راز بقا و تکامل حیات در عصر زمین گلوله برفی

بررسی بقای حیات در عصر زمین گلوله برفی

زمین در بخش زیادی از تاریخ خود، محیطی مهمان‌نواز برای حیات نبوده است. در طول دست‌کم دو رویداد بزرگ موسوم به «زمین گلوله برفی»، که تخمین زده می‌شود بین ۶۳۵ تا ۷۲۰ میلیون سال پیش و در دوره کرایوژنین رخ داده‌اند، کل سطح سیاره تقریباً با یخی ضخیم، از قطب تا استوا، پوشیده شد. دانشمندان بر این باورند که میانگین دمای جهانی تا منفی ۵۰ درجه سانتی‌گراد کاهش یافت و حتی مناطق استوایی نیز به بیابان‌های یخی شبیه جنوبگان امروزی تبدیل شدند.

با این وجود، در میان این شرایط به ظاهر غیرقابل تحمل، حیات ادامه یافت—رازی که همچنان دانشمندان زیست اخترشناس و زمین‌شناس را به خود مشغول کرده است. عنصر حیاتی برای زندگی، یعنی آب مایع، در آن دوران بسیار کمیاب بود. این مسئله یک سوال اساسی را مطرح می‌کند: چگونه حیات نه تنها زنده ماند بلکه بر روی دنیایی یخ‌زده تکامل یافت؟

استخرهای باستانی: پناهگاه‌های بقا

مطالعه‌ای جدید که در نشریه Nature Communications منتشر شده، پاسخ‌های تازه‌ای برای این معما ارائه می‌دهد. به رهبری فاطمه حسین از MIT، این گروه تحقیقاتی اکوسیستم‌های میکروسکوپی امروزی در جنوبگان—به ویژه استخرهای کوچک آب ذوب شده در حاشیه صفحات یخی قدیمی—را بررسی کردند. این استخرهای مدرن ممکن است پنجره‌ای به سوی استراتژی‌های بقای احتمالی در دوران زمین گلوله برفی باشند.

در سال ۲۰۱۸، محققانی از نیوزیلند به قفسه یخی مک‌موردو در شرق جنوبگان سفر کردند. آن‌ها در این منطقه استخرهایی کم‌عمق به وسعت چند متر و عمقی کمتر از یک متر یافتند که میزبان مجموعه‌ای فعال از میکروارگانیسم‌ها بودند. کف این استخرها با فرش‌هایی ضخیم، لغزنده و رنگارنگ از سیانوباکتری‌ها پوشیده شده بود—میکروارگانیسم‌های تک‌سلولی مقاوم که به توانایی بقا در سخت‌ترین شرایط سیاره زمین شهرت دارند.

اما سیانوباکتری‌ها تنها ساکنان این استخرها نبودند. با استفاده از آنالیز ژنتیکی و میکروسکوپی، پژوهشگران شواهد حضور یوکاریوت‌ها—جاندارانی با سلول‌های پیشرفته مانند جلبک‌ها و جانوران میکروسکوپی—را نیز در این زیست‌بوم‌ها یافتند. این تنوع زیستی غنی، با نمایندگان از شاخه‌های مختلف تکاملی، نشان می‌دهد حتی در شرایط سرمای شدید و نور کم، گونه‌های گوناگونی می‌توانند در پناه‌گاه‌های ایزوله به زندگی ادامه دهند.

اهمیت یافته‌ها برای زمین و فراتر از آن

این یافته‌ها، نقاط پناهگاهی بالقوه‌ای را که در آن‌ها حیات اولیه توانسته است طی یخبندان‌های جهانی زنده بماند و تنوع یابد، روشن‌تر می‌کند. پیش‌تر برخی دانشمندان حدس زده بودند که حیات در دریاهای آزاد جداشده، منافذ حرارتی اعماق دریا یا زیر لایه‌های ضخیم یخ بقای خود را حفظ کرده است. این پژوهش جدید اما احتمال نقش استخرهای کوچک و گذرای آب مایع به عنوان «قایق‌های نجات» را برای حفظ و رشد زیستی در سخت‌ترین بحران‌های اقلیمی زمین تقویت می‌کند.

حسین در این باره می‌گوید: «هیچ دو استخری کاملاً شبیه هم نبودند» و بر ترکیب‌های منحصربه‌فرد هر زیست‌بوم تاکید دارد. «این محیط‌ها توان خارق‌العاده‌ای برای میزبانی جوامع زیستی متنوع حتی در نزدیکی یکدیگر نشان می‌دهند.»

این مطالعه همچنین دیدگاه ما درباره سکونت‌پذیری سیاره‌های دیگر را گسترش می‌دهد. محیط‌هایی مشابه این استخرهای جنوبگان ممکن است زیر پوسته یخی قمرهایی مانند اروپا (سیاره مشتری) و انسِلودوس (سیاره زحل)—که از اولویت‌های جست‌وجوی حیات فرازمینی در منظومه شمسی هستند—وجود داشته باشد. توان زیستی میکروارگانیسم‌های زمینی، به ویژه یوکاریوت‌ها و سیانوباکتری‌ها در شرایط سخت، امید تازه‌ای برای زیست اخترشناسان در پی کشف نشانه‌های حیات در دیگر سیارات ایجاد می‌کند.

جمع‌بندی

کشف میکروارگانیسم‌های متنوع در استخرهای آب ذوب شده جنوبگان، چراغ راه مهمی برای شناسایی راهبردهای بقای حیات در عصر زمین گلوله برفی است. این پژوهش، با نمایاندن چگونگی شکوفایی حیات در پناه‌گاه‌های یخ‌زده و منزوی، نه تنها به فهم ما از تاریخچه تکاملی زمین عمق بیشتری می‌بخشد، بلکه جست‌وجوی حیات در گوشه‌های سرد منظومه شمسی را نیز هدفمندتر می‌سازد. با توسعه مأموریت‌ها در قمرهای یخی مشتری و زحل، بینش‌های حاصل از مشابهت‌های زمینی می‌تواند کلیدگشای یکی از بزرگترین رازهای علم باشد: ویژگی‌های شگفت‌انگیز پایداری و سازگاری حیات.