كيف يمكن لنبض مغناطيسي خافت أن يكون السبب وراء التطور منذ 600 مليون سنة؟

تشير الأدلة إلى أن المجال المغناطيسي الضعيف منذ ملايين السنين ربما يكون قد أدى إلى تكاثر الحياة.

كانت فترة الإدياكارا، التي امتدت من حوالي 635 إلى 541 مليون سنة مضت، فترة محورية في تاريخ الأرض. لقد كان بمثابة حقبة تحولية ظهرت خلالها كائنات معقدة ومتعددة الخلايا، مما مهد الطريق لانفجار الحياة.

ولكن كيف تطورت هذه الطفرة في الحياة وما هي العوامل الموجودة على الأرض التي ربما ساهمت فيها؟

اكتشف باحثون من جامعة روتشستر أدلة دامغة على أن المجال المغناطيسي للأرض كان في حالة غير عادية للغاية عندما تنوعت وازدهرت الحيوانات العيانية في فترة الإدياكارا. دراستهم نشرت في طبيعة مجال الاتصالات الأرض والبيئةويثير هذا السؤال ما إذا كانت هذه التقلبات في المجال المغناطيسي القديم للأرض قد أدت إلى تغيرات في مستويات الأكسجين التي ربما كانت حاسمة في تكاثر أشكال الحياة منذ ملايين السنين.

درس باحثون من جامعة روتشستر المجال المغناطيسي للأرض خلال فترة Ediacaran التحولية، والتي امتدت من حوالي 635 إلى 541 مليون سنة مضت. يثير البحث تساؤلات حول العوامل التي ربما غذت ظهور كائنات معقدة ومتعددة الخلايا، مثل حيوانات العصر الإدياكاري، المعروفة بتشابهها مع الحيوانات المبكرة. الائتمان: التوضيح جامعة روتشستر / مايكل أوسادسيو

وفقًا لجون تاردونو، أستاذ ويليام كينان الابن في قسم علوم الأرض والبيئة، فإن أحد أبرز أشكال الحياة خلال العصر الإدياكاري كانت حيوانات الإدياكارا. وكانت ملحوظة لتشابهها مع الحيوانات المبكرة، حتى أن بعضها وصل حجمها إلى أكثر من متر (ثلاثة أقدام) وكانت متحركة، مما يشير إلى أنها ربما كانت بحاجة إلى المزيد من الأكسجين مقارنة بأشكال الحياة السابقة.

يقول تاردونو: “لقد تضمنت الأفكار السابقة لظهور حيوانات العصر الإدياكاري المذهلة عوامل وراثية أو بيئية دافعة، لكن التوقيت القريب مع المجال المغناطيسي المنخفض للغاية حفزنا على إعادة النظر في القضايا البيئية، وعلى وجه الخصوص، الأوكسجين في الغلاف الجوي والمحيطات”. وهو أيضًا عميد الأبحاث في كلية الآداب والعلوم وكلية الهندسة والعلوم التطبيقية.

أسرار الأرض المغناطيسية

على بعد حوالي 1800 ميل تحتنا، يتدفق الحديد السائل في اللب الخارجي للأرض، مما يخلق المجال المغناطيسي الواقي للكوكب. على الرغم من أن المجال المغناطيسي غير مرئي، إلا أنه ضروري للحياة على الأرض لأنه يحمي الكوكب من الرياح الشمسية – تيارات الإشعاع القادمة من الشمس. لكن المجال المغناطيسي للأرض لم يكن دائما قويا كما هو اليوم.

اقترح الباحثون أن المجال المغناطيسي المنخفض بشكل غير عادي ربما ساهم في ظهور الحياة الحيوانية. ومع ذلك، كان من الصعب فحص الارتباط بسبب محدودية البيانات حول قوة المجال المغناطيسي خلال هذا الوقت.

انطباع أحفوري لديكنسونيا، وهو مثال لحيوانات العصر الإدياكاري، تم العثور عليه في أستراليا الحالية. الائتمان: شوهاي شياو، جامعة فرجينيا للتكنولوجيا

استخدم تاردونو وفريقه استراتيجيات وتقنيات مبتكرة لفحص قوة المجال المغناطيسي من خلال دراسة المغناطيسية الموجودة في بلورات الفلسبار والبيروكسين القديمة من صخر الأنورثوسيت. تحتوي البلورات على جزيئات مغناطيسية تحافظ على المغنطة منذ تكوين المعادن. ومن خلال تأريخ الصخور، يمكن للباحثين إنشاء جدول زمني لتطور المجال المغناطيسي للأرض.

الاستفادة من الأدوات المتطورة، بما في ذلك CO₂ باستخدام الليزر ومقياس المغناطيسية بجهاز التداخل الكمي فائق التوصيل (SQUID) في المختبر، قام الفريق بتحليل البلورات والمغناطيسية الموجودة بداخلها بدقة.

مجال مغناطيسي ضعيف

تشير بياناتهم إلى أن المجال المغناطيسي للأرض في بعض الأحيان خلال فترة الإدياكارا كان أضعف مجال معروف حتى الآن – أضعف بما يصل إلى 30 مرة من المجال المغناطيسي اليوم – وأن قوة المجال المنخفضة للغاية استمرت لمدة 26 مليون سنة على الأقل.

يسهل المجال المغناطيسي الضعيف على الجسيمات المشحونة من الشمس تجريد الذرات خفيفة الوزن مثل الهيدروجين من الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى هروبها إلى الفضاء. إذا كان فقدان الهيدروجين كبيرًا، فقد يبقى المزيد من الأكسجين في الغلاف الجوي بدلاً من التفاعل مع الهيدروجين لتكوين بخار الماء. يمكن أن تؤدي هذه التفاعلات إلى تراكم الأكسجين بمرور الوقت.

انطباع أحفوري لـ Fractofusus، وهو مثال لحيوانات العصر الإدياكاري، تم العثور عليه في ما يعرف الآن باسم نيوفاوندلاند، مع وجود فلس كندي قريب من حيث الحجم. الائتمان: شوهاي شياو، جامعة فرجينيا للتكنولوجيا

يشير البحث الذي أجراه تاردونو وفريقه إلى أنه خلال العصر الإدياكاري، تسبب المجال المغناطيسي الضعيف للغاية في فقدان الهيدروجين على مدى عشرات الملايين من السنين على الأقل. وربما أدت هذه الخسارة إلى زيادة الأوكسجين في الغلاف الجوي وسطح المحيط، مما مكن من ظهور أشكال حياة أكثر تقدما.

اكتشف تاردونو وفريقه البحثي سابقًا أن المجال المغناطيسي الأرضي استعاد قوته خلال العصر الكامبري اللاحق، عندما بدأت معظم المجموعات الحيوانية في الظهور في السجل الأحفوري، وتم إعادة إنشاء المجال المغناطيسي الوقائي، مما سمح للحياة بالازدهار.

يقول تاردونو: “لو بقي الحقل الضعيف للغاية بعد العصر الإدياكاري، لكانت الأرض تبدو مختلفة تمامًا عما هي عليه اليوم من الكوكب الغني بالمياه: فقد يكون فقدان الماء قد أدى إلى جفاف الأرض تدريجيًا”.

الديناميكيات الأساسية والتطور

ويشير العمل إلى أن فهم التصميم الداخلي للكواكب أمر بالغ الأهمية في التفكير في إمكانات الحياة خارج الأرض.

يقول تاردونو: “من المذهل الاعتقاد بأن العمليات التي تحدث في قلب الأرض يمكن ربطها في نهاية المطاف بالتطور”. “بينما نفكر في إمكانية وجود حياة في مكان آخر، نحتاج أيضًا إلى النظر في كيفية تشكل وتطور الأجزاء الداخلية للكواكب.”

لمزيد من المعلومات حول هذا البحث، راجع كيف عزز المجال المغناطيسي الضعيف للأرض ظهور الحياة المعقدة.

المرجع: “ربما يكون الانهيار الوشيك للمجال المغنطيسي الأرضي قد ساهم في أكسجة الغلاف الجوي والإشعاع الحيواني في العصر الإدياكاري” بقلم وينتاو هوانغ، وجون أ. إيريك جي. بلاكمان، وأليكسي في. سميرنوف، وجابرييل أهرندت، وروري دي. كوتريل، وكينيث بي. كوداما، وريتشارد ك. بونو، وديفيد جي. سيبيك، ويونج شيانج لي، وفرانسيس نيمو، وشوهاي شياو، ومايكل ك. واتكيز، 2 مايو 2024، اتصالات الأرض والبيئة.
دوى: 10.1038/s43247-024-01360-4

تم دعم هذا البحث من قبل مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية.