روزگاری که زمین گلوله‌ای از برف بود...

حتی در خط استوا هم میانگین دما به منفی 20 درجه رسیده بود؛ چیزی شبیه به وضعیت قاره جنوبگان امروزی. بیشتر حیات از بین رفته بود و آن مقدار موجوداتی هم که باقی مانده بودند در بخش‌های کوچکی که هنوز آب گرم می‌جوشید، زندگی می‌کردند.

در حقیقت «زمین گلوله برفی» بود؛ یخ‌زدگی سراسری که حدود 715 میلیون سال پیش آغاز شد و دست‌کم 120 میلیون سال زمین را در چنگ خود نگه داشت. به گفته گراهام شیلدز از دانشگاه لندن، هیچ بازه یخبندان دیگری در طول تاریخ زمین نیست که با آن برابری کند. به عقیده برخی دانشمندان، این یخبندان هولناک بود که زمینه‌ساز یکی از بزرگترین قدم‌های فرگشت (تکامل) شد: یعنی پدید آمدن اولین حیوانات و شکوفایی قابل توجه حیات که در اصطلاح انفجار کامبری (Cambrian Explosion) خوانده می‌شود.

حدود 540 میلیون سال پیش تعدادی موجود جدید پا به عرصه ظهور گذاشتند؛ از جمله تریلوبیت‌ها، اوپابینیای پنج چشم و ویواکسیای اسلاگ مانند. ناگهان پس از یک دوره یخبندان، دنیای تحت سلطه تک‌سلولی‌ها به موطنی برای موجودات نوباوه چند سلولی تبدیل شد.

این بازه ناگهانی در خیزش فرگشت، چارلز داروین را دچار ابهام کرده بود. وی در کتاب «منشا انواع» این‌گونه می‌نویسد: «مساله مورد بحث نه تنها مساله‌ای دشوار است، که می‌توان آن را به عنوان استدلالی برای نقض دیدگاه‌های مطرح شده در نظر گرفت.»

تا همین امروز انفجار کامبری یک معما باقی مانده است؛ معمایی که شاید بتوان با دخیل کردن یخبندانی فراگیر گره از دامانش گشود.

اسناد زمین گلوله برفی اولین بار اوایل دهه 1990 رخ نمود. برخلاف انتظار، زمین شناسان موفق به کشف ردّ یخ رود در نواحی گرمسیری استوا شدند. از بین آنها می‌توان سنگ‌هایی را مثال زد که به وضوح بر دامن پاره‌یخ‌ها حمل شده و در آن نواحی رها شده‌اند. از آن پس، مدارک فزاینده‌ای بر آغاز آن عصر یخبندان از حدود 715 میلیون سال پیش به مدت 120 میلیون سال شهادت دادند.

وسعت یخ‌زدگی و علت آن

هنوز بر سر گستره یخ‌ها بحث است. برخی عقیده دارند که تمام زمین را شامل می‌شده و فقط بخش‌های پراکنده‌ای که چشمه‌های آب گرم از آنها می‌جوشیده باقی مانده و برخی دیگر معتقدند که یک کمربندی آبی در طول مدار استوا وجود داشته است.

فارغ از حد گستره یخبندان، بیشتر دانشمندان بر این باورند که گلوله برف مذکور ناگهان شکل گرفته است. گویا این پدیده بر اثر تغییرات هوایی بی‌وقفه قاره‌های زمین رخ داده است که با مکش دی اکسید کربن ـ گازی گلخانه‌ای که گرمایش زمین را موجب می‌شود ـ از جوّ، موجب فرو افتادن دما شد. دو موج شدید انجماد مجزا به فاصله یک دوره گرم 20 میلیون ساله پدیدار شد. سرانجام، حوالی 660 میلیون سال پیش، آتشفشان‌ها آنقدر از خود دی‌اکسید کربن تراویدند که فضا برای خروج زمین از حالت انجماد مهیا شد.

به عقیده زمین‌شناسان احتمالا این تغییر روند طبیعت بر اثر دوره یخبندان، مدیون اکسیژن حیات‌بخش فراوانی است که در این دوره در فضا پراکنده شد.

فرض بر این است که حیات گیاهانی میکروسکوپی در یخ‌ها موجب شد که اکسیژن آزاد کنند. طی دوران گلوله برفی، یخ رودها مقادیر زیادی از خاک غنی از فسفر را از سنگ‌های زیرین جدا کردند. پس از این‌که یخبندان به پایان رسید، رودخانه‌ها این خاک را به اقیانوس‌ها رسانده و میکروب‌ها را تغذیه کردند. مقادیر بالای فسفر به گسترش حیات منجر شد و همچنین کربن مدفون در اقیانوس که در نتیجه به ذخیره اکسیژنی ختم شد.

طی سال‌های گذشته مطالعه روی رسوبات سراسر دنیا، حاکی از افزایش ناگهانی فسفر در انتهای دوران گلوله برفی بود. در مقابل این مدارک صرفا مفروض در سال 2014، با مطالعه بر سطح کرومیوم سنگ‌های قدیمی (که در شرایط اکسیژنی متفاوت فرق دارد)، سعی شد مقدار اکسیژن دوران گلوله برفی تخمین زده شود. تا 800 میلیون سال پیش، مقدار اکسیژن جوّ فقط یک صدم مقدار امروزی بوده است.

با استدلال به این‌که در مناطق کم‌اکسیژن امروزی پیچیدگی اکوسیستمی و تنوع جانوری کمتری وجود دارد، آن مقدار اکسیژن اصلا در حدی نبوده که بخواهد حیات را ممکن کند. البته این استدلال چندان محکم نیست. نتایج منتشر شده از آزمایش‌هایی در سال 2014، حاکی از این است که تعدادی از جانوران قادرند با اکسیژنی بسیار کمتر از حد مفروض زنده بمانند. اسفنج‌ها که از قدیمی‌ترین انواع جانوران هستند، برای ادامه حیات به 0.5 درصد سطح اکسیژن امروزی نیاز دارند. بر این مبنا، اکسیژن منشا همه‌کاره‌ای نبوده است.

پیچیده شدن موجودات زنده در طی فرگشت

البته در سال‌های اخیر ایده دیگری نیز مطرح شده است. ریچارد بویل از دانشگاه دانمارک جنوبی می‌گوید: «تا وقایع یخبندان گلوله برفی، هیچ جانوری پیچیده‌تر از اسفنج نبوده است. این به نظرم تصادفی نیست.»

از نظر بویل معمای حقیقی پدیدار شدن جانوران چندسلولی نیست؛ بلکه ظهور تفکیک سلولی است؛ ظهور سلول‌های خاص کبد، عضلات و خون. این سلول‌های اختصاصی فرصت را برای پیچیده‌تر شدن جانوران فراهم کرد.

درک چگونگی این فرگشت چندان ساده نیست، چون سلول‌های اختصاصی مختار به تولید مثل نیستند. بلکه مجبور به فداکاری و همکاری مداوم با دیگر اعضای بدن هستند تا به هدف متعالی زندگی جانور جامه عمل بپوشانند. تنها سلول‌های اختصاصی تولید مثل‌کننده‌، مانند اسپرم و تخمک‌ها هستند که می‌توانند نسلی جدید را پدید بیاورند.

در مقابل، گیاهان برای تولید مثل فقط به دامان سلول‌های اختصاصی جنسی چنگ نمی‌زنند. با قلمه زدن و تکه گرفتن از ریشه یا ساقه آنها هم می‌توان این عمل را ممکن کرد. در مقابل، نمی‌توان با کندن تکه‌ای از یک جانور، یکی دیگر از رویش ساخت. به عقیده بویل، سختی دوران گلوله برفی باعث شده که سلول‌های جانوری این انعطاف‌پذیری را قربانی کرده و به اختصاصی‌گری رو بیاورند.

چطور موجودات زنده به همکاری با هم روی آوردند؟

به گفته بویل، در دوره گلوله برفی، حیات به بخش‌های کوچکی محدود می‌شده که با حرارت مرکزی زمین به موجودیت خود ادامه می‌دادند و قطعا آبستن انقراض‌ها و تخریب جمعیت‌های مداوم بوده است. جمعیت‌های باقیمانده به مشتی موجود زنده محدود بود. به عقیده بویل، این گروه‌های کوچک عموما پیوند نزدیکی داشته و از این رو بیشتر از حالت عادی به همکاری گرایش داشته‌اند.

مدت‌هاست زیست‌شناسان می‌دانند جانوران برای کمک به نزدیکان خود مشتاق‌ترند. زیرا از این راه ژن‌های مشترک بینشان نیز سود خواهند برد. برای مثال، بین حیوانات وحشی، به فرزندی پذیرفتن توله‌های خویشاوندان خیلی محتمل‌تر از توله‌های ناشناس است. به عقیده بویل، زمین گلوله برفی سلول‌ها را وادار به نزدیکی بیشتر کرده است؛ در حالی که پیش از آن زیستن به عنوان سلول جانوری بهای گزاف‌تری داشته است.

استدلال بویل مورد بحث است و مخالف دارد. نیک باترفیلد، دیرین‌شناس دانشگاه کمبریج عقیده بویل را جالب می‌داند، اما تاکید دارد که اکثر زمین‌شناسان امروزی ایده زمین گلوله برفی سخت را صحه نگذاشته و طبعا ماجرای چشمه‌های آب داغ را هم قبول ندارند. از نظر باترفیلد در زمان گلوله برفی، حیات به قسمت‌های استوایی کناره‌گیری کرد و به روال قبلی‌اش ادامه داد.

متاسفانه فسیل‌های کافی نیز برای رد یا تایید این نظریه‌ها وجود ندارد. قدیم‌ترین فسیل‌هایی که از موجودات پیچیده در دست داریم، مربوط به 560 میلیون سال پیش هستند. علم ژنتیک هم در این زمینه کمک خاصی نمی‌کند. دانشمندان با عقبگرد در شجره خانوادگی جانوران و تخمین تغییرات ژنتیکی، زمان ظهور اولین جانوران را حدودا 750 میلیون سال پیش بیان می‌کنند. اما این تخمین‌های «ساعت‌های ملکولی» بشدت غیرقابل اطمینان هستند.

در هر حال، کشفیات جدید بر پا گرفتن حیات جانوری در دوران گلوله برفی تاکید دارند. مالکوم والاس از دانشگاه ملبورن استرالیا سال 2014 موفق به کشف دسته فسیل‌هایی در نقاط دوردست استرالیا شد. وی در نقاط دوردست تپه‌های قدیمی فسیل‌های حباب شکلی با فاصله سه سانتی‌متر از هم یافت. به گفته وی، این فسیل‌های پیچیده شبیه هیچ‌کدام از رسته‌های حیوانات نیستند. قدمت آنها به حدود 700 میلیون سال پیش باز می‌گردد. والاس و همکارانش عقیده دارند موفق به کشف مرحله میانی بین میکروب‌های تک سلولی و جانوران چند سلولی شده‌اند.

به عقیده والاس یخ‌رودهای دوران گلوله برفی نه مانع فرگشت که عاملی برای بر هم زدن نظم سیستم جوّی اقیانوس‌ها بوده و زمینه نمو موجودات پیچیده را فراهم کرده است. بویل هم احتمال می‌دهد این فرگشت پیش از پایان دوران یخبندان رخ داده باشد، اما مرحله کلیدی را زمانی می‌داند که سلول‌ها تصمیم به خلع خود از توانایی تولید مثل و عهده‌دار شدن نقش‌های اختصاصی گرفتند.

تا کنون مدرکی برای نقض حرف بویل و اثبات ارتباط این فرگشت با پیش از دوران یخبندان یافت نشده است. از سوی دیگر باترفیلد همه را به خطا متهم کرده و پدیدار شدن حیات پیچیده را به 750 میلیون سال پیش نسبت داده و آن را علت کاهش دما و در نتیجه آغاز یخبندان می‌داند.

نقش جانوران در تغییر محیط قابل انکار نیست. مثلا می‌دانیم که فعالیت کرم‌ها روند شکست سنگ را تسریع می‌کند. خاک حاصله از سنگ به دی اکسید کربن هوا واکنش نشان داده، مواد معدنی جدیدی را به اقیانوس سرازیر کرده، دی اکسید کربن را از هوا می‌زداید. آبزیان نیز با تغذیه از بقایای ارگانیسم‌های مرده حفظ اکسیژن را سبب می‌شوند. از سویی مطالعه‌ای در سال 2011، طی شبیه‌سازی چرخه‌های شیمیایی اقیانوس، نشان داد فرگشت آبزیان جدید، می‌تواند موجب حمل کربن بیشتر به سطح اقیانوس و در نتیجه تغییر آب و هوا شود.

با وجود همه تفاسیر، هنوز اجماعی بر سر نظریه‌ها صورت نگرفته است. مهم این است که از این مطلب عبرت بگیریم و طور دیگری به ذات تغییرپذیر جهان نگاه کنیم. در حال حاضر مصرف بی‌رویه سوخت‌های فسیلی گرمای زمین را رقم می‌زند، اما برخورد یک شهابسنگ بزرگ همچنان که سر دایناسورها آمد، قادر است گرد و غبار کافی برای مسدود کردن مسیر نور خورشید فراهم کند و سرمایی استخوان سوز پدید بیاورد. از طرف دیگر، امروزه دمای اقیانوس‌ها کمتر از دوران دایناسورهاست. پس دور از ذهن نیست که اقیانوس‌ها هم دچار یخ زدگی شده و زمین به کام یخبندانی دیگر فرو برود.

چه سیاره ما داغ شود چه سرد، یک چیز واضح است: باید از آن سلول‌های بدوی جانوری عبرت بگیریم و متحد با هم زندگی کنیم.

BBC / مترجم: سیاوش شهبازی