حدود ۵۴۰ میلیون سال پیش، ناگهان حیات روی زمین دگرگون شد. در طول ۲۰ میلیون سال، تکامل با سرعتی سرسام‌آور پیش رفت. این رویداد که انفجار کامبرین نام دارد، یکی از اسرارآمیزترین لحظات تاریخ حیات است. اکنون دانشمندان توضیح جدیدی برای آن دارند: مدفوع.

در آن دوران، برای اولین بار، تقریباً همه‌ی گروه‌های بزرگ جانوری پدیدار شدند. چشم، چنگال، دندان، آرواره‌های پیچیده، شاخک، باله و دم، همگی در یک بازه‌ی زمین‌شناختی کوتاه ظاهر شدند. اما چه چیزی این تنوع شگفت‌انگیز را ایجاد کرد؟

نظریه‌های پیشین به افزایش سطح اکسیژن اقیانوس‌ها، ثبات آب‌وهوایی، یا مسابقه‌ی تکاملی جانوران برای منابع اشاره داشتند. اما فرضیه‌ی جدید، عامل متفاوتی را پیشنهاد کرده است: مدفوع. محققان با بررسی صدها نمونه از مدفوع فسیل‌شده، یا همان کوپرولیت، از ۳۷ منطقه در سراسر جهان، متوجه الگویی جالب شدند.

مدفوع‌های فسیل‌شده (کوپرولیت‌ها) درست در همان زمانی که جانوران به اعماق اقیانوس مهاجرت کردند، بزرگ‌تر و فراوان‌تر شدند

در دوران قبل از کامبرین، یعنی ادیاکاران، مدرکی از مدفوع فسیل‌شده وجود ندارد. اما با شروع دوره‌ی کامبرین، اولین کوپرولیت‌ها ظاهر شدند. این مدفوع‌های فسیل‌شده به مرور زمان، بزرگ‌تر، متنوع‌تر و پیچیده‌تر شدند.

تغییرات مشاهده‌شده در مدفوع جانوران، همزمان با تحولی بزرگ در دستگاه گوارش آن‌ها رخ داد. جانوران اولیه، دستگاه گوارش ساده‌ای داشتند و فقط مواد شیمیایی حاصل از متابولیسم را دفع می‌کردند. اما در دوره کامبرین، جانوران دستگاه گوارش پیچیده‌تری پیدا کردند و برای اولین بار، مدفوع واقعی تولید شد. این مدفوع، یک «پمپ بیولوژیک» در اقیانوس‌ها ایجاد کرد.

امروزه می‌دانیم که در اقیانوس‌های مدرن، مدفوع موجودات سطحی، حاوی کربن، آهن، نیتروژن و فسفر، به اعماق فرو می‌رود و مواد مغذی حیاتی را به آنجا می‌رساند.

بیشتر بخوانید

پیش از کامبرین، بیشتر حیات در آب‌های کم‌عمق و نورگیر متمرکز بود. اعماق اقیانوس، به دلیل کمبود مواد مغذی، عملاً سکونت‌ناپذیر بودند. اما با پدیدارشدن مدفوع، این مواد مغذی برای اولین بار به اعماق راه یافتند و شرایط را برای گسترش حیات به آن مناطق فراهم کردند.

به عبارت دیگر، مدفوع، آسانسوری برای مواد مغذی شد که حیات را به اعماق اقیانوس برد و در آنجا، جانوران جدیدی تکامل یافتند که از این مواد استفاده می‌کردند. خود این جانوران نیز مدفوع جدیدی تولید کردند و چرخه‌ای از بازخورد مثبت ایجاد شد که تنوع زیستی را به شدت افزایش داد.

به نوشته‌ی ساینتیفیک امریکن، مدفوع‌های فسیل‌شده‌ی دوره‌ی کامبرین، تنوع بسیار بالایی دارند. بعضی از آنها آنقدر ریز هستند که فقط با میکروسکوپ دیده می‌شوند و بعضی دیگر به چند سانتی‌متر می‌رسند. شکل آنها هم مختلف است؛ بعضی استوانه‌ای یا بیضی‌شکل هستند و بعضی پهن و ترک‌خورده به نظر می‌رسند. جالب‌تر اینکه در برخی از این مدفوع‌های فسیل‌شده، تکه‌های پوسته یا استخوان جانوران دیگر پیدا شده است.

تنوع در اندازه و شکل مدفوع، نشان از تنوع جانورانی دارد که آن را تولید کرده‌اند. در واقع، روند پیچیده‌تر شدن دستگاه گوارش و افزایش تنوع مدفوع، با یکدیگر هماهنگ بوده‌اند.

البته نظریه جدید، پاسخ تمام پرسش‌ها را نمی‌دهد. کارما نانگلو، دیرینه‌شناس دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید که در پژوهش مشارکت نداشته، می‌گوید تشخیص اینکه تنوع جانوری یا افزایش حجم مدفوع زودتر اتفاق افتاده، دشوار است.

پژوهشگران معتقدند مدفوع جانوران باستانی، با انتقال مواد مغذی به اعماق اقیانوس، یکی از عوامل موثر در انفجار کامبرین بوده است

تمام دانشمندان با نظریه موافق نیستند. سارا پروس، دیرینه‌شناس کالج اسمیت، به نکته‌ای کلیدی اشاره می‌کند: انفجار کامبرین دوره‌ای مشخص بوده است، درحالی‌که تولید مدفوع در اقیانوس‌ها همچنان ادامه دارد. اگر مدفوع به تنهایی عامل اصلی این انفجار بود، چرا تنوع زیستی پس از مدتی دیگر افزایش پیدا نکرد و این رویداد به پایان رسید؟

یولیان کیمیگ، دیرینه‌شناس موزه‌ی تاریخ طبیعی کارلسروهه در آلمان و نویسنده‌ی اصلی مقاله نیز می‌گوید: «کمتر کسی وقتی به اکوسیستم‌های دریایی نگاه می‌کند، به این فکر می‌افتد که حجم عظیمی از مدفوع در آنها شناور است و این مدفوع، نقشی حیاتی در زنده‌نگه‌داشتن آن اکوسیستم دارد. اما این واقعیت، موضوعی بسیار مهم و اساسی است.»

به گفته‌ی کیمیگ، مطالعه‌ی مدفوع‌های فسیل‌شده فقط به ما نمی‌گوید که چه جانورانی در گذشته زندگی می‌کردند. این فسیل‌ها اطلاعات بیشتری دارند؛ آنها نشان می‌دهند که اکوسیستم‌های باستانی چگونه کار می‌کردند و در برابر تغییرات محیطی چه واکنشی نشان می‌دادند. درک این موضوع می‌تواند به ما کمک کند تا پیش‌بینی کنیم اکوسیستم‌های امروزی در آینده چگونه تغییر خواهند کرد.

پژوهش در ژورنال Trends in Ecology & Evolution منتشر شده است.