8 دقیقه
سالترلا یک فسیل ریز و نامتعارف از آغاز دوره کامبرین است که دانشمندان را وادار کرده تا بازنگری کنند که چگونه نخستین حیوانات یاد گرفتند پوسته و اسکلت بسازند. این موجود مخروطیشکل که در سنگهای کامبرینی فراوان است، به شکلی نادر در ثبت فسیلی هم پوستهٔ بیرونی و هم پوشش معدنی داخلی را ترکیب میکند؛ ویژگیای که آن را به قطعهای حیاتی در معمای سرچشمهٔ بیومینرالیزاسیون برای دیرینهشناسان تبدیل میکند.
نمونههای فسیل سالترلا از کانادا. این نمونه از سوی ملت بومی Na-Cho Nyäk Dun و با همکاری میراث دولت یوکان به امانت داده شده است. جمعآوری از قلمرو سنتی آنها با اجازهٔ آنان انجام شده. اعتبار تصویر: Spencer Coppage برای دانشگاه ویرجینیا تک
فسیلی که حاضر نیست در یک درخت خانوادگی راحت قرار گیرد
دورهٔ آغازین کامبرین (حدود 538 تا 506 میلیون سال پیش) یک بازهٔ محوری در تاریخ تکامل است که در آن بیشتر شاخههای اصلی جانوری شروع به تولید اسکلتها و پوستههای معدنی کردند. پس از بیش از نیم میلیارد سال، بسیاری از همین راهبردها همچنان به عنوان طرحهای غالب باقی ماندهاند: برخی حیوانات مواد معدنی را روی چارچوبهای آلی ترشح کردند (مانند استخوانها و دندانها)، در حالی که برخی دیگر بهطور منفعل مواد معدنی خارجی را به هم چسبانده یا تجمع دادند تا زرههای محافظ بسازند؛ اما پژوهش روی فسیلها نشان میدهد که تنوع راهحلهای بیومینرالیزاسیون در آغازِ این دوره بسیار بیشتر از تصورات پیشین بوده است.
سالترلا اما هیچیک از این دو راهبرد را بهصورت ساده و مطلق دنبال نمیکند. بهجای اینکه صرفاً پوستهای معدنی ترشح کند یا بهطرز منفعلانهای رسوبات را به هم بچسباند، سالترلا یک پوستهٔ مخروطی نازک دور بدنش ساخت و سپس فضای داخلی پوسته را با مجموعهای گزینشی از دانههای معدنی پر کرد تا یک پوشش داخلی محکم و همپوشان ایجاد شود. این ساختار «دوگانه» غیرمعمول—مخروط خارجی همراه با داخل عمداً پرشده—قرار دادن سالترلا در درخت زندگی را پیچیده کرده و تاکنون آن را به یک چالش نظاممند برای طبقهبندی تبدیل کرده است.
در طول تاریخ طبقهبندی فسیلها، سالترلا میان گروههای بسیار متفاوتی نوسان داشته: زمانی با سرپایان (مانند ماهیخورکها و هشتپاها) همترازی شده، بعدها به خویشاوندان مخاطداران (gastropods) نسبت داده شده، در دورهای به اجداد ژلهماهیها (jellyfish) تشبیه گردید و گاهی با کرمها مقایسه شده است. تا دههٔ 1970، سالترلا و فسیل مشابهی به نام Volborthella در یک گروه مجزا قرار گرفتند عمدتاً به این دلیل که جای مناسبی در گروههای شناختهشده نداشتند. برای دههها این دو فسیل در سنگهای کامبرینی فراوان ولی از منظر تکاملی تا حد زیادی مرموز و «یتیم» باقی ماندند.
Prescott Vadya، دانشجوی تحصیلات تکمیلی علوم زمین، بررسی عمیقی روی سالترلا انجام داده است؛ موجودی که هم پوسته و هم اسکلت داخلی داشت. اعتبار تصویر: Spencer Coppage برای دانشگاه ویرجینیا تک
چگونه پژوهشگران بخشی از راز را گشودند
Prescott Vayda، دانشجوی علوم زمین، رهبری یک مطالعهٔ چندساله و بینمؤسسهای را بر عهده داشت که سالترلا و خویشاوندان آن را با استفاده از نمونهبرداری میدانی و تحلیلهای معدنی آزمایشگاهی بازبینی کرد. وی و همکارانش نمونههایی را از محوطههای کلاسیک کامبرین—دره مرگ (Death Valley)، یوکان در کانادا، و شهرستان وایث (Wythe County) در ویرجینیا—جمعآوری کردند و سپس با میکروسکوپی پیشرفته، روشهای ریزساختار معدنی و تکنیکهای ژئوشیمیایی به تحلیل شکل پوسته، انتخاب دانهها و ساختار بلوری پرداختند تا سازوکارهای احتمالی ساخت و ساز معدنی را بازسازی کنند.
نتایج تصویری غیرمنتظره را نشان داد. سالترلا ترکیبی از رسوبهای تصادفی را در درون پوسته نگه نداشت؛ بلکه گزینشی عمل میکرد: برخی دانهها مانند رسها کنار گذاشته میشدند، کوارتز تحمل میشد اما ترجیح داده نمیشد، و مواد سنگینتر یا نادرتر—آنچه مقاله بهصورت بازیگوشانه «دانههای انتخابی» مینامد مانند مواد غنی از تیتانیوم—بهطور ترجیحی وارد داخل پوسته شدهاند. این الگوی توزیع دانهها نشاندهندهٔ گزینش فعال است، نه پرشدن منفعلِ حفره به واسطهٔ جریان یا رسوبات بیتفاوت.
مشاهدهٔ گزینش دانهها دلالت بر عملکرد زیستی دارد. پوشش معدنی داخلی میتوانسته در تثبیت جانور در رسوبات نرم کف دریا کمک کند، مرکز جرم او را برای حرکت تغییر دهد، یا حتی در فرآیند تغذیه نقش داشته باشد—برای نمونه بهعنوان بالاست یا زیرلایهای برای به دام انداختن ذرات غذایی. برای جمعآوری و قرار دادن چنین دانههایی، سالترلا احتمالاً اندامکها یا سازههایی داشته که توانایی انتخاب و دستکاری ذرات را فراهم میساختهاند؛ این استنباط رفتاری پیامدهای مهمی برای درک تکامل رفتارهای سازهسازی و تعاملات زیستی-زیستمحیطی اولیه دارد.
سالترلا ممکن است کجا در میان گروههای زنده قرار گیرد
با ترکیب شواهد مورفولوژیک، بومشناختی و ریزساختار پوسته، Vayda و همکارانش راهحل تحریکآمیزی پیشنهاد دادند: سالترلا و Volborthella ممکن است در شاخهٔ بزرگتر کنیداریا (Cnidaria)—گروهی که مرجانهای امروزی، شقایقهای دریایی و عروسهای دریایی را شامل میشود—جای بگیرند. کنیداریا امروز بیش از 9,000 گونه را در بر دارد و شیوههای زیستی متفاوتی را نشان میدهد؛ از مرجانهای ساکن که کلسیمکربنات ترشح میکنند تا ژلهماهیهای پلانکتونیک.
نسبت دادن سالترلا به شاخهٔ پهنهایتر کنیداریا میتواند توضیح دهد چرا ساختار آن یونیک است: کنیداریاهای کنونی خود آزمایشهایی در زمینهٔ شیوههای گوناگون تشکیل اسکلت دارند، و یک آزمایش اولیهٔ اکنون منقرضشده در جمعآوری معدنی و بستهبندی گزینشی ممکن است یک شاخهٔ فرعی از تکامل باشد که پس از آن اثری در گونههای پسین بر جای نگذاشته است. بهگفتهٔ Vayda، «یافتن جای درست برای این فسیلها برای درک ما از چگونگی تکامل اسکلتها و پوستههای حیوانات اهمیت دارد.» این نوع قراردهی نظاممند باعث میشود پیوندهای عملکردی میان ساختار پوسته، رفتار جمعآوری ذرات و شرایط زیستمحیطی اولیه که جانوران در آن زندگی میکردند روشنتر شود.
چرا این موضوع برای علم تکامل اهمیت دارد
بازاتصال سالترلا به یک گروه زنده صفحهٔ کوچک اما مهمی از تاریخچهٔ بیومینرالیزاسیون را بازنویسی میکند. اگر یک خویشاوند اولیه از کنیداریا هر دو عنصر—پوستهٔ بیرونی و پوشش داخلی پرشده—را بهکار برده باشد، مجموعهٔ شناختهشدهٔ راهحلهای اولیه ساخت اسکلت را گسترش میدهد و نشان میدهد که آزمایشهای تکاملی در کامبرین حتی غنیتر و متنوعتر از آن بودند که پیشتر تصور میشد. چنین شواهدی به بازتعریف زمانبندی و مسیرهای تکامل اسکلتسازی در حیوانات ابتدایی کمک میکند و پرسشهای جدیدی دربارهٔ فشارهای انتخابی و منافع کارکردی روشهای مختلف ساختارسازی ایجاد مینماید.
فسیلهای شاخص مانند سالترلا علاوه بر نقش تاریخیشان بهعنوان ابزارهای عملی، کاربردهای ژئوشناختی نیز دارند: فراوانی و تکرار لایهشناختی آنها را برای تعیین سن و مقایسهٔ لایههای سنگی مفید میسازد. اما فراتر از تاریخگذاری سنگها، این فسیلها رفتارها، تعاملات زیستمحیطی و تکنیکهای ساخت را نیز رمزگشایی میکنند—سرنخهایی که تصویر ما از اکوسیستمهای جانوری اولیه را عمیقتر مینمایند. تحلیلهای میکروژئوشیمیایی، مطالعات SEM و بررسیهای ساختار بلوری میتوانند اطلاعاتی دربارهٔ منابع مواد معدنی، مسیرهای زیستی و شرایط اکوژئوشیمیایی محلی ارائه دهند که آزمونِ فرضیههای سازهسازی و انتخاب دانه را ممکن میسازد.
دیدگاه کارشناسان
«سالترلا پنجرهٔ نادری به مهندسی حیوانات اولیه میگشاید،» دکتر لارا امرسون، دیرینهزیستشناس که در این مطالعه مشارکت نداشت، میگوید. «این مورد به ما یادآوری میکند که تکامل بسیاری از راهحلهای سازهای را کاوش میکند—برخی راهحلها نوادگان چندانی ندارند اما مراحل کلیدی را در شکلگیری پیچیدگی آناتومیک مدرن آشکار میسازند.»
بازگرداندن سالترلا به روایت گستردهتر بیومینرالیزاسیون ممکن است نشان دهد چرا برخی استراتژیهای معدنی ماندگار شدند و برخی دیگر ناپدید گشتند. برای پژوهشگرانی مانند Vayda، پاداش هم علمی و هم فلسفی است: «موضوع دربارهٔ شناخت واقعی جایی است که از آن آمدهایم و تاریخ زندگی روی زمین»، او میگوید. سالترلأ کوچک و رازآمیز دارد نشان میدهد که حتی گونههای کموبیش نامأنوس میتوانند روایتهای مفصل و قابلتوجهی از تکامل و مهندسی زیستی ارائه دهند.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر