فسیل های 97 میلیون ساله شاید قدیمی ترین نشانه قطب نمای داخلی یک حیوان باشد.

این شواهد از فسیل های مغناطیسی بسیار کوچکی به دست آمده است که قدمت آن ها به ۹۷ میلیون سال پیش بازمی گردد. این سازه‌ها در رسوبات باستانی کف دریا حفظ شده‌اند و ظاهراً توسط موجودی ایجاد شده‌اند که هویتش هنوز مشخص نیست.

این ساختارهای میکروسکوپی که مگنتوفسیل نامیده می شوند، دارای اشکالی مانند سرنیزه، دوک، گلوله و سوزن هستند. هر یک از آنها بزرگتر از یک سلول باکتری نیست. دانشمندان معتقدند منشأ بیولوژیکی آنها محتمل است، اما هنوز مشخص نیست که چه موجودی آنها را ایجاد کرده و هدف دقیق آنها چه بوده است.

اکنون محققان شواهدی یافته اند که نشان می دهد این سازه ها ممکن است به عنوان یک سیستم ناوبری پیشرفته عمل کرده باشند و به یک حیوان باستانی اجازه می دهند میدان مغناطیسی زمین را مانند یک نقشه تفسیر کنند.

سیستم ناوبری مغناطیسی متعلق به 97 میلیون سال پیش

دانشمندان دانشگاه کمبریج و مرکز هلمهولتز در برلین اولین تصاویر سه بعدی از ساختار مغناطیسی درون این فسیل ها را تولید کردند. بررسی ها نشان داد که ویژگی های این سازه ها ظاهراً برای تشخیص جهت و شدت میدان مغناطیسی زمین بهینه شده است. دو نوع اطلاعات که می تواند به حیوان کمک کند موقعیت و جهت خود را تشخیص دهد.

پروفسور ریچ هریسون از گروه علوم زمین در دانشگاه کمبریج که یکی از رهبران این تحقیق بود، گفت:

هر موجودی که این فسیل های آهنربایی را ساخته باشد، اکنون می دانیم که احتمالاً توانایی حرکت دقیق را داشته است.

این یافته‌ها اولین شواهد مستقیم را ارائه می‌کنند که نشان می‌دهد حیوانات حداقل ۹۷ میلیون سال پیش از میدان مغناطیسی زمین برای جهت‌یابی استفاده می‌کردند. نتایج همچنین می تواند به دانشمندان کمک کند تا روند تکاملی این حس شگفت انگیز یعنی مغناطیس را درک کنند. نتایج این تحقیق در مجله Earth and Environment Communications منتشر شده است.

مغناطیس هنوز یکی از ناشناخته ترین حواس در طبیعت است. پرندگان، ماهی ها و حشرات می توانند مسافت های زیادی را با کمک میدان مغناطیسی زمین طی کنند، اما دانشمندان هنوز به طور کامل مکانیسم های بیولوژیکی دقیق پشت این توانایی را درک نکرده اند.

یکی از نظریه های اصلی مربوط به کانی مگنتیت است. یک ماده مغناطیسی که ممکن است بلورهای بسیار کوچکی را در بدن حیوانات تشکیل دهد. این ذرات می توانند با میدان مغناطیسی زمین هماهنگ شوند و مانند عقربه های قطب نمای میکروسکوپی عمل کنند.

باکتری ها نمونه ساده تری از قطب نما مغناطیسی دارند

برخی از باکتری هایی که در دریاچه ها و سایر محیط های آبی زندگی می کنند از همین سیستم به شکل ساده تری استفاده می کنند. زنجیره ای از ذرات مغناطیسی در داخل سلول های خود باعث می شود که باکتری ها خود را با میدان مغناطیسی زمین هماهنگ کنند و تا عمق آبی که برای آنها مناسب تر است شنا کنند.

هریسون گفت:

این ذرات با عرض تنها 50 تا 100 نانومتر، نشانگرهای قطبی ایده آل هستند. اگر می خواهید کارآمدترین حس مغناطیسی را ایجاد کنید، کوچکتر بهتر است.

با این حال، مغناطیس فسیل های بررسی شده در مطالعه جدید بسیار بزرگتر هستند. این فسیل ها از منطقه ای در اقیانوس اطلس شمالی به دست آمده اند و اندازه آنها تقریباً 10 تا 20 برابر اندازه ذرات مغناطیسی مورد استفاده توسط باکتری ها است.

دانشمندان قبلاً حدس می زدند که این مغناطیس فسیل های غیر معمول و بزرگ ممکن است به عنوان خارهای محافظ عمل کرده باشند. با این حال، شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان داد که این ساختارها احتمالاً خواص مغناطیسی بسیار پیچیده‌تری دارند.

هریسون گفت:

به نظر می رسد که این موجود با دقت در حال کنترل شکل و ساختار این فسیل ها بوده است و ما می خواستیم دلیل آن را بدانیم.

مشاهده ساختار داخلی فسیل های مغناطیسی

برای نگاه دقیق تر، محققان از یک تکنیک تصویربرداری جدید استفاده کردند که به آنها اجازه داد تا ببینند چگونه گشتاورهای مغناطیسی، میدان های مغناطیسی کوچک ایجاد شده توسط اسپین الکترون ها، در سراسر مغناطیس فسیل قرار دارند.

پیش از این، دانشمندان نمی توانستند تصاویر مغناطیسی سه بعدی از ذرات بزرگ مانند مغناطیس فسیل های غول پیکر تهیه کنند، زیرا اشعه ایکس معمولی قادر به نفوذ موثر در آنها نبود.

این تحقیق به لطف روش تصویربرداری جدید توسعه یافته توسط کلر دانلی، یکی از نویسندگان این مطالعه در موسسه ماکس پلانک در آلمان امکان پذیر شد. اندازه گیری ها نیز در مرکز اشعه ایکس الماس در آکسفورد انجام شد.

دانلی گفت:

توانایی ترسیم ساختار مغناطیسی داخلی با توموگرافی مغناطیسی به خودی خود یک نتیجه بزرگ بود. اما این واقعیت که این نتایج می تواند اطلاعاتی در مورد مسیریابی موجوداتی که میلیون ها سال پیش می زیسته اند ارائه دهد، واقعاً هیجان انگیز است.

تصاویر به‌دست‌آمده، الگوی مغناطیسی بسیار پیچیده‌تری از آنچه محققان انتظار داشتند را نشان می‌دهد. لحظات مغناطیسی در اطراف یک خط مرکزی که از فسیل می گذرد مارپیچ می شوند و ساختاری گرداب مانند به شکل گردباد ایجاد می کنند.

ذره ای که برای ناوبری ساخته شده است

به گفته هریسون، این نوع مغناطیس گردابی دارای خواصی است که آن را برای ناوبری بسیار مناسب می کند. تغییرات بسیار جزئی در شدت میدان مغناطیسی باعث نوسانی ظریف در این ساختار می شود، ویژگی که احتمالاً به ارگانیسم اجازه می دهد تا اطلاعات دقیقی در مورد موقعیت جغرافیایی خود به دست آورد.

هریسون گفت:

این ذره مغناطیسی نه تنها با تشخیص شیب میدان مغناطیسی زمین، عرض جغرافیایی را تعیین می کند، بلکه شدت میدان را نیز اندازه گیری می کند. شدتی که می تواند با طول جغرافیایی متفاوت باشد.

هندسه گردابی این سازه نیز بسیار پایدار است. چنین ثباتی می تواند به سیستم مغناطیسی کمک کند تا در برابر اختلالات محیطی کوچک مقاومت کند. عواملی که در غیر این صورت ممکن است با اطلاعات جهت گیری قابل اعتماد تداخل داشته باشند.

هریسون گفت:

اگر طبیعت یک جی‌پی‌اس ساخته بود، ذره‌ای که می‌توان به آن برای پیمایش هزاران کیلومتر از مسیر اقیانوس اعتماد کرد، احتمالاً چیزی شبیه به این ساختار بود.

این تحقیق با مشخص کردن استفاده احتمالی از فسیل‌ها، سرنخ‌هایی در مورد حیوان مرموز ایجادکننده آن‌ها نیز ارائه می‌کند.

هریسون گفت:

سوال بعدی این است که چه موجودی این فسیل ها را ساخته است. این یافته به ما می گوید که باید به دنبال حیوان مهاجری باشیم که در اقیانوس ها به قدری فراوان بوده که بقایای فسیلی زیادی از خود به جای گذاشته است.

آیا مارماهی های باستانی مسئول ایجاد این فسیل ها بوده اند؟

هریسون مارماهی ها را یکی از گزینه های ممکن می داند. مارماهی ها حدود 100 میلیون سال پیش تکامل یافته اند و هنوز هم جزو مرموزترین و ناشناخته ترین حیوانات زنده امروزی هستند.

مارماهی‌های اروپایی و آمریکایی امروزی مهاجرت‌های شگفت‌انگیزی انجام می‌دهند و هزاران کیلومتر از رودخانه‌های آب شیرین به دریای سارگاسو می‌روند تا تولید مثل کنند. محققان می دانند که مارماهی ها قادر به تشخیص میدان مغناطیسی زمین هستند، اما هنوز دقیقاً مشخص نیست که آنها چگونه این میدان را حس می کنند.

ذرات مگنتیت در بدن مارماهی ها یافت شده است، اما دانشمندان هنوز قادر به تصویربرداری مستقیم از این ذرات در داخل سلول ها و بافت های آنها نشده اند. اندازه بسیار کوچک این ذرات یافتن آنها را دشوار می کند و این احتمال وجود دارد که تقریباً در هر قسمتی از بدن حیوان پنهان شده باشند.

هریسون هنگام طراحی این مطالعه از نزدیک با سرجیو والنسیا از مرکز هلمهولتز در برلین همکاری کرد.

والنسیا گفت:

این یک همکاری واقعا بین المللی بود که متخصصان حوزه های مختلف را گرد هم آورد تا درباره عملکرد احتمالی این مغناطیس فسیل ها اطلاعات بیشتری کسب کنند.

اگرچه هویت موجودی که این ساختارها را ایجاد کرده است هنوز ناشناخته است، اما این فسیل ها ممکن است گام مهمی در تکامل یکی از شگفت انگیزترین توانایی های ناوبری طبیعت باشد.

هریسون گفت:

مغناطیس‌فسیل‌های غول‌پیکر گام مهمی در ردیابی فرآیندی هستند که طی آن حیوانات مغناطیس باکتریایی اولیه را به سیستم‌های ناوبری بسیار تخصصی و شبیه GPS تبدیل کردند.

این تحقیق بخشی از حمایت مالی خود را از اتحادیه اروپا، شورای تحقیقات اروپا و انجمن سلطنتی دریافت کرده است. ریچ هریسون همچنین عضو کالج سنت کاترین، دانشگاه کمبریج است.