فهرست مطالب
پژوهش تازه MIT با شناسایی استرولهای کمیاب در سنگهای دوران ادیاکارن نشان میدهد دمواسفنج بهاحتمال زیاد نخستین جانور روی زمین است.
به گزارش سرویس علمی تکناک، یک تیم ژئوشیمیدان از MIT در دل سنگهای کهنی که قدمتشان به بیش از نیممیلیارد سال میرسد، سرنخهایی یافته که نشان میدهد نخستین جرقههای حیات جانوری روی زمین احتمالا از تبار اسفنجهای دریایی برخاسته است.
این پژوهش که در نشریه معتبر «Proceedings of the National Academy of Sciences» منتشر شده، از کشف «فسیلهای شیمیایی» پرده برمیدارد؛ نشانههایی مولکولی که زمانی بخشی از ساختار موجودات زنده بوده و طی میلیونها سال در لایههای رسوبی مهر و موم شده است.
فسیلهای شیمیایی کشفشده نوع خاصی از استرانها (گروهی از مشتقات استروئیدی با هسته گونان) هستند؛ شکل پایدار زمینشناسی استرولهایی (زیرگروهی از مولکولهای ارگانیک) همچون کلسترول که در غشای سلولی موجودات پیچیده یافت میشود. پژوهشگران این استرانهای ویژه را به گروهی از اسفنجهای دریایی به نام «دمواسفنج» نسبت دادهاند. دمواسفنج انواع مختلفی دارد و امروزه در اندازهها و رنگهای گوناگون در سراسر اقیانوسها زندگی میکند. دمواسفنجها جاندارانی نرم و فیلترکنندهاند. نمونههای باستانی آنها احتمالا ویژگیهای مشابهی داشتهاند.
راجر سامنز، استاد برجسته ژئوبیولوژی MIT، میگوید: «ظاهر دقیق این جانداران را نمیدانیم، اما یقین داریم در محیط دریایی زندگی میکردهاند، بدنشان فاقد ساختار سخت بوده و احتمالا اسکلت سیلیسی نداشتهاند.» این شواهد مولکولی نشان میدهد اجداد دمواسفنج از نخستین شاخههای جانوری بودهاند که روی زمین تکامل پیدا کردند و احتمالا بسیار پیشتر از اغلب گروههای بزرگ جانوری ظهور یافتهاند.
این تحقیق به قلم لوبنا شوار، پژوهشگر سابق MIT و دانشمند کنونی کالتک، با همکاری گوردون لاو از دانشگاه کالیفرنیا ریورساید، بنجامین اووگس از دانشگاه کرنل، الکس زومبرگ از GeoMark هیوستون، پاکو کاردناس از دانشگاه اوپسالا در سوئد و خوزه-لوئیس گینر از دانشگاه ایالتی نیویورک انجام شده است.
بیشتر بخوانید: تبدیل آب شور به آب شیرین با کمک اسفنج جادویی
حتما بخوانید: امکان استخراج آب آشامیدنی از هوا با یک اسفنج جدید
01
از 02دمواسفنج و استروئید
پژوهش تازه ادامه مسیری است که این گروه در سال ۲۰۰۹ آغاز کرد؛ زمانی که برای نخستینبار رد پای فسیلهای شیمیایی منتسب به اسفنجهای کهن را گزارش دادند. آن مطالعه، با تحلیل نمونهسنگهایی در عمان، به وجود چشمگیر استرانهایی منجر شد که بقایای استرولهای ۳۰ کربنه بودند؛ استروئیدهایی کمیاب که تیم پژوهش نشان داد به احتمال بسیار زیاد از اسفنجهای دریایی اولیه سرچشمه گرفتهاند. این مولکولها در سنگهایی متعلق به دوره ادیاکاران کشف شدند؛ بازهای از حدود ۶۳۵ تا ۵۴۱ میلیون سال پیش، درست پیش از عصر کامبرین که زمین شاهد جهش ناگهانی و جهانی حیات چندسلولی پیچیده بود. این دادهها نشان میدادند که اسفنجهای نخستین بسیار زودتر از اغلب شاخههای حیات چندسلولی روی زمین ظاهر شده و شاید در فهرست اولین جانوران جهان جای داشتهاند.
با این حال، اندکی پس از انتشار یافتهها، موجی از فرضیههای رقیب شکل گرفت. برخی محققان پیشنهاد کردند که استرانهای ۳۰ کربنه شاید محصول جانداران دیگر یا حتی نتیجه فرآیندهای غیرزیستی و شیمیایی در پوسته زمین بوده باشند. اکنون تیم MIT با اتکا به فسیل شیمیایی تازهای که در همان سنگهای پیشاکامبرین یافتهاند، فرضیه اولیه خود را تقویت میکند. این مولکول جدید تقریبا بدون تردید سرچشمه زیستی دارد و نشان میدهد که رکورد شیمیایی ثبتشده در آن سنگها به احتمال قوی به اسفنجهای باستانی تعلق دارد.
02
از 02دانشمندان بهدنبال سرنخ
در ادامه خط پژوهشی گذشته، تیم تحقیقاتی بار دیگر سراغ سنگهای دوره ادیاکاران رفت تا نشانههای مولکولی حیات اولیه را ردیابی کند. نمونهها از مغزههای حفاری و برونزدهای سنگی در عمان، غرب هند و سیبری جمعآوری شد و پژوهشگران این سنگها را برای یافتن استرانها تحلیل کردند؛ مولکولهایی پایدار که نسخه زمینشناسی استرولها محسوب میشوند و در تمامی یوکاریوتها (دستهای از موجودات زنده هستند که سلولهایشان هسته واقعی دارد) از جمله گیاهان و جانوران حضور دارند. سامنز تاکید میکند: «اگر استرول یا مولکولهای غشایی مشابه نداشته باشید، یوکاریوت محسوب نمیشوید.»
هسته ساختار استرول از چهار حلقه کربنی به همپیوسته تشکیل شده است. زنجیرههای جانبی کربنی و گروههای شیمیایی افزوده، بسته به توان ژنتیکی هر موجود، میتوانند این ساختار را بسط دهند. برای نمونه، کلسترول انسانی ۲۷ کربن دارد، در حالی که استرولهای گیاهی معمولا ۲۹ کربنهاند. شوار میگوید: «وجود یک استرول ۳۰ کربنه واقعا غیرمعمول است.»
فسیل شیمیایی کشفشده در سال ۲۰۰۹ دقیقا همین ویژگی را داشت؛ یک استرول ۳۰ کربنه کمیاب. تیم تحقیقاتی سپس نشان داد این مولکول تنها با کمک آنزیمی ساخته میشود که ژن تولیدکننده آن در دمواسفنج بسیار رایج است. در مطالعه جدید، تیم تحقیقاتی با تمرکز بر شیمی این ترکیبات دریافت که همان ژن سرچشمه گرفته از دمواسفنج قادر است استرولی کمیابتر با ۳۱ اتم کربن تولید کند. با تحلیل نمونهسنگها، این بار استرانهای ۳۱ کربنه نیز در کنار استرانهای ۳۰ کربنه شناسایی شدند و فراوانی غیرمنتظرهای داشتند. شوار میگوید: «این استرانهای ویژه همیشه در نمونهها حضور داشتند. فقط باید پرسشهای درستی مطرح میکردیم تا هم پیدا شوند و هم سرچشمه واقعیشان را بشناسیم.»
پژوهشگران سپس نمونههایی از دمواسفنج زنده امروزی به دست آوردند و وجود استرولهای ۳۱ کربنه را در برخی گونهها تایید کردند؛ استرولهایی که پیشماده زیستی همان استرانهای ۳۱ کربنه کشفشده در سنگها هستند. آنها در ادامه، هشت نوع استرول ۳۱ کربنه را در آزمایشگاه سنتز کردند تا ساختارشان به عنوان استانداردهای مرجع تثبیت شود. پس از آن، این مولکولها را تحت شرایطی قرار دادند که دفنشدگی، دگرگونی و فشار میلیونها سال را شبیهسازی میکرد. نتیجه نشان داد تنها دو ترکیب، دقیقا به همان ساختار استرانهای ۳۱ کربنه موجود در سنگهای باستانی تبدیل میشوند. نبود شش نوع دیگر ثابت میکند که پیدایش این مولکولها حاصل شیمی غیرزیستی یا فرایندهای تصادفی طبیعی نیست.
این مجموعه یافتهها که از چند مسیر پژوهشی مستقل بهدست آمدهاند، بهطور قاطع نشان میدهد استرانهای باستانی سرچشمه زیستی دارند و توسط موجودات زنده تولید شدهاند؛ موجوداتی که به احتمال بسیار، همان نیاکان دمواسفنج امروزی بودهاند و توانایی ساخت این مولکولها را تا امروز حفظ کردهاند. سامنز توضیح میدهد: «ترکیب شواهد سنگشناسی، زیستشیمی اسفنجها و سنتز آزمایشگاهی سه خط پشتیبان فراهم میکند که همگی یک چیز میگویند: این اسفنجها از نخستین جانوران زمین بودهاند.» شوار ادامه میدهد: «در این پژوهش نشان دادیم چگونه میتوان یک بیومارکر را بهطور قطعی اعتبارسنجی کرد؛ اینکه یک سیگنال واقعا از حیات آمده، نه از آلودگی یا واکنشهای شیمیایی غیرزیستی.»
اکنون که کارآمدی استرولهای ۳۰ و ۳۱ کربنه به عنوان نشانگرهای مطمئن اسفنجهای باستانی تثبیت شده، تیم قصد دارد همان فسیلهای شیمیایی را در سنگهای کهن سایر نقاط جهان جستوجو کند. نمونههای کنونی تنها به این نکته اشاره میکنند که این رسوبات و اسفنجها در دوره ادیاکاران شکل گرفتهاند. گردآوری نمونههای بیشتر میتواند زمان ظهور نخستین جانوران را دقیقتر مشخص کند.
