آب سرد چگونه به تکامل حیات چندسلولی پیچیده کمک کرد؟_فرنگی

سیمپسون به‌طور خاص دراین‌باره کنجکاو بود که آیا جلبک‌هایی که به حلقه‌ی دارای بالاترین ویسکوزیته راه پیدا کرده‌اند، روش‌هایی را برای افزایش سرعت شناکردن یافته‌اند یا خیر.

جلبک‌ها فتوسنتزکننده هستند، بنابراین از خورشید انرژی می‌گیرند. اما آن‌ها باید مواد مغذی نظیر فسفر را از محیط دریافت کنند؛ بنابراین حرکت همچنان برای بقای آن‌ها اهمیت دارد. حفظ همان سطح از مواد مغذی در محیط دارای ویسکوزیته بالا مستلزم راهی برای حفظ سرعت است.

مقایسه سرعت این خوشه‌ها با سلول‌های انفرادی وسط ژل موضوع جالبی را آشکار کرد: همه با سرعت مشابهی شنا می‌کردند. جلبک‌ها با همکاری به عنوان یک گروه می‌توانستند حرکت خود را حفظ کنند.

وقتی دانشمندان خوشه های کوچک را از ژل دارای ویسکوزیته بالا برداشتند و در ژلی با ویسکوزیته پایین قرار دادند، سلول‌ها به هم چسبیدند و تا صد نسل دیگر که دانشمندان به مشاهده آن‌ها ادامه دادند، به همین شکل باقی ماندند. به‌گفته‌ی سیمپسون، هر تغییری که آن‌ها برای زنده‌ماندن در محیط دارای ویسکوزیته بالا دچار آن شدند، به سختی برگشت‌پذیر بود و شاید این امر به جای تغییری کوتاه‌مدت، در واقع حرکتی به سمت تکامل محسوب می‌شد.

جلبک‌های امروزی جاندارانی ابتدایی نیستند؛ اما به‌گفته‌ی سیمپسون این واقعیت که این فشارهای فیزیکی، موجودات تک‌سلولی را وادار کرد سبک زندگی جدیدی در پیش بگیرند و این تغییر به سختی بازگشت‌پذیر بود، بسیار قدرتمند است. او فکر می‌کند اگر دانشمندان این ایده را بررسی کنند که وقتی ارگانیسم‌ها خیلی کوچک هستند، ویسکوزیته بر وجود آن‌ها غلبه دارد، می‌توانیم بینش‌هایی درباره شرایطی به دست آوریم که ممکن است به تکامل اشکال بزرگ حیات منجر شده باشد.

ما به‌عنوان موجودات بزرگ چندان به غلظت مایعات پیرامون خود فکر نمی‌کنیم. این بخشی از تجربه زندگی روزمره ما نیست و آنقدر بزرگ هستیم که ویسکوزیته تاثیر خاصی روی ما نداشته باشد.

از زمانی که سیمپسون برای اولین بار متوجه شد چنین محدودیت‌هایی در حرکت می‌تواند مانع بزرگی برای حیات میکروسکوپی باشد، این موضوع ذهن او را درگیر کرده که ویسکوزیته ممکن است در پیدایش حیات پیچیده بسیار مهم بوده باشد.

نیک باترفیلد از دانشگاه کمبریج که تکامل حیات اولیه را مطالعه می‌کند، می‌گوید: «به‌نظر نمی‌رسد پیش از سیمپسون کسی درمورد تجربه فیزیکی موجودات  از حضور درون اقیانوس در طول زمین گوی برفی خیلی فکر کرده باشد.» با‌این‌حال، او ایده کارل را حاشیه‌ای می‌خواند. بیشتر تئوری‌ها درمورد تاثیر زمین گوی برفی روی تکامل حیوانات چندسلولی، گیاهان و جلبک‌ها روی سطوح اکسیژن تمرکز دارد که از روی سطوح ایزوتوپ‌های موجود در سنگ‌ها استنباط می‌شود.

جوخن بروکس از دانشگاه ملی استرالیا می‌گوید فرضیه سیمپسون چند مشکل دارد. بروکس می‌گوید اول اینکه مشخص نیست جانوران ابتدایی آزادانه در آب شنا می‌کردند. برخی از اولین فسیل‌های جانوری مربوط به جانورانی بودند که کف اقیانوس زندگی می‌کردند. علاوه‌بر‌این، جدول زمان‌بندی منشا جانوران بسیار نامشخص است. طبق برخی از تخمین‌ها، دوره زمین گوی برفی ممکن است با آخرین جد مشترک حیوانات همخوانی داشته باشد. اما به‌گفته‌ی بروکس، همه این‌ها براساس استنتاج‌های مولکولی از دی‌ان‌ای است که به‌سختی می‌توان تاییدشان کرد. باترفیلد نیز درباره این عدم قطعیت گفت: «شواهدی وجود ندارد که نشان دهد موجودی مدتی پس از زمین گوی برفی بزرگ شد.»

البته بروکس آزمایش سیمپسون را هوشمندانه و زیبا توصیف می‌کند و می‌گوید چه زمین گوی برفی به تکامل حیات پیچیده جانوری منجر شده چه در این زمینه بی‌تاثیر بوده باشد، این واقعیت که ارگانیسم‌ها ممکن است با ایجاد رفتار جمعی به ویسکوزیته بالا واکنش نشان دهد، شایسته درک بهتر است.

بروکس کنجکاو است که اگر آزمایش مشابهی روی قیفی‌تاژک‌داران (choanoflagellates) انجام شود که موجودات کوچکی هستند که نسبت‌به جلبک‌ها ارتباط نزدیک‌تری با حیوانات دارند، چه اتفاقی می‌افتد.

قیفی‌تاژک‌داران برای به دست آوردن غذا کاملاً به شکار متکی هستند (توانایی فتوسنتز ندارند)، بنابراین دربرابر کندی ناشی از ویسکوزیته بالا آسیب‌پذیر هستند. اگر آن‌ها تحت شرایط ویسکوزیته بالا شروع به ایجاد اشکال چندسلولی کنند، می‌توان گفت نتایج سیمپسون نشانگر واقعیتی کلی‌تر درمورد نحوه واکنش موجودات زنده به محیط پیرامون خویش است.

سیمپسون درحال مطالعه روی قیفی‌تاژک‌داران است و در تلاش است تا دریابد آن‌ها چگونه زندگی می‌کنند. او می گوید آن‌ها موجوداتی زیبا و پیچیده هستند و به اشکال مختلفی ظاهر می‌شوند: برخی  شناگرانی پرسرعت با تاژک‌های بلند و برخی شناگرانی کند هستند که در مسیر مارپیچ حرکت می‌کنند و برخی به یک سطح می‌چسبند تا رشد کنند. آن‌ها رابطه جنسی دارند، با هم ادغام می‌شوند و کلنی‌هایی با اشکال مختلف تشکیل می‌دهند. اگر آن‌ها را فشرده کنید، ظاهرا تاژک‌های خود را از دست می‌دهند و به آمیب تبدیل می‌شوند. مهم‌تر از همه اینکه، آن‌ها هنگام واکنش به چالش‌های محیطی کاملا جدید، توانایی‌ها و سازگاری بسیار بالایی دارند.