توجیه یک شکاف تکاملی

کمبود اکسیژن و فلز سنگین مولیبدن در اعماق اقیانوس کهن، ممکن است تکامل حیات جانوری روی زمین را حدود دو میلیارد سال به تعویق انداخته باشد. محققان با ردگیری مولیبدن در شیل های سیاه (که یک نوع سنگ رسوبی انباشته از مواد آلی است و اغلب در اعماق اقیانوس یافت می شود) به این نتیجه رسیده اند. مولیبدن یک ماده غذایی کم مقدار بسیار مهم برای حیات است و به صورت شاخصی از مقادیر اکسیژن موجود در اتمسفر و اقیانوس عمل می کند. نتایج این بررسی در شماره ۲۷ مارس نشریه نیچر منتشر شد. در پی افزایش اولیه اکسیژن در اتمسفر زمین در ۴/۲ میلیارد سال پیش، اکسیژن به سطح اقیانوس انتقال یافت تا نیاز میکروارگانیسم های نیازمند اکسیژن را تامین کند. به گفته «تیموتی لاینز» پروفسور بیوشیمی گروه علوم زمین دانشگاه کالیفرنیا و یکی از نویسندگان مقاله، تنوع این اشکال حیاتی تک سلولی همچنان پایین باقی ماند و تبار چندسلولی شان (جانوران) تا حدود ۶۰۰ میلیون سال پیش پدید نیامدند.
«لاینز» و همکارانش که حدس می زدند کمبود اکسیژن و مولیبدن ممکن است این شکاف تکاملی را توجیه کند، فراوانی مولیبدن در رسوب های دریایی کهن را در گذر زمان اندازه گیری کردند تا تخمین بزنند در آب دریایی که رسوب ها در آن شکل گرفته اند، چقدر فلز حل شده است. محققان شواهد چشمگیر و دست اولی یافتند مبنی بر وجود اقیانوس های تهی از مولیبدن، در مقایسه با مقدار اندازه گیری شده زیاد مولیبدن و سرشار از اکسیژن در آب دریای امروزی. «لاینز» می گوید؛ «این نقصان مولیبدن ممکن است پیشرفت حیات پیچیده (مثل جانوران) را حدود دو میلیارد سال در تاریخ زمین عقب انداخته باشد. مقدار مولیبدن در اقیانوس احتمالاً نقش مهمی در پیشرفت حیات ابتدایی بازی کرده است.» می توان مولیبدن را مثل آهن در زمان حاضر، به عنوان یک ماده غذایی کم مقدار و جواب مثبتی به حیات در نظر گرفت که چرخه زیستی نیتروژن را در اقیانوس منظم می کند. به گفته «لاینز»، «فراوانی اندک مولیبدن در اقیانوس ابتدایی در آن زمان، نشانگر میزان آب کم اکسیژن دریا در سرتاسر جهان است و نشان می دهد که مقدار اکسیژن در اتمسفر همچنان کم بوده است. دانستن مقدار اکسیژن در اقیانوس ابتدایی بنا به دلایل بسیار اهمیت دارد، از جمله درک اینکه اکسیژن قابل ملاحظه برای اولین بار چگونه و چه زمانی در اتمسفر انباشته شد. این مراحل اکسیژن سازی همان چیزی است که در نهایت باعث پیدایش جانوران حدود ۶۰۰ میلیون سال پیش شد، یعنی تنها در یک دهم آخر تاریخ زمین یا کمی بیشتر.»
برای آغاز، بقا و در نهایت گسترش حیات جانوری روی زمین، مقداری آستانه یی از اکسیژن (که گمان می رود یک تا ۱۰ درصد سطح اکسیژن در اتمسفر کنونی باشد) لازم بود. تحقیق پیشین نشان داد که اکسیژن سازی زمین طی دو مرحله اصلی رخ داده است؛ مرحله اول حدود
۴/۲ میلیارد سال پیش و هنگامی رخ داد که اقیانوس در گذر به حالتی بود که در آن فقط سطح اقیانوس توسط باکتری های فتوسنتزکننده اکسیژن دار شد، درحالی که اعماق اقیانوس نسبتاً بدون اکسیژن بود. مرحله دوم حدود ۶۰۰ میلیون سال پیش بود که آن واقعه را متمایز کرد. در آن زمان کل اقیانوس از طریق فرآیندی که هنوز کاملاً درک نشده است به طور کامل اکسیژن دار می شود. «کلینتون اسکات» دانشجوی تحصیلات تکمیلی که در آزمایشگاه «لاینز» کار می کند، می گوید؛ «ما می خواستیم از حالت اقیانوس بین این دو مرحله باخبر شویم. با ردگیری مولیبدن در شیل های سرشار از مواد آلی، فهمیدیم پس از مرحله اول اکسیژن (و مولیبدن) باقیمانده در اعماق اقیانوس ناکافی است.
این شرایط بر تکامل یوکاریوت های آغازی (نیاکان تک سلولی ما) تاثیری منفی گذاشته است. پیشینه مولیبدن همچنین به ما می گوید که اعماق اقیانوس حدود ۵۵۰ میلیون سال پیش تازه به طور کامل دارای اکسیژن شده است.» به نظر «اسکات» زمان بندی مراحل اکسیژن سازی نشان می دهد که رویدادهای چشمگیر در تاریخ زمین با هم ارتباط دارند. دانشمندان مدت ها تصور می کردند تکامل نخستین جانوران تا حدی با فرضیه مشهور به «گلوله برفیً زمین» مرتبط است. این فرضیه مسلم می داند زمین طی میلیون ها سال از یک قطب تا قطب دیگر در صفحه ضخیمی از یخ پوشیده شده بود. «اسکات» می گوید؛ «مرحله دوم اکسیژن سازی مدتی نه چندان طولاتی پس از آنکه رویداد «گلوله برفی زمین» پایان یافت (حدود ۶۰۰ میلیون سال پیش) رخ داد. بنابراین پرسش این است؛ آیا این یخ بندان جهانی نقشی در افزایش فراوانی اکسیژن، که آن هم به نوبه خود تکامل جانوران را میسر ساخته است، داشت؟»
مولیبدن (فلزی فراوان در اقیانوس های کنونی ولی کمیاب در اعصار گذشته) به دو دلیل ردیابی، روشی فوق العاده برای تعیین ماهیت شیمیایی دوران های آغازی است؛ نخست اینکه منبع اولیه مولیبدن در اقیانوس، فرسایش اکسایشی پوسته قاره یی است که نیازمند اکسیژن است. دوم آنکه مولیبدن در همان ابتدای کار (چون اکسیژن وجود نداشت و سولفید فراوان بود) در رسوبات دریایی از بین می رفت. بنابراین لازمه غنای مولیبدن در شیل های ابتدایی و سرشار از مواد آلی، وجود اکسیژن در اتمسفر و میزان زیاد گوگرد و بسیار اندک اکسیژن یا نبود آن در اعماق اقیانوس است. امروزه چنین ترکیبی تقریباً نادر است، اما شاید زمانی که فراوانی اکسیژن در اتمسفر ابتدایی تر کمتر بوده است، مقدار آن بیشتر بود. وقتی اکسیژن در اتمسفر وجود دارد، میزان مولیبدن محلول در آب دریا با مقدار رسوب های دارای هیدروژن-سولفید و آب های زیرین (پایین ترین لایه سرد و منزوی تر آب اقیانوس) تعیین می شود. در جایی که محیط های سولفیدی گسترده اند، قشر مولیبدن باقیمانده در آب دریا اندک است و با پس رفتن محیط های سولفیدی این قشر گسترش می یابد. مقدار مولیبدن در شیل های رسوبی در اعماق اقیانوس، نمایانگر میزان مولیبدن آب دریا است.

Astrobiology.com, ۲۷Mar.۲۰۰
ترجمه؛ الهیار امیری

منبع : روزنامه اعتماد