاه صنعتی ماساچوست می‌گوید :

قدیمی‌ترین مدرک بدون بحثی که در دست داریم استروماتولیت‌ها (سنگ‌های رسوبی لایه به لایه که سن برخی از آنها به ۳.۷ میلیارد سال می‌رسد) واقع در رود استرلی در منطقه پیلبارای استرالیا هستند.

این میکرو ارگانیسم‌های در هم‌تنیده که در استرالیای غربی یافته و حفظ شده‌اند ، ۳.۴ میلیارد سال عمر دارند. این میکرو ارگانیسم‌ها نمی‌توانند نشانه حیات اولیه باشند چون سلول‌های آن‌ها دارای ساختار غشایی مجتمع است، در واقع همانند یک زنجیر در هم‌تنیده شده‌اند. فورنیر می‌گوید :

میکرو ارگانیسم‌ها ، اکوسیستمی از باکتری‌های گوناگون دارند.

ادعاهای یافتن قدیمی‌ترین فسیل‌ها به طور مداوم نظر همه را  به خود جلب می‌کند. به نظر می‌رسد اولین آثار شیمیایی شناخته شده از حیات متعلق به ۴.۱ میلیارد سال گذشته است، اما این سند بحث برانگیز است، زیرا بین ۴ تا ۳.۸ میلیارد سال قبل زمین توسط شهاب سنگ‌های آسمانی حالت خمیری و مذاب پیدا کرده بود و در واقع این رخداد باعث غیر قابل سکونت بودن زمین شده بود.

البته در سال‌های گذشته ، بمباران شهاب سنگ‌ها دوباره ارزیابی شد. شبیه‌سازی‌ها پیشنهاد کردند که به جای اینکه این حادثه در یک مدت کوتاهی اتفاق بیافتد، انفجار پایدار بوده است یعنی سنگ‌های آسمانی به طور مداوم با شدت‌های کم تا حدود ۳ میلیارد  سال گذشته به زمین برخورد می‌کردند.

گرچه این ضربات برای حیات مشکلاتی را ایجاد می‌کرد ، اما قادر به نابودی کامل آن نبود . این نتایج کمک کرد تا توضیحی بیابیم که چرا یک عقب گرد کوچکی در آگوست صورت گرفت، زمانی‌که محاسبات جدید ریشه‌های زندگی و حیات را به طور قطعی قبل از ۳.۸ میلیارد سال گذشته قرار داد.

دیوید پیسانی در دانشگاه بیرستول از انگلستان به همراه همکارانش اطلاعات ژنتیکی از ۱۰۲ گونه‌ی زنده را جمع آوری کردند و یک شجره‌نامه را ساختند تا نشان دهد که چگونه این گونه‌ها با هم در ارتباط هستند.

بعد آن‌ها اطلاعات محکمی از فسیل‌ها دریافت کردند و از آن‌ها برای فهمیدن اینکه تحول چقدر سریع رخ داده است ، استفاده کردند. در واقع به این اطلاعات اجازه دادن تا برآورد کنند که چه زمانی مراحل کلیدی در تاریخ زندگی رخ داده است . یکی از این اطلاعات “منشا آخرین اجداد مشترک جهانی” است که (۳)LUCA نام دارد. LUCA ها اولین ارگانیسم‌هایی که حتی قبل‌تر از آن‌ها هم وجود داشت ، دلالت بر آن دارند که حیات از آن‌چه که می‌توان تصور کرد راحت‌تر به پیش حرکت می‌کند.

ما در حال حاضر ایده‌هایی از چگونگی LUCA   در دست داریم. تیم‌های بسیاری روش‌های ژنتیکی مشابه روش پیسانی استفاده می‌کنند تا بفهمند چه ژنی از ابتدا بوده و کدام بعد از گذشت زمان نمو پیدا کرده است. کاملترین LUCA   در سال ۲۰۱۶ توسط ویلیام مارتین به همراه تیمش از دانشگاه دوسلدورف آلمان می‌باشد. آنها ۳۵۵ ژن را که احتمالا دارای LUCA بودند را شناسایی کردند ، این ژن‌ها نمایان کردند که LUCA  ها در یک مکان گرم زندگی می‌کردند و از کربن دی اکسید برای تولید استات که منبع غذایی آن‌ها نیز بود، استفاده می‌کردند . LUCA   دارای مکانیزم تولید آمینو اسیدها (بلوک های ساختمانی پروتئین) نبودند پس به احتمال زیاد آنها را از محیط دریافت می‌کردند.  LUCAها دارای ارگانیسم پیچیده‌ای هستند که تا کنون نیز برخی از توانایی‌های آنها برای ما پنهان است.

طی یک میلیارد سال بعد ، زندگی دگرگون شد. با توجه به مطالعات پیسانی ، اولین شکاف بزرگ حداقل ۳.۴ میلیارد سال گذشته اتفاق افتاد . این شکاف باعث بوجود آمدن دو نوع از ریز جانداران شد : باکتری‌ها و باستانیان (باکتری‌های باستانی(۴) ).

باستانیان در زیر میکروسکوپ غیر قابل تشخیص هستند ولی دارای بیو شیمی متمایزی هستند. آنها قادر به زندگی کردن در شرایط سخت از جمله دمای بسیار بالا هستند. باستانیان در طول حیات خود به شکل غیر معمولی تغذیه می‌کردند، که شامل روش خاصی به نام متانوژنز یا بیومانیزی است. به این ترتیب که متانوژن‌ها ( میکروب‌هایی از شاخه باستانیان ) کربن دی اکسید و استیک اسید را به انرژی بدست آورده شده‌ای تبدیل می‌کنند و متان را به  عنوان ماده اضافه آزاد می‌کنند. می‌توان گفت تحول باستانیان نقش مهمی در تاریخ حیات ِزمین ایفا کرده است.

فورنیر و یکی از شاگردانش جو ولف در حال بررسی منشا متانوژنز هستند. آن‌ها از روشی مشابه روش پیسانی استفاده می‌کنند. آن‌ها محاسبه کردند و به این نتیجه رسیدند که این پدیده در باستانیان متعلق به حدود ۳.۵ میلیارد سال پیش وجود داشته است. با توجه به تاریخ اولیه شگفت‌آوری که از مواد شیمیایی موجود در سنگ‌ها بدست آمد مشخص شد که متان در هوا وجود داشته است. این حقیقت با تغییرات آب و هوایی که اتفاق می‌افتاد نیز سازگاری دارد. ولف می‌گوید :

مدل‌های اتمسفری می‌گویند که زمین قادر به داشتن آب مایع در آن زمان بوده است. اما ما می‌دانیم که خورشید در آن زمان به اندازه حالا تابناک نبوده پس خورشید به تنهایی قادر به گرم کردن یخ و ذوب کردن آن نبوده است.

اما متان، یک گاز گل خانه‌ای قوی که می‌توانسته کمک کننده باشد . در نتیجه به نظر می‌رسد که باستانیان اولین ارگانیسم‌های موثر در شرایط جوی زمین بوده‌اند ، که با گرم کردن سیاره، بقیه اکوسیستم‌های ابتدای را نیز حمایت کردند. متانوژن‌ها یک تحول بودند ، ولی دارای یک نوع ناکار آمدی از تغذیه بودند. تحقیقی که در آپریل چاپ شد برملا کرد که چگونه زندگی به تدریج راه‌های بهتری برای تغذیه‌ی خود ایجاد کرد.

در ابتدا زمین به واکنش‌های شیمیایی که انرژی کمی آزاد می‌کردند تکیه داشت، که شامل متانوژن‌ها بودند. بعدا بعضی از باستانیان توانایی استفاده از سولفور را پیدا کردند ، که در واقع منبع انرژی بهتری بود، بعد شروع به استفاده از اکسیژن کردند که نقش موثری داشت. اما این زمانی ممکن بود که اکسیژنی در هوا وجود داشته باشد، حال سوال این است که اکسیژن از کجا پدید آمده بود؟

هیچ اکسیژن آزادی در ۲ میلیارد سال اول تاریخ زمین دیده نمی‌شود.

در عوض اکسیژن در فلزها و مواد شیمیایی محبوس شده بود، چون با فلزهای متفاوت به راحتی واکنش نشان می‌داد . همه‌ی این اتفاق ها ۲.۵ میلیارد سال پیش با رویداد بزرگ اکسیژنه شدن(۵) تغییر کرد. در حقیقت باکتری‌ها دیگر ظرفیت فتوسنتزی که ۳.۵ میلیارد سال قبل شروع شد را ایجاد کرده بودند. اما سیانوباکتریوم‌ها از اولین میکروارگانیسم‌هایی بودن که انرژی خورشید را برای ترکیب کربن دی اکسید و آب برای تولید شکر استفاده کردند و اکسیژن را به عنوان ماده بی مصرف آزاد کردند. با انجام این امر، سیانوباکتریوم‌ها تبدیل به دومین ارگانیسمی شدند که تاثیر جهانی داشتند.

حالا هوا دارای اکسیژن بود. اما میزان آن بسیار کمتر از امروز بود و تا یک میلیارد سال بعد هم میزان آن تغییری نکرد. با این اوصاف، اکسیژن باعث بوجود آمدن دراماتیک‌ترین حادثه طول تارخ زمین یعنی  یک عصر یخبندان شدید که باعث یخ زدن کل (تقریبا کل ) سیاره شد.

اولین زمینِ گوی برفی(۶) کمی بعد از ظهور اکسیژن شروع شد و تا ۲.۱ میلیارد سال قبل ادامه داشت. اکسیژن موجود در اتمسفر با متان تولید شده توسط متانوژن‌ها واکنش نشان داد و باعث کاهش تاثیر اثر گلخانه ای مواد شیمیایی شد.

زمین گوی برفی

 دلیل دوم ظهور اولین قاره بود . قاره‌ها از دریاها سطح تیره تری داشتند و بیشتر گرمای خورشید را به اتمسفر برمی‌گرداندند. در نهایت ، واکنش‌های شیمیایی با هوای دامنه کوه‌های تازه شکل گرفته باعث حذف گاز گلخانه ای دیگری یعنی کربن دی اکسید شد. ما عادت داریم که فکر کنیم اکسیژن یکی از مهمترین عناصر زندگی ماست، اما در ابتدا این اکسیژن به شکل مرگ آوری آلوده بود و فشرده شدن آن در هوا به احتمال زیاد باعث اولین انقراض انبوه بوده است. امروزه ، اکسیژن برای موجودات غیر هوازی سمی تلقی می‌شود. در نتیجه احتمالا برای بسیاری از میکروب‌های باستانی نیز کشنده بوده است.  یخی که در زمین گوی برفی وجود داشته بسیاری از زیستگاه را نابود کرده است. در حالیکه فسیل‌های میکروب‌ها برای نشان دادن این امر بسیار پراکنده هستند. فورنیر می‌گوید:

هیچ راهی برای تحقیق تجربی که آیا انقراض میکروبی عظیم رخ داده یا نه وجود ندارد.

دوره نه چندان خسته کننده‌ی میلیاردی

بعد از دوره تحول انجمادی ، یک دوره آرام سر می‌رسد . عقل متعارف می‌گوید با آب و هوای ثابت و میزان کمی از اکسیژن ، تحول باید از حرکت باز می‌ایستاد. تاریخ حیات بین ۱.۸ میلیارد تا ۸۰۰ میلیون سال پیش دوره‌ی خسته کننده‌ای بوده است و به “میلیارد خسته کننده” مشهور شده است. در حقیت در این دوره به نظر می‌رسد هیچ رخداد مورد بحثی وجود نداشته است . اما این نو آوری‌های تکاملی دلیلی شدند برای اینکه ارگانیسم‌ها وارد چالش مقابله با کمبود مواد غذایی شوند. به هر دلیلی، اولین جهش بزرگ، ظهور نوع جدیدی از ارگانیسم‌ها به نام یوکاریوت‌ها(۷) بود .

تحقیقات پیسانی نشان داد که این اتفاقات بین ۱.۲ تا ۱.۸ میلیارد سال گذشته دقیقا در عمق دوره‌ی “میلیارد خسته کننده” اتفاق افتاد.

سلول‌های یوکاریوت‌ها بسیار بزرگتر و پیچیده‌تر از هر ارگانیسمی که تا آن زمان وجود داشت، بودند.

آنها دارای غشای درونی پیچیده‌ای بودند . DNA آن‌ها درون محفظه‌ای به نام نوکلئوس (هسته) قرار داشت. آنها دارای ذراتی کوچک و سوسیس مانندی به نام میتوکندری بودند که انرژی آنها را تامین می‌کرد. فقط سلول‌های یوکاریوت‌ها می‌توانستند فرم‌های پیچیده و ارگانسیم‌های چند سلولی مانند گیاهان ، حشرات  و انسان‌ها داشته باشند. (سلول‌های باکتری و باستانیان قادر به ایجاد پیوند در چنین مسیرهای پیوسته‌ای نیستند.) در نتیجه ریشه‌ی یوکاریوت‌ها یکی از مهم‌ترین اتفاق‌ها در تاریخ حیات است. یوکاریوت‌ها از طریق همکاری با هم و نه با رقابت  بوجود آمدند که این خود باعث تسریع تکامل آنها شد. در حالی‌که باستانیان باید باکتری‌ها را می‌بلعیدند، در نتیجه دو ارگانیسم برای ادامه حیات به یک ارگانیسم تبدیل می‌شدند.

در واقع باکتری از اولین میتوکندری‌ها بودند. این‌که این اتفاق چطور افتاد هنوز مورد بحث است. ما به زودی با مطالعه گروهی از ارگانیسم‌هایی که تازه کشف شده‌اند به نام باستانیان آسگارد(۸) که نزدیک‌ترین تک سلولی به یوکاریوت‌ها هستند بیشتر خواهیم دانست.

در حالی‌که به نظر می‌رسد که زندگی فقط یک‌بار پیچیده و چند سلولی شده است، پیشنهاد باستانیان آسگارد یک رخداد عجیب بود. پس، باید دلایل کیهانی داشته باشد. این به این معنی است که گرچه سیاره‌های دیگر می‌توانستند برای تک سلولی‌ها محل زندگی باشند اما این باعث می‌شد سال‌های زیادی تک سلولی‌ها رشدکنند بدون اینکه حیات پیچیده‌ای را بوجود بیاورند .

با تکامل یوکاریوت‌ها حیات در زمین یک جهش بزرگ دیگری یافت و به چند سلولی بودن تبدیل شد. کی این اتفاق افتاد ؟ تا سال ۱۹۵۰ قدیمی‌ترین ارگانیسم چند سلولی از دوران کامبرین بود که از ۵۴۱ میلیارد سال قبل شروع شده بود . سپس چند دانش آموز انگلیسی فسیلی کشف کردند که اولین ادیاکاران شناخته شده بود ، ادیاکاران یک نمونه‌ی خارق العاده از چند سلولی‌ها بودند که بین ۵۴۲ تا ۶۳۵ سال گذشته زندگی می‌کردند، طبیعت این گروه یک راز است.

یک مطالعه جدید پیشنهاد کرد که حداقل یکی از آنها دیکینسونیا(۹) نام دارد. گونه‌ای از جانوران که نیم میلیارد سال دارد ، ادیاکاران‌ها اولین ارگانیسم‌های چند سلولی نبودند.

در سال ۲۰۱۶ ، یک تیم به سرپرستی شیزینگ ژو از مرکز زمین شناسی چین اشکال مستطیلی شکل که ۳۰ سانتی متر  طول داشتند و شبیه جلبک‌های دریای نخستین بودند و در سنگ‌های چینی یافت شدند و ۱.۵۶ میلیارد سال سنشان تخمین زده شد، را یافتند. قطعه‌های حفظ شده از مواد سلولی نشان می‌دهند که سلول‌ها در لایه‌هایی که محکم بسته‌بندی شده در کنار هم قرار گرفته‌اند و یک همزیستی از هم گسیخته ندارند، که این خود چند سلولی بودن این ارگانیسم ها را تایید می‌کند.

امسال، یک پژوهش پیگیرانه دریافت که تا ۱.۵۷ میلیارد سال قبل دریاهایی که این ارگانیسم‌ها در آن زندگی می‌کردند دارای اکسیژن کمی‌ بودند و سپس مقدار اکسیژن آن‌ها با زمان افزایش یافته است. این پیشنهاد مطرح شده است که این اکسیژن اضافی بود که به ارگانیسم‌ها توانایی رشد و پیچیده شدن را نمی‌داد.

اغلب افراد تعجب می‌کنند که چرا ارگانیسم‌های چند سلولی زمان زیادی برای نمو نیاز داشتند ؟ 

حالا ما پازل جدیدی داریم : چرا ارگانیسم‌ها یک میلیارد سال برای تبدیل شدن به فرم پیچیده‌ای از ادیاکاران ها زمان لازم داشتند ؟ شاید اکسیژن باید بیشتر افزایش می‌یافت یا شاید تحول بخاطر عصر یخبندانی که بین ۶۳۵ تا ۷۲۰ سال گذشته رخ داد کند شده است، در هر حال، میکرو فسیل‌ها شواهد کوچکی از گونه‌هایی که در آن زمان محو شدند را نشان می‌دهد. در واقع، این‌که برخی از ارگانیسم‌ها روی سطح یخی زمین نیز رشد می‌کردند هنوز در حال بحث است.

در نتیجه ، رازها هنوز باقی است . اعصار تاریک حیات هنوز به طور کامل به روشنی نپیوستند اما ما بسیار بیشتر از آنچه که چند سال گذشته می‌دانستیم، می‌دانیم. و این واضح است که حیاتی که ما امروزه می‌شناسیم بدون نوآوری‌های تحولی که در ۳.۵ میلیارد سال اول رخ داده است، بوجود نمی‌آمد.


(۱) Cambrian explosion

(۲) Origin of species

(۳) Last universal common ancestor

(۴) Archaea

(۵) Great oxygenation event

(۶) Snowball earth

(۷) Eukaryote

(۸) Asgard archaea

(۹) Dickinsonia

به اشتراک بگذارید
دیدگاه ها 2

2
دیدگاه بگذارید

avatar
2 رشته نظرات
0 رشته پاسخ‌ها
1 دنبال کنندگان
 
نظر دارای بیشتر واکنش
داغ‌ترین رشته نظرات
2 نویسنده نظر
leilajafariMilad poker نویسنده نظر اخیر
  اشتراک  
جدیدترین قدیم‌ترین بیشترین رأی
مطلع شدن
Milad poker
Guest
Milad poker

مقاله مفیدی بود👌

leilajafari
Guest
leilajafari

خیلی خوب بود عزیزم

رفتن به نوار ابزار