شاخه

ما اطلاعات اندکی در خصوص دمای سطح زمین در چهار میلیارد سال نخست پیدایش آن داریم. همین عامل محدودیتی برای تحقیق درباره منشأ حیات در زمین و چگونگی پیدایش آن در سیارات دور دست به شمار می رود. اکنون محققان اعلام کردند که با احیای مجدد آنزیم های قدیمی می توانند دماهایی را تخمین بزنند که موجودات زنده در میلیاردها سال پیش در آن فرگشت یافتند.

آماندا گارسیا، محقق ارشد و دیرینه شناس در دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس گفت:

ما باید به درک بهتری از نحوه شکل گیری حیات برای نخستین بار در زمین و چگونگی فرگشت حیات و محیط زمین در طی میلیاردها سال از تاریخ زمین شناسی دست یابیم. گارسیا و همکارانش به بررسی تاریخ دمای سطح زمین پرداختند. سنگ ها سرنخ های بسیاری برای پی بردن به دما در ۵۵۰ میلیون سال گذشته در عصر پیدا زیستی یا فانروزوئیک عرضه می کنند؛ چرا که حیات مولکولی پیچیده شکل گرفت. با این حال، ابزارهای دماسنج دیرینه اندکی برای دورهٔ پرکامبرین وجود دارد.

شواهد زمین شناختی ابتدایی نشان می دهد که ۳٫۵ میلیارد سال قبل، دمای اقیانوس ها به ۵۵ تا ۸۵ درجه سانتیگراد رسیده بود. اما دمای آنها به پانزده درجه سانتیگراد کاهش پیدا کرد. دانشمندان با بررسی ایزوتوپ های اکسیژن و سیلیسیم در سنگ های دریایی به این ارزیابی ها رسیدند. سنگ های غنی از کوارتز موجود در بستر دریاها معروف به “چرت”(Chert) دارای مقادیر زیادی از ایزوتوپ های سنگین اکسیژن-۱۸ و سیلیسیم-۳۰ هستند. در اصل، نسبت ایزوتوپ های سنگین به سبک اکسیژن و سیلیسیم می تواند به اطلاعات ارزشمندی درباره دما در روزگار قدیم منجر شود.

تصویر سمت چپ نشان می دهد که زمین در حدود بیش از سه میلیارد سال پیش در ابتدای دوره پرکامبرین چه شکلی بوده است. اشکال نارنجی نشان دهنده اجزای غنی از منیزیم قبل از شروع صفحات تکتونیکى می باشد. تعیین محل و شکل دقیق آنها به هیچ وجه امکان پذیر نیست. اقیانوس به دلیل میزان بالای یون های آهن در آب، به رنگ سبز دیده می شود. جدول زمانی از نوعی گذار حکایت دارد؛ این دورهٔ گذار از پوسته قاره ای فوقانی غنی از منیزیم به پوسته قاره‌ ای فوقانی عاری از منیزیم اتفاق افتاده است.

اما چنین ابزارهای دماسنج دیرینه این نکته را در نظر نمی گیرند که چگونه سنگ ها یا اقیانوس در طی بازه زمانی چند میلیارد ساله دچار تغییر شده اند. شاید نسبت های ایزوتوپى در اقیانوس ها در واکنش به تغییرات فیزیکی یا شیمیایی مُدام عوض شده باشد. از جمله این تغییرات می توان به جریان آب در خشکی یا منافذ هیدروترمال اعماق دریا اشاره کرد. گارسیا و همکارانش به دنبال اندازه گیری مستقل دمای آب اقیانوس ها در دوره پرکامبرین بودند؛ آنان بر رفتار مولکول های زیستی تاکید بسیاری داشتند.

دانشمندان آنزیمی به نام نوکلئوسید دی فسفات کیناز (NDK) را مورد بررسی قرار دادند. این آنزیم در دستکاری بنیان DNA و RNA نقش دارد. البته نقش های دیگری هم به آنزیم NDK نسبت می دهند. نسخه هایی از این پروتئین در تمامی موجودات زنده یافت می شود و برای قسمت اعظمی از جانداران منقرض شده هم حیاتی بوده اند. مطالعات قبل از وجود رابطه ای میان دمای بهینهٔ پایداری پروتئین و رشد موجود زنده حکایت داشت.

محققان می توانند با مقایسه توالی های مولکولی نسخه های آنزیم NDK در انواعی از گونه های معاصر به بازسازی نسخه های آنزیم NDK بپردازند. احتمال وجود این نسخه ها در اجداد مشترک گونه ها بالاست. دانشمندان می توانند بصورت آزمایشی این پروتئین های قدیمی بازسازی شده را تجزیه و تحلیل نمایند تا دمای پایدار کننده پروتئین را بیابند.

با این شرایط، زمینه برای پی بردن به دمایى که موجودات زنده عصر باستان در آن زیست می کردند، فراهم می شود. دانشمندان با بررسی نزدیک ترین خویشاوندان موجودات زندهٔ میزبان به تخمین زمان وجود آنزیم های قدیمی می پردازند. هر چقدر میزان تفاوت ها در توالی های ژنتیکی این خویشاوندان زیاد باشد، آخرین خویشاوندان مشترک آنها در گذشته های دورتری زندگی می کرده اند. دانشمندان از این تفاوت ها برای اندازه گیری سن مولکول های زیستی از قبیل آنزیم NDK استفاده می کنند.

تحقیقات قبلی با هدف پی بردن به دمای گذشتۀ زمین، آنزیم های قدیمی را بازسازی کرده است اما برخی از این آنزیم ها شاید از موجوداتى نشأت گرفته باشند که در محیط های بسیار گرمی زندگی می کردند مثل منافذ هیدروترمال اعماق دریاها. گارسیا و همکارانش بازسازی آنزیم NDK از گیاهان خشکی و باکتری های فتوسنتز کننده را که در اعماق بالای اقیانوس زندگی می کردند، در دستور کار خود قرار دادند؛ یعنی به دور از چشمه های گرم جوشان.

تحقیقات آنان نشان می دهد که دمای سطح زمین در حدود سه میلیارد سال پیش از ۷۵ درجه سانتیگراد به ۳۵ درجه سانتیگراد در حدود ۴۲۰ میلیون سال پیش کاهش پیدا کرد. این یافته ها با نتایج زمین شناختی و آنزیمی سازگار است. گارسیا گفت که پی بردن به دلیل چنین کاهش بزرگی جای سوال داشته و سخت است. باید تلاش زیادی برای تصور جهانی کرد که سازگار با شرایط فعلی حیات در کره زمین نیست. باید تحقیقات بعدی نسخه های آنزیم NDK را در موجودات بیشتری بازسازی کنند تا شواهد و قرائن بیشتری برای پشتیبانی از این روش حاصل آید. چنین تحقیقاتی می تواند نقش سازنده ای در پاسخگویی به سوالات بزرگی دربارۀ فرگشت اولیه حیات و محیط زمین ایفا کند.

گردآورنده : شاخه