کپسول زمانی پنهان در دل یخهای کانادا؛ چگونه مدفوع سنجابهای باستانی رازهای عصر یخبندان را فاش کرد
کپسول زمانی پنهان در دل یخهای کانادا؛ چگونه مدفوع سنجابهای باستانی رازهای عصر یخبندان را فاش کرد
گاهی بزرگترین کشفیات علمی نه در فسیلهای عظیم دایناسورها یا اسکلتهای کامل ماموتها، بلکه در چیزهایی بسیار کوچکتر و غیرمنتظره پنهان شدهاند. در یکی از تازهترین پژوهشهای شگفتانگیز در حوزه دیرینهشناسی و ژنتیک باستانی، گروهی از دانشمندان توانستهاند در شمال غربی کانادا مجموعهای خارقالعاده از DNA بسیار کهن را از مدفوع یخزده سنجابهای زمینی قطبی استخراج کنند. این کشف نشان میدهد بقایایی که در نگاه اول بیاهمیت به نظر میرسند، میتوانند مانند آرشیوی طبیعی از تاریخ حیات زمین عمل کنند و اطلاعاتی ارزشمند درباره اکوسیستمهای گذشته در اختیار دانشمندان قرار دهند.
این پژوهش در منطقه یوکان در شمال غربی کانادا انجام شده است؛ منطقهای سرد و کمجمعیت که به دلیل شرایط اقلیمی خاص خود یکی از بهترین مکانها برای حفظ بقایای بسیار قدیمی به شمار میرود. در این ناحیه، بخشهای بزرگی از خاک در طول هزاران سال به طور دائمی یخزده باقی ماندهاند. چنین لایههایی که به آنها «پرمافراست» یا خاک منجمد دائمی گفته میشود، قادرند مواد آلی مختلف از جمله گیاهان، استخوانها، بقایای جانوران و حتی مولکولهای DNA را برای مدتهای بسیار طولانی حفظ کنند.
دانشمندان در جریان بررسی این منطقه به لانههای زیرزمینی سنجابهای زمینی قطبی برخوردند؛ لانههایی که در گذشته توسط این جوندگان ساخته شده و سپس در اثر تغییرات زمینشناسی و پیشروی خاک منجمد کاملاً مهر و موم شده بودند. این لانهها در واقع مانند کپسولهای زمانی طبیعی عمل کردهاند و هر آنچه درونشان وجود داشته را برای صدها هزار سال در شرایطی نسبتاً پایدار نگه داشتهاند.
آنچه این کشف را ویژه میکند، تنوع شگفتانگیز DNAهای به دست آمده از این لانههاست. پژوهشگران گزارش دادهاند که در میان مواد باقیمانده، نمونههایی از DNA متعلق به طیف گستردهای از موجودات زنده شناسایی شده است؛ از پستانداران بزرگی مانند ماموت پشمالو گرفته تا گرگها، گاومیشهای کوهاندار، اسبها و حتی گونهای از گربهسانان که شباهتهایی به یوزپلنگ داشته است. افزون بر اینها، صدها گونه گیاهی نیز در میان این دادههای ژنتیکی دیده میشود که تصویر بسیار دقیقتری از پوشش گیاهی دورانهای مختلف عصر یخبندان ارائه میدهد.
یکی از شگفتانگیزترین جنبههای این پژوهش قدمت بسیار زیاد برخی از نمونههای DNA است. بررسیهای انجامشده نشان میدهد که بخشی از این مواد ژنتیکی ممکن است تا حدود ۷۰۰ هزار سال قدمت داشته باشند. چنین بازه زمانی وسیعی به این معناست که دادههای به دست آمده چندین چرخه بزرگ یخبندان و دورههای میانیخبندان را در بر میگیرد. در نتیجه، پژوهشگران اکنون ابزاری ارزشمند برای مطالعه تغییرات زیستی و محیطی در مقیاسی بسیار طولانی در اختیار دارند.
سرپرستی این پژوهش را تایلر مورچی، متخصص ژنومشناسی باستانی در دانشگاه مکمستر کانادا بر عهده داشته است. او میگوید تیم تحقیقاتی در ابتدا اصلاً انتظار چنین کشفی را نداشت. هدف اولیه آنها بررسی میکروبیوم سنجابها بود؛ یعنی مجموعه میکروارگانیسمهایی که در بدن و محیط زندگی این جانوران حضور دارند. اما زمانی که نمونههای به دست آمده از لانهها مورد بررسی ژنتیکی قرار گرفت، پژوهشگران با حجم عظیمی از DNAهای مربوط به موجودات مختلف روبهرو شدند.
به گفته مورچی، شاید بررسی مدفوع سنجابها در نگاه اول چندان جذاب یا هیجانانگیز به نظر نرسد، بهویژه وقتی آن را با کشف بقایای عظیم ماموتها یا فسیلهای بزرگ مقایسه کنیم. اما واقعیت این است که همین بقایای کوچک میتوانند اطلاعاتی بسیار گستردهتر درباره محیطهای باستانی در اختیار دانشمندان قرار دهند. در واقع مدفوع و مواد باقیمانده در لانهها نوعی «نمونهبرداری طبیعی» از اکوسیستم اطراف در زمانهای بسیار دور محسوب میشوند.
سنجابهای زمینی قطبی که در این پژوهش نقش اصلی را دارند، جانورانی هستند که در مناطق سرد شمالی زندگی میکنند و به دلیل رفتارهای خاص خود برای چنین مطالعاتی بسیار مناسباند. این سنجابها تنها چند ماه از سال فعال هستند و بیشتر زمان خود را در خواب زمستانی میگذرانند. در دوره کوتاه فعالیت خود، آنها مقدار زیادی غذا از محیط اطراف جمعآوری میکنند و در لانههای زیرزمینی ذخیره میکنند.
این رفتار جمعآوری و ذخیره غذا باعث میشود انواع مختلف دانهها، گیاهان و مواد غذایی در لانههای آنها انباشته شود. علاوه بر این، سنجابها در ساخت لانههای خود از مواد متنوعی مانند برگها، ساقههای گیاهان، خز جانوران دیگر، استخوانها و گاهی حتی بقایای جانوران کوچک استفاده میکنند. در نتیجه لانههای آنها به مجموعهای پیچیده از مواد زیستی تبدیل میشود که میتواند اطلاعات فراوانی درباره محیط اطراف در زمان ساخت لانه ارائه دهد.
در شرایط خاص اقلیمی شمال کانادا، برخی از این لانهها در طول زمان در زیر لایههای خاک منجمد دفن شده و به طور کامل از محیط بیرونی جدا شدهاند. هنگامی که چنین لانههایی در پرمافراست مهر و موم میشوند، دمای پایین و نبود اکسیژن روند تجزیه مواد آلی را به شدت کند میکند. همین شرایط سبب شده است که حتی مولکولهای شکنندهای مانند DNA نیز برای صدها هزار سال حفظ شوند.
در جریان یکی از حفاریها، پژوهشگران با کشفی جالب و کمی عجیب روبهرو شدند. آنها بقایای یک سنجاب زمینی قطبی را پیدا کردند که تقریباً به طور کامل در یخ حفظ شده بود. به نظر میرسد این حیوان در زمان یکی از دورههای سرد زمین به خواب زمستانی رفته اما هرگز بیدار نشده است. بدن آن در همان وضعیت اولیه باقی مانده و مانند موجودی که در زمان متوقف شده باشد تا امروز حفظ شده است.
مورچی این نمونه را با لحنی آمیخته به شگفتی توصیف میکند. او میگوید این سنجاب کوچک گویی فقط برای یک فصل به خواب رفته بود، اما سرنوشتش به گونهای رقم خورد که صدها هزار سال بعد دوباره توسط دانشمندان کشف شود. چنین نمونههایی به پژوهشگران کمک میکند تا شرایط محیطی و زیستی دورانهای بسیار دور را بهتر درک کنند.
پس از جمعآوری نمونهها، مرحله پیچیده تحلیل ژنتیکی آغاز شد. در این مرحله دانشمندان از روشهای پیشرفته توالییابی DNA استفاده کردند تا بتوانند قطعات بسیار کوچک و پراکنده ماده ژنتیکی را شناسایی کنند. DNA باستانی معمولاً به شدت تخریب شده و به قطعات بسیار کوتاه تقسیم میشود. بنابراین برای بازسازی اطلاعات ژنتیکی باید هزاران یا حتی میلیونها قطعه کوچک را مانند یک پازل بزرگ کنار هم قرار داد.
با استفاده از نرمافزارهای تخصصی، پژوهشگران موفق شدند ۱۸ ژنوم میتوکندریایی را بازسازی کنند. ژنوم میتوکندری بخشی از ماده ژنتیکی است که در ساختارهای کوچکی به نام میتوکندری در داخل سلولها قرار دارد. این بخش از DNA به دلیل ویژگیهای خاص خود اغلب در مطالعات تکاملی و شناسایی گونههای باستانی مورد استفاده قرار میگیرد.
در میان ژنومهای بازسازیشده، DNA مربوط به شش ماموت پشمالو از دورههای زمانی مختلف نیز وجود داشت. ماموتهای پشمالو از مشهورترین جانوران عصر یخبندان هستند که زمانی در مناطق وسیعی از نیمکره شمالی زندگی میکردند. این حیوانات حدود چهار هزار سال پیش به طور کامل منقرض شدند، اما بقایای آنها هنوز در مناطق سرد سیبری و آمریکای شمالی یافت میشود.
وجود DNA ماموتها در لانههای سنجابها احتمالاً به این دلیل است که ذرات بسیار ریز از مواد زیستی این جانوران در محیط پراکنده شده و به شکلهای مختلف وارد خاک شدهاند. سنجابها هنگام جمعآوری غذا و مواد مختلف از محیط اطراف، ناخواسته این ذرات را نیز وارد لانههای خود کردهاند.
این کشف از آن جهت اهمیت دارد که میتواند اطلاعات تازهای درباره تاریخ تکاملی ماموتها ارائه دهد. در سالهای اخیر برخی شرکتهای زیستفناوری مانند شرکت کولوسال اعلام کردهاند که قصد دارند با استفاده از فناوریهای ژنتیکی پیشرفته گونهای شبیه ماموت پشمالو را دوباره ایجاد کنند. هدف آنها استفاده از ژنهای ماموت برای اصلاح ژنتیکی فیلهای آسیایی و ایجاد جانوری با ویژگیهای مشابه ماموت است.
با این حال بسیاری از متخصصان ژنتیک معتقدند چنین پروژههایی در بهترین حالت میتوانند موجودی شبیه ماموت تولید کنند، نه یک ماموت واقعی. زیرا بازسازی کامل ژنوم و شرایط زیستی این جانوران بسیار پیچیده است. با این وجود، دادههای ژنتیکی تازه میتوانند درک دانشمندان از تکامل این گونههای منقرضشده را عمیقتر کنند.
افزون بر ماموتها، DNA مربوط به حیوانات دیگری نیز در این مجموعه کشف شده است. برای مثال ردپای ژنتیکی گرگها، گاومیشهای کوهاندار و اسبهای باستانی در نمونهها دیده میشود. این یافتهها نشان میدهد که منطقه یوکان در گذشته میزبان تنوع زیستی بسیار غنیتری بوده است.
تحلیل DNA گیاهان نیز اطلاعات مهمی درباره پوشش گیاهی گذشته ارائه میدهد. با شناسایی صدها گونه گیاهی مختلف، پژوهشگران میتوانند بفهمند در دورههای مختلف چه نوع گیاهانی در این مناطق رشد میکردهاند. این اطلاعات برای بازسازی شرایط اقلیمی و محیطی عصر یخبندان بسیار ارزشمند است.
به عنوان مثال، تغییر در ترکیب گونههای گیاهی میتواند نشان دهد که دمای هوا، میزان بارش یا نوع خاک در طول زمان چگونه تغییر کرده است. چنین دادههایی به دانشمندان کمک میکند تا مدلهای دقیقتری از تغییرات اقلیمی در گذشته زمین ایجاد کنند.
یکی دیگر از جنبههای مهم این پژوهش انتشار آزاد دادههای ژنتیکی است. مورچی و همکارانش اعلام کردهاند که نتایج و دادههای حاصل از این تحقیق در دسترس جامعه علمی قرار خواهد گرفت. این تصمیم به پژوهشگران دیگر اجازه میدهد تا از این اطلاعات برای مطالعات مختلف استفاده کنند.
البته مورچی تأکید میکند که با وجود ارزش بالای این دادهها، حجم آنها در مقایسه با کل اطلاعات ژنتیکی موجود هنوز بسیار محدود است. با این حال همین دادهها میتوانند نقطه شروعی برای پژوهشهای جدید درباره اکوسیستمهای باستانی باشند.
در حال حاضر تیم تحقیقاتی در حال انجام مطالعه دیگری است که تمرکز آن بر بررسی تکامل ماموت پشمالو با استفاده از همین دادههای ژنتیکی تازه است. مورچی درباره نتایج این پروژه آینده هنوز اطلاعات زیادی ارائه نکرده، اما اشاره کرده است که یافتههای آن میتواند بسیار جالب توجه باشد.
او در پایان با لحنی آمیخته به شگفتی میگوید هنوز هم باورش نمیشود که چنین حجم عظیمی از اطلاعات علمی از چیزی به ظاهر ساده مانند مدفوع سنجابها به دست آمده است. این موضوع به خوبی نشان میدهد که طبیعت گاهی آرشیوهایی شگفتانگیز از گذشته خود ایجاد میکند؛ آرشیوهایی که ممکن است در غیرمنتظرهترین مکانها پنهان شده باشند.
نتایج این پژوهش در مجله علمی Nature Communications منتشر شده است. انتشار آن در چنین نشریهای نشاندهنده اهمیت علمی این کشف و تأثیر بالقوه آن بر درک ما از تاریخ طبیعی زمین است.
در نهایت، این کشف یادآور این نکته است که مطالعه گذشته زمین تنها به فسیلهای بزرگ یا بقایای قابل مشاهده محدود نمیشود. گاهی کوچکترین ردپاهای زیستی میتوانند دریچهای تازه به سوی تاریخ طولانی حیات روی سیاره ما باز کنند؛ تاریخی که هنوز بخش بزرگی از آن در دل یخها و خاکهای منجمد جهان پنهان مانده است.
https://farcoland.com/1O5lUv
کپی آدرس
