مدار متغیر زمین بر تکامل اثر می‌گذارد

همان‌طور که کشتی زنده ما به دور خورشید می‌چرخد، حلقه‌ی فعلی آن تقریبا دایره‌ای است. اما مدار زمین به‌اندازه‌ای که ممکن است فکر کنید، پایدار نیست.

هر ۴۰۵ هزار سال، مدار سیاره ما طولانی‌تر و ۵ درصد بیضی‌شکل می‌شود و پس از مدتی، دوباره به مسیر یکنواخت‌تر خود برمی‌گردد. مدت‌ها است می‌دانیم این چرخه که «خروج از مرکز مداری» نامیده می‌شود، موجب تغییراتی در اقلیم جهانی می‌شود اما چگونگی تأثیر آن بر حیات روی زمین مشخص نبوده است. اکنون، شواهد جدید نشان می‌دهد که مدار درحال نوسان زمین می‌تواند بر تکامل زیستی اثر بگذارد.

گروهی از دانشمندان به سرپرستی لوک بوفورت، دیرینه اقیانوس‌شناس مرکز ملی پژوهش‌های علمی فرانسه (CNRS) سرنخ‌هایی پیدا کرده‌اند که نشان می‌دهد خروج از مرکز مداری، حداقل در پلانکتون‌های فتوسنتزکننده (فیتوپلانکتون‌ها)، موجب انفجارهای تکاملی و ایجاد گونه‌های جدید می‌شود.

کوکولیتوفورها جلبک‌های میکروسکوپی هستند که از نور خورشید استفاده می‌کنند. کوکولیتوفورها صفحاتی از سنگ آهک را در اطراف بدن نرم و تک‌سلولی خود ایجاد می‌کنند. این پوسته‌های آهکی که کوکولیت نامیده می‌شود، در سوابق فسیلی فراوان هستند و اولین‌بار حدود ۲۱۵ میلیون سال پیش در دوره تریاس فوقانی ظاهر شدند. این موجودات اقیانوسی به قدری فراوان هستند که نقش بزرگی در چرخه‌های مواد مغذی زمین دارند، بنابراین نیروهایی که حضور آن‌ها را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند، می‌توانند تأثیر عظیمی روی سیستم‌های زمین داشته باشند.

بوفورت و همکارانش با استفاده از میکروسکوپ هوش مصنوعی ۹ میلیون کوکولیت را اندازه‌گیری کردند که مربوط به ۲/۸ میلیون سال تکامل در اقیانوس‌های هند و آرام بود. آن‌ها با استفاده از نمونه‌های رسوبی اقیانوسی که به‌خوبی تاریخ‌گذاری شده بود، توانستند وضوح بسیار بالایی درحد دو هزار سال به دست آورند. پژوهشگران از دامنه‌های اندازه‌ی کوکولیت‌ها برای تخمین تعداد گونه‌ها استفاده کردند چراکه مطالعات ژنتیکی گذشته نشان داده بود گونه‌های مختلف خانواده Noelaerhabdaceae کوکولیتوفور را می‌توان براساس اندازه سلول از هم جدا کرد.

پژوهشگران کشف کردند که طول متوسط یک کوکولیت از چرخه منظمی تبعیت می‌کند که با ۴۰۵ هزار سال چرخه خروج از مرکز مداری مطابقت دارد. بزرگ‌ترین اندازه متوسط کوکولیت با تأخیر زمانی اندکی پس از بالاترین خروج از مرکز مداری ظاهر شد و ارتباطی با این موضوع نداشت که زمین در حالت یخبندان یا دوره بین‌یخبندانی قرار داشت. بوفورت و همکارانش در مقاله خود توضیح دادند:

در اقیانوس مدرن، بالاترین تنوع فیتوپلانکتون در نوار استوایی یافت می‌شود. این الگو احتمالا با دمای بالا و شرایط پایدار در ارتباط است. این درحالی‌ است تغییر و تبدیل فصلی گونه‌‌ها در عرض‌های جغرافیایی میانی بالاترین مقدار است و علت آن تضاد شدید دمایی طی فصل‌های مختلف است.

آن‌ها دریافتند که همین الگو در بازه‌های زمانی بزرگی که بررسی کردند، وجود داشت. وقتی مدار زمین بیضی‌تر می‌شود، فصل‌های اطراف استوا مشخص‌تر و تفاوت بین آن‌ها بیشتر می‌شود. این شرایط متغیرتر موجب می‌شود کوکولیتوفور به گونه‌های بیشتری تنوع پیدا کنند.

تنوع بیشتر کنام‌های اکولوژیکی زمانی که نوسانات فصلی بالا است، به ایجاد گونه‌های بیشتری منجر می‌شد، زیرا اندازه کوکولیت و میزان آهکی‌شدن اعضای خانواده Noelaerhabdaceae برای سازگاری و رشد در محیط‌های جدید تغییر می‌کند.

_{تنوع اندازه کوکولیت‌ها در دوره‌های زمانی مختلف: میوسن (چپ)، پلیستوسن (راست)}

جدیدترین مرحله تکاملی که پژوهشگران شناسایی کردند، حدود ۵۵۰ هزار سال پیش آغاز شد (طی رویداد تابشی که در آن‌گونه‌های جدید Gephyrocapsa ظاهر شدند). بوفورت و همکارانش این تفسیر را با استفاده از داده‌های ژنتیکی گونه‌های زنده امروزی تأیید کردند. با استفاده از داده‌های هر دو اقیانوس، آن‌ها هچنین توانستند بین رویدادهای محلی و جهانی تمایز قائل شوند.

علاوه‌براین، پژوهشگران با محاسبه نرخ تجمع جرم در نمونه‌های رسوبی تأثیر احتمالی که گونه‌های متنوع ازنظر مورفولوژیکی روی چرخه کربن زمین داشتند، مشخص کردند. این موجودات ازطریق فتوسنتز و تولید پوسته‌های آهکی بر چرخه کربن اثر می‌گذارند. پژوهشگران نوشتند:

گونه‌های سبک‌تر (برای مثال E. huxleyi و G. caribbeanica) بیشترین سهم را در خارج کردن کربن در قالب کربنات کوکولیت دارند. زمانی که گونه‌های فرصت‌طلب دارای اندازه متوسط فراوان‌تر می‌شوند، کربن کمتری در پوسته موجودات ذخیره می‌شود که با مرگ آن‌ها در کف اقیانوس تجمع پیدا کند.

با توجه به این یافته‌ها و پژوهش‌های حمایت‌کننده دیگر، بوفورت و گروهش پیشنهاد می‌کنند که تأخیر مشاهده‌شده بین خروج از مرکز مداری و تغییرات اقلیمی می‌تواند نشان‌دهنده این موضوع باشد که کوکولیتوفورها ممکن است علاوه‌بر اینکه به تغییرات چرخه کربن پاسخ می‌دهند، خود نیز به نوعی موجب تغییر آن می‌شوند. به‌عبارت‌دیگر، این ارگانیسم‌های کوچک به همراه فیتوپلانکتون‌های دیگر ممکن است به تغییر اقلیم زمین در پاسخ به این رویدادهای مداری کمک کنند. اما برای تأیید این موضوع پژوهش‌های بیشتری باید انجام شود.

این پژوهش در مجله‌ی Nature منتشر شده است.