ردپاي نخستين موجودات زنده

آفريقاي جنوبي، سپتامبر 2008. "فرانس وستل"(1) در منطقه بربرتون،(2) به گشت و گذار مي پردازد. او در كوله پشتي خود يك چكش، يك قطب نما، يك دوربين عكاسي و يك دفتر يادداشت دارد. به نظر مي رسد تخته سنگ هاي خاصي نظرش را جلب كرده است. اين تخته سنگ ها كه "شرتش"،(3) نام دارند، داراي درخشش و جلايي هستند كه حاصل نشست سيليس بر رسوبات آتشفشاني است. فرانس با وسواس و دقت فراواني يادداشت برداري مي كند. او آفريقاي جنوبي را به خوبي مي شناسد، زيرا اين منطقه زادگاه اوست. اما اگر اكنون اين محقق بزرگ "مركز ملي تحقيقات علمي" CNRS (4) بر خاك آفريقا و مرز سوازيلند(5)، قدم گذاشته، نه به ياد اجداد و اصل و نسب خود، كه در جست و جوي كشف نشانه هايي است كه مربوط به نخستين موجودات زنده در طبيعت مي شود. او مي خواهد بداند حيات گياهان و جانوران كه اكنون با اين تنوع و وفور در منطقه يافت مي شوند، چگونه آغاز شده است؛ مكاني كه به دليل قدمت بالايش در جهان نام آور است. عمر تخت سنگ هاي شرتس به حدود سه ميليارد و دويست تا سه ميليارد و پانصد سال مي رسد.
همچون "پيلبارا"، (6) در غرب استراليا، بربرتون پر است از ردپاي كهنسال ترين موجودات زنده. اما اين آثار به جا مانده بسيار كوچك هستند، زيرا در آن زمان هنوز دايناسورها، حشرات و جلبك ها وجود نداشتند و باكتري هاي كوچك كه طول آنها حداكثر به چند هزارم ميلي متر مي رسيد، تنها موجودات زنده در دنيا بودند. آيا مي دانيد اين اطلاعات از كجا به دست آمده است؟ از فسيل ها (سنگواره ها) يا به عبارتي از آثار به جا مانده بر روي سنگ ها.
پيدا كردن فسيل ها كار بسيار دشواري است، زيرا تنها تعداد كمي از موجودات زنده- حدود يك دهم درصد- به فسيل تبديل شدند. به طور كلي، فسيل شدن پديده اي نادر است و تنها زماني اتفاق مي افتد كه مجموعه اي از شرايط به طور هم زمان فراهم شود.
با اين حال، اين پديده در ابتداي حيات زمين بارها اتفاق افتاده است. نخستين و ابتدايي ترين شرط لازم اين است كه بدن موجود زنده بلافاصله پس از مرگ، از لايه اي خاكستر، گل و لاي، لجن يا رسوبات پوشيده شود. سپس بخشي از آن توسط خورنده هاي موجود در طبيعت از بين رود؛ به عبارت ديگر، حجم آن كم شود و بقاياي آن توسط جريان آب يا هوا در محيط پراكنده شود. در اين مرحله، گياه يا جانور بايد زير خاك مدفون شود تا باكتري هاي موجود در خاك به قسمت هاي ضعيف تر و مواد شيميايي به قسمت هاي سخت تر آن حمله كنند. اكنون ممكن است فرايندهاي گوناگوني رخ دهد؛ اگر رسوبات، سوراخ هاي ايجاد شده را پر كنند، قالب فسيل بسته مي شود. براي نمونه، مي توان به فسيل هاي به جا مانده از دوره دوم تاريخ زمين شناسي اشاره كرد كه در طول چند صد ميليون سال كف درياها را پر كردند. اگر به جاي رسوبات، اين سوراخ ها از آب هاي معدني پر شود، بدن موجود زنده به سنگ فسيلي تبديل مي شود كه لايه اي از باكتري آن را احاطه مي كند و همين لايه، قسمت هايي از آن را از بين مي برد؛ به اين شكل كه فسيل موجود، تنها از سيليس و كربنات كلسيم تشكيل و اجزاي دروني ديگر به كلي ناپديد مي شود. سومين فرايند محتمل كه مورد توجه ديرين شناسان قرار گرفت، اين بود كه بدن موجود زنده به علت نبود اكسيژن و باكتري هاي خورنده در خاك حل نمي شود و در اين صورت، مواد معدني جايگزين اجزاي اصلي تشكيل دهنده آن مي شود. بنابراين فسيل هايي كه شكل خود را حفظ مي كنند و در سنگ ها و صخره ها با درخششي خاص كه محصول سولفور آهن است يافت مي شوند، اين فرايند را طي كرده اند. تخته سنگ هاي شرتس در پيلبارا نيز اين فرايند را پشت سر گذاشتند، با اين تفاوت كه در اين محيط، باكتري هاي موجود به سيليس تبديل شده بودند.
اين فرايند، فرصتي استثنايي براي ديرين شناسان است؛ زيرا در اين صورت موجود فسيل شده، بافت هاي سست و سخت خود را با همه اجزايش حفظ كرده است. ولي براي به دست آوردن اطلاعات بيشتر، بايد زمان حيات موجود فسيل شده را تعيين كرد.
يك اصل ساده، تخمين اين زمان را امكان پذير مي سازد: محققان به طور تجربي دريافته اند كه لايه هاي فوقاني، از لايه هاي زيرين جوان تر هستند و يك لايه افقي در تمام نقاط داراي يك سن واحد است. همچنين، هنگامي كه يك فسيل بين دو فسيل ديگر كه سن آنها مشخص شده قرار گرفته باشد، مي توان نتيجه گرفت كه سن آن از فسيل زيرين كمتر و از فسيل فوقاني بيشتر است. براي مثال، فسيلي كه ميان فسيل يك خزنده كه 270 ميليون سال پيش يا بيشتر و فسيل يك دوزيست كه 350 ميليون سال پيش مي زيسته، قرار داشته باشد، مي توان قاطعانه استنباط كرد كه سن فسيل مياني، بين 270 تا 350 ميليون سال است.
راه ديگري نيز براي تعيين قدمت يك فسيل كه ميان لايه هاي دو فسيل ديگر تحت فشار است، وجود دارد. همان طور كه مي دانيم، نمونه هاي مختلف يك اتم واحد، هر كدام داراي وزن خاص و منحصر به خود است كه ايزوتوپ ناميده مي شود. براي مثال ايزوتوپ X براي متلاشي شدن و تبديل شدن به ايزوتوپ Z، دقيقاً Y سال بايد سپري كند.
بنابراين با اندازه گيري ايزوتوپ اتم لايه هاي دو فسيل بالا و پايين و تناسب ميان دو ايزوتوپ، سن دقيق آنها به دست مي آيد. به همين ترتيب، براي سنگ هايي كه كمتر از 40 سال قدمت دارند، از فروپاشي كربن 14 و تبديل آن به ازت 14 استفاده مي كنيم: مستقيماً مي توان كربن متصاعد شده از فسيل را به عنوان معيار سنجش قدمت آن سنگ قرار داد. حتي مي توان از اين فراتر رفت و بر متلاشي شدن اتم عناصر ديگر نيز براي تعيين اين زمان تكيه كرد. براي نمونه، پتاسيم آرگون اين امكان را تا قدمت چند صد ميليون سال و يا روبيديوم استرنسيوم تا قدمت چند ميليارد سال فراهم مي كند.
بعد از تعيين زمان حيات اين موجودات ارزشمند، محققان درصد پي بردن به شرايط زندگي آنها درگذشته هستند و اين بار هم به مطالعه فسيل ها و مرجان هايي مي پردازند كه در مجاورت آن قرار دارند. وجود مرجان بر اين نكته دلالت دارد كه فسيل در درياهاي گرم و كم عمق مي زيسته است.
و بالاخره با مشاهده مجموعه سنگ هاي يافت شده در طول تاريخ، به راحتي مي توان به اين نكته پي برد كه بعضي از موجودات در طول زندگي خود عصر يخبندان را سپري كرده اند و بعضي ديگر در آب و هواي استوايي مي زيسته اند و به همين دليل متحمل تغييراتي در ساختار خود شدند و يا به كل جان خود را از دست دادند. بعضي از اين فسيل ها مربوط به موجوداتي است كه حدود 545 ميليون سال پيش مي زيسته اند.
با استناد به كامبريان(7) موجود يقيناً در آن دوره هنوز هيچ موجودي بر روي خاك گام ننهاده بود و نشانه هاي حيات تنها در آب درياها ديده مي شد. اما در زير آب جلبك هاي قرمز، سبز، قهوه اي و همه انواع جانوران داراي صدف و لاك و يا فاقد آن پيدا مي شد. همچنين در ميان آنها گونه هايي از موجودات با ظاهري عجيب و غيرعادي زندگي مي كردند؛ نظير هالوسيژنيا(8) كه كرمي پادار و گزنده است و ديرين شناسان را سردرگم كرده؛ اپابينيا(9) كه جانوري است با آبشش هاي خارجي، با پنج چشم و خرطومي بلند كه به يك آرواره نيز وصل است؛ و يا آنومالوكاريس(10) كه يك جانور وحشي عظيم الجثه است و دهانش شبيه به دهان عروس دريايي، چشم هايش شبيه به چشم هاي ميگو و بدنش شبيه يك بوته دريايي است. البته بعد از بررسي تمام جزئيات بقاياي آنها، ديگر تا اين اندازه عجيب به نظر نمي رسيدند. محققان دريافتند كه در نيمي از موارد، آنها شبيه به موجودات كنوني بودند- مهره داران نيز شامل آن مي شوند- بنابراين با جانداران 545 ميليون سال پيش آشنا شديم، اما پيش از آن چه؟ موجودات زنده اي كه پيش از اين زمان به كره زمين پناه آورده بودند چه شكلي داشتند؟ اينجاست كه مسائل پيچيده مي شود. زيرا تقريباً هيچ فسيلي كه مربوط به چند ميليون سال پيش از كامبريان شود، در سنگ ها و صخره ها يافت نمي شد. بنابراين آيا همه جانداران به يكباره پا به عرصه گيتي نهادند؟ مخالفان تا مدت هاي طولاني بر اين باور بودند، تا اين كه در سال 1965، "استانلي تيلر"(11) زمين شناس و "هاروارد السوبارگورن"(12) ديرين شناس، مقاله جنجال برانگيز در مجله Science منتشر كردند. در واقع تيلر كانادايي در ميان دانه هاي كوارتز كه مربوط به دو ميليارد سال پيش بود، حدود 10 ميليون گوي ذره بيني و رشته هاي تيره رنگ مشاهده كرد، در آن زمان هنوز كسي نمي دانست كه ساختار آنها به كمك باكتري ها تشكيل شده است. بارگورن هيچ شكي نداشت كه تيلر موفق به كشف چندين ميكروفسيل شده است. او در اين رشته ها و گوي ها دو گونه جلبك و دو گونه قارچ ذره بيني يافت؛ قارچ ذره بيني موجود تك سلولي است كه داراي يك تاژك است. تيلر و بارگورن موفق به كشف فسيل هايي شدند كه مربوط به يك ميليارد و 500 ميليون سال پيش از كامبريان بود. اين پديده انقلابي در دنياي ديرين شناسي محسوب مي شد.
چند هفته بعد از اين كشف شگفت انگيز، "پرستون كلود"(13) رئيس سابق مركز ديرين شناسي كميسيون مطالعات زمين شناسي آمريكا و استاد دانشگاه مينه سوتا(14) نيز در مجله Science مقاله اي در همين زمينه منتشر كرد. وي در اين مقاله به بررسي نمونه هايي كه گرفته بود پرداخت و عنوان كرد موفق به كشف چند ميكروفسيل شده است؛ ميكروفسيل هايي كه ديگر هيچ كس نسبت به اعتبار آن كوچك ترين شكي نداشت. در اين زمان رقابتي ميان ديرين شناسان ايجاد شد، همه در پي كشف قديمي ترين فسيل بودند، از اين جهت كشف هاي فراواني به دنبال هم اتفاق افتاد. در سال 1966 دو گروه كه يكي از آنها گروه بارگورن بود اعلام كردند در آفريقاي جنوبي ميكروفسيل هايي يافته اند كه قدمت آنها به سه ميليارد سال پيش باز مي گردد.
بيست و پنج سال بعد، جي ويليام اسچوف(15) دانشجوي بارگورن، طبيعت اين فسيل ها را از لحاظ ريست شناختي زير سوال برد. ولي در پايان سال 1980 و در استراليا او ميكروفسيل هايي قديمي تر از پيلبارا يافت كه بيشتر آنها فتوسنتزي و شبيه به استروماتوليت هاي (16) كنوني بودند.
اين ميكروفسيل ها در ميان سنگ هاي آتشفشاني آرام گرفته بودند، بنابراين مي توان نتيجه گرفت قدمت آنها به 3ميليارد و 500 ميليون سال مي رسد. هر چند اين كشف، يك ركورد شكني محسوب مي شد، اما پس از آن چند محقق اعلام كردند درباره صحت اين كشف ترديد دارند. بالاخره در سال 2002، گروه انگليسي- استراليايي "مارتين برازيه"(17) عنوان كرد ميكروفسيل هاي يافت شده نه از نوع استروماتوليت كه از ماده اي آلي تشكيل شده اند كه منشا آن آب هاي معدني جوشان بوده و بقاياي هيچ موجود زنده اي نمي توانند باشند. آيا اين فرضيه حيات موجودات زنده در 3/5 ميليارد سال پيش را نقض مي كند؟ برآورد اكثر محققان در پاسخ به اين پرسش منفي بود. در درجه اول، به اين دليل كه شواهد ديگري وجود داشت كه از وجود موجودات زنده در زماني نزديك به آن حكايت مي كرد؛ براي مثال استروماتوليت هاي باربرتون حدود 3 ميليارد و 400 ميليون سال قدمت داشتند. از سوي ديگر، از سال 1960 به بعد محققان دريافتند كه فعاليت ساختمان بدن موجودات زنده رابطه بين گونه هاي مختلف كربن را تغيير داده است: ساختمان بدنشان تمايل بيشتري نسبت به استفاده از كربن 12 كه سبك تر است دارد تا كربن 13. برازيه و همكارانش به هنگام تجزيه شرتس هاي پلبارا متوجه وجود مقدار فراواني كربن 12 شدند. براساس نظر آنها كربن 12 به هيچ وجه بر حيات موجودات زنده دلالت نمي كند، زيرا باكتري ها نمي توانند درجه حرارت بالاي آب هاي معدني جوشان را تحمل كنند. در مقابل به تازگي "فرانس وستل" با رد اين فرضيه عنوان كرد در شرتس هاي جنوب آفريقا فسيل هايي از باكتري پيدا كرده، باكتري هايي كه از تركيبات متان تشكيل شدند و ويژگي منحصر به فرد آنها زندگي در همسايگي سرچشمه آب هاي معدني جوشان و تبديل CO2 به قند با استفاده از سولفور هيدروژن متصاعد شده از اين آب هاست. بنابراين كربن 12 پيلبارا نيز، شانس حيات داشته است. با اين حال اين دانشمند از ارائه اطلاعات دقيق تر درباره نوع اين باكتري ها خودداري كرده است. براي دانستن اين جزئيات بايد اجزاي بدن اين موجودات را به دقت بررسي كرد، اما اين مسئله غيرممكن به نظر مي رسد. زيرا ديگر از بدن آنها نمونه اي باقي نمانده است. البته اين دليلي بر انكار حيات در آن زمان نيست؛ زيرا شواهد ديگري موجود است كه بر اين عقيده صحه مي گذارد. در سال 1996، "استيو موجزسيس"(18) شيمي دان آمريكايي تصور مي كرد اين ركورد را شكسته زيرا در جزيره آلكيليا(19) در گروئنلند(20) بر روي صخره هاي رسوبي مربوط به 3 ميليارد و نهصد ميليون سال پيش ردپايي از موجودات زنده كشف كرده است. نتايج وي بر رابطه ميان كربن 12 و كربن 13 موجود در گرافيت استخراج شده از اين صخره ها استوار است. تا اين زمان تقريباً هيچ كس متوجه وجود گرافيت در صخره ها نشده بود به همين دليل گروهي نسبت به اين ماده ترديد نشان دادند و اظهار كردند كه آنها، ماگما(21) يعني مواد گداخته درون زمين است و نمي تواند ردپاي موجودات زنده باشد. آنها معتقدند آنيدريد(22) كه از تركيب اكسيژن و كربن به دست مي آيد، مي تواند از يك واكنش كاملاً شيميايي به وجود آمده باشد.
يك محقق هلندي با تحقيقاتي كه اخيراً انجام داد، به كمك موجزسيس آمد، زيرا او از پيدا كردن نگاره بر روي صخره هاي آكيليا ناتوان مانده بود، تا اين كه "مارك وان زوليان"(23) با اندازه گيري ايزوتوپ آهن بر تكنيكي كاملاً جديد تكيه كرد. در مقاله اي كه سال 2004 منتشر كرد، نشان داد كه صخره هاي آكيليا از جنس ماگما نيستند و در اعماق اقيانوس ها در درجه حرارت پايين تشكيل شده اند، به اين صورت اين مكان مأمن موجودات زنده شد.
هنوز هم بحث و جدل ها در اين زمينه گرم است و محققان براي پيدا كردن ردپاي حيات موجوداتي قديمي تر به تكاپو ادامه مي دهند. صخره هاي قديمي، پديده هايي نادر در زمين هستند و بيشتر آنها در نتيجه حركات لايه هاي زمين از اعماق اين كره بالا آمدند و پس از آن درجه حرارت و فشار هواي محيط را پذيرفته و به دنبال آن فسيل ها نابود شدند و تنها تجزيه ساختمان بقايا و مطالعه ويژگي هاي شيميايي آنها مي تواند اطلاعاتي در اين مورد بدهد. ولي اين شيوه هم مصون از خطا نيست و نياز به شواهد ديگري نيز هست.
اگر فرانس وستل براي كشف باكتري ها به كند و كاو خاك آفريقا و استراليا ادامه دهد، در مي يابد كه بايد به سراغ مكاني دورتر رود. مكاني دورتر از زمين، بر روي سياره مريخ، زيرا در آنجا مقدار قابل توجهي صخره هاي قديمي وجود دارد. كسي چه مي داند، شايد او روزي بتواند در مريخ نشانه هايي از حيات بيابد، نشانه هايي كه در شناخت آغاز تاريخ حيات در جهان به ما كمك خواهد كرد...

پي‌نوشت‌ها:
 

1- Frances Westall
2- Borberton
3- Cherts
4- Eentre National de Recherche Scienti pique
5- Swazi Land
6- Pilbara
7- Cambrien
8- Hallucigenia
9- Opabinia ia
10- Anomalocaris
11- Stanley Tyler
12- Harvard Elso Barghoorn
13- Preston Cloud
14- Minnesota
15- J. William Schopf
16- Stromatolithe
17- Martin Brasier
18- Steve Mojzsis
19- Akilia
20- Groenland
21- Magmatique
22- Anhydride
23- Mark Van Zuilen
 

منابع:
Science et Vie, Decembre نشريه دانشمند شماره 549