کشف «جیپیاس» ۹۷ میلیون ساله جانوران باستانی
به گزارش «سایتکدیلی» (scitechdaily)، این شواهد از فسیلهای مغناطیسی میکروسکوپی با قدمتی حدود ۹۷ میلیون سال به دست آمدهاند که در رسوبات کف اقیانوسهای باستانی حفظ شدهاند. گمان میرود این ساختارها توسط موجودی ناشناخته تولید شده باشند که هویت آن هنوز مشخص نیست.
این فسیلها اشکال متمایزی دارند؛ از جمله شبیه سرنیزه، دوک، گلوله و سوزن، و اندازه هیچیک از آنها بزرگتر از یک سلول باکتریایی نیست. دانشمندان اطمینان دارند که این ساختارها منشا زیستی دارند؛ اما هنوز مشخص نشده کدام جانور آنها را ساخته یا کارکرد اولیهشان چه بوده است.
تجزیه و تحلیلهای جدید اکنون بخشی از این معما را روشن کردهاند. نتایج نشان میدهد این «مگنتوفسیلها» احتمالا مانند نوعی «جیپیاس» درونی عمل میکردهاند و به جانوران اولیه اجازه میدادهاند میدان مغناطیسی زمین را برای حرکت و جهتیابی تفسیر کنند.
فسیلها از جهتیابی مغناطیسی باستانی پرده برمیدارند
برای رسیدن به این نتیجه، تیمی از دانشگاه کمبریج و مرکز هلمهولتز برلین نخستین تصاویر سهبعدی از ساختار مغناطیسی درونی این فسیلها را تهیه کردند. این تصاویر ویژگیهایی را آشکار کرد که به طور خاص برای تشخیص جهت و شدت میدان مغناطیسی زمین مناسب بودهاند و احتمالا امکان جهتیابی دقیق را فراهم میکردهاند.
پروفسور ریچ هریسون از دانشکده علوم زمین دانشگاه کمبریج، که رهبری مشترک این پژوهش را بر عهده داشت، میگوید: «هر موجودی که این مگنتوفسیلها را ساخته، به احتمال زیاد قادر به جهتیابی دقیق بوده است».
این یافتهها قدیمیترین شواهد مستقیم استفاده جانوران از میدان مغناطیسی زمین برای جهتیابی، دستکم ۹۷ میلیون سال پیش، به شمار میروند و به منشا تکاملی این توانایی که «برداشت مغناطیسی» نام دارد، نور تازهای میتابانند.
نتایج در نشریه Communications Earth & Environment منتشر شده است.
برداشت مغناطیسی (Magnetoreception) یا همان درک مگنت؛ حسی که هنوز بهخوبی درک نشده است
حیات در طول تکامل، حواس خارقالعادهای پدید آورده و «برداشت مغناطیسی» یکی از کمتر شناختهشدهترین آنهاست. پرندگان، ماهیان و حشرات از میدان مغناطیسی زمین برای پیمودن مسافتهای طولانی استفاده میکنند؛ اما سازوکار دقیق آن هنوز روشن نیست. یکی از نظریهها این است که بلورهای بسیار ریز مگنتیت (نوعی ماده معدنی با خاصیت مغناطیسی) در بدن با میدان مغناطیسی زمین همراستا میشوند و مانند سوزنهای میکروسکوپی قطبنما عمل میکنند.
برخی باکتریهای موجود در دریاچهها و دیگر پهنههای آبی نوعی ابتدایی از این توانایی را دارند. زنجیرههایی از ذرات مغناطیسی درون آنها باعث میشود با میدان مغناطیسی همجهت شوند و به سمت عمق مطلوب خود در آب شنا کنند.
هریسون میگوید: «این ذرات با پهنای تنها ۵۰ تا ۱۰۰ نانومتر، سوزنهای قطبنمای ایدهآلی هستند. اگر بخواهید کارآمدترین حس مغناطیسی را بسازید، کوچکتر بودن بهتر است».
مگنتوفسیلهای (فسیلهای حاوی ساختارهای مغناطیسی) غولپیکر و چالش دیدگاههای پیشین
اما مگنتوفسیلهایی که در این مطالعه بررسی شدند، ۱۰ تا ۲۰ برابر بزرگتر از ذرات مغناطیسی باکتریها هستند و از ناحیهای در اقیانوس اطلس شمالی به دست آمدهاند. پیشتر برخی پژوهشگران پیشنهاد کرده بودند این مگنتوفسیلهای «غولپیکر» شاید نقش خارهای محافظتی داشته باشند.
با این حال، شبیهسازیهای مدلسازی نشان داده بود که آنها ممکن است ویژگیهای مغناطیسی پیشرفتهای هم داشته باشند؛ موضوعی که هریسون تصمیم گرفت عمیقتر بررسی کند. او میگوید: «بهنظر میرسید این موجود شکل و ساختار این فسیلها را به دقت کنترل میکرده و ما میخواستیم بدانیم چرا».
پژوهشگران با استفاده از روشی نوین توانستند ساختار درونی مغناطیسی فسیل را به تصویر بکشند و نشان دهند گشتاورهای مغناطیسی ــ میدانهای مغناطیسی بسیار کوچک ناشی از چرخش الکترونها ــ چگونه درون مگنتوفسیل آرایش یافتهاند.
پیش از این، ثبت تصاویر مغناطیسی سهبعدی از ذرات بزرگتر؛ مانند مگنتوفسیلهای غولپیکر، ممکن نبود؛ زیرا پرتوهای ایکس نمیتوانستند در آنها نفوذ کنند.
این پژوهش با استفاده از روشی انجام شد که توسط «کلر دانلی» در موسسه «ماکس پلانک آلمان» توسعه یافته و در مرکز پرتو ایکس دایموند در آکسفورد اجرا شده است.
دانلی میگوید: «اینکه توانستیم ساختار مغناطیسی داخلی را با توموگرافی مغناطیسی نقشهبرداری کنیم، به خودی خود نتیجهای بزرگ بود؛ اما اینکه این نتایج بینشی درباره جهتیابی موجودات میلیونها سال پیش ارائه میدهد، واقعا هیجانانگیز است».
طراحی مغناطیسی برای دقت بالا
تصاویر نشان دادند آرایش مغناطیسی پیچیدهای وجود دارد؛ گشتاورهای مغناطیسی به صورت گردابی شبیه گردباد، پیرامون خطی مرکزی درون فسیل میچرخند.
به گفته هریسون، این «مغناطیس گردابی» ویژگیهایی ایدهآل برای جهتیابی فراهم میکند و در واکنش به تغییرات بسیار کوچک شدت میدان مغناطیسی، نوعی «لرزش» ایجاد میکند که به اطلاعات دقیق مکانی تبدیل میشود.
او توضیح میدهد: «این ذره مغناطیسی نه تنها با تشخیص شیب میدان مغناطیسی زمین عرض جغرافیایی را حس میکند بلکه شدت میدان را هم میسنجد؛ شدتی که میتواند با طول جغرافیایی تغییر کند».
پایداری بالای این ساختار هندسی باعث میشود در برابر اختلالات محیطی کوچک که ممکن است جهتیابی را برهم بزنند مقاوم باشد. هریسون میگوید:
«اگر طبیعت واقعا نوعی «جیپیاس» ساخته باشد؛ ذرهای که بتوان به آن برای پیمودن هزاران کیلومتر در اقیانوس تکیه کرد، چیزی شبیه به این خواهد بود».
جستوجو برای یافتن جانور سازنده این سیگنال
حل معمای کارکرد این فسیلها دامنه جستوجو برای یافتن جانوری که آنها را ساخته محدودتر میکند. هریسون میگوید: «سوال بعدی این است که چه موجودی این فسیلها را ساخته است. این یافتهها میگویند باید به دنبال جانوری مهاجر باشیم که در اقیانوسها به اندازه کافی فراوان بوده تا بقایای فسیلی زیادی بر جا بگذارد».
او مارماهیها را گزینهای محتمل میداند؛ جانورانی که حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش تکامل یافتهاند و هنوز از جمله کمتر شناختهشدهترین گونهها هستند. مارماهیهای اروپایی و آمریکایی هزاران کیلومتر از رودخانههای آب شیرین تا دریای سارگاسو برای تخمریزی مهاجرت میکنند. اگرچه آنها قادر به حس میدان مغناطیسی زمین هستند، سازوکار دقیق آن مشخص نیست. ذرات مگنتیت در بدن مارماهیها شناسایی شدهاند؛ اما تاکنون تصویربرداری مستقیمی از آنها در سلولها و بافتهایشان انجام نشده است؛ تا حدی به علت اندازه بسیار کوچک این ذرات و این واقعیت که میتوانند در هر نقطهای از بدن پنهان شده باشند.
با وجود آنکه هنوز میزبان این مگنتوفسیلها مشخص نیست، هریسون میگوید: «مگنتوفسیلهای غولپیکر گامی کلیدی در فهم این مسیر تکاملی هستند که طی آن، توانایی ساده برداشت مغناطیسی در باکتریها به سامانههای جهتیابی بسیار پیشرفته و شبیه جیپیاس در جانوران تبدیل شده است».
انتهای پیام/