رمزگشایی از راز حیات فسیلی

آنها در دل این قطعات سنگی، ردپای فسیل‌هایی را پیدا می‌کنند که گویی زنده هستند و حرف‌های زیادی برای گفتن دارند. در سال‌های اخیر، به لطف فناوری‌های نوینی که به کمک این عرصه آمده است، ارائه تصاویر سه‌بعدی از جانوران دوران کهن زمین و آنهایی که میلیون‌ها سال پیش در گوشه و کنار سیاره مادر زندگی می‌کرده‌اند، ساده‌تر از هر زمان دیگری شده و از این رو محققان با تکیه بر آنها با اطمینان خاطر بیشتری از رمزگشایی‌شان سخن می‌گویند.

فسیل‌ها گنجینه‌ای غنی از تاریخ زمین

دیرینه‌شناسان معتقدند برای یک قطعه فسیل نمی‌توان ارزش خاصی در نظر گرفت، چون هریک از این قطعات دربرگیرنده بخشی از تاریخ ده‌ها و صدها میلیون سال پیش زمین هستند. در حقیقت، فسیل‌ها و بخصوص فسیل‌های جانوری، بخشی از تاریخ گذشته زمین را در دل خود جای داده‌اند که هیچگاه در معرض دید عموم قرار نداشته و برای نفوذ به آنها راهی جز استفاده از فناوری‌های نوین وجود ندارد. اتفاقا به دلیل کاستی‌هایی که در این زمینه وجود داشته، دیرینه‌شناسان در بررسی فسیل‌های به دست آمده از نقاط مختلف زمین با احتیاط خاصی رفتار می‌کنند. ترس از وارد آمدن هرگونه لطمه‌ای به فسیل‌ها، دیرینه‌شناسان را در تجزیه و تحلیل آنها دست به عصا نگاه می‌دارد. همین مسأله موجب شده تا طیف جدیدی از فناوری‌ها در راستای برطرف شدن چنین مشکلاتی ارائه شوند.

استفاده از فناوری‌های نوین پزشکی راهبرد جدیدی است که دیرینه‌شناسان به آن به عنوان ابزاری مطمئن در نفوذ به اعماق فسیل‌ها نگاه می‌کنند. تانیا اسمیت، از انسان‌شناسان برجسته دانشگاه هاروارد می‌گوید: «تا پیش از این برای نفوذ به فسیل‌های کشف شده آن هم بدون شکافتن آنها هیچ امیدی نداشتیم. اما این ایده که بتوان طوری به دل فسیل‌ها نفوذ کرد که هیچ آسیبی به آنها وارد نشود حقیقتا هیجان‌آور است. یکی از چشمگیرترین دستاوردها در این زمینه، مبتنی بر تصویربرداری محاسباتی توموگرافی (تشخیص بیماری‌ها با استفاده از تکنیک پرتونگاری مقطعی) است که به فناوریCT شناخته شده است. این فناوری بیشتر شبیه آن چیزی است که در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی برای تصویربرداری از درون بیماران به کار گرفته می‌شود، اما آنقدر تقویت شده که به‌کارگیری آن برای انسان با خطر مرگ همراه خواهد بود.

در یک نسخه از این فناوری، اسکنرها تصاویری ارائه می‌کنند که شباهت زیادی به آن دسته از تصاویری دارد که در موارد اورژانسی از بیماران گرفته می‌شود. در این تصاویر، فسیل‌های بزرگ بررسی می‌شوند و با استفاده از نفوذ پرتوها به دل این قطعات ارزشمند، ناشناخته‌های درون آنها فاش می‌شود. البته اسکنرهای سینکروترون جدیدتر، این کار را با کیفیت به مراتب بهتری انجام می‌دهند که طی آن پرتوهای بشدت متمرکزی تولید می‌شوند که یک تریلیون بار روشن‌تر از آنهایی است که به وسیله ماشین‌آلات استاندارد پرتو ایکس تولید می‌شود. نتیجه چنین فرآیندی، چیزی نیست جز دستیابی به تصاویری با شفافیت و قدرت تفکیک‌پذیری بسیار خیره‌کننده. اما در این میان چند نکته خودنمایی می‌کند که نمی‌توان بی‌تفاوت از کنار آنها عبور کرد. از یک سو، این نوع تکنیک‌های تصویربرداری برای نمونه‌های بسیار کوچک فسیلی استفاده می‌شود و از سوی دیگر، محدودیت‌های زیادی نیز در زمینه فناوری‌های فعلی وجود دارد، از آن جمله می‌توان به وجود تنها حدود 50 دستگاه سینکروترون در دنیا اشاره کرد.

در حالی که ماشین‌آلات فعلی اشعه ایکس تنها 4 نوع تراکم را در یک تصویر نشان می‌دهد (چربی، آب، گاز و استخوان)، دستگاه‌های سی‌تی اسکن می‌توانند صدها تراکم را بخوبی و با ضریب دقت قابل قبولی شناسایی کنند و فسیل را از سایر قطعات سنگی تشخیص دهند. این دستگاه‌ها، با ترکیب بسیاری از تصاویر که از زوایای متعدد گرفته شده‌اند، تصویر دوبعدی فسیل مورد بررسی را به نسخه‌ای سه‌بعدی تبدیل می‌کنند که در دل قطعات سنگی قرار دارد. به این ترتیب، محققان می‌توانند بدون نگرانی از آسیب رسیدن به فسیل، تجسم عینی سه‌بعدی از آن داشته باشند.

حشراتی در دل کهربا

آنچه که در فیلم پارک ژوراسیک درباره میلیون‌ها سال پیش به تصور کشیده شد، بخوبی نشان می‌دهد که حشرات چگونه در دل قطعات سنگ و کهربا اسیر شده و برای میلیون‌ها سال در دل آنها باقی مانده‌اند. متأسفانه بیشتر این کهرباها آنچنان شفاف نیستند که بتوان از فسیل‌های پر از راز و رمز درون آنها اطلاعاتی کسب کرد. آنچه در این تصویر می‌بینید، به فسیل زنبوری تعلق دارد که 100 میلیون سال پیش زندگی می‌کرده است. این حشره در دل کهربایی مات به دام افتاده بود، تا این‌که محققان تأسیسات پرتو سینکروترون اروپا )ESRF( موفق به نفوذ به اعماق آن شدند. محققان این پروژه از شتاب‌دهنده ذره‌ای به عرض 304 متر استفاده کردند که پرتوهای بسیار شدید و قدرتمندی از پرتوهای ایکس را تولید می‌کند. هنگامی که این محققان تکه‌های مشابهی از کهربای ماتی را که در فرانسه به دست آمده بود بررسی کردند، متوجه صدها حشره مختلف در دل آنها شدند که در میان آنها سوسک‌ها، مورچه‌ها و مگس‌های فسیل شده بیش از سایر حشرات به چشم می‌آمدند. پاول تافرا و تیمی از محققان این مرکز، در ادامه به بزرگنمایی برخی از این نمونه‌ها پرداختند و از چاپگرهای سه‌بعدی برای خلق مدل‌های پلاستیکی استفاده کردند که به دانشمندان این امکان را می‌دهد چنین نمونه‌های فسیل شده‌ای را با دقیق‌ترین جزییات ممکن بررسی کنند.

اما نکته جالب و حیرت‌انگیزی که از بررسی این نمونه کهربا به دست آمده، نشان می‌دهد که با تکیه بر فناوری‌های نوین، می‌توان اسرار ناگفته‌ای از فسیل‌ها را فاش کرد که برای هر علاقه‌مندی جذاب به نظر می‌رسد.

تجزیه و تحلیل‌هایی که روی نمونه کهربای متعلق به فرانسه صورت گرفت، تاکنون بیش از 600 نوع حشره مختلف و متنوع را آشکار کرده است و نکته حیرت‌انگیزتر این‌که هیچ‌یک از آنها در جزییات با گونه‌های مدرن امروزی قابل انطباق نیستند.

دکتر تافورا، کار روی این طرح را از یک تفریح جذاب و سرگرم‌کننده آغاز کرد. او در سال 2002 و زمانی که در تأسیسات پرتوی سینکروترون اروپا مشغول به تحصیل و تحقیق بود، تصاویر مخصوصی از مگس‌های مرده موجود در سنگ‌های فسیلی تهیه می‌کرد.

او می‌گوید: «هر تصویر در حکم یک کشف جدید است. نکته مهم این است که تمام حشرات باستانی به طرز خیره‌کننده‌ای و در ابعاد بسیار جزئی با گونه‌های مدرن خود متفاوت هستند.» به عقیده تافورا، مورچه‌ای که یکصد میلیون سال پیش زندگی می‌کرده، در نگاه نخست شباهت‌های بسیاری با مورچه‌های امروزی دارد، اما در جزییات وضعیت فرق می‌کند.

رمزگشایی از راز پرنده‌ای که منقرض شده است

در بررسی فسیل‌ها، همواره باید منتظر نکات تازه‌ای بود. تحقیقات و یافته‌های مختلف در این زمینه نشان می‌دهند که تمام گونه‌های مورد تجزیه و تحلیل، به دوران ماقبل تاریخ مربوط نمی‌شوند. به عنوان مثال، محققان دانشگاه کورنل با استفاده از فناوری سی‌تی‌اسکن، بقایای دارکوب منقارعاجی را بررسی کردند تا به این ترتیب از وارد آمدن هرگونه آسیبی به پیکره فسیل جلوگیری شده باشد. دانشمندان تا همین چندی پیش بر این باور بودند که این پرنده بسیار نادر در اواسط قرن نوزدهم میلادی منقرض شده؛ اما در سال 2005 خط بطلانی بر این باور کشیده شد.

در این سال گروهی از محققان شاهد نواری ویدئویی بودند که در آن پرواز دارکوب منقارعاجی در منطقه آرکانزاس به تصویر کشیده شده بود. البته محققان نسبت به این ویدئو و آنچه که موجب حیرت بسیاری از همکارانشان شده بود، دچار تردید بودند. در این میان، گروهی از زیست‌شناسان دانشگاه کورنل برای خاموش کردن آتش بحث، وارد عمل شدند. آنها تنها نمونه‌های فسیلی موجود از این پرنده را از آرشیو انستیتو اسمیتسون واشنگتن به آزمایشگاه پیشرفته سی‌تی‌اسکن دانشگاه تگزاس منتقل کردند تا تصاویر دقیقی از آنها گرفته شود. در این تلاش بی‌سابقه، مدل سه‌بعدی بال‌های این پرنده به دست آمد. برای این کار، محققان تصاویر مختلفی از این بال‌ها در زوایای گوناگون گرفتند و در نهایت آنها را با اطلاعات قبلی درباره نحوه بال زدن این پرنده و همچنین مطالعه دقیق عضو دیگری از این خانواده یعنی دارکوب کاکل‌دار ترکیب کردند. نتیجه کار به جف وانگ، هنرمند گرافیست این امکان را داد تا نسخه دیجیتالی این پرنده را تولید کند تا بتوان آن را با آنچه که در آن ویدئو ادعا شده بود، مقایسه کرد. تحقیقات در این زمینه همچنان ادامه دارد و تاکنون هیات تحقیقاتی که مسوول تایید یا رد این ادعاست، به نظر قطعی نرسیده است.

ارائه مدل سه‌بعدی از فسیل جنین دایناسور

نخستین جنین کامل نوعی دایناسور صورت شاخ‌دار عضوی از خانواده دایناسورهای گیاهخوار که بوفور زندگی می‌کرده‌اند و عمدتا نیز در صحرای گوبی منطقه مغولستان در دوران زمین‌شناسی کرتاسه حضور داشته‌اند در دل تخمی جای دارد که پوسته مستحکمی از دانه‌های شن آن را احاطه کرده است. از آنجا که این پوسته کمتر از 6/4 سانتیمتر طول داشته و از سوی دیگر استخوان‌های جنین نیز بسیار حساس و شکننده هستند، نفوذ فیزیکی به درون آن کار خطرناکی است و ممکن است بر اثر آن خسارات جدی به پیکره فسیل نهفته در دل آن وارد شود.

اما در عوض، امی بالانوف، از دیرینه‌شناسان موزه تاریخ طبیعی آمریکا در نیویورک به همراه تیمی از همکارانش به اسکن‌برداری از اسکلت نهفته در دل پوسته پرداخته و برای این که کار با دقت و ظرافت بالایی انجام شود، این کار حساس را در آزمایشگاه سی‌تی‌اسکن دانشگاه تگزاس انجام داده است. آنها موفق شدند تصویری سه‌بعدی و دیجیتالی از استخوان‌های نهفته در دل پوسته تهیه‌کنند. اسکن‌برداری از این فسیل بیش از 3 ساعت طول کشید که طی آن، 1296 برش دیجیتالی از نمونه به دست آمد که هریک تنها یک‌هزارم اینچ ضخامت داشتند. بالانوف برای تشخیص دقیق جنین دایناسور از سنگ اطراف آن، هر تکه از این برش‌ها را در محیط خارج از آن در کنار یکدیگر قرار داد تا مدل سه‌بعدی کاملا منطبق با آن را به دست آورد.

ریچارد کچمن، مدیر تاسیسات سی‌تی‌اسکن دانشگاه تگزاس می‌گوید: «هر فسیل با فسیل دیگر متفاوت است و خیلی مشکل است بفهمیم هر فسیل چگونه و در چه سطحی اسکن‌برداری شده است. تا زمانی که این کار را انجام ندهیم، هیچ چیز مشخص نمی‌شود.» البته در مورد فسیل این جنین دایناسور، دانشمندان کار چندان سختی پیشرو نداشتند. تصاویر به دست آمده از فسیل و ترکیب آنها با اطلاعات مربوط به سایر گونه‌های از پیش مورد بررسی قرار گرفته، نشان داد که این جنین به گونه‌ای دایناسورها تعلق دارد که به آنها Yamaceratops گفته می‌شود. این دایناسور یکی از نزدیکان تریکراتاپس‌هاست که بیش از 9 متر طول داشته‌اند؛ اما این جنین متعلق به گونه‌ای کوچک‌تر بوده که طول آنها تنها 8/1 متر بوده است.

نفوذ به اعماق فسیل جمجمه‌های نخستین

بندرت می‌توان جمجمه کاملی از انسان‌های نخستین را پیدا کرد؛ اما زمانی که نمونه‌ای این‌چنینی پیدا شود، می‌توان به دنیایی از اطلاعات جزئی درباره شجره خانوادگی انسان‌ها دست یافت. در این زمینه، تیم رایان، از انسان‌شناسان دانشگاه پنسیلوانیا، به اسکن تنها جمجمه تقریبا سالم گونه‌ای از انسان‌های نخستین متعلق به 35 میلیون سال پیش موسوم بهRooneyia پرداخت تا رازهای نهفته در آن را فاش کند. او می‌گوید: «با استفاده از فناوری سی‌تی‌اسکن موفق شدیم به اعماق ساختار این جمجمه دست پیدا کنیم و این در حالی است که از زمان پیدا کردن این جمجمه ارزشمند در رسیدن به چنین مرحله‌ای ناکام بوده‌ایم.»

تحقیقات دقیق این محقق و تیم همراهش، فاش‌کننده جزییات جالب توجهی درباره انسان‌های نخستین بوده است؛ از آن جمله که به احتمال فراوان، در گذشته‌های بسیار دور، برخی انسان‌ها با سرعت قابل توجهی روی زمین حرکت می‌کردند و می‌دویدند.

مهدی کیا
منبع: Discover Magazine