1
ترکیب آب‌وهوا، زمین‌شناسی و زیست‌شناسی باعث شکل‌گیری یکی از مهم‌ترین نقاط عطف تاریخ زمین شد: انفجار کامبرین. حدود ۵۳۰ میلیون سال پیش، بیشتر طرح‌های پایه‌ای بدن موجوداتی که امروزه نیز وجود دارند، در این دوران پدیدار شدند.
کشفیات جدید: آغاز زودتر از تصور
یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که عناصر کلیدی این تحول بزرگ، در واقع خیلی زودتر از شروع رسمی دوره کامبرین شکل گرفته‌اند؛ شاید بیش از ده میلیون سال قبل از آن.
شواهدی فراتر از استخوان‌ها و پوسته‌ها
برخلاف مطالعات معمول که بر بقایای سخت مانند استخوان‌ها و پوسته‌ها تمرکز دارند، این تحقیق بر فسیل‌های ردپا متمرکز شده است؛ یعنی مسیرها، تونل‌ها و اثراتی که موجودات هنگام خزیدن در رسوبات باستانی به‌جا گذاشته‌اند.
پژوهشگران این مطالعه
«المو میگز سالاس» از دانشگاه بارسلونا و «زکون وانگ» از موزه تاریخ طبیعی لندن این نشانه‌های ظریف را تحلیل کرده‌اند. هدف آن‌ها بازسازی آناتومی و رفتار جانوران اولیه در دوره انتقالی ایدی کاران-کامبرین، حدود ۵۴۵ میلیون سال پیش بوده است.
فسیل‌های ردپا: شواهدی از زندگی کهن
اهمیت فسیل‌های ردپا
در حالی که فسیل‌های کلاسیک عمدتاً شامل موجودات با ساختارهای سخت می‌شوند، فسیل‌های ردپا داستان متفاوتی را روایت می‌کنند؛ فعالیت موجودات نرم‌بدن که معمولاً بقایای اسکلتی از خود به‌جا نمی‌گذارند.
گفته‌های میگز سالاس
میگز سالاس توضیح می‌دهد:
«فسیل‌های ردپا اطلاعات ارزشمندی از دوره‌های تکاملی ارائه می‌دهند که در آن‌ها جانوران نرم‌بدن غالب بوده‌اند. این فسیل‌ها رفتار موجوداتی را نشان می‌دهند که بر اساس زیستگاه و واکنش به محرک‌های محیطی عمل کرده‌اند. بنابراین، آن‌ها شاخصی از شرایط بوم‌شناختی باستانی هستند.»
اهمیت دوره انتقالی ایدی کاران-کامبرین
این تمرکز زمانی اهمیت دارد که موجودات نرم‌بدن هنوز بیشتر از موجودات دارای پوسته بوده‌اند و دینامیک‌های بوم‌شناختی به سرعت در حال تغییر بوده است.
نقش خزشگران اولیه در تغییر بوم‌شناسی
خزشگران و حفاران اولیه
حفاران و خزندگان اولیه، بسترهای میکروبی در کف دریا را به هم می‌ریختند. این اتفاق راه را برای استراتژی‌های تغذیه جدید، طرح‌های بدنی تازه و در نهایت انفجار موجودات سخت‌پوسته که برای دیرینه‌شناسان آشناتر هستند، هموار کرد.
تحلیل مسیرهای فسیلی
تیم تحقیقاتی با اندازه‌گیری عرض، طول و الگوهای پیچ‌وتاب مسیرهای فسیلی مانند Archaeonassa، Gordia، Helminthopsis و Parapsammichnites موفق شدند قوانین مقیاسی را استخراج کنند که اندازه مسیر را به ابعاد بدن حیوان مرتبط می‌کند.
نتایج مهم تحقیق
نتایج نشان داد که موجوداتی با بدن‌های کشیده و باریک، حدود ۵۴۵ میلیون سال پیش فعال بوده‌اند.
میگز سالاس می‌گوید:
«این موجودات احتمالاً بدن‌های هیدرواستاتیک داشتند، با محور قدامی-خلفی، عضلات و احتمالاً تقسیم‌بندی بدن. همچنین، این موجودات می‌توانستند در یک جهت مشخص حرکت کنند و احتمالاً توانایی حسی داشتند تا در زیستگاه‌هایی که بسترهای میکروبی غالب بودند حرکت و تغذیه کنند.»
ویژگی‌هایی که پیش از انفجار کامبرین ظاهر شدند
توانایی‌های حرکتی پیشرفته
توانایی‌هایی مانند خزیدن جهت‌دار، حرکت عضلانی و تقسیم‌بندی احتمالی، شباهت زیادی به ویژگی‌های جانوران دوطرفه (بی‌لاتریایی) دارد که امروزه در زیست‌کره غالب هستند.
بازنگری در تاریخ تکامل
اگر این ویژگی‌ها مدت‌ها قبل از ۵۳۰ میلیون سال پیش وجود داشته باشند، رویدادهای انشعاب شاخه‌های تکاملی که معمولاً به دوره کامبرین نسبت داده می‌شوند، باید ریشه در اواخر دوره ایدی کاران داشته باشند.
میگز سالاس می‌افزاید:
«بنابراین، انفجار کامبرین و پیامدهای تکاملی آن ممکن است خیلی زودتر از آنچه تخمین زده شده، اتفاق افتاده باشد.»
یک فرآیند تدریجی
این یافته‌ها به جای یک انفجار ناگهانی، به یک بازه زمانی طولانی از آزمایش‌های زیستی اشاره می‌کنند. مهندسی بوم‌شناختی توسط حفاران فعال، جایگاه‌های زیستی جدیدی ایجاد کرد که موجودات بعدی از آن بهره‌برداری کردند.
ریاضیات و حرکت موجودات باستانی
رویکرد نوین کمی
تا کنون فرضیات مربوط به پیچیدگی پیش از کامبرین عمدتاً بر مشاهدات کیفی متکی بودند؛ سایت‌هایی پراکنده با مسیرهای احتمالی دوطرفه یا آثار مبهم از بدن موجودات.
اما این مطالعه جدید رویکردی ریاضی ارائه داده است.
مدل‌سازی ریاضی
نویسندگان، رابطه بین اندازه مسیرها و طول بدن موجودات امروزی را مدل‌سازی کردند و سپس این رابطه را به فسیل‌های ردپا اعمال کردند. این روش تخمین‌های آماری دقیقی از عرض، طول و سرعت حرکت جانوران اولیه ارائه داده است.
میگز سالاس بیان می‌کند:
«این کشف جدید مسیر را برای مطالعه کمی فسیل‌های ردپای آینده در دوره ایدی کاران باز می‌کند و می‌تواند اثبات کند که انفجار زیستی نه در کامبرین، بلکه میلیون‌ها سال قبل‌تر رخ داده است.»
کاربردهای آینده این مدل
همین قوانین مقیاسی می‌توانند در سایر تحولات زیستی مهم مانند رویداد تنوع‌بخشی بزرگ اردویسین نیز به کار گرفته شوند و معیاری ثابت برای مقایسه تغییرات تکاملی در طول زمان زمین‌شناسی فراهم کنند.
تغییر در جدول زمانی حیات
بازنگری در فرضیات دیرینه‌شناسی
اگر موجودات پیچیده دوطرفه ۵۴۵ میلیون سال پیش در حال شکل‌دهی به زیستگاه‌های کف دریا بوده‌اند، دیرینه‌شناسان باید در فرضیات طولانی‌مدت خود تجدیدنظر کنند.
محرک‌های زیستی و محیطی زودهنگام
عواملی مانند افزایش اکسیژن، تغییرات اقیانوسی یا جهش‌های ژنی احتمالاً خیلی زودتر از آنچه تاکنون تصور می‌شد در جریان بوده‌اند و انفجار قابل‌مشاهده تنها نقطه‌ای بوده که تنوع زیستی در فسیل‌ها به شکل گسترده حفظ شده است.
نقش رفتارهای حیوانی
این مطالعه همچنین بر نقش رفتارهایی مانند حفاری، تغذیه از بسترهای میکروبی و مخلوط کردن رسوبات به عنوان محرک‌های تکاملی تأکید می‌کند. جانوران متحرکی که رسوبات را برمی‌گرداندند، می‌توانستند مواد مغذی آزاد کنند، جوامع میکروبی را تغییر دهند و رقابت‌های زیستی را که باعث نوآوری‌های بیشتر می‌شد، آغاز کنند.
آینده اکتشافات
اکتشافات بیشتر در دوره ایدی کاران
اکتشافات آینده در لایه‌های انتهایی دوره ایدی کاران ممکن است مجموعه‌های بیشتری از فسیل‌های ردپا را آشکار کند که می‌توانند این جدول زمانی جدید را تأیید کنند.
ابزارهای پیشرفته برای مطالعات آتی
اسکن‌های سه‌بعدی با وضوح بالا، شاخص‌های ژئوشیمیایی و تاریخ‌گذاری دقیق رادیومتریک می‌توانند سطوحی که مسیرها در آن‌ها شکل گرفته‌اند را به سنین و شرایط محیطی خاص پیوند دهند.
چشم‌انداز جهانی برای پژوهشگران
در همین حال، چارچوب ریاضی ارائه‌شده توسط میگز سالاس و وانگ ابزاری جهانی در اختیار محققان قرار می‌دهد تا نشانه‌های کمرنگ سطحی را به تصویری زنده از اولین جانداران متحرک زمین تبدیل کنند.
تکاملی تدریجی
با عقب بردن زمان انفجار کامبرین به چندین میلیون سال قبل، فسیل‌ها به ما یادآوری می‌کنند که تاریخ حیات اغلب مرزهای کتاب‌های درسی را محو می‌کند. تکامل، همانند زمین‌شناسی، معمولاً به تدریج پیش می‌رود – تا زمانی که شواهدی پیدا کنیم که مراحل ظریف آن را ببینیم.
این مطالعه در مجله Geology منتشر شده است.