تحقیقات جدید: تکامل حیوانات ۲۰۰ میلیون سال قدیمی‌تر از تصورات

کف دریای Ediacaran، نامیبیا، جنوب غربی آفریقا - ۵۴۳ میلیون سال پیش. اعتبار: موزه تاریخ طبیعی، دانشگاه آکسفورد / Mighty Fossils

مطالعه‌ای به رهبری دانشگاه آکسفورد نشان می‌دهد که اولین حیوانات ممکن است صدها میلیون سال قبل از آن‌چه که در سوابق فسیلی به نظر می‌رسد وجود داشته باشند. یافته‌ها که در ۲ اکتبر در Science Advances منتشر شده است، نشان می‌دهد که حیوانات ممکن است در اعماق دوره نئوپروتروزوئیک، احتمالاً قبل از برخی از شدیدترین عصر یخبندان‌های تاریخ زمین، منشأ گرفته باشند.

این تحقیق می‌تواند درک دانشمندان از یک معمای تکاملی بزرگ را تغییر دهد. حیوانات به طور نسبی به طور ناگهانی در سوابق فسیلی درست قبل از دوره کامبرین (۵۳۹ تا ۴۸۷ میلیون سال پیش) ظاهر می‌شوند، حتی اگر شواهد دیگری مدت‌هاست نشان داده‌اند که داستان تکاملی آن‌ها بسیار زودتر آغاز شده است.

در مرکز مطالعه جدید، سوالی در مورد نحوه استفاده محققان از رسوبات فسیلی باستانی برای تعیین حداکثر سن منشأ حیوانات وجود دارد.

بازنگری یک فرضیه فسیلی کلیدی

یکی از سایت‌های مهم، Weng'an Biota در چین است، یک رسوب فسیلی حدود ۵۹۰ میلیون ساله که در سنگ‌های دوران Ediacaran حفظ شده است. این سایت حاوی میکروارگانیسم‌هایی است که با جزئیات استثنایی حفظ شده‌اند، اما هیچ‌کدام را نمی‌توان به طور قطعی به عنوان حیوان شناسایی کرد.

به دلیل این غیبت، دانشمندان قبلاً استدلال کرده‌اند که حیوانات احتمالاً پس از تشکیل Weng'an Biota تکامل یافته‌اند. استدلال این بود که اگر حیوانات در آن زمان وجود داشته باشند، چنین رسوب فسیلی با حفظ خوب باید شواهدی از آن‌ها را ثبت می‌کرد.

تحقیقات جدید این فرض را زیر سوال می‌برد.

فسیل‌های مغولستان یک آزمایش حیاتی ارائه می‌دهند

تیم بین‌المللی، که شامل دانشمندانی از دانشگاه کالیفرنیا برکلی، ETH زوریخ و دانشگاه ییل بود، یک مطالعه گسترده از میکروفسیل‌های به طور استثنایی حفظ شده از Kheseen Biota در مغولستان انجام داد.

Kheseen Biota بیش از ۴۰ میلیون سال از Weng'an جوان‌تر است، اگرچه این دو مجموعه فسیلی گونه‌های مشترکی دارند. مهم این است که حیوانات از سایر نقاط جهان در زمان تشکیل Kheseen Biota از قبل شناخته شده‌اند، از جمله سایت‌هایی در نامیبیا و جنوب چین.

محققان بیش از ۱۴۰ نمونه، از جمله موادی که از مکان‌های مستند نشده جمع‌آوری شده‌اند را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی کردند. تجزیه و تحلیل آن‌ها گونه‌های جدید میکروفسیل به طرز شگفت‌انگیزی حفظ شده، از جمله acritarchs (ارگانیسم‌های کروی کوچک با خارها و شاخه‌های شاخه‌دار) و همچنین فسیل‌های شبیه جنین حاوی سلول‌های داخلی را نشان داد.

علیرغم حفظ قابل توجه، هیچ‌کدام از فسیل‌ها را نمی‌توان با اطمینان به عنوان حیوان شناسایی کرد.

نویسنده ارشد، پروفسور همکار راس اندرسون (موزه تاریخ طبیعی، دانشگاه آکسفورد) گفت: «Kheseen Biota استدلال مبنی بر اینکه فسیل‌های میکروسکوپی استثنایی Weng'an به این معنی است که اگر در آن زمان وجود داشته باشند، فسیل‌های حیوانات را در مجموعه می‌دیدیم را از بین می‌برد. میکروفسیل‌های Kheseen به همان اندازه به خوبی حفظ شده‌اند، اما حیوانات هنوز غایب هستند - علیرغم این واقعیت که می‌دانیم در آن زمان وجود داشته‌اند.

این نشان می‌دهد که حیوانات ممکن است محیط‌هایی را اشغال کرده باشند که با محیط‌های نشان داده شده در رسوبات Kheseen متفاوت باشد، یا اینکه شرایط شیمیایی مسئول فسیل‌سازی در آنجا برای حفظ بقایای حیوانات مناسب نبوده باشد.

یک تاریخچه پنهان بالقوه از حیات حیوانی

از آنجایی که حیوانات در زمان تشکیل Kheseen Biota وجود داشتند اما هنوز در سوابق فسیلی آن ظاهر نمی‌شوند، محققان استدلال می‌کنند که عدم وجود حیوانات در Weng'an نمی‌تواند به طور خودکار به عنوان اثباتی در نظر گرفته شود که حیوانات هنوز ۵۹۰ میلیون سال پیش تکامل نیافته بودند.

در عوض، این تیم رسوبات فسیلی قدیمی‌تر را که به حدود ۸۵۰ تا ۷۳۰ میلیون سال پیش قدمت دارند، بررسی کرد. اینها شامل Svanbergfjellet Formation (نروژ)، Bitter Springs Group (استرالیا) و Chuar Group (آریزونا، ایالات متحده آمریکا) - همه رسوبات غنی از فسیل‌هایی هستند که تصور می‌شوند قادر به حفظ حیوانات هستند، اگرچه هنوز هیچ فسیل حیوانی تأیید شده در آن‌ها یافت نشده است.

این سایت‌ها قبلاً برای تعیین حداکثر سن ممکن برای منشأ حیات حیوانی استفاده شده‌اند.

با استفاده از این محدودیت‌های زمین‌شناسی قدیمی‌تر، محققان تجزیه و تحلیل ساعت مولکولی را انجام دادند. این تکنیک تفاوت‌های ژنتیکی بین گونه‌های زنده را مقایسه می‌کند و آن‌ها را با تاریخ‌های فسیلی و نرخ‌های تخمینی تغییرات تکاملی ترکیب می‌کند تا محاسبه کند که اجداد مشترک ممکن است چه زمانی زندگی کرده باشند.

هنگامی که محققان به جای سایت Weng'an Ediacaran جوان‌تر از این رسوبات قدیمی‌تر به عنوان محدودیت استفاده کردند، سن تخمینی منشأ حیوانات حدود ۲۰۰ میلیون سال به عقب رفت. محدوده جدید ظهور احتمالی حیوانات را بین ۸۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال پیش قرار می‌دهد.

سرنخ‌هایی از فسیل‌های شیمیایی باستانی

شواهد دیگر از قبل نشان می‌دهد که حیوانات ممکن است تاریخچه تکاملی عمیق‌تری نسبت به فسیل‌های بدنی خود داشته باشند.

فسیل‌های شیمیایی، که به عنوان زیست‌نشانگرها نیز شناخته می‌شوند، در سنگ‌های باستانی شواهدی سازگار با اسفنج‌هایی که حداقل ۶۵۰ میلیون سال پیش زندگی می‌کردند، حفظ کرده‌اند. این امر آن‌ها را ده‌ها میلیون سال قبل از قدیمی‌ترین فسیل‌های ماکروسکوپی حیوانات تأیید شده قرار می‌دهد.

قدیمی‌ترین حیوانات احتمالاً کوچک و نرم‌بدن بوده‌اند. بدون پوسته، استخوان یا سایر ساختارهای سخت، احتمال زنده ماندن آن‌ها از فرآیند فسیل‌سازی نسبت به بسیاری از حیوانات بعدی کمتر بوده است.

شانس حفظ آن‌ها نیز به شدت به محل زندگی آن‌ها و ترکیبی نادر از شرایط شیمیایی پس از مرگ بستگی داشته است.

آیا حیوانات قبل از Snowball Earth وجود داشته‌اند؟

اگر حیوانات بین ۸۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال پیش منشأ گرفته باشند، زمان‌بندی یک احتمال فوق‌العاده را ایجاد می‌کند. حیات حیوانی ممکن است قبل از ورود زمین به برخی از شدیدترین عصر یخبندان‌های تاریخ خود وجود داشته باشد، یا حیوانات حتی ممکن است در طول این دوره سخت ظهور کرده باشند.

دوره Cryogenian حدود ۷۲۰ میلیون سال پیش آغاز شد، زمانی که یخچال‌های طبیعی عظیم در سراسر سیاره در طول دوره‌هایی که معمولاً Snowball Earth نامیده می‌شوند، گسترش یافتند.

یافته‌های جدید دوباره سوالاتی را در مورد اینکه آیا شرایط محیطی مرتبط با Snowball Earth بر منشأ و تکامل اولیه حیات حیوانی تأثیر گذاشته است، باز می‌کند.

نویسنده اول، دانشجوی دکترا Orin Lole Durbin (دانشجوی کارشناسی دانشگاه آکسفورد در زمان مطالعه، اکنون در Virginia Tech) گفت: «فسیل‌های بدن حیوانات پیش از Ediacaran هنوز از ما پنهان هستند، و این تجزیه و تحلیل ثابت نمی‌کند که حیوانات ۸۰۰ میلیون سال پیش وجود داشته‌اند. با این حال، شواهد فسیلی جدید ما از مغولستان یکی از استدلال‌های اصلی برای محدود کردن منشأ حیوانات به بازه زمانی Ediacaran را از بین می‌برد. در همین حال، تجزیه و تحلیل ساعت مولکولی ما نشان می‌دهد که تاریخچه تکاملی آن‌ها چقدر می‌تواند به عقب برگردد.

جستجو برای قدیمی‌ترین حیوانات

محققان می‌گویند مطالعات آینده باید رسوبات فسیلی را از طیف گسترده‌تری از مکان‌ها، محیط‌ها و شرایط حفظ بررسی کنند تا شواهدی از حیوانات اولیه پیدا کنند.

این جستجو همچنین باید هر خط شواهد موجود، از جمله فسیل‌های بدن حیوانات، ردیابی فعالیت حیوانات و زیست‌نشانگرهای شیمیایی را ترکیب کند.

پروفسور اندرسون افزود: «تا زمانی که این شواهد در دسترس باشد، تاریخ دقیق تولد پادشاهی حیوانات نامشخص باقی می‌ماند.»