آیا بلاگرهای اقتصادی دولت را به سوی خودکشی معیشتی هل میدهند؟
بنبست هژمونی آمریکا در تله جغرافیایی خلیجفارس
ذبح آموزش پای ناکارآمدی صنعتی
وقتی طبیعت پیش از انسان «جیپیاس» ساخت
میدان مغناطیسی زمین فقط یک پدیده فیزیکی نیست؛ این میدان نامرئی نقش سپری محافظ برای سیاره دارد و در عین حال به بسیاری از جانداران کمک میکند مسیر خود را در طبیعت پیدا کنند. پرندگان مهاجر، لاکپشتهای دریایی و برخی ماهیها میتوانند با تکیه بر این میدان، هزاران کیلومتر جابهجا شوند؛ اما سازوکار دقیق این توانایی همچنان یکی از معماهای مهم زیستشناسی تکاملی است.
اکنون پژوهشی جدید از کشف «مگنتوفسیلهای غولپیکر» خبر میدهد؛ بلورهای مغناطیسی عجیبی که در رسوبات دریایی با قدمتی نزدیک به ۹۷ میلیون سال یافت شدهاند و ممکن است بخشی از یک سیستم جهتیابی پیشرفته در جانوران باستانی بوده باشند. پژوهشگران میگویند ساختار درونی این ذرات بهگونهای است که میتوانسته تغییرات بسیار ظریف میدان مغناطیسی زمین را تشخیص دهد و به جانور امکان دهد موقعیت خود را مانند یک نقشه زیستی تعیین کند.
در گفتگوی پیش رو، «پروفسور ریچارد هریسون» (Richard John Harrison)، پژوهشگر این مطالعه توضیح میدهد این فسیلهای مغناطیسی چگونه کشف شدند، چرا آنها را نوعی GPS زیستی میدانند و این یافته چه تصویری تازه از تاریخ تکامل جهتیابی در حیوانات ارائه میکند.
پروفسور ریچارد هریسون استاد علوم کانی در دانشگاه کمبریج و رئیس گروه پژوهشی «نانوپالئومغناطیس» (NanoPaleoMagnetism) است. او در زمینه دیرینهمغناطیسشناسی و بررسی رفتار مغناطیسی مواد در مقیاس نانو تخصص دارد و پژوهشهایش به درک بهتر تاریخ میدان مغناطیسی زمین کمک میکند.
پرفسور ریچارد هریسون
برای شروع، میدان مغناطیسی زمین چیست و چرا برای حیات روی سیاره ما اهمیت دارد؟
میدان مغناطیسی زمین بر اثر حرکتهای تلاطمی و همرفتیِ آهنِ مایع در بخش بیرونی هسته ایجاد میشود. حرکت این آهنِ مایع جریانهای الکتریکی تولید میکند و این جریانها به نوبه خود میدانهای مغناطیسی را شکل میدهند.
در سطح زمین، یعنی دور از هسته، میدان مغناطیسی زمین شکلی شبیه میدان یک آهنربای میلهای دارد. اگر یک آهنربای قوی را در مرکز زمین تصور کنید، میدان اطراف آن تقریبا همان الگو را خواهد داشت؛ به طوری که قطب جنوب مغناطیسی آن تقریبا به سوی قطب شمال جغرافیایی و قطب شمال مغناطیسی آن تقریبا به سوی قطب جنوب جغرافیایی اشاره میکند.
بسیاری میدانند پرندگان مهاجر میتوانند مسافتهای طولانی را طی کنند. «برداشت مغناطیسی» دقیقا چیست؟
برداشت مغناطیسی (magnetoreception) توانایی یک جانور برای حس کردن میدان مغناطیسی زمین و تبدیل تغییرات ویژگیهای این میدان (مثلا جهت و شدت آن) به یک پیام عصبی است که بتواند آن را تفسیر کند.
برخی جانداران ممکن است جهت میدان را تشخیص دهند و از آن بفهمند شمال کدام سمت است (حس قطبنمایی). برخی دیگر ممکن است تغییرات شدت میدان مغناطیسی زمین را در نقاط مختلف تشخیص دهند و از این اطلاعات برای تعیین موقعیت جغرافیایی خود استفاده کنند (حس نقشهبرداری مکانی).
در پژوهش شما، «مگنتوفسیلهای غولپیکر» چه هستند و چگونه کشف شدند؟
مگنتوفسیلهای غولپیکر بلورهایی با شکلهای غیرمعمول از کانی مغناطیسی مگنتیت (Fe₃O₄) هستند که در رسوبات دریایی با قدمتی تا ۹۷ میلیون سال یافت شدهاند.
این بلورها شکلهای متنوعی دارند؛ از جمله سوزنی، گلولهای، دوکی و نیزهای. بلوری که ما مطالعه کردیم یک بلور نیزهمانند مخروطیشکل بود که حدود ۲ میکرومتر طول و ۱ میکرومتر عرض داشت. شاید این اندازه در نگاه اول «غولپیکر» به نظر نرسد؛ اما این بلورها حدود ۲۰ برابر بزرگتر از مگنتوفسیلهای معمولی هستند که توسط باکتریها ساخته میشوند (که معمولا فقط ۵۰ تا ۱۰۰ نانومتر اندازه دارند). اندازه بزرگ آنها نشان میدهد احتمالا توسط باکتری ساخته نشدهاند و بیشتر به نظر میرسد حاصل فعالیت یک جانور بزرگتر باشند.
چه شواهدی نشان میدهد این ساختارها ممکن است بهعنوان یک سامانه جهتیابی درونی عمل کرده باشند؟
ما دریافتیم که با وجود اندازه بزرگشان، این ذرات ساختار مغناطیسی درونی بسیار پایدار و قابل تکراری دارند و دارای مغناطش کلی بالایی هستند.
ما از یک مدل ریاضی استفاده کردیم تا بررسی کنیم اگر چنین ذرهای درون یک سلول دارای گیرنده مغناطیسی قرار بگیرد، چگونه به میدان مغناطیسی واکنش نشان میدهد. نتیجه این بود که مغناطش زیاد این ذرات همراه با ساختار پایدار و قابل پیشبینیشان، آنها را به شدت نسبت به تغییرات شدت میدان مغناطیسی زمین حساس میکند. این یعنی جانور میتواند تغییرات بسیار جزئیتری را در شدت میدان مغناطیسی تشخیص دهد و این اطلاعات را به نوعی نقشه دقیقتر از موقعیت مکانی خود تبدیل کند؛ چیزی شبیه یک حس مکانیابی مغناطیسیِ تقویتشده.
شما این مگنتوفسیلها را نوعی «GPS زیستی» توصیف کردهاید. این چه تفاوتی با یک قطبنمای ساده دارد؟
قطبنما فقط به شما میگوید شمال کدام سمت است؛ اما نمیگوید دقیقا کجا هستید. اگر یک جانور بتواند هم جهت میدان و هم شدت آن را حس کند، میتواند تعیین کند در چه موقعیت جغرافیایی قرار دارد و برای رسیدن به مقصد باید در چه جهتی حرکت کند. برای مثال اگر جانوری بخواهد به یک جریان اقیانوسی مشخص برسد، مسیر درست حرکت ممکن است بسته به موقعیت فعلیاش تغییر کند؛ بنابراین هرچه اطلاعات دقیقتری از میدان مغناطیسی دریافت کند، جهتیابی موثرتر خواهد بود.
تیم شما چگونه توانست نخستین تصاویر سهبعدی از ساختار مغناطیسی درونی این فسیلها را تهیه کند؟
ما از یک روش جدید توموگرافی پرتو ایکس با وضوح بالا استفاده کردیم؛ چیزی شبیه سیتیاسکن پزشکی. نمونه را درون پرتو ایکس میچرخانیم تا تصویری سهبعدی ساخته شود. تفاوت اصلی این روش با اسکن معمولی این است که ما به پرتوهای ایکس «پیچش» میدهیم تا نسبت به مغناطش نمونه حساس شوند که از نظر فنی به آن «قطبش دایرهای» گفته میشود؛ بنابراین ما نه تنها یک تصویر سهبعدی از فسیل بلکه تصویری سهبعدی از ساختار مغناطیسی درونی آن نیز به دست میآوریم.
الگوی مغناطیسی گردبادمانندی که درون فسیلها دیدید چه اهمیتی دارد؟
این ساختار گردبادمانند سه ویژگی کلیدی دارد:اول آنکه بسیار پایدار است و به راحتی با گرما یا میدانهای مغناطیسی قوی تغییر نمیکند. دوم، بسیار قابل تکرار است؛ یعنی جانور میتواند هنگام رشد این بلور، هر بار تقریبا همان ساختار مشخص و ثابت را تولید کند. سوم و مهمتر از همه، مغناطش قوی دارد که از نظر ریاضی برای پاسخ به تغییرات شدت میدان بهینه شده است؛ بنابراین این ساختار میتواند به جانور کمک کند یک سامانه مکانیابی مغناطیسی قابلاعتماد داشته باشد.
این ذرات بسیار بزرگتر از ذرات مغناطیسی باکتریها هستند؛ چرا اندازه آنها مهم است؟
ذرات بزرگ معمولا آهنرباهای خوبی نیستند، به همین علت باکتریها ترجیح میدهند ذرات بسیار کوچک بسازند. اما برای ایجاد همان میزان مغناطش با ذرات کوچک، باید صدها ذره کوچک به شکل دقیق کنار هم قرار بگیرند. ما گمان میکنیم برای یک جانور بزرگتر شاید آسانتر باشد که یک ذره بزرگ منفرد با ویژگیهای مغناطیسی بهینه بسازد تا اینکه صدها ذره کوچک را در یک آرایش پیچیده کنترل کند.
هنوز مشخص نیست چه جانداری این فسیلها را ساخته است. محتملترین گزینهها چه هستند؟
آن جانور باید بتواند در مسافتهای طولانی با استفاده از میدان مغناطیسی ناوبری کند و آنقدر فراوان باشد که ذرات مغناطیسیاش در رسوبات باقی بماند. برای مثال، بسیاری از گونههای مهاجر ماهی مانند سالمون وجود دارند که در اقیانوسها با میدان مغناطیسی جهتیابی میکنند و برخی از آنها مگنتیت هم دارند.
شما مارماهیها را بهعنوان یک گزینه مطرح کردهاید. چرا مارماهیها مناسباند؟
مارماهیها دو مهاجرت بزرگ اقیانوسی انجام میدهند:از دریای سارگاسو (محل تخمریزی) به اروپا (محل زادآوری) و سپس دوباره بازگشت به سارگاسو برای مرگ. شواهدی وجود دارد که آنها برای یافتن جریانهای درست اقیانوسی از میدان مغناطیسی کمک میگیرند.
پژوهشهای جدید درباره بچه لاکپشتهای دریایی نشان میدهد آنها از بلورهای مگنتیت برای جهتیابی استفاده میکنند. آیا یافتههای شما به فهم تکامل این توانایی کمک میکند؟
بله. پژوهش ما کمک میکند بفهمیم چنین سازوکارهایی چگونه ممکن است عمل کنند. اندازه بزرگ این فسیلها باعث میشود احتمال بقای آنها بیشتر باشد و شاید بتوانیم آنها را در رسوبات قدیمیتر نیز پیدا کنیم.
آیا ممکن است جانوران اولیه ابتدا برداشت مغناطیسی را برای اهدافی غیر از مهاجرت تکامل داده باشند؟
باکتریهای مغناطیسجهتیاب خیلی زود در تاریخ تکامل حیات توانایی ساخت بلورهای مگنتیت را به دست آوردند. آنها از این بلورها برای جهتیابی استفاده نمیکنند بلکه برای یافتن عمق مناسب در ستون آب (Water column) بهره میگیرند. ممکن است جانوران این توانایی را از باکتریها «اقتباس» کرده باشند و سپس استفاده پیشرفتهتری برای جهتیابی تکامل داده باشند. در ادامه، تکامل ممکن است بلورهای بزرگتر را ایجاد کرده باشد تا عملکرد مغناطیسی بهینهتر شود.
این کشف چگونه درک ما را از خاستگاه تکاملی جهتیابی جانوران تغییر میدهد؟
این یعنی اکنون ممکن است یک «امضای فسیلی» در اختیار داشته باشیم که بتوان در رسوبات قدیمیتر به دنبال آن گشت تا زمان شکلگیری برداشت مغناطیسی را مشخص کنیم. پیش از این فقط به دنبال ذرات کوچکتر بودیم که یافتنشان بسیار دشوارتر است.
گامهای بعدی پژوهش شما چیست؟ آیا امیدوارید چنین ساختارهایی در جانوران امروزی هم پیدا شوند؟
ما دوست داریم با پژوهشگرانی که روی برداشت مغناطیسی جانوران کار میکنند همکاری کنیم تا ببینیم آیا چنین ذراتی در سلولهای حساس به میدان مغناطیسی آنها وجود دارد یا نه. تا زمانی که خودِ جانوری را که این ذرات را ساخته پیدا نکنیم، نمیتوانیم با قطعیت بگوییم نظریه ما درست است.
انتهای پیام/
