فسیل های 97 میلیون ساله اولین حیوان شناخته شده "GPS" را نشان می دهد

محققان اولین شواهد شناخته شده از یک سیستم "جی پی اس" حیوانی را شناسایی کرده اند که یک نگاه اجمالی به چگونگی تکامل پرندگان، ماهی ها و سایر موجودات مدرن با استفاده از میدان مغناطیسی زمین ارائه می دهد.

این شواهد از فسیل های مغناطیسی کوچکی به دست می آید که قدمت آن به 97 میلیون سال قبل می رسد. آنها در رسوبات کف دریا باستانی نگهداری می شدند و به نظر می رسد که توسط ارگانیسمی تولید شده اند که هویت آن ناشناخته باقی مانده است.

این ساختارهای میکروسکوپی که به عنوان مغناطیس فسیل شناخته می شوند، به شکل هایی شبیه سر نیزه، دوک، گلوله و سوزن هستند. هر کدام از یک سلول باکتری بزرگتر نیستند. دانشمندان بر این باورند که آنها منشأ بیولوژیکی دارند، اگرچه دقیقا چه ارگانیسمی آنها را ایجاد کرده و چه هدفی را دنبال می کنند، مدت ها نامشخص باقی مانده است.

اکنون، محققان شواهدی را کشف کرده‌اند که نشان می‌دهد این سازه‌ها ممکن است به عنوان یک سیستم ناوبری پیچیده عمل کرده باشند و به یک حیوان باستانی اجازه می‌دهند تا میدان مغناطیسی زمین را بسیار شبیه به یک نقشه تفسیر کند.

یک سیستم ناوبری مغناطیسی از 97 میلیون سال پیش

دانشمندان دانشگاه کمبریج و هلمهولتز زنتروم برلین اولین تصاویر سه بعدی از ساختار مغناطیسی داخل فسیل ها را تولید کردند. تجزیه و تحلیل آنها ویژگی هایی را نشان داد که به نظر می رسد برای تشخیص جهت و قدرت میدان مغناطیسی زمین بهینه شده اند، دو نوع اطلاعاتی که می تواند به حیوان کمک کند تا مشخص کند کجاست و به کجا می رود.

پروفسور ریچ هریسون از دپارتمان علوم زمین کمبریج که این تحقیق را رهبری می کرد، گفت: «هر موجودی که این مغناطیس فسیل ها را ساخته است، اکنون می دانیم که به احتمال زیاد قادر به جهت یابی دقیق بوده است.

این یافته ها اولین شواهد مستقیم را ارائه می دهد که حیوانات حداقل 97 میلیون سال پیش با میدان مغناطیسی زمین در حال حرکت بودند. آنها همچنین می توانند به دانشمندان کمک کنند تا بفهمند چگونه این حس قابل توجه، معروف به مغناطیسی، تکامل یافته است. نتایج در مجله Communications Earth & Environment گزارش شده است.

دریافت مغناطیسی یکی از کمترین درک موجود در طبیعت است. پرندگان، ماهی‌ها و حشرات می‌توانند از میدان مغناطیسی زمین برای طی مسافت‌های بسیار زیاد استفاده کنند، با این حال دانشمندان هنوز مکانیسم‌های بیولوژیکی را که این امر را ممکن می‌سازد، درک نکرده‌اند.

یکی از ایده های پیشرو شامل مگنتیت است، یک ماده معدنی مغناطیسی که ممکن است کریستال های ریزی را در داخل بدن حیوان تشکیل دهد. این ذرات می توانند با میدان مغناطیسی زمین هماهنگ شوند و مانند سوزن های قطب نما میکروسکوپی رفتار کنند.

برخی از باکتری‌های ساکن در دریاچه‌ها و دیگر محیط‌های آبی از نسخه اولیه این سیستم استفاده می‌کنند. زنجیره ای از ذرات مغناطیسی درون سلول ها به باکتری ها اجازه می دهد تا با میدان مغناطیسی زمین جهت گیری کنند و به آنها کمک می کند تا به سمت عمق آبی که ترجیح می دهند شنا کنند.

هریسون گفت: «این ذرات با عرض تنها 50 تا 100 نانومتر، سوزن‌های قطب‌نمای کاملی هستند. "اگر می خواهید کارآمدترین حس مغناطیسی را ایجاد کنید، کوچکتر بهتر است."

با این حال، مغناطیس‌فسیل‌های مورد بررسی در تحقیقات جدید بسیار بزرگ‌تر هستند. آنها که از مکانی در اقیانوس اطلس شمالی بازیابی شده اند، تقریبا 10 تا 20 برابر بزرگتر از ذرات مغناطیسی مورد استفاده باکتری ها هستند.

دانشمندان قبلا پیشنهاد کرده بودند که این مگنتوفسیل‌های غیرعادی بزرگ ممکن است به عنوان خارهای محافظ عمل کرده باشند. با این حال، شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نشان داد که ساختارها می‌توانند خواص مغناطیسی بسیار پیچیده‌تری داشته باشند.

او گفت: «به نظر می‌رسد این موجود به دقت شکل و ساختار این فسیل‌ها را کنترل می‌کرد و ما می‌خواستیم دلیل آن را بدانیم.

برای بررسی، محققان از یک روش تصویربرداری جدید استفاده کردند که به آنها اجازه می‌دهد ببینند که چگونه گشتاورهای مغناطیسی (میدان‌های مغناطیسی کوچک ایجاد شده توسط الکترون‌های در حال چرخش) در سراسر مغناطیس فسیل چیده شده‌اند.

دانشمندان قبلا قادر به بدست آوردن تصاویر مغناطیسی سه بعدی از ذرات بزرگ مانند مغناطیس فسیل های غول پیکر نبودند زیرا اشعه ایکس معمولی نمی توانست به طور موثر در آنها نفوذ کند.

کار جدید از طریق تکنیکی که توسط یکی از نویسندگان کلیر دانلی در مؤسسه ماکس پلانک در آلمان توسعه داده شد امکان پذیر شد. اندازه‌گیری‌ها در مرکز اشعه ایکس الماس در آکسفورد انجام شد.

دانلی می‌گوید: «اینکه ما توانستیم ساختار مغناطیسی داخلی را با توموگرافی مغناطیسی ترسیم کنیم، یک نتیجه عالی بود، اما این واقعیت که نتایج بینشی از مسیریابی موجودات میلیون‌ها سال پیش ارائه می‌کند، واقعا هیجان‌انگیز است.

تصاویر به دست آمده یک الگوی مغناطیسی داخلی پیچیده غیرمنتظره را نشان دادند. گشتاورهای مغناطیسی در اطراف یک خط مرکزی که از میان فسیل امتداد می‌یابد، مارپیچ می‌شوند و ساختاری شبیه گرداب گردبادی شکل می‌دهند.

به گفته هریسون، این نوع مغناطیس گردابی دارای خواصی است که برای ناوبری بسیار مناسب است. تغییرات کوچک در قدرت میدان مغناطیسی باعث می شود که ساختار یک "تلو تلو خوردن" ظریف ایجاد کند، که به طور بالقوه به ارگانیسم اجازه می دهد تا اطلاعات دقیق در مورد موقعیت جغرافیایی خود را استخراج کند.

او گفت: «این ذره مغناطیسی نه تنها عرض جغرافیایی را با احساس انحراف میدان مغناطیسی زمین تشخیص می دهد، بلکه قدرت آن را نیز اندازه گیری می کند که می تواند با طول جغرافیایی تغییر کند.

هندسه گرداب نیز بسیار پایدار است. این پایداری می‌تواند به سیستم مغناطیسی اجازه دهد تا در برابر اختلالات محیطی کوچک مقاومت کند که در غیر این صورت ممکن است در توانایی آن برای ارائه اطلاعات ناوبری قابل اعتماد اختلال ایجاد کند.

او می‌گوید: «اگر طبیعت یک جی‌پی‌اس، ذره‌ای که می‌توان برای پیمایش هزاران کیلومتر در سراسر اقیانوس به آن اعتماد کرد، چیزی شبیه به این خواهد بود.»

این تحقیق با آشکار ساختن آنچه ممکن است از فسیل ها برای چه استفاده شده باشد، سرنخ هایی در مورد حیوان مرموز تولید کننده آنها ارائه می دهد.

هریسون گفت: سوال بعدی این است که چه چیزی این فسیل ها را ساخته است. این به ما می گوید که باید به دنبال حیوان مهاجری بگردیم که به اندازه کافی در اقیانوس ها رایج بود تا بقایای فسیلی فراوانی از خود به جای بگذارد.

هریسون پیشنهاد می کند که مارماهی ها یکی از نامزدهای احتمالی هستند. مارماهی ها حدود 100 میلیون سال پیش تکامل یافتند و در میان گریزان ترین و ناشناخته ترین حیواناتی هستند که امروزه زندگی می کنند.

مارماهی های اروپایی و آمریکایی مدرن مهاجرت های خارق العاده ای انجام می دهند و هزاران کیلومتر از رودخانه های آب شیرین را طی می کنند تا در دریای سارگاسو تولید مثل کنند. محققان می‌دانند که مارماهی‌ها می‌توانند میدان مغناطیسی زمین را تشخیص دهند، اما اینکه دقیقا چگونه آن را حس می‌کنند نامشخص است.

ذرات مگنتیت در مارماهی ها یافت شده است، اگرچه دانشمندان هنوز مستقیما از آن ذرات درون سلول ها و بافت های آنها تصویربرداری نکرده اند. اندازه بسیار کوچک آنها پیدا کردن آنها را دشوار می کند، به ویژه به این دلیل که می توانند تقریبا در هر جایی از بدن حیوان پنهان شوند.

هریسون در حین طراحی این مطالعه با سرجیو والنسیا از هلمهولتز زنتروم برلین همکاری نزدیک داشت.

والنسیا گفت: «این یک همکاری واقعا بین‌المللی بود که شامل متخصصانی از زمینه‌های مختلف بود که همه با هم کار می‌کردند تا عملکرد احتمالی این مغناطیس‌فسیل‌ها را روشن کنند.

اگرچه هویت ارگانیسمی که این ساختارها را ایجاد کرده ناشناخته باقی مانده است، فسیل ها ممکن است نشان دهنده مرحله مهمی در تکامل یکی از قابل توجه ترین توانایی های ناوبری طبیعت باشند.

هریسون گفت: «مگنتوفسیل‌های غول‌پیکر گامی کلیدی در ردیابی چگونگی تکامل یافته‌های مغناطیسی باکتریایی توسط حیوانات به سیستم‌های ناوبری بسیار تخصصی و شبیه به GPS هستند.

این تحقیق تا حدی توسط اتحادیه اروپا، شورای تحقیقات اروپا و انجمن سلطنتی حمایت شد. ریچ هریسون عضو کالج سنت کاترین، کمبریج است.

مواد ارائه شده توسط دانشگاه کمبریج. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

یک سیگنال مغزی شگفت انگیز می تواند توضیح دهد که چرا خوردن پروتئین کمتر باعث افزایش طول عمر می شود

مصرف کنندگان شاهدانه بیشتر احتمال دارد مرتکب خشونت شوند و خشونت را تجربه کنند، مطالعه کنید

دانشمندان از هم پاشیدگی قمرها را شبیه سازی کردند - و چیزی غیرمنتظره پیدا کردند

DNA سرکش سرطان دارای پاشنه آشیل است - و دانشمندان به تازگی آن را پیدا کردند