نقش گِل در تکامل حیات بر روی زمین

نقش گِل در تکامل حیات بر روی زمین

نووِبل مگزین – لارا پاپیک
مترجم: جلیل پژواک

سال‌ها پیش زمین‌شناس «نیل دیویس» برای دیدن انباشته‌های ماهی‌های فسیل‌شده به بولیوی سفر کرد. او می‌خواست در مورد خط ساحلی باستانی که این ماهی‌ها حدود 460 میلیون سال پیش در امتداد آن شنا کرده بودند، بیش‌تر بداند. علاوه براین، او می‌خواست بداند که چرا این ماهی‌ها دچار مرگ جمعی شده بوده‌اند. او دریافت که ظاهرا ماسه‌های گِل‌آلود موجود در آب باعث خفه‌شدن این ماهی‌ها شده بوده. ماسه‌ی گِل‌آلود احتمالا در جریان یک توفان، با آب رودخانه وارد دریا شده بود.

کپه‌های ماهی‌های فسیل‌شده در سایر نقاط جهان نیز در رسوبات بازمانده از عین دوران، دیده شده‌اند. این قبل از تصرف خشکه‌های جهان توسط نباتات بوده و  بنابراین در کناره‌ رودخانه‌ها ریشه و ساقه‌ای نبوده که بتواند جلو ورود رسوبات گِل‌آلود را به آب دریا بگیرد.

وقتی این اثر را در سطح جهانی ببینیم، متوجه می‌شویم که تأثیر آن نه‌تنها بر حیات ساحلی بلکه بر کل منظره کره‌ی زمین چشم‌گیر بوده است. قبل از گیاهان، رودخانه‌ها قاره‌هایی از لجن و رس ـ اجزای اصلی گِل ـ را باخود از سطح زمین  برداشته و به شکل رسوبات وارد بستر دریا می‌کرد. این امر باعث می‌شد بر روی سطح خشکه‌ها چیزی جز سنگ خشک باقی نماند و دریاها پر از ماهی‌های خفه‌شده شود.

اوضاع پس از رسیدن گیاهان به زمین، تغییر کرد. گِل به جای آن‌که با آب شسته شده و مستقیما وارد دریا شود، به نباتاتی که در امتداد رودخانه‌ها نمو می‌کرد، چسبید. دیویس که اکنون در دانشگاه کمبریج است، و همکارانش دریافته‌اند که گسترش گیاهان بر روی زمین بین 458 تا 359 میلیون سال پیش، با افزایش بیش از ده‌برابری گِل بر روی زمین و تغییری چشم‌گیر در جریان رودخانه‌ها هم‌زمان است. او می‌گوید که ورود نباتات اولیه و سپس تغییر در گِل، «اساسا نحوه‌ی عمل‌کرد سیاره‌ی زمین و جهان را تغییر داده است.»

حیات، ابزارهایی را برای مقابله با شکل جدید رودخانه‌ها تکامل داد و در نتیجه به زندگی و مناظر سیاره‌ی زمین تنوع بخشید؛ امری که تا امروز پایدار است. نباتات مسئول بخش عمده‌ی این تغییرند. اما گِل نیز با افزودن چسبندگی به خشکه‌ها به این تغییرات کمک کرده است؛ گِل تر، برخلاف شن و ماسه، به هم می‌چسبد.

دیویس اکنون در تلاش است تا بفهمد که آیا نباتات اولیه به ایجاد گِل کمک کرد، یا گِل بیش‌تری را جمع کرد یا هردوی این نقش‌ها را ایفا کرد. «وودوارد فیشر»، زیست‌شناس زمین در انستیتوت فناوری کالیفرنیا در پاسادینا می‌گوید: «گِل یکی از معمول‌ترین و فراوان‌ترین چیزهایی است که می‌توانید فکر کنید. این شناخت که در بیش‌تر طول تاریخ زمین، گِل معمول و فراوان نبوده، یک مسأله کلان است.» فیشر می‌گوید که پژوهش دیویس و همکارانش می‌تواند به آگاهی در تصمیم‌گیری‌های امروزی در خصوص پروژه‌های مهندسی مانند ساخت سد کمک کند. درک راه‌هایی که از طریق آن پوشش گیاهی جریان رودخانه را شکل‌دهی و رسوب را دست‌کاری می‌کند، می‌تواند مانع برخی‌ خرابی‌هایی شود که به جاری‌شدن سیل در امتداد «رودخانه می‌سی‌سی‌پی» و سایر آب‌راه‌های اصلی در سراسر جهان نقش داشته. او می‌گوید: «انجام کار بهتر هرقدر اندک باشد، تأثیرات بزرگ دارد.»

گِل و کناره رودخانه

وقتی زمین‌شناسان از گِل صحبت می‌کنند، منظورشان ذرات ریزی است که وقتی خیس‌ شوند، به هم می‌چسبند. این ذرات اغلب به دلیل وزش باد، بارش باران، یخ و برف به مرور زمان از جدار سنگ‌های بزرگ کنده می‌شوند. قارچ‌ها و میکروب‌ها نیز می‌توانند سنگ را شکسته و گِل ایجاد کنند.

قبل از رسیدن پای گیاهای به روی زمین، گِل وجود داشت. فقط عیبش این بود که با جریان رودخانه‌ها به کف دریا می‌رفت. وقتی گیاهان نمو کرد، نه‌تنها از جابه‌جاشدن رسوبات جلوگیری کرد، بلکه ریشه‌شان به لحاظ فیزیکی سنگ را شکسته و باعث آزادشدن مواد شیمیایی شد که بیش‌تر از پیش به حفظ گِل کمک کرد. به این ترتیب، گیاهان فرآیندی را که زمین‌شناسان آن‌را «کارخانه‌ گِل‌سازی قاره‌ای» می‌خوانند، تسریع کرد.

از دهه 1960 زمین‌شناسان متوجه شده‌اند رودخانه‌هایی که پیش از ورود گیاهان به زمین جاری بودند، اغلب از نظر زمین‌شناسی متفاوت از نمونه‌هایی هستند که پس از سبزشدن قاره‌ها شکل گرفته‌اند. «تیلور پرون»، زمین‌شناس در انستیتوت فناوری ماساچوست در کمبریج می‌گوید که اولین رودخانه‌ها شبیه آن‌هایی بودند که امروز در امتداد سواحل ماسه‌ای آلاسکا دیده می‌شوند. او در سال 2017 مقاله‌ای را در مورد عواملی که شکل‌گیری منظره را کنترل می‌کند، برای جورنال «مرور سالانه زمین و علوم سیاره‌ای» نوشت.

رودخانه‌های آلاسکا کانال‌هایی دارد که در امتداد کناره‌‌های ماسه‌ای آن به هم تاب خورده‌اند و مرتبا باعث ریزش کناره‌ها، سرریزی کانال‌ها و سپس شکل‌گیری کانال‌های بیش‌تر می‌شوند، مانند جوی‌بارهای لبه ساحل. وقتی چیزی برای به‌هم‌تنیده نگهداشتن کناره‌های روخانه‌ها وجود نداشته باشد، کناره‌ها به طور مداوم ریزش می‌کنند و کانال‌های جدیدی شکل می‌گیرد. اما ورود گیاهان مانع این فرسایش شد و گِل به چسبندگی خاک رودخانه‌ها افزود و بنابراین احتمال ریزش کناره‌های رودخانه‌ها و شسته‌شدن بستر آن با آب دریا کم‌تر شد. در عوض در امتداد رودخانه‌ها به جای چندین کانال، کانال واحدی به شکل S شکل گرفت که کناره‌های آن خاصیت چسبندگی بیش‌تر دارند و آب با پیچ و خم از آن عبور می‌کند؛ مانند بخش‌هایی از رودخانه‌ می‌سی‌سی‌پی و آمازون امروز. بنابراین پرون می‌گوید که ورود گیاهان به خشکه «یکی از بهترین‌ آزمایش‌های طبیعی روی مناظر است که تاکنون روی زمین اتفاق افتاده.»

شکل یک رودخانه ممکن است به نظر بی‌اهمیت برسد اما تأثیرات گسترده و عمیقی بر حیات دور و اطراف خود دارد. برای مثال خم‌وپیچ‌های یک کانال غیرمستقیم می‌تواند درجه حرارت یا ترکیب شیمیایی آب را تغییر دهد و ریزمحیط‌های جدیدی را ایجاد کند که نباتات و حیوانات نیاز دارند با آن سازگار شوند.

«کوین بویس»، دیرینه‌شناس در دانشگاه استنفورد که یکی از نویسندگان پژوهش تکامل گیاهان در سال 2017 بود، می‌گوید که حتا نباتات نخستین که شبیه خزه‌ها بودند، می‌توانستند نحوه تجمع رسوبات در کناره‌های روخانه‌ها را تغییر دهند. او می‌گوید که نباتات اولیه «همچون درخت، بزرگ نبودند، اما می‌توانستند بر جریان آب تأثیر بگذارند» و آن‌را آهسته‌تر کنند. وقتی در حدود 386 میلیون سال پیش، گیاهان تکامل یافتند و به اندازه درخت رسیدند، قدرت این را یافتند که بر جریان باد نیز تأثیر گذاشته و آن‌را آهسته‌تر کنند.

حیات در لای و لجن

تکامل نباتات چالش‌های جدیدی را برای حیواناتی همچون هزارپاها و موجودات کرم‌مانند اولیه خلق کرد. «آنتونی شیلیتو»، زمین‌شناس در دانشگاه آکسفورد انگِلستان می‌گوید: «گِل محیط زندگی کاملا متفاوتی را برای سایر چیزها فراهم می‌کند.»

برای عبور از گِل، حیواناتی همچون کرم با انقباض و کش و قوس دادن به بدن خود، شکاف ایجاد می‌کند و وارد آن می‌شود. این به لحاظ میکانیکی با عبور از ماسه تفاوت دارد. برای عبور از ماسه، کرم باید حفاری و راه خود را با خارج‌کردن ذرات باز کند. بنابراین با گسترش گِل، کرم‌ها و حشرات اولیه روی زمین مجبور شدند اجزای بدن خود را برای حرکت از میان ذرات چسبنده‌تر تکامل دهند.

«لیدیا ترهان»، دیرینه‌شناس در دانشگاه ییل می‌گوید که این حرکات به نوبه خود احتمالا به شکل‌دادن گِل کمک کرده است. او می‌گوید: «عمل حفاری و خاک‌برداری ریزلانه‌ها و ریزتونل‌های زیرزمینی و پاک‌نگه‌داشتن آن‌ها می‌تواند به حرکت رسوبات در اطراف کمک کند و این امر توزیع رسوبات را تغییر داده و همچنین بر ترکیب شیمیایی زمین تأثیر گذاشته.» برای مثال، برخی از بی‌مهرگان رسوبات را برای تغذیه قورت می‌دهند و واکنش‌های شیمایی برخاسته از آن در روده‌های‌شان، می‌تواند باعث شکل‌گیری ذرات ریزی شود که در قالب گِل و لای در مدفوع‌ آن‌ها بیرون می‌آید.

اما ترهان می‌گوید که بیش‌ترین تأثیر حیواناتی که در زیرزمین خانه می‌کنند، بر محیط‌های گِل‌آلودشان سست‌شدن گِل و پراکنده‌شدن به رودخانه‌ها بوده است. با شکل‌گیری رودخانه‌های تک رشته‌ای، گِل امکان بیش‌تری پیدا کرد که به پهنه‌ها و جلگه‌های سیل‌گیر پخش شود. «کریس پائولا»، رسوب‌شناس در دانشگاه مینه‌سوتا می‌گوید که چنین پهنه‌هایی به آسانی در کنار رودخانه‌ها که با بالاآمدن آب کرانه‌ها‌ی‌شان به راحتی فرو می‌ریزد، شکل نمی‌گیرد.

رودخانه‌های امروزی که مردم آن‌را تخریب کرده‌اند نشان می‌دهد که نبود پوشش گیاهی چگونه می‌تواند بستر و کرانه‌ی رودخانه‌ها را سست کند و باعث چسبندگی کم‌تر آن‌ها شود. برای مثال در امتداد رودخانه ساکرامنتوی کالیفرنیا، مناطقی را که کشاورزان برای کشت و زرع پاک کرده‌اند، نسبت به مناطقی که همچنان دارای پوشش گیاهی طبیعی خود است، بیش‌تر مستعد فرسایش است.

شناخت فعل و انفعال گیاهان و گِل در جریان رودخانه می‌تواند به مؤثریت تلاش‌ها برای بازگرداندن رودخانه‌های فرسایش‌یافته به وضعیت پایدارتر کمک کند. پائولا، یکی از نویسندگان مقاله‌ای درباره ترمیم دلتاهای رودخانه در سال 2011 در جورنال «مرور سالانه علوم دریایی» می‌گوید: «انجام این کار در صورتی که شما ندانید که چه چیزی باعث تغییر حالت رودخانه می‌شود، دشوار است.» و از آن‌جا که بخش عمده حیات امروزی پیرامون رودخانه‌ها می‌چرخد، انجام این کار بسیار مهم است.

حیات و زندگی، از پیدایش نخستین نباتات و حیوانات بر روی زمین، همواره در اطراف رودخانه‌ها گرد آمده است. این امر از نخستین روزهای شکل‌گیری حیات بر روی سیاره زمین، تاکنون، صدق می‌کند. به همین دلیل است که تجمع اولیه گِل در کنار رودخانه‌ها ـ و این‌که گِل چگونه جریان رودخانه‌ها را تحت تأثیر قرار داد ـ چیزی نیست که بشود کم‌اهمیت دانست.

دیویس می‌گوید: «وقتی گِل را از معادله خارج کنیم و جهانی عاری از گِل را تصور کنیم، زمین به سیاره‌ی متفاوتی تبدیل می‌شود.»