زمين گلوله‌برفي؛ حيات چگونه در بزرگ‌ترين دوران انجماد دوام آورد؟

درحالي‌كه زمين امروز ما با بحران فزاينده‌‌ي گرمايش جهاني و افزايش دما مواجه است، در گذشته‌‌ي بسيار دور، اين سياره با وضعيت كاملا متفاوتي مواجه بود. ۷۲۰ تا ۶۳۵ ميليون سال پيش، سياره‌‌ي ما در ميانه‌‌ي دو عصر يخبندان به دنيايي سراسر يخ‌‌زده تبديل شد؛ دنيايي منجمد كه از آن به‌‌عنوان زمين گلوله‌‌برفي ياد مي‌‌شود.

همه‌‌چيز بسيار سريع رخ داد و تقريبا در چند هزار سال، تمامي سطح سياره از آب‌‌ها تا خشكي‌‌ها و از قطب‌‌ها تا مركز استوا با لايه‌‌اي از يخ پوشانده شد. در آن روزگار، تنها در زير اقيانوس‌‌ها امكان بقاي حيات وجود داشت و يخ مانند حائلي ضخيم، مانع از هرگونه تماس موجودات زنده درون اقيانوس‌‌ها با خورشيد يا اتمسفر شده بود. نوح پلانوفسكي، زيست‌‌شيمي‌‌دان دانشگاه ييل مي‌‌گويد:

اين دوران مصادف با زماني است كه ترموستات طبيعي زمين عملا از كار افتاد. پرسشي كه هركس در ذهن خود مطرح مي‌كند، اين است: «حيات چطور توانسته از آن دوران جان سالم به‌‌در ببرد؟»

اين حجم از يخبندان عملا مي‌‌توانست انقراض دسته‌‌جمعي گونه‌‌ها را در پي داشته باشد. با‌اين‌حال، گونه‌هاي حيات توانسته‌اند به‌‌گونه‌‌اي مرموز از اين انجماد كشنده جان سالم به‌‌در ببرند. پلانوفسكي و همكارانش در مقاله‌اي كه روز دوشنبه‌‌ي گذشته در نشريه‌‌ي پيشرفت‌‌هاي آكادمي طبيعي علوم منتشر شد، از كشف واحه‌‌هايي در بستر يخسارهاي ديرين سخن مي‌گويند كه گمان مي‌‌رود به نجات حيات در آن زمان كمك كرده باشند.

آن‌‌ها مجبور شدند مدتي را روي تپه‌‌هاي سرخ‌‌رنگ و جديد آن منطقه پياده‌‌روي كنند؛ مكاني جهنمي كه دماي هوا در آن به ۵۰ درجه‌‌ي سانتي‌‌گراد نيز مي‌‌رسيد. اين شدت حرارت حتي براي ذوب‌‌كردن كف پوتين‌‌هاي والاس نيز كافي بود. لچت، رهبر اين مطالعه‌‌ي جديد مي‌‌گويد:

با كمك يك تكه چسب پهن، اين اشكال حل شد.

گفته مي‌‌شود اين صخره‌‌هاي سرخ و جديد در خلال دوران يخبندان گلوله‌‌برفي و درست در دل اقيانوس‌‌ها شكل گرفته‌‌اند. لچت چندين نمونه از خاك اين منطقه را برداشت و بعدها در سال ۲۰۱۵ و ۲۰۱۶، موفق شد نمونه‌‌هاي ديگري از اين صخره‌‌ها را در مناطق نامبيا و دره‌‌ي مرگ كاليفرنيا استخراج كند. به‌‌انديشه متخصصين مي‌‌رسد اين صخره‌‌ها نيز در همان دوران يخبندان يادشده به‌‌وجود آمده باشند.

صخره‌‌هاي غني از آهن دره‌‌ي مرگ در كاليفرنيا پنجره‌‌اي به‌سوي شديدترين دوران يخبندان زمين هستند.

رنگ سرخ صخره‌‌ها براي لچت نشانه‌‌اي از وفور عنصر آهن در تركيب سازنده‌‌ي آن‌‌ها بود. اين صخره‌‌ها به همان دليلي رو به سرخي گذاشته بودند كه بدنه‌‌ي خودروهاي قديمي در مجاورت هوا قرمز رنگ مي‌‌شوند: زنگ‌‌زدگي.

براي زنگ‌‌زدن آهن به اكسيژن نياز است. اكسيژن عنصري حياتي براي بقاي حيوانات و بسياري ديگر از ارگانيسم‌‌هاي زنده به‌‌شمار مي‌‌آيد. زنگ‌‌زدن صخره‌‌ها در دل اقيانوس‌‌هاي باستاني نشانه‌‌ي وجود اكسيژن در آن اقيانوس‌‌ها بوده است. وجود اكسيژن نشان مي‌‌دهد گونه‌‌هاي وابسته به اكسيژن نيز احتمالا در آن دوران توانسته‌‌اند به بقاي خود ادامه دهند. لچت كه اكنون پژوهشگر دوره‌‌ي فوق‌‌دكتري در دانشگاه مك‌‌گيل كانادا است، در‌اين‌باره مي‌‌گويد:

اين اولين مدرك مستقيم دال بر وجود محيط دريايي سرشار از اكسيژن در دوران زمين گلوله‌‌برفي است. شواهد مي‌‌گويند با اينكه بسياري از مناطق اقيانوس‌‌ها به‌‌دليل كمبود اكسيژن در دوران انجماد بزرگ عملا سكونت‌ناپذير شده بودند، در مناطقي كه يخسارها در آب اقيانوس‌‌ها مي‌‌افتادند، منبعي عظيم از آب اكسيژن‌‌دار يافت مي‌‌شد.

اينكه چگونه همين اكسيژن در وهله‌‌ي اول توانسته به اقيانوس‌‌ها راه يابد، خود معماي حل‌نشده بود. جوّ زمين منبعي عظيم براي تأمين اكسيژن اقيانوس‌‌ها است؛ اما با درانديشه متخصصينگرفتن لايه‌‌ي ضخيم يخسارهايي كه در دوران گلوله‌‌برفي اقيانوس‌‌هاي زمين را از اتمسفر بالاي آن جدا مي‌‌كرد، منطقي‌‌تر بود آب اقيانوس‌‌ها عملا از وجود هرگونه اكسيژني عاري شود. لچت مي‌افزايد:

اين امر مي‌‌توانست به شكل‌‌گيري اقيانوس‌‌هاي بي‌‌هوازي منجر شود؛ شرايطي كه مرگ احتمالي تمامي گونه‌‌هاي وابسته به اكسيژن را در پي داشت. موضوع ذكرشده نمايانگر بخشي از مسئله‌‌ي حل‌‌نشده بود.

هرگونه حياتي كه در اين آب‌‌هاي اكسيژن‌‌دار زندگي مي‌‌كرده، به غذا نيز نياز داشته است. وجود آهن خود مي‌‌تواند گواهي بر اين موضوع باشد. مي‌‌دانيم آب درياها سرشار از آهن محلول بوده است و امروزه، گونه‌‌اي از باكتري‌‌ها به‌‌نام باكتري‌‌هاي كموتروفيك وجود دارند كه انرژي موردنياز خود را از اكسايش آهن محلول به‌‌دست مي‌‌آورند و پس از مصرف اين ماده، از خود اكسيدآهن به‌‌جاي مي‌‌گذارند. بنابراين، رسوب‌‌هاي اكسيدشده‌ در مجاور خطوط يخ‌‌تاق‌‌ها مي‌‌تواند ناشي از فعاليت انواعي از باكتري‌‌هاي آبي باشد كه ازطريق اكسايش آهن به حيات خود ادامه مي‌‌داده‌‌اند.

ورود آب حاصل از ذوب يخسارها مي‌توانسته منبع تأمين اكسيژن‌ براي حيات در دوران زمين گلوله‌برفي بوده باشد.

گالن هالورسن، از دانشگاه مك‌‌گيل مي‌‌گويد:

اين مطالعه نه‌‌تنها توضيحي درباره‌ي چگونگي ادامه‌‌ي حيات جانوران بدوي در دوران يخبندان جهاني ارائه مي‌كند؛ بلكه سازوكار ظهور دوباره‌‌ي ذخاير آهن پس از يك ميليارد سال غيبت را در داده‌‌هاي ثبتي زمين‌‌شناسي توضيح مي‌‌دهد.

پاول هوفمن، متخصص كارشناس زمين‌‌شناسي از دانشگاه هاروارد و از پيش‌گامان فرضيه‌‌ي زمين گلوله‌‌برفي نيز معتقد است اين توجيه براي نحوه‌‌ي ورود اكسيژن به اقيانوس‌‌ها از اعتبار كافي برخوردار است. او مي‌‌گويد:

مجذوب اين ايده شده‌‌ام و گمان مي‌‌كنم با مشاهداتم نيز سازگاري دارد.

دكتر هوفمن اذعان مي‌‌كند نمي‌‌توان با قاطعيت گفت اين سازوكار اصلي‌‌ترين روش تأمين اكسيژن موردنياز حيات دريايي در دوران زمين گلوله‌‌برفي بوده است يا خير. درحقيقت، مدرك مستدلي نداريم كه ثابت كند واقعا چنين اتفاقي رخ داده است؛ با‌اين‌حال، اين انديشه متخصصينيه به‌‌خوبي با شواهد فعلي ما سازگار است. او مي‌‌افزايد:

از انديشه متخصصينات انديشه متخصصيني، هنوز درباره‌ي نحوه‌‌ي واكنش حيات دربرابر اشكالات دوران زمين گلوله‌‌برفي اطلاعات كافي نداريم.