آیا زمین، یک موجود زنده غول‌آساست؟

 

طبق فرضیه گایا – که در دهه ۱۹۷۰ توسط جیمز لاولاک (James Lovelock) و لین مارگولیس (Lynn Margulis) ارائه شد – فرآیندهای فیزیکی و زیست‌شناختی سیاره ما به‌شکل گریزناپذیری درهم‌تنیده‌اند و باعث شده‌اند تا زمین ما یک سیستم خودکفا و اساساً حساس باشد. از اولین پیش‌بینی‌های این فرضیه هم وجود یک ترکیب منحصربفرد از گوگرد بود که توسط موجودات زنده ساکن اقیانوس ایجاد می‌شود و واکنش‌پذیری‌اش آنقدر با اکسیژن محلول در آب دریا کم است که می‌تواند حتی پس از مدتی [در خلال فرآیند تشکیل ابرها] به هوا راه پیدا کند. این ترکیب گوگردی، چه به‌تنهایی و چه به‌شکل اکسیدشده در جو زمین، راهی برای انتقال گوگرد از دریا به خشکی به‌شمار می‌رود. محتمل‌ترین نامزد موجود برای احراز این نقش ِ فیزیکوشیمیایی، ترکیبی موسوم به دی‌متیل‌سولفید است.

 

پژوهشی که به‌تازگی توسط تیمی از محققین دانشگاه مریلند، به سرپرستی هری اودورو (Harry Oduro) و با همکاری ژئوشیمیدانی به نام جیمز فارکوار (James Farquhar) و زیست‌شناس دریاییْ کاترین فن ‌آلستین (Kathryn Van Alstyne) از دانشگاه واشنگتن غربی انجام پذیرفته، روش مطمئنی را برای ردگیری و سنجش میزان نقل و انتقال گوگرد در بدن موجودات زنده دریایی، جو زمین و همچنین خشکی‌ها فراهم آورده که می‌شود از طریق‌ آن دست به رد و یا تأیید فرضیه جنجالی گایا نیز زد. گزارش این تحقیق، در نسخه آنلاین شماره این هفته نشریه Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS) انتشار یافته است.

 

به‌گفته اودورو و همکارانش، این پژوهشْ اولین اقدام محاسباتی ِ مستقیم با هدف تعیین پراکندگی ایزوتوپی دی‌متیل‌سولفید و همچنین پیش‌نیاز شیمیایی آن موسوم به دی‌متیل‌سولفونیوپروپیونات به شمار می‌رود. این محاسبات نشان داده که در نسبت فراوانی ایزوتوپ‌های این دو ترکیب گوگردی، که توسط جلبک‌ها و فیتوپلانکتون‌ها تولید می‌شوند، در طول زمان اختلافاتی دیده می‌شود. ضمناً این را هم بایستی در نظر داشت که محاسبات نام‌برده، به‌نحوی مشخص‌کننده نقش این دو ترکیب شیمیایی در سوخت و ساز موجودات زنده دریایی هم هستند و روش‌های گسیل دی‌متیل‌سولفید از اقیانوس‌ها به جو زمین را نیز مشخص می‌کنند. با این‌حساب، احتمال می‌رود این دو مقوله به هم مرتبط باشند.

 

گوگرد، به‌عنوان دهمین عنصر فراوان جهان هستی، از مهم‌ترین اجزای سازنده بخش اعظم ترکیبات آلی و معدنی سیاره‌مان به‌شمار می‌آید و با حضورش در چرخه خشکی‌ها، جو و همچنین متابولیسم موجودات زنده، نقش حایز اهمیتی را در حفظ تعادل اقلیم زمین و سلامت اکوسیستم‌های طبیعی به عهد دارد. اودورو، که این پژوهش را به‌عنوان تز دکترای خود در رشته زمین‌شناسی و سامانه‌های زمینی، در دانشگاه مریلند به‌ثمر رسانده است و هم‌اکنون هم دوره فوق‌دکتری‌اش را در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) می‌‌گذراند، اظهار می‌دارد: “انتشار دی‌متیل‌سولفید [در جو زمین] و تغییر شکل آن به صورت ایروسول‌هایی که گمان می‌رود اثرات مهمی را بر تعادل تابشی ِ زمین داشته باشند، عامل تعیین‌کننده‌ای در حفظ نظام اقلیمی [سیاره‌مان] به حساب می‌آید. ما نشان داده‌ایم که اختلافات موجود در سطح پراکندگی ایزوتوپ‌های دی‌متیل‌سولفید، می‌تواند در طول زمان دچار تغییر شود و همین تغییرات به ما کمک می‌کنند تا برآوردهای‌مان از آهنگ گسیل این ترکیب شیمیایی به جو زمین و همچنین نحوه جابجایی‌اش در اقیانوس‌ها را مورد بازبینی قرار دهیم”.

 

گوگرد هم مثل اکثر عناصر شیمیایی، دارای ایزوتوپ‌های مختلفی‌ست. ایزوتوپ‌ها، انواع متفاوتی از یک عنصر واحدند که در شمار الکترون‌ها و پروتون‌هایشان با هم مشابه‌اند، اما تعداد نوترون‌هایشان با هم اختلاف دارد. به‌همین‌واسطه هم ایزوتوپ‌های یک عنصر (همچون گوگرد) را با خصوصیات شیمیایی مشابه، اما جرم و ویژگی‌های هسته‌ایِ متفاوت‌شان تشخیص می‌دهند. پس دانشمندان می‌توانند که آرایش منحصربفرد ایزوتوپ‌های رادیواکتیو یک عنصر را به‌عنوان امضای ایزوتوپی آن عنصر خاص قلمداد کرده و دست به ردگیری آن در مقیاس‌های وسیع زمین‌شناختی بزنند.

 

فراکوار، که از اساتید دپارتمان زمین‌شناسی دانشگاه مریلند است، می‌گوید: “ابتکار هری در این پژوهش، معرفی راهی بود تا بشود از طریقش آرایش ایزوتوپی ِ این دو نوع از ترکیبات گوگردی را تشخیص داد و سنجید. این کار ِ بسیار سختی بود و محاسبات وی، نشان از وجود نوسان غیرمنتظره‌ای در آرایش ایزوتوپی گوگرد می‌دهد که ظاهراً به نحوه سوخت و ساز این عنصر [در بدن موجودات زنده] مربوط می‌شود”.

وی می‌افزاید: “پژوهش هری معلوم کرد که باید انتظار تغییر امضای ایزوتوپی ِ ترکیبات گوگردیِ واقع در اقیانوس، بسته به اوضاع مختلف محیطی و همچنین انواع مختلف موجودات زنده را داشت. گمان می‌کنم این یافته‌ها بالاخره کمک می‌کنند تا بتوان از ایزوتوپ‌ها به‌منظور ردگیری این ترکیبات گوگردی در چرخه‌های اقیانوسی و همچنین سطح غلظت گسیل دی‌متیل‌سولفید به جو زمین، استفاده برد. چنین قابلیتی به ما اجازه خواهد داد تا به سؤالات مهمی راجع به اقلیم زمین پاسخ بگوییم و در نهایت هم پیش‌بینی‌های بهتری از دگرگونی‌های اقلیمی صورت دهیم. [این یافته] حتی می‌تواند ارتباط موجود بین سطح گسیل دی‌متیل‌سولفید و ایروسول‌های سولفاته به جو زمین را نیز مشخص کند و ارتباط احتمالی آن را با فرضیه گایا بیازماید”.