دانشمندان راز نحوه تشکیل فسیل‌ عنکبوت‌ها را کشف کردند

دانشمندان مدت‌ها است درمورد حفظ استثنایی برخی از فسیل‌های موجودات دوران سنوزوئیک (نوزیستی) ازجمله گیاهان، ماهی‌ها، دوزیستان، عنکبوت‌ها و حشرات دیگر کنجکاو هستند. طبق مطالعه‌ی جدیدی، راز این مسئله، وجود تشکچه‌هایی از ریزجلبک‌های تک‌سلولی (دیاتوم‌ها) است که محیطی بی‌هوازی را برای فسیل شدن ایجاد کرده‌اند و با پلیمرهای آلی عنکبوت واکنش داده‌اند و آن‌ها را به لایه‌های غنی از کربن تبدیل کرده‌اند. طبق این مقاله‌ که اخیراً در مجله‌ی Communications Earth & Environment منتشر شده، این فرایند شبیه روشی است که در صنعت برای پایدار کردن لاستیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

عنکبوت فسیل‌شده از سازند اکس-ان-پرووانس در فرانسه و تصویر میکروسکوپ فلورسنت از همان نمونه. نور فرابنفش موجب می‌شود فسیل بدرخشد و جزئیات بیشتری را درمورد پایداری خود آشکار کند.

بیشتر فسیل‌ها بخش‌های معدنی‌شده بدن هستند: پوسته، استخوان و دندان. اما احتمال پوسیده‌شدن بافت‌های نرم بیشتر از احتمال فسیل‌شدن آن‌ها است. این بافت‌ها شامل اسکلت خارجی کیتینی، پوست و پرها می‌شود.

ارگانیسم‌های دارای بافت نرم معمولاً در فسیل‌ها کمتر دیده می‌شوند، اما لایه‌های رسوبی وجود دارند که دارای مجموعه‌های غنی از چنین فسیل‌هایی با درجه حفظ‌شدگی بالا هستند. آلیسون اولکات، زمین‌شناسی از دانشگاه کانزاس گفت:

بیشتر اشکال حیات به فسیل تبدیل نمی‌شوند. تبدیل شدن به فسیل سخت است. باید تحت شرایط بسیار خاصی بمیرید و یکی از راحت‌ترین راه‌ها برای فسیل‌شدن این است که بخش‌های سختی مانند استخوان، شاخ و دندان داشته باشید. بنابراین، سوابقی که از موجودات با بدن نرم مانند عنکبوت‌ها داریم، ناقص است، اما این دوره‌های حفاظت استثنایی را داریم که در آن شرایط لازم برای حفظ موجود وجود داشته است.

مطالعه اولکات و همکارانش، شامل هشت عنکبوت فسیل‌شده بود (که در موزه ملی تاریخ طبیعی پاریس نگه‌داری می‌شود) که از یکی از چنین محوطه‌هایی به نام سازند اکس-ان-پرووانس در فرانسه به دست آمده بود. این محوطه به خاطر فراوانی فسیل ماهی‌ها، گیاهان و بندپایان معروف است و از اواخر دهه ۱۷۰۰ مورد توجه دانشمندان بوده است.

دو فسیل عنکبوت زیر نور ساده و نور UV

اولکات و مت داونن، یکی از نویسندگان مطالعه، درحال بررسی فسیل‌ها بودند که به فکرشان رسید آن‌ها را زیر میکروسکوپ فلورسنت بررسی کنند. در کمال تعجب، فسیل‌ها درخشیدند. این امر موجب شد پژوهشگران بررسی‌های بیشتری را انجام دهند تا مشخص کنند که آیا این مسئله می‌تواند نشانه‌ی حفظ شدن قابل‌توجه فسیل باشد. اولکات گفت:

اگر فقط به فسیل روی سنگ نگاه کنید، آن‌ها چندان از خود سنگ قابل تشخیص نیستند، اما زیر نور فلورسنت به رنگ متفاوتی می‌درخشند. بنابراین، ما شروع به بررسی شیمیایی کردیم و کشف کردیم که خود فسیل‌ها حاوی پلیمر سیاه‌رنگی از جنس کربن و گوگرد هستند که زیر میکروسکوپ مانند قیری که روی جاده می‌بینید، به‌نظر می‌رسد. ما همچنین متوجه شدیم که هزاران هزار ریزجلبک اطراف فسیل‌ها را گرفته بودند و روی فسیل‌ها را پوشانده بودند.

مطالعات قبلی نشان داده که تشکچه‌های دیاتومی به‌خاطر مواد پلیمری خارج سلولی، محیط بی‌هوازی را ایجاد می‌کنند. این امر سرعت فساد باکتریایی را به اندازه کافی کاهش می‌دهد تا به ارگانیسم نرم‌تر اجازه فسیل شدن بدهد؛ اما اولکات و همکارانش فکر می‌کردند این توضیح کافی نیست، خصوصاً که توضیح نمی‌دهد چرا تشکچه‌های باکتریایی مشابه (که همان مواد پلیمری را تولید می‌کنند) به حفظ چنین ارگانیسم‌هایی کمک نمی‌کنند.

بنابراین، پژوهشگران به کمک میکروسکوپ فلورسنت و میکروسکوپ الکترونی روبشی، پلیمر سیاه روی فسیل و دو نوع ریزجلبک را آشکار کردند. تجزیه‌و‌تحلیل شیمیایی نشان داد که ریزجلبک‌ها عمدتاً از سیلیکا تشکیل شده‌اند، اما پلیمر غنی از گوگرد است. آن‌ها همچنین از طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس استفاده کردند و متوجه شدند ماده قهوه‌ای درون فسیل‌ها عمدتاً گوگرد و کربن است.

تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از شکم عنکبوت فسیل‌شده، پلیمر سیاه‌رنگ روی فسیل و وجود دو نوع ریزجلبک را آشکار کرد: لایه‌ای از دیاتوم‌های خطی که روی خود فسیل قرار داشت و دیاتوم‌های شعاعی پراکنده که در ماتریکس اطراف وجود داشتند. نقشه شیمیایی گوگرد (زرد) و سیلیکا (صورتی) که روی تصویر قرار دارد، نشان می‌دهد درحالی‌که ریزجلبک‌ها عمدتا سیلیسی بودند، پلیمر پوشاننده‌ی فسیل غنی از گوگرد بود.

نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که ترکیب شیره چسبناک تولیدشده توسط ریزجلبک‌ها و ترکیب شیمیایی عنکبوت‌ها منجر به سولفوریزاسيون (ولکانیزاسیون طبیعی) شده است. سولفوریزاسيون واکنشی شیمیایی است که می‌تواند در محیط‌های عاری از اکسیژن رخ دهد. این واکنش شیمیایی شامل ترکیبات سولفاتی است که به سولفید تبدیل می‌شوند و با مولکول‌های آلی (بیوپلیمرها) شبکه‌ای را تشکیل می‌دهند و درنتیجه ماده آلی را تثبیت و حفظ می‌کنند. نویسندگان نوشتند: «پلیمر حاصل دربرابر تجزیه کاملاً مقاوم است، زیرا کربن دیگر به‌راحتی ازنظر زیستی دردسترس نبوده و پایدار است. مطالعات نشان داده‌اند که این ترکیب ولکانیزه‌شده می‌تواند به‌مدت میلیون‌ها سال در سوابق سنگ‌ها حفظ شود.»

تحت این سناریو، عمر عنکبوتی در عصر سنوزوئیک به پایان می‌رسد و او در تشکچه دیاتومی به دام می‌افتد. با گذشت زمان، قطعاتی از آن تشکچه به بستر رسوبی می‌افتد که حاوی دیاتوم‌ها و جلبک‌های دیگری بوده است. اسکلت‌ بیرونی عنکبوت از کیتین (پلیمرهای طولانی با واحدهای کربن)، پروتئین‌ها و گلیکوپروتئین‌ها تشکیل شده است و این پلیمرهای زیستی برای سولفوریزاسیون مناسب هستند. وقتی عنکبوت پلیمریزه شد، رسوبات به آرامی فشرده شدند و آن را به شکل فسیل در لایه سنگی حفظ کردند.

اولکات و همکارانش بیشتر تجزیه‌و‌تحلیل‌های خود را در طول دنیاگیری انجام دادند که بسیاری از دانشمندان را مجبور کرد در شرایطی که آزمایشگاه‌ها تعطیل بود، راه‌های دیگری برای انجام پژوهش پیدا کنند. اولکات گفت: «من زمان زیادی را با این تصاویر و این نقشه‌های شیمیایی گذراندم و آن‌ها را به گونه‌ای بررسی کردم که اگر آزمایشگاه‌ها باز بودند و می‌توانستیم به آنجا برویم و کارهای معمول‌تری را انجام دهیم، این اتفاق نمی‌افتاد.»

پژوهشگران قصد دارند با تصویربرداری از ذخایر فسیلی دیگر متوجه شوند که آیا تشکچه‌های دیاتومی با حفظ انواع دیگر فسیل‌ها نیز ارتباط دارند. اولکات تخمین می‌زند که حدود ۸۰ درصد از محوطه‌های فسیلی دوران سنوزوئیک توسط ریزجلبک‌ها احاطه شده‌اند.