در گذشتهی بسیار دور زمین، نزدیک به چهار میلیارد سال پیش، نخستین شکلهای حیات سیارهی ما از دل شیمی اولیه سر برآوردند. از اولین موجوداتی که روی زمین زندگی می کردند چیز زیادی باقی نمانده است. زمان و زمینشناسی هر آنچه را که به شکل تقریباً غیرقابل تشخیص به جامانده، تغییر دادهاند.
اما در چند سازند سنگی بسیار کهن و نادر در نقاط مختلف جهان، لایههایی یافت شدهاند که دانشمندان باور دارند بقایای فسیلشدهی تودههای میکروبی هستند؛ همان زیستلایههای لزجی که جانداران تکسلولی در آنها کلونیهای خود را تشکیل میدهند. براساس سن لایه سنگی اطراف، قدمت برخی از این آثار حیات به ۳٫۷ یا ۳٫۸ میلیارد سال پیش میرسد.
بهگزارش ساینسآلرت، اکنون تیمی از دانشمندان به سرپرستی، تریستورتا چادوری، زمینشناس سازمان زمینشناسی هند توانستهاند برای نخستین بار سن موادی را که درون بقایای احتمالی یک جامعه میکروبی باستانی به دام افتادهاند، بهطور مستقیم تعیین کنند؛ جامعهای که ۳٫۵ میلیارد سال پیش زندگی میکرده و از بین رفته است.
بهگفته چادوری، «پیداکردن همزمان مواد زیستیِ بهخوبی حفظشده و زیرکنهای قابل تاریخگذاری در یک سنگ، در دورههای نخستین تاریخ زمین، بسیار نادر است. وقتی چنین چیزی امکانپذیر باشد، میتوان سن سنگ را مستقیماً به شواهد حیات مرتبط کرد و به این ترتیب، شواهد بسیار محکمتری بر پایه سن و ایزوتوپها برای وجود حیات در گذشتههای دور زمین به دست آورد»
سنگ مذکور که در منطقهی بهیتارداری در کراتون سینگبوم در هند کشف شده، نوعی چرت کربندار با لایههای بسیار نازک و متناوب از سیلیس و مواد کربنی است. پژوهشگران معتقدند این ساختار میتواند بقایای یک «لایه میکروبی» باشد که کلونیهای میکروارگانیسمها در محیطهای آبی ایجاد میکردند.
کشف آثار حیات در سنگهایی با چنین قدمتی کار سادهای نیست. فرایندهای زمینشناختی درطول میلیاردها سال میتوانند مواد زیستی را تخریب یا دگرگون کنند. بااینحال، در شرایط مناسب، بقایای میکروبها ممکن است در سیلیس محبوس شوند و به شکل لایههای نازک کربن برای مدت بسیار طولانی باقی بمانند.
برای نخستینبار، شواهد زیستی و دادههای پرتوزایی موجود در یک نهشته، امکان تعیین مستقیم قدمت شواهد حیات را فراهم کردهاند
پژوهشگران برای بررسی منشأ کربن از چند روش مستقل استفاده کردند. یکی از روشها طیفسنجی رامان بود که به دانشمندان امکان داد ساختار کربن و سابقهی حرارتیاش را بررسی کنند. نتایج نشان داد کربن موجود در لایههای ظریف سنگ، در مقایسه با مواد کربنی ایجادشده در رگههای کوارتز متأخر، در معرض دماهای پایینتری قرار داشته و احتمالاً بخشی از سنگ اولیه بوده است.
سپس، پژوهشگران نسبت ایزوتوپهای کربن را بررسی کردند. موجودات زنده معمولاً در فرایندهای زیستی خود ایزوتوپ سبکتر کربن، یعنی کربن-۱۲ را بیشتر از کربن-۱۳ مصرف میکنند. در نتیجه، مواد آلی حاصل از فعالیت زیستی معمولاً از کربن-۱۳ تهیتر هستند. کربن موجود در نمونهی بهیتارداری نیز چنین الگویی داشت. نسبت ایزوتوپهای کربن در این ماده حدود منفی ۳۰٫۹ در هزار بود؛ مقداری که با کربن حاصل از فعالیتهای زیستی سازگار است.
از سوی دیگر، کربن در قالب لایههای بسیار ظریف و تکرارشونده در کنار مواد غنی از سیلیس دیده میشد. این ساختار لایهای با آنچه از بقایای لایههای میکروبی انتظار میرود، سازگاری دارد. اگرچه هیچیک از شواهد بهتنهایی برای اثبات منشأ زیستی کربن کافی نیست، پژوهشگران میگویند مجموعهی شواهد در کنار یکدیگر از این تفسیر پشتیبانی میکنند.
مهمترین بخش پژوهش، نحوهی تعیین قدمت شواهد است. پژوهشگران درون سنگ کربندار ۸ بلور بسیار کوچک زیرکن پیدا کردند. زیرکن در هنگام تشکیل میتواند اورانیوم را در ساختار خود جای دهد، اما سرب را تا حد زیادی پس میزند. از آنجایی که اورانیوم با سرعت مشخصی به سرب واپاشی میکند، نسبت این دو عنصر در بلور میتواند زمان شکلگیری را مشخص کند. ۴ مورد از ۸ بلور زیرکن در طول تاریخ زمینشناختی دچار تغییر شده بودند، اما چهار بلور دیگر سنهای بسیار مشابهی داشتند.
پژوهشگران با تاریخگذاری بلورهای زیرکن موجود در سنگ، قدمت آن را حدود ۳٫۴۹۷ میلیارد سال (با خطای حدود ۵ میلیون سال) برآورد کردند. البته وجود زیرکن باستانی در سنگ بهتنهایی به معنای قدمت یکسان زیرکن و سنگ نیست. بلور میتواند پیشتر در سنگ دیگری تشکیل شده و بعد بر اثر فرسایش وارد رسوبات جدید شده باشد.
اما شکل و ویژگیهای زیرکنهای بهیتارداری نشان میدهد که احتمالاً در جریان فعالیتهای آتشفشانی همزمان با شکلگیری سنگ ایجاد و درون چرت محبوس شدهاند. به همین دلیل، پژوهشگران میتوانند قدمت زیرکنها را برای تعیین سن سنگ به کار ببرند. این موضوع وجه تمایز اصلی یافتهی جدید با بسیاری از شواهد قدیمی حیات روی زمین است.
- حیات روی زمین ممکن است دو بار ظهور کرده باشد13 روز قبلمطالعه '4
- حیات پیچیده روی زمین ممکن است یک میلیارد سال قدیمیتر از تصور گذشته باشد18 آذر 04مطالعه '3
در برخی نمونههای دیگر، سن آثار احتمالی حیات از سنگهای اطراف یا شواهد زمینشناختی مرتبط با آنها استنباط شده است؛ اما در این پژوهش، ابزار تاریخگذاری در همان سنگی قرار دارد که نشانهی زیستی در آن دیده میشود.
مجموع شواهد، حضور میکروارگانیسمها در این سنگ باستانی را نشان میدهد. اما میکروارگانیسمها در زمینی بسیار متفاوت از امروز زندگی میکردند. حدود ۳٫۵ میلیارد سال پیش، اکسیژن آزاد در جو بسیار اندک بود و فعالیتهای آتشفشانی و فرایندهای گرمابی نقش مهمی در محیط زمین داشتند. پژوهشگران معتقدند حیات میکروبی در محیطی دریایی و سرشار از آهن و سیلیس شکل گرفته و در مجاورت فعالیتهای آتشفشانی دوام آورده است.
کشف تازه به این معنی نیست که دانشمندان قطعاً به قدیمیترین شواهد حیات روی زمین دست یافتهاند
اما کشف تازه به این معنی نیست که دانشمندان قطعاً به قدیمیترین شواهد حیات روی زمین دست یافتهاند؛ نمونههایی از آثار احتمالی حیات با قدمت بیشتر نیز گزارش شده است. اهمیت کشف جدید جای دیگری است: برای نخستینبار، شواهد زیستی و دادههای پرتوزایی موجود در یک نهشته، امکان تعیین مستقیم قدمت شواهد حیات را فراهم کردهاند.
به گفتهی پژوهشگران، این یافته همچنین میتواند به تعیین دقیقتر زمان ظهور حیات روی زمین و درک بهتر چگونگی سازگاری نخستین جانداران با محیطهای خشن زمین اولیه کمک کند.
یافتهها در مجلهی PNAS منتشر شده است.
