علماء الحفريات قضوا 20 عامًا في مواعدة آلاف الحفريات – وهذا ما وجدوه

يبدو أن مدى سرعة تراكم الرواسب في قاع البحر هو العامل الرئيسي الذي يحدد ما إذا كانت الحفريات من فترات زمنية مختلفة ستختلط معًا.

يمكن لطبقة واحدة من الحفريات البحرية أن تبدو وكأنها لقطة لمجتمع قديم حتى عندما كانت الكائنات الحية المحفوظة جنبًا إلى جنب تعيش فعليًا على بعد مئات أو آلاف السنين. بالنسبة لعلماء الحفريات الذين يحاولون إعادة بناء النظم البيئية السابقة، فإن معرفة مقدار الوقت المضغوط في تلك الطبقة أمر ضروري.

كتب رافال نوروت، عالم الحفريات في جامعة فيينا: “ما يذهلني باستمرار هو مقدار الوقت الذي يمكن أن تمثله مجموعة من الحفريات المجمعة من طبقة رسوبية واحدة. في بعض الحالات، ربما عاشت الكائنات الأحفورية المحفوظة جيدًا والموجودة بجوار بعضها البعض مئات أو آلاف السنين متباعدة”.

يُعرف هذا الخلط للكائنات الحية من فترات مختلفة في نفس الرواسب الأحفورية بمتوسط ​​الوقت. ويمكن أن يتطور بشكل طبيعي في قيعان البحار المنتجة، حيث قد يحتوي المتر المربع الواحد على مئات أو آلاف من الأنفاق المنفصلة والمتصلة التي تشغلها المحار والروبيان ونجوم البحر والدولار الرملي والقواقع والديدان وغيرها من الحيوانات. عندما تحفر تلك المخلوقات في القاع، فإنها تقوم بشكل متكرر بإزعاج الرواسب وإعادة توزيع الأصداف وبقايا الهياكل العظمية الأخرى.

وبمجرد دفن قاع البحر وإدخاله في السجل الأحفوري، فإن تحديد مدى هذا الخلط قد يكون صعبًا ومكلفًا. ومع ذلك، تحدد الإجابة ما يمكن للعلماء استنتاجه بشكل موثوق من الحفريات، وفقًا لدانييلي سكاربوني، زميل نوروت والأستاذ المشارك في جامعة بولونيا.

“قبل تفسير أي تجمع أحفوري، نحتاج إلى معرفة الفاصل الزمني الذي يمثله. بعض التجمعات الأحفورية تشبه أنقاض بومبي – مدفونة بسرعة وبالتالي توفر لمحة سريعة عن المجتمعات الماضية المجمدة في الوقت المناسب. البعض الآخر أقرب إلى مقبرة ما قبل التاريخ المستخدمة بشكل مستمر على مر القرون، حيث تتراكم بقايا بشرية من أجيال مختلفة ببطء مع مرور الوقت. يمكن لكلا النوعين تقديم رؤى قيمة عن الماضي، ولكن أنواع البيانات التي يمكننا استخلاصها منها ستكون مختلفة في كل منهما. “هذه القضية”، كتب سكاربوني.

يمكن لعدة قوى أن تخلط بين العصور الأحفورية

بالإضافة إلى الحيوانات التي تحفر الجحور، هناك عدة عوامل أخرى يمكن أن تؤثر على مقدار الوقت الذي يختلط داخل التجمع الأحفوري:

• مدى نجاح البقاء على قيد الحياة هو أمر مهم. تتحلل معظم الكائنات الحية أو يتم استهلاكها من قبل الزبالين قبل أن تتمكن من التحجر، ولهذا السبب تهيمن الهياكل الدائمة مثل الأصداف والعظام على السجلات الأحفورية البحرية والبرية. وحتى هذه المواد يمكن أن تتحلل في النهاية إذا لم يتم دفنها بالسرعة الكافية.
• معدل تراكم الرواسب مهم أيضًا. يختلف الترسيب عبر المحيط وبمرور الوقت. يمكن أن تتراكم الرواسب في مناطق الدلتا بسرعة، بينما تتلقى البيئات الأخرى كميات صغيرة فقط على مدى فترات طويلة. عندما تتراكم الرواسب ببطء، يمكن أن تتراكم بقايا الهياكل العظمية من فترات مختلفة معًا، في حين أن الدفن الأسرع يقلل من هذا الاختلاط.
• تؤثر الإنتاجية البيولوجية على عدد الحفريات المتاحة. يرتبط عدد الحفريات التي من المرجح أن يجدها علماء الحفريات في موقع معين ارتباطًا وثيقًا بعدد الكائنات الحية التي عاشت هناك ذات يوم وأتيحت لها الفرصة لتصبح متحجرة.

يظهر الترسيب كأقوى سيطرة

بعد أ مشروع على مدار 20 عامًا، يقول اتحاد دولي من الباحثين إنه حدد أيًا من هذه التأثيرات المتنافسة هو الأكثر أهمية. تشير نتائجهم إلى أن معدل الترسيب هو عنصر التحكم الأساسي في متوسط ​​الوقت وبالتالي على الدقة الزمنية لبيانات الحفريات.

كتب نوروت: “تُظهر نتائجنا أنه إذا عرفنا مدى سرعة تراكم الرواسب – والتي يمكن استخلاصها من السياق البيئي – فيمكننا تحديد مقدار الوقت الذي تستغرقه مجموعة أحفورية معينة: كلما تم دفن الأصداف أو العظام الفردية بشكل أسرع تحت سطح الرواسب، قل احتمال تراكم بقايا أجيال متعددة من الكائنات الحية وحفظها معًا”.

لقد اشتبه الباحثون منذ فترة طويلة في أن الترسيب لعب دورًا مهمًا. وكان التحدي يتمثل في الحصول على ما يكفي من الأعمار الأحفورية من بيئات كافية لاختبار هذه الفكرة بدقة، وهي مهمة تتطلب قدرا كبيرا من الوقت والبيانات والمال.

الآلاف من الحفريات وضعت الفكرة على المحك

أصبح حجم التحليل ممكنا من خلال الجمع بين مشاريع بحثية متعددة. وإجمالاً، قام الباحثون بفحص أكثر من 7500 حفرية تم جمعها من البيئات البحرية حول العالم، بدءًا من المياه الساحلية الضحلة إلى حواف الجرف القاري. تم تأريخ العينات باستخدام الكربون المشع وتقنيات أخرى.

قامت المجموعات البحثية المشاركة، ومقرها أستراليا، والنمسا، وجزر البهاما، والبرازيل، وألمانيا، وإيطاليا، وسلوفاكيا، والولايات المتحدة، بجمع وتحليل الحفريات بشكل مستقل ونشر نتائجها على مدار عقدين تقريبًا. وبعد أن أدركوا التداخل في عملهم، قاموا بدمج مجموعات البيانات الخاصة بهم.

قال ميشال كواليوسكي، المؤلف الرئيسي للدراسة ورئيس طومسون لعلم الحفريات اللافقارية في متحف فلوريدا للتاريخ الطبيعي: “لم تتم تجربة أي شيء بهذا الحجم من قبل لأنه ببساطة غير ممكن القيام بذلك، ولكن بفضل حقيقة أن لدينا مجموعة كاملة من الفرق التي عملت على مواضيع مماثلة واستخدمت أساليب مماثلة، تمكنا من تجميعها”.

كانت إحدى أدواتهم الرئيسية هي التأريخ الإشعاعي، والذي يستخدم المعدل المتوقع الذي تتحلل فيه الذرات المشعة إلى ذرات أكثر استقرارًا وغير مشعة لتقدير أعمار المعادن والحفريات.

تمتلك العديد من الحيوانات هياكل عظمية تحتوي على الكربون 14، وهو نظير مشع يتحرك عبر الشبكات الغذائية. تمتص النباتات الكربون 14 أثناء عملية التمثيل الضوئي وتدمجه في أنسجتها. تحصل عليه الحيوانات العاشبة عن طريق أكل النباتات، وتحصل عليه الحيوانات آكلة اللحوم من الفرائس، وتحصل عليه المحللات من المواد العضوية. البشر جزء من نفس الدورة، أي أن كل جزء يحتوي على الكربون في جسم الإنسان يكون مشعًا. يطلق الكربون 14 إشعاعًا على شكل إلكترونات، مما ينتج عنه تعرضًا مشابهًا لصدمة كهربائية ثابتة ولكن ضعيفة بشكل غير محسوس بدلاً من إشعاع غاما المدمر المنبعث من اليورانيوم.

يتمتع الكربون 14 بنصف عمر – وهو مقدار الوقت الذي يستغرقه اضمحلال نصف أي عدد معين من الذرات المشعة – بحوالي 5730 عامًا. ونظرًا لأن النظير يصبح في نهاية المطاف نادرًا للغاية بحيث لا يمكن قياسه بشكل موثوق، فيمكن للباحثين استخدامه فقط في السجل الأحفوري الحديث نسبيًا، والذي يمتد إلى حوالي 55000 عام.

كما استخدموا أيضًا سباقات الأحماض الأمينية، وهي طريقة تأريخ تعتمد على تغيير النسب بين الأشكال المختلفة للأحماض الأمينية. مثل نظائر الكربون، تتغير هذه النسب بشكل يمكن التنبؤ به مع مرور الوقت، وبالتالي يمكن أن توفر معلومات حول العمر.

تعد تكلفة التأريخ بالكربون المشع والأحماض الأمينية سببًا رئيسيًا لعدم تجميع مجموعة بيانات بهذا الحجم من قبل. لا تستطيع مجموعات البحث الفردية عادةً تحمل تكاليف تأريخ سوى بضع عشرات من العينات، في حين أن تقييم مدى وأسباب متوسط ​​الوقت يتطلب الآلاف. ومن خلال توزيع هذه النفقات بين مختبرات متعددة على مدار عقدين من الزمن، تغلب الكونسورتيوم على جزء كبير من هذا الحاجز. كما أدت التحسينات التكنولوجية في التأريخ الإشعاعي إلى خفض التكاليف وسمحت للباحثين بالعمل مع عينات أصغر بكثير.

أنتج هذا التعاون في النهاية ما يقول كواليفسكي وزملاؤه إنه قد يكون أكبر مجموعة من التمور الكربونية الأحفورية التي تم تجميعها على الإطلاق. وبعيدًا عن السؤال الأولي حول متوسط ​​الوقت، يمكن لمجموعة البيانات الآن أن تدعم الأبحاث التي كان من الصعب متابعتها في السابق.

وقال: “إن مجموعة البيانات قوية بشكل لا يصدق. نحن نعمل الآن على مشاريع متابعة متعددة تستكشف جوانب مختلفة من متوسط ​​الوقت والعمليات ذات الصلة. يمكنك استخدامها للإجابة على الكثير من الأسئلة، ولكن بالطبع، بدأنا بالسؤال الكبير”.

تكشف المحاكاة عن عامل مهيمن واحد

من خلال تجميع الأعمار الأحفورية، أنشأ الباحثون توزيعات عمرية محاكاة مع تغيير معدلات الاضطراب البيولوجي (الاختلاط الناجم عن الحيوانات التي تختبئ)، والترسيب، وتدمير الحفريات. ثم قاموا بمقارنة تلك الأنماط المحاكاة مع التوزيع العمري الفعلي للحفريات المؤرخة بالكربون لتحديد النماذج التي أعادت إنتاج ما لاحظوه بشكل وثيق.

أنتجت المقارنة نتيجة واضحة: كان معدل الترسيب هو التأثير المهيمن على مدى امتزاج الحفريات من فترات مختلفة.

وقال كواليفسكي: “في بعض الأحيان يتبين أن الحياة أكثر إثارة مما كنت تعتقد”. “في هذه الحالة، النتيجة تتجاوز أي أحلام قد تكون لدينا عندما بدأنا.”

إن معرفة أن الترسيب يمارس أقوى سيطرة على متوسط ​​الوقت يمكن أن يسمح لعلماء الحفريات بتحديد مقدار الوقت الذي يمثله التجمع الأحفوري بثقة أكبر ومتابعة الأسئلة التي كان من الصعب معالجتها في السابق. إذا كانت العلاقة نفسها تنطبق على المحيطات الأعمق في الماضي الجيولوجي، فقد يتمكن الباحثون أيضًا من توسيع نطاق النتائج لتشمل حفريات أقدم بكثير من الحد الأقصى الذي يفرضه الكربون 14 القابل للقياس وهو 55000 عام تقريبًا.

المرجع: “معدل تراكم الرواسب يتنبأ بالدقة الزمنية لتجمعات الحفريات البحرية” بقلم ميشال كواليفسكي، آدم توماشوفيتش، رافال نوروت، دانييل سكاربوني، مارتن زوشين، باولو ج. ألبانو، كوان هوا، داريل س. كوفمان، سوزان إم كيدويل، ماتياس ريتر، مارسيلو جي. سيمويس، لويس توريس، بيتينا باخمان، ميكايلا بيرينسمير، تروي أ. ديكستر، ألكسندرا هاسيلمير، إيفو جالميتزر، كلاوديو بيليجريني، لوكاس شفايجل، جان ستيجر وماثيو أ. كوسنيك، 29 يوليو 2026، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2615368123

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.