جانوران از چه زمانی روی زمین ظاهر شدند؟

به گزارش مجله خبری نگار/آنا؛ قدیمی‌ترین فسیل‌های شناخته‌شده جانوران حدود ۵۷۴ میلیون سال قدمت دارند و در سنگ‌های دوره ادیاکاران (Ediacaran) یافت شده‌اند. با این حال، شواهد شیمیایی موجود در سنگ‌های قدیمی‌تر، از جمله نشانگر‌های زیستی چربی مرتبط با اسفنج‌های باستانی، احتمال وجود جانوران را پیش از ۶۳۵ میلیون سال پیش مطرح کرده‌اند.

مقاله‌ای که دوم اکتبر در مجله «ساینس اَدونسز» (Science Advances) منتشر شد، به همین فاصله میان شواهد شیمیایی و فسیل‌های بدنی می‌پردازد. منظور از فسیل بدنی، بقایای خودِ بدن جانور است؛ در مقابل، برخی شواهد دیگر ممکن است حاصل فعالیت یا آثار شیمیایی مرتبط با جانداران باشند. پژوهشگران در این مطالعه بررسی کرده‌اند که نحوه تنظیم «ساعت مولکولی» چگونه می‌تواند بر برآورد زمان پیدایش جانوران اثر بگذارد.

در واقع، مسئله فقط این نیست که قدیمی‌ترین فسیل چه زمانی پیدا شده است؛ پرسش این است که آیا نبود فسیل در سنگ‌های قدیمی‌تر به معنای نبودن جانوران است یا اینکه بخشی از تاریخ آنها هنوز در فسیل‌ها ثبت نشده است.

نبود فسیل همیشه به معنای نبود جانور نیست

یکی از نمونه‌های مهم در این بحث، «زیستگان ونگ‌آن» (Weng’an Biota) در چین است. این مجموعه حدود ۵۹۰ میلیون سال قدمت دارد و ریزفسیل‌های آن به‌خوبی حفظ شده‌اند، اما فسیل مشخصا جانوری در آن پیدا نشده است.

در استدلال‌های پیشین، چنین وضعیتی می‌توانست به این معنا باشد که اگر جانوران در آن زمان وجود داشتند، با توجه به شرایط مناسب برای حفظ فسیل، باید اثری از آنها دیده می‌شد.

اما پژوهشگران به نمونه دیگری اشاره می‌کنند: «زیستگان خِسین» (Kheseen Biota) در مغولستان که حدود ۵۵۰ میلیون سال قدمت دارد و در زمانی شکل گرفته که وجود جانوران در نقاط دیگر زمین قطعی بوده است. با این حال، در خِسین نیز با وجود کیفیت مناسب حفظ ریزفسیل‌ها، فسیل مشخصا جانوری پیدا نشده است.

پژوهشگران حتی در خِسین گونه‌های جدیدی از ریزفسیل‌های غیرجانوری پیدا کردند؛ از جمله موجودات کروی دارای خار و زوائد شاخه‌دار که در گروهی به نام آکریتارک‌ها (acritarchs) قرار می‌گیرند.

«راس اندرسون»، دانشیار دانشگاه آکسفورد و نویسنده ارشد مطالعه، در گفت‌و‌گو با «لایو ساینس» گفت: «زیستگان خِسین این استدلال را از بین می‌برد» که اگر جانوران هنگام شکل‌گیری زیستگان ونگ‌آن وجود داشتند، باید فسیل‌های جانوری آنها در این مجموعه دیده می‌شد.

ساعت مولکولی چگونه به گذشته برمی‌گردد؟

پژوهشگران برای تخمین زمان پیدایش جانوران از ساعت مولکولی (molecular clock) استفاده کردند. این روش نرخ تغییرات تکاملی را بر اساس تفاوت‌های ژنتیکی میان گونه‌های زنده محاسبه می‌کند و سپس با حرکت به سمت گذشته، زمان احتمالی ظهور نیای مشترک آنها را برآورد می‌کند.

اما این ساعت باید با داده‌های مستقل تنظیم شود. یکی از این محدودیت‌ها «کالیبراسیون حداکثر سن» (maximum age calibration) است؛ یعنی پژوهشگران برای یک گروه جانوری مشخص می‌کنند که منشأ آن نمی‌تواند قدیمی‌تر از یک زمان معین باشد و این حد را در مدل وارد می‌کنند.

مقاله جدید نشان می‌دهد که دقت برآورد ساعت مولکولی به همین کالیبراسیون‌های حداکثر سن وابسته است. در واقع، اگر زیستگان ونگ‌آن به‌عنوان حداکثر سن استفاده شود، برآورد زمان پیدایش جانوران جوان‌تر می‌شود؛ اما وقتی پژوهشگران به سراغ رسوبات قدیمی‌تر رفتند، ساعت مولکولی زمان بسیار دورتری را پیشنهاد کرد.

سه پنجره قدیمی‌تر برای تنظیم ساعت

پژوهشگران سپس روی سه مجموعه با قدمت حدود ۸۵۰ تا ۷۳۰ میلیون سال تمرکز کردند: گروه «بیتر اسپرینگز» در استرالیا، سازند «سوانبرگ‌فیلت» در نروژ و گروه «چوآر» در آریزونا.

این سایت‌ها تنها به دلیل قدمت انتخاب نشدند. پژوهشگران روی مکان‌هایی تمرکز کردند که هم ریزفسیل‌های بسیار خوب حفظ‌شده و هم نشانگر‌های زیستی شیمیایی در آنها وجود داشت و شرایط فسیل‌شدن برای حفظ جانوران اولیه مناسب بود. با این حال، در هیچ‌یک از این سه مجموعه فسیل جانوری پیدا نشده است.

سن این سه مجموعه به‌عنوان حداکثر سن‌های متفاوت برای منشأ جانوران وارد مدل ساعت مولکولی شد. نتیجه این محاسبات، منشأ احتمالی جانوران را به حدود ۸۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال پیش برد؛ یعنی حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیون سال یا بیشتر پیش از نخستین فسیل‌های قابل شناسایی.

پژوهش پیشین همین گروه چه می‌گفت؟

این نتیجه در ادامه پژوهشی است که در سال ۲۰۲۳ در دانشگاه آکسفورد انجام شد. در آن مطالعه نیز راس اندرسون از پژوهشگران اصلی بود و پژوهشگران با بررسی شرایط فسیل‌شدن در رسوبات بسیار قدیمی، حداکثر سن حدود ۷۸۹ میلیون سال را برای منشأ جانوران پیشنهاد کردند.

تفاوت اینجاست که مطالعه جدید با بازنگری در کالیبراسیون‌های حداکثر سن، از مجموعه‌هایی قدیمی‌تر استفاده کرده و برآورد ۸۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال را به دست آورده است. بنابراین، هر دو پژوهش به مسئله محدودیت‌های رکورد فسیلی و روش تنظیم ساعت مولکولی پرداخته‌اند، اما کالیبراسیون‌های متفاوت به بازه‌های متفاوتی برای زمان منشأ جانوران منجر شده‌اند.

«راس اندرسون»، که نویسنده ارشد پژوهش جدید نیز هست، در توضیح این یافته به «لایو ساینس» گفت که تاریخ دقیق پیدایش جانوران همچنان نامشخص است و شواهد بیشتری برای مشخص کردن آن لازم خواهد بود.

اگر جانوران ۸۰۰ میلیون سال پیش وجود داشتند

این برآورد زمانی، منشأ احتمالی جانوران را به دوره‌ای می‌برد که زمین در آستانه یکی از شدیدترین دوره‌های یخبندان خود قرار داشت یا آن را تجربه می‌کرد.

دوره کریوژنین (Cryogenian) حدود ۷۲۰ میلیون سال پیش آغاز شد و زمین در این دوره یخبندان‌های عظیمی را تجربه کرد که از آنها با عنوان «زمین گلوله‌برفی» (Snowball Earth) یاد می‌شود. بنابراین، اگر جانوران واقعا حدود ۸۰۰ میلیون سال پیش پدید آمده باشند، منشأ آنها پیش از آغاز این دوره یا همزمان با آغاز آن بوده است.

با این حال، اینکه جانوران در این دوره‌های شدید یخبندان زنده مانده‌اند یا نه، هنوز پاسخ قطعی ندارد. پژوهشگران قصد دارند سنگ‌های بیشتری از دوره نئوپروتروزوئیک را با محیط‌ها و شرایط متفاوت حفظ فسیل بررسی کنند تا شواهد بیشتری برای آزمودن این برآورد به دست آورند.

یک تاریخ تولد که هنوز قطعی نیست

مطالعه جدید در نهایت یک تاریخ قطعی برای پیدایش جانوران تعیین نمی‌کند. نتیجه آن، بر اساس مدل‌سازی ساعت مولکولی و استفاده از کالیبراسیون‌های حداکثر سن متفاوت، بازه‌ای حدود ۸۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال پیش را پیشنهاد می‌کند.

«درک بریگز»، یکی از نویسندگان مقاله، در گزارشی که دانشگاه «ییل» منتشر کرده است، می‌گوید پژوهش درباره ریزفسیل‌های سنگ‌های بسیار قدیمی، هم از نظر یافتن آنها و هم تعیین ماهیتشان، دشوار است و کشف‌های آینده برای دقیق‌تر شدن شناخت ما از ماهیت و زمان پیدایش نخستین جانوران ضروری است.

«کارما نانگلو»، استادیار دیرینه‌شناسی تکاملی در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید که در این پژوهش مشارکت نداشته است، نیز به «لایو ساینس» گفت مسئله مهم این است که پیدایش واقعی جانوران چقدر پیش از نخستین فسیل کشف‌شده آنها رخ داده و در فاصله میان این دو زمان چه اتفاقی افتاده است.

به این ترتیب، آنچه هنوز در تاریخ اولیه جانوران باقی مانده، یک فاصله تاریک میان زمان احتمالی پیدایش آنها و زمانی است که نخستین فسیل‌های قابل شناسایی‌شان در سنگ‌ها ظاهر می‌شود؛ فاصله‌ای که پژوهش‌های بعدی باید به روشن‌تر شدن آن کمک کنند.