فسیل‌های ۹۷ میلیون‌ساله شاید قدیمی‌ترین نشانه قطب‌نمای درونی جانوران باشند
پژوهشگران شواهدی پیدا کرده‌اند که شاید قدیمی‌ترین نمونه شناخته‌شده از یک سامانه GPS درونی در بدن یک جانور باشد. این شواهد از فسیل‌های مغناطیسی بسیار کوچکی به دست آمده که قدمتشان به ۹۷ میلیون سال پیش می‌رسد. این ساختارها در رسوبات باستانی کف دریا حفظ شده‌اند و…
خلاصه تحلیلی خبر
پژوهشگران شواهدی پیدا کرده‌اند که شاید قدیمی‌ترین نمونه شناخته‌شده از یک سامانه GPS درونی در بدن یک جانور باشد. این شواهد از فسیل‌های مغناطیسی بسیار کوچکی به دست آمده که قدمتشان به ۹۷ میلیون سال پیش می‌رسد. این ساختارها در رسوبات باستانی کف دریا حفظ شده‌اند و…
موضوعات اصلی: پشتیبانی شبکه، مغناطیسی، هریسون، میدان، بسیار، زمین
پژوهشگران شواهدی پیدا کرده‌اند که شاید قدیمی‌ترین نمونه شناخته‌شده از یک سامانه GPS درونی در بدن یک جانور باشد.
این شواهد از فسیل‌های مغناطیسی بسیار کوچکی به دست آمده که قدمتشان به ۹۷ میلیون سال پیش می‌رسد. این ساختارها در رسوبات باستانی کف دریا حفظ شده‌اند و ظاهراً توسط موجودی ایجاد شده‌اند که هویت آن هنوز مشخص نیست.
این ساختارهای میکروسکوپی که مگنتوفسیل نام دارند، شکل‌هایی شبیه سرنیزه، دوک، گلوله و سوزن دارند. اندازه هرکدام از آنها از یک سلول باکتریایی بزرگ‌تر نیست. دانشمندان منشأ زیستی آنها را محتمل می‌دانند، اما همچنان مشخص نیست چه جانداری آنها را ساخته و هدف دقیقشان چه بوده است.
اکنون پژوهشگران شواهدی به دست آورده‌اند که نشان می‌دهد این ساختارها احتمالاً مانند یک سامانه ناوبری پیشرفته عمل می‌کرده‌اند و به یک جانور باستانی اجازه می‌داده‌اند میدان مغناطیسی زمین را مشابه یک نقشه تفسیر کند.
سامانه ناوبری مغناطیسی متعلق به ۹۷ میلیون سال پیش
دانشمندان دانشگاه کمبریج و مرکز هلمهولتس برلین نخستین تصاویر سه‌بعدی از ساختار مغناطیسی درون این فسیل‌ها را تهیه کردند. بررسی‌ها نشان داد ویژگی‌های این ساختارها ظاهراً برای تشخیص جهت و شدت میدان مغناطیسی زمین بهینه شده‌اند؛ دو نوع اطلاعاتی که می‌توانسته به یک جانور کمک کند موقعیت خود و مسیر حرکتش را تشخیص دهد.
پروفسور ریچ هریسون از گروه علوم زمین دانشگاه کمبریج که یکی از رهبران این پژوهش بوده، گفت
هر موجودی که این مگنتوفسیل‌ها را ساخته باشد، اکنون می‌دانیم که احتمالاً توانایی ناوبری دقیق داشته است.
این یافته‌ها نخستین شواهد مستقیم را ارائه می‌کنند که نشان می‌دهد جانوران دست‌کم ۹۷ میلیون سال پیش از میدان مغناطیسی زمین برای جهت‌یابی استفاده می‌کرده‌اند. نتایج همچنین می‌تواند به دانشمندان در درک روند تکامل این حس شگفت‌انگیز، یعنی مغناطیس‌پذیری، کمک کند. نتایج این تحقیق در نشریه ارتباطات زمین و محیط زیست منتشر شده است.
مغناطیس‌پذیری همچنان یکی از ناشناخته‌ترین حواس موجود در طبیعت به شمار می‌رود. پرندگان، ماهی‌ها و حشرات می‌توانند با کمک میدان مغناطیسی زمین مسافت‌های بسیار طولانی را طی کنند، اما دانشمندان هنوز سازوکارهای زیستی دقیق این توانایی را به‌طور کامل نمی‌شناسند.
یکی از نظریه‌های اصلی به ماده معدنی مغنتیت مربوط می‌شود؛ ماده‌ای مغناطیسی که ممکن است در بدن جانوران بلورهای بسیار کوچکی تشکیل دهد. این ذرات می‌توانند با میدان مغناطیسی زمین هم‌راستا شوند و مانند عقربه‌های قطب‌نمای میکروسکوپی رفتار کنند.
باکتری‌ها نمونه ساده‌تری از قطب‌نمای مغناطیسی دارند
برخی باکتری‌هایی که در دریاچه‌ها و دیگر محیط‌های آبی زندگی می‌کنند، همین سامانه را در شکل ساده‌تری به کار می‌گیرند. زنجیره‌هایی از ذرات مغناطیسی درون سلول‌های آنها باعث می‌شود باکتری‌ها خود را با میدان مغناطیسی زمین هم‌جهت کنند و به سمت عمقی از آب شنا کنند که برایشان مناسب‌تر است.
هریسون گفت
این ذرات با عرض تنها ۵۰ تا ۱۰۰ نانومتر، عقربه‌های قطب‌نمایی ایده‌آلی هستند. اگر بخواهید کارآمدترین حس مغناطیسی را ایجاد کنید، کوچک‌تر بودن بهتر است.
با این حال، مگنتوفسیل‌هایی که در پژوهش جدید بررسی شدند، بسیار بزرگ‌تر هستند. این فسیل‌ها از منطقه‌ای در اقیانوس اطلس شمالی به دست آمده‌اند و اندازه آنها تقریباً ۱۰ تا ۲۰ برابر ذرات مغناطیسی مورد استفاده باکتری‌هاست.
دانشمندان پیش‌تر احتمال داده بودند این مگنتوفسیل‌های غیرعادی و بزرگ ممکن است مانند خارهای محافظ عمل کرده باشند. با این حال، شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نشان دادند که این ساختارها احتمالاً ویژگی‌های مغناطیسی بسیار پیچیده‌تری دارند.
هریسون گفت
به نظر می‌رسد این موجود شکل و ساختار این فسیل‌ها را با دقت کنترل می‌کرده و ما می‌خواستیم بدانیم دلیل آن چه بوده است.
مشاهده ساختار درونی فسیل‌های مغناطیسی
برای بررسی دقیق‌تر، پژوهشگران از روش تصویربرداری جدیدی استفاده کردند که امکان مشاهده نحوه قرارگیری گشتاورهای مغناطیسی، یعنی میدان‌های مغناطیسی بسیار کوچکی که بر اثر چرخش الکترون‌ها ایجاد می‌شوند، در سراسر مگنتوفسیل را فراهم کرد.
دانشمندان پیش‌تر نمی‌توانستند از ذرات بزرگی مانند مگنتوفسیل‌های غول‌پیکر تصاویر سه‌بعدی مغناطیسی تهیه کنند، زیرا پرتوهای ایکس معمولی توانایی نفوذ مؤثر در آنها را نداشتند.
این پژوهش به لطف روش تصویربرداری جدیدی امکان‌پذیر شد که کلر دانلی، یکی از نویسندگان تحقیق در مؤسسه ماکس پلانک آلمان، توسعه داده است. اندازه‌گیری‌ها نیز در مرکز پرتو ایکس دایموند در آکسفورد انجام گرفت.
دانلی گفت
اینکه توانستیم ساختار مغناطیسی درونی را با توموگرافی مغناطیسی نقشه‌برداری کنیم، به‌خودی‌خود نتیجه بزرگی بود؛ اما اینکه این نتایج بتواند درباره ناوبری موجوداتی که میلیون‌ها سال پیش زندگی می‌کردند اطلاعات بدهد، واقعاً هیجان‌انگیز است.
تصاویر به‌دست‌آمده، الگویی مغناطیسی بسیار پیچیده‌تر از انتظار پژوهشگران را آشکار کرد. گشتاورهای مغناطیسی در اطراف یک خط مرکزی که از داخل فسیل عبور می‌کند، حالت مارپیچی دارند و ساختاری شبیه گرداب به شکل گردباد ایجاد می‌کنند.
ذره‌ای ساخته‌شده برای ناوبری
به گفته هریسون، این نوع مغناطیس گردابی ویژگی‌هایی دارد که آن را به‌شدت برای ناوبری مناسب می‌کند. تغییرات بسیار جزئی در شدت میدان مغناطیسی باعث ایجاد نوسانی ظریف در این ساختار می‌شود و این ویژگی احتمالاً به یک موجود زنده اجازه می‌داده اطلاعات دقیقی درباره موقعیت جغرافیایی خود به دست آورد.
هریسون گفت
این ذره مغناطیسی نه‌تنها با تشخیص شیب میدان مغناطیسی زمین، عرض جغرافیایی را مشخص می‌کند، بلکه شدت میدان را نیز اندازه می‌گیرد؛ شدتی که می‌تواند با تغییر طول جغرافیایی متفاوت باشد.
هندسه گردابی این ساختار همچنین ثبات بسیار بالایی دارد. چنین پایداری می‌توانسته به سامانه مغناطیسی کمک کند در برابر اختلالات کوچک محیطی مقاومت نشان دهد؛ عواملی که در غیر این صورت ممکن بود اطلاعات قابل اعتماد مربوط به جهت‌یابی را مختل کنند.
هریسون گفت
اگر طبیعت یک GPS ایجاد کرده باشد، ذره‌ای که بتوان به آن برای ناوبری در هزاران کیلومتر مسیر اقیانوسی اعتماد کرد، احتمالاً چیزی شبیه همین ساختار خواهد بود.
این پژوهش با مشخص کردن کاربرد احتمالی فسیل‌ها، سرنخ‌هایی درباره جانور مرموزی که آنها را ایجاد کرده نیز ارائه می‌دهد.
هریسون گفت
پرسش بعدی این است که چه موجودی این فسیل‌ها را ساخته است. این یافته به ما می‌گوید باید به دنبال جانوری مهاجر بگردیم که در اقیانوس‌ها آن‌قدر فراوان بوده که بقایای فسیلی زیادی از خود برجای گذاشته باشد.
آیا مارماهی‌های باستانی عامل ایجاد این فسیل‌ها بوده‌اند؟
هریسون مارماهی‌ها را یکی از گزینه‌های احتمالی می‌داند. مارماهی‌ها حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش تکامل یافتند و امروزه نیز در میان مرموزترین و کم‌شناخته‌شده‌ترین جانوران زنده قرار دارند.
مارماهی‌های اروپایی و آمریکایی امروزی مهاجرت‌های شگفت‌انگیزی انجام می‌دهند و برای تولیدمثل، هزاران کیلومتر از رودخانه‌های آب شیرین به سمت دریای سارگاسو حرکت می‌کنند. پژوهشگران می‌دانند مارماهی‌ها قادر به تشخیص میدان مغناطیسی زمین هستند، اما هنوز مشخص نیست دقیقاً چگونه این میدان را احساس می‌کنند.
ذرات مغنتیت در بدن مارماهی‌ها پیدا شده‌اند، اما دانشمندان تاکنون نتوانسته‌اند این ذرات را به‌طور مستقیم درون سلول‌ها و بافت‌های آنها تصویربرداری کنند. اندازه فوق‌العاده کوچک این ذرات، یافتنشان را دشوار کرده و این احتمال نیز وجود دارد که تقریباً در هر بخش از بدن جانور پنهان باشند.
هریسون هنگام طراحی این مطالعه همکاری نزدیکی با سرخیو والنسیا از مرکز هلمهولتس برلین داشت.
والنسیا گفت
این یک همکاری واقعاً بین‌المللی بود که متخصصانی از حوزه‌های مختلف را کنار هم آورد تا درباره عملکرد احتمالی این مگنتوفسیل‌ها اطلاعات بیشتری به دست آوریم.
اگرچه هنوز هویت موجودی که این ساختارها را ایجاد کرده مشخص نیست، این فسیل‌ها ممکن است مرحله‌ای مهم در تکامل یکی از شگفت‌انگیزترین توانایی‌های جهت‌یابی در طبیعت را نشان دهند.
هریسون گفت
مگنتوفسیل‌های غول‌پیکر گام مهمی در ردیابی روندی هستند که طی آن جانوران، مغناطیس‌پذیری ابتدایی باکتریایی را به سامانه‌های ناوبری بسیار تخصصی و شبیه GPS تبدیل کردند.
این پژوهش بخشی از حمایت مالی خود را از اتحادیه اروپا، شورای تحقیقات اروپا و انجمن سلطنتی دریافت کرده است. ریچ هریسون همچنین عضو کالج سنت کاترین در دانشگاه کمبریج است.
برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.