اسفنج‌های کهن ممکن است اولین حیوانات زمین باشند؛ شواهد جدید MIT این را نشان می‌دهد
نوشته جنیفر چو، مؤسسه فناوری ماساچوست
پژوهشگران MIT ردهای شیمیایی فسیلی را در سنگ‌های باستانی به نیاکان دموسپنج‌های امروز ردیابی کردند.
یک گروهی از ژئوشیمیدانان در MIT نشانه‌های قانع‌کننده‌ای را در سنگ‌های باستانی یافتند که نشان می‌دهد برخی از نخستین حیوانات زمین ممکن است پیش‌پدرهای اسفنج‌های دریایی امروز باشند.
در مطالعه‌ای منتشر شده در Proceedings of the National Academy of Sciences، پژوهشگران کشف خود از «فسیل‌های شیمیایی» موجود در نمونه‌های سنگی که بیش از ۵۴۱ میلیون سال قدمت دارند، توصیف کردند. این ردهای شیمیایی بقایای حفظ‌شدهٔ بیومولکول‌ها هستند که زمانی متعلق به موجودات زنده بوده‌اند و سپس دفن، تغییر و در طی زمان‌های بسیار طولانی در رسوب‌ها به‌صورت ثابت باقی مانده‌اند.
فسیل‌های شیمیایی تازه شناسایی‌شده، انواع خاصی از استران‌ها هستند؛ اشکال باثبات ژئولوژیکی استرول‌ها، مانند کلسترول، که در غشاهای سلولی موجودات پیچیده یافت می‌شوند. پژوهشگران این استران‌های ویژه را به کلاسی از اسفنج‌های دریایی به نام دموسپنج‌ها ردیابی کردند. امروزه دموسپنج‌ها در انواع اندازه‌ها و رنگ‌ها ظاهر می‌شوند و به‌عنوان فیلتر خورنده‌های نرم و لطیف در سراسر اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند. همتایان باستانی آنها احتمالاً ویژگی‌های مشابهی داشته‌اند.
«ما دقیقاً نمی‌دانیم این موجودات در آن زمان چه شکلی داشتند، اما قطعا در اقیانوس زندگی می‌کردند، بدن نرم داشته‌اند و فرض می‌کنیم اسکلت سیلیکاتی نداشته‌اند»، می‌گوید راجر سامونز، استاد شلومبرگر بازنشسته در زیست‌زمین‌شناسی، دپارتمان علوم زمین، جوّی و سیاره‌ای (EAPS) مؤسسه MIT.
کشف گروه از فسیل‌های شیمیایی مخصوص اسفنج، شواهد قوی‌ای ارائه می‌دهد که نیاکان دموسپنج‌ها از نخستین حیواناتی باشند که تکامل یافتند و احتمالاً این تکامل بسیار زودتر از سایر گروه‌های اصلی حیوانات زمین صورت گرفته است.
نویسندگان این مطالعه، که شامل سامونز نیز می‌شوند، شامل لبنا شاور، نویسندهٔ اصلی و پژوهشگر پسادکتری پیشین MIT EAPS (Crosby Fellow) که اکنون پژوهشگر علمی در کال‌تک است، به همراه گوردون لاو از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، بنجامین اووِجِس از دانشگاه کورنèl، الکس زامبرگ از تحقیقات GeoMark در هوستون، پاكو کاردناس از دانشگاه اُپسالا در سوئد، و خوزه-لوئیس گینر از کالج علوم محیطی و جنگلبانی دانشگاه ایالتی نیویورک می‌باشند.
اسفنج‌ها با استرول‌ها
این مطالعهٔ جدید بر پایه نتایجی که این گروه نخستین بار در سال ۲۰۰۹ گزارش کرده‌اند، بنا شده است. در آن پژوهش، تیم اولین فسیل‌های شیمیایی را شناسایی کرد که به‌نظر می‌رسید از اسفنج‌های باستانی منشأ می‌گیرند. آنها نمونه‌های سنگی از یک برش در عمان را تجزیه و تحلیل کردند و فراوانی شگفت‌انگیزی از استران‌ها یافتند که به‌عنوان بقایای حفظ‌شدهٔ استرول‌های ۳۰‑کربنی (C30)، یک نوع نادر از استروئید که احتمالاً از اسفنج‌های دریایی باستانی مشتق شده‌اند، شناخته شد.
استران‌ها در سنگ‌هایی یافت شدند که قدمت بسیار بالایی داشتند و در دورهٔ ادیاکاران (Ediacaran) تشکیل شده بودند — دوره‌ای که از حدود ۵۴۱ میلیون سال پیش تا حدود ۶۳۵ میلیون سال پیش گسترش می‌یافت. این دوره پیش از دورهٔ کامبرین قرار داشت، زمانی که زمین با انفجار ناگهانی و جهانی حیات چندسلولی پیچیده مواجه شد. کشف تیم نشان داد که اسفنج‌های باستانی زمان ظهورشان بسیار زودتر از اکثر حیات چندسلولی بوده و احتمالاً یکی از اولین حیوانات زمین بودند.
با این حال، به‌سرعت پس از انتشار این نتایج، نظریه‌های جایگزینی برای توضیح منشاء استران‌های C30 مطرح شد؛ از جمله این که این ترکیبات ممکن است توسط گروه‌های دیگری از موجودات یا فرایندهای غیر‌زندهٔ زمین‌شناسی تولید شده باشند.
تیم می‌گوید که این مطالعهٔ جدید فرضیهٔ اولیهٔ خود را که اسفنج‌های باستانی این ردهای شیمیایی ویژه را به‌جا گذاشته‌اند، تقویت می‌کند؛ چرا که فسیل شیمیایی جدیدی را در همان سنگ‌های پیشکامبری شناسایی کرده‌اند که تقریباً به‌صراحت می‌تواند منبع بیولوژیکی داشته باشد.
تقویت شواهد
همان‌طور که در کارهای پیشین خود، پژوهشگران به‌دنبال فسیل‌های شیمیایی در سنگ‌هایی که قدمتشان به دورهٔ ادیاکاران بازمی‌گردد، گشتند. آنها نمونه‌هایی از هسته‌های حفاری و لایه‌های برش در عمان، غرب هندوستان و سیبری به‌دست آوردند و سنگ‌ها را برای ردهای استران‌ها، شکل باثبات ژئولوژیکی استرول‌ها یافت در تمام یوکاریوت‌ها (گیاهان، حیوانات و هر موجودی که هسته و اندامک‌های غشائی دارد)، تجزیه و تحلیل کردند.
«اگر استرول یا لیپیدهای مشابه غشایی نداشته باشید، شما یوکاریوت نیستید»، سامونز می‌گوید.
ساختار اصلی یک استرول شامل چهار حلقه کربنی متصل به‌هم است. زنجیره‌های جانبی کربنی و افزونه‌های شیمیایی می‌توانند به این ساختار اضافه شده و آن را گسترش دهند، بسته به آن‌که ژن‌های خاص یک موجود چه ترکیبی را قادر به تولید است. به‌عنوان مثال، در انسان، استرول کلسترول شامل ۲۷ اتم کربن است، در حالی که استرول‌های گیاهی معمولاً ۲۹ اتم کربن دارند.
«یافتن استرولی با ۳۰ کربن بسیار غیرعادی است»، شاور می‌گوید.
فسیل شیمیایی که پژوهشگران در سال ۲۰۰۹ شناسایی کردند، استرولی ۳۰‑کربنی بود. علاوه بر این، تیم تعیین کرد که این ترکیب می‌تواند به‌وسیلهٔ یک آنزیم خاص که توسط ژنی مشترک میان دموسپنج‌ها رمزگذاری می‌شود، سنتز شود.
در مطالعهٔ جدید خود، تیم بر روی شیمی این ترکیبات متمرکز شد و دریافت که همان ژن مشتق‌شده از اسفنج می‌تواند استرولی نادرتر با ۳۱ اتم کربن (C31) نیز تولید کند. هنگامی که نمونه‌های سنگی خود را برای استران‌های C31 تجزیه و تحلیل کردند، این ترکیب را با فراوانی شگفت‌انگیزی یافتند، به‌همراه استران‌های C30 مذکور.
«این استران‌های ویژه از ابتدا وجود داشتند»، شاور می‌گوید. «پرسش‌های درست را می‌پرسیدیم تا آنها را کشف کنیم و واقعاً به معانی و منبع‌شان پی‌بریم.»
پژوهشگران همچنین نمونه‌های دموسپنج‌های امروزی را به‌دست آوردند و آنها را برای استرول‌های C31 تجزیه و تحلیل کردند. دریافتند که این استرول‌ها — پیش‌سازهای بیولوژیکی استران‌های C31 یافت‌شده در سنگ‌ها — در برخی گونه‌های دموسپنج‌های معاصر موجود هستند. برای گسترش کار، هشت استرول C31 مختلف را به‌صورت شیمیایی در آزمایشگاه سنتز کردند تا به‌عنوان استانداردهای مرجع تایید ساختار شیمیایی آنها استفاده شود. سپس این مولکول‌ها را به‌گونه‌ای پردازش کردند که شبیه‌سازی کند چگونه استرول‌ها هنگام رسوب‌اندازی، دفن و تحت فشارهای صدها میلیون ساله تحول می‌یابند. یافتند که محصول تنها دو استرول از این هشت، دقیقاً با فرم استرول C31 موجود در نمونه‌های سنگی باستانی مطابقت دارد. حضور دو ترکیب و عدم وجود شش ترکیب دیگر نشان می‌دهد که این ترکیبات از یک فرآیند تصادفی غیر‌بیولوژیکی نشأت نگرفته‌اند.
این نتایج، که با خطوط مختلف تحقیق تقویت شده‌اند، به‌طور قوی ایدهٔ این‌که استران‌های یافت‌شده در سنگ‌های باستانی توسط موجودات زنده تولید شده‌اند، نه از طریق فرآیندهای زمین‌شناسی، را پشتوانه می‌دهند. افزون بر این، احتمالاً آن موجودات نیاکان دموسپنج‌ها بوده‌اند که تا امروز توانسته‌اند توانایی تولید همین سری ترکیبات را حفظ کنند.
«این ترکیبی است از آن‌چه در سنگ وجود دارد، آن‌چه در اسفنج یافت می‌شود و آن‌چه می‌توان در آزمایشگاه شیمی تولید کرد»، سامونز می‌گوید. «شما سه خط شواهد پشتیبان، هم‌راستا، در اختیار دارید که نشان می‌دهد این اسفنج‌ها از نخستین حیوانات زمین هستند.»
«در این مطالعه نشان می‌دهیم که چگونه یک بیومارکر را تأیید کنیم و اثبات کنیم که سیگنال به‌طور واقعی منبع زندگی است و نه آلودگی یا شیمی غیر‌بیولوژیک»، شاور اضافه می‌کند.
اکنون که تیم نشان داده است استرول‌های C30 و C31 سیگنال‌های قابل‌اعتمادی برای اسفنج‌های باستانی هستند، برنامه دارند فسیل‌های شیمیایی را در سنگ‌های باستانی مناطق دیگر جهان جست‌وجو کنند. از سنگ‌های نمونه‌گیری‌شده تا کنون تنها می‌توانند بگویند که رسوبات و اسفنج‌ها در دورهٔ ادیاکاران شکل گرفته‌اند. با افزایش تعداد نمونه‌ها می‌توانند زمان دقیق شکل‌گیری نخستین حیوانات را شناسایی کنند.
منبع: «شناسایی شیمیایی استرول‌های C31 از اسفنج‌ها و همتایان فسیلی استران‌های نوپروتروزی»؛ توسط لبنا شاور، گوردون دی. لاو، بنجامین تی. اووِجِس، ج. الکس زامبرگ، پاکو کاردناس، خوزه-لوئیس گینر و راجر ای. سامونز، ۲۹ سپتامبر ۲۰۲۵، Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2503009122
این پژوهش تا حدی توسط صندوق MIT Crosby، برنامهٔ بورس پسادکتری برجسته، همکاری بنیاد سیمونز در زمینهٔ منشاء حیات و برنامهٔ اکسیبیولوژی ناسا پشتیبانی شد.
هرگز از یک دستاورد مهم فاصله نگیرید: در خبرنامهٔ SciTechDaily عضو شوید.
ما را در گوگل و اخبار گوگل دنبال کنید.