بيئات العصر الكامبري الغامضة: حيث بدأ دهر الحياة

شبكة بيئة ابوظبي، بقلم د. هادي عيسى، باحث في مجال علوم الأرض في جامعة الإمارات العربية المتحدة، 16 يونيو 2024

منذ ما يزيد عن النصف مليار سنة، وُلدت سلالة عظيمة من الكائنات، تميّزت عن سائر المخلوقات بامتلاكها صفة فريدة: تلك العظام التي تشكّل الهيكل البُنيوي لأجسادنا، وهي بمثابة سيمفونية عزفتها أدوات التطور على مدار 200 مليون سنة. من أعماق البحار، حيث جابهت أسلافنا المائية الأمواج بزعانفها الرشيقة، إلى رحابة الغلاف الجوي، حيث حوّلت أطرافها إلى أجنحةٍ تحملها إلى عوالم جديدة، مرورًا بحيوانات بريّة استخدمت أيديها لصنع أدوات غيّرت مجرى التاريخ، وهي رحلة آسرة رسمت مسار تطوّر الفقاريات.

إنَّ امتلاك الفقرات، وهي عظام العمود الفقري، هو سمة مميِّزة للكائنات الفقارية، حيث يفصلنا هذا العمود الفقري عن الحشرات والرخويات والديدان وقناديل البحر، ويوحدنا في نفس الوقت مع الأسماك والثعابين والسلاحف والقردة والفئران والعديد من الحيوانات الأخرى. إنَّ التفكير في رحلة الفقاريات التطوّرية هذه هو بمثابة اكتشاف أصولنا الخاصة، وهي أشبه بالعثور على تذكارات قديمة منسيّة في عليّة منزل العائلة القديم. وهذا لا يعني تسليمًا مطلقًا بكلّ ما طرحته النظريّة الداروينية، ولكن على أقل تقدير، هي تمثّل ما استطاعت المنظومة المعرفية التي قدّمها العلم الحديث إثباته حتى اللحظة، بما في ذلك جملة من البراهين التي نستطيع الإتِّكاء عليها بنسب متفاوتة، وهي تُعتبر اليوم بمثابة حقائق علمية، ما دامت البيِّنة التجريبية متّفقة معها، حتى يثبت العكس، كما هو حال النظريّات في عالم العلوم.

لطيلة ثلاثة مليارات سنة، سيطرت الكائنات وحيدة الخلية على سطح الكوكب، وكانت عبارة عن لوحات حيوية دقيقة، لا يمكن رؤيتها إلا بالمجهر، وشكّلت مستعمراتٍ بكتيرية هائلة، ليأتي بعد ذلك حدث مفصلي يُعيد رسم ملامح الحياة على الأرض، حيث أولى البقايا الأحفورية للكائنات متعددة الخلايا تعود إلى حوالي 640 مليون سنة، وهي ترجع إلى تلك الكائنات المعقدة التي شكّلت نقطة تحول رئيسية في تاريخ الحياة، ولفهم عظمة هذا التحول، لنلجأ إلى تشبيهٍ بسيط: تخيل لو أنّ تاريخ الأرض بأكمله، الممتد على 4.5مليار سنة، يُضغط على مدار ساعةٍ زمنيةٍ من اثني عشر ساعة. في هذا التشبيه، لن تظهر الحيوانات إلا بعد الساعة العاشرة مساءً، لتقتصر رحلة تطورها بأكملها على أقل من ساعتين!
قبل ظهور الفقاريات، سادت على الأرض حقبة غامضة تُعرف بـ”العصر الإدياكاري” (Ediacaran Period)، وكانت أشكال الحياة خلال تلك الفترة، والتي ظهرت لأول مرة منذ حوالي 600 مليون سنة، تتكون في معظمها من كائنات رخوة يَصعُب تصنيفها، ونستشف آثار هذه الكائنات، التي يُطلق عليها اسم “المجتمعات الحيوية البدائية” (Early Biotas)، من خلال الأحافير المحفوظة بعناية في مواقع مثل “مستيكِن بوينت” (Mistaken Point) في نيوفاوندلاند في شرق كندا و”تلال إدياكارا” (Ediacara Hills) في أستراليا.

موقع “Mistaken Point”، نيوفاوندلاند، كندا. المصدر: World Heritage Convention/UNESCO

على الرغم من كونها أقدم أشكال الحياة الحيوانية، فإن معظم هذه الكائنات البدائية لا يندرج ضمن أي من التصنيفات الحيوانية المعروفة اليوم، بل قد يكون بعضها من الفطريات أو الأشنات، أو حتى مستعمرات جرثومية! ومن بين هذه الكائنات الغريبة، نجد كائن”كلاودينا “(Cloudina) الذي يسكن الأنابيب، والذي يُعدُّ أول كائن حي ينتج قشرة من كربونات الكالسيوم. إنّ فهم هذه المجتمعات الحيوية البدائية يمثّل مفتاحًا لفهم أصول الكائنات المعاصرة، بما في ذلك نحن البشر. فمن خلال دراسة هذه الكائنات الغريبة، نكشف النقاب عن لوحة الحياة المبّكرة، ونتتبع الخطوات الأولى في رحلة تطوّر الحيوانات التي أدت في النهاية إلى ظهور الفقاريات.

بعد هيمنة الكائنات المجهرية على مدى أغلب تاريخ الأرض، نصل الآن إلى حقبة مفصلية تُعرف بالعصر الكامبري (Cambrian Period) الذي امتد بين 541 إلى 485 مليون سنة مضت. وخلال هذه الفترة، وبالتحديد بعد حدث يُسمى “الانفجار الكامبري ” (Cambrian Explosion)، ظهرت على مسرح الحياة سلالة جديدة تمامًا: الحبليات ((Chordates، وتشمل أسلاف الفقاريات الأولى. يصف “الانفجار الكامبري” ظاهرة مذهلة، وتتمثّل في الظهور المفاجئ، على ما يبدو، لمعظم المجموعات الحيوانية الرئيسية المعروفة اليوم، وذلك بعد مليارات السنين من سيطرة الكائنات الحية المجهرية. تشير أحافير المجتمعات الحيوية المبكرة إلى أنّ أشكال الحياة متعددة الخلايا (المعقّدة)، بدأت تتعدد وتتنوع إلى حد ما في حقبة ما قبل الكامبري (Precambrian)، لكن ما يمثّله “الانفجار الكامبري” هو الطفرة الحقيقية من حيث التنوّع والانتشار.

هناك مجموعة من النظريات التي بحثت في ما يكمن وراء هذا التنوّع المفاجئ، والمرجّح بينها يطرح العوامل التالية:
• ازدياد مستويات الأكسجين في محيطات الأرض وغلافها الجوي، ممّا ساهم في توفير الوقود اللازم لحياة متعددة الخلايا نشطة تستهلك الكثير من الطاقة.
• ارتفاع مستوى سطح البحر بسبب انفصال القارات العظمى، وهو ما أدى إلى ظهور بيئات جديدة خصبة في المياه الضحلة.
• آثار الحفر في هياكل كربونات الكالسيوم الخاصة بكائن “كلاودينا” تُعدُّ من أوائل الدلائل على المنافسة بين الحيوانات المفترسة وفرائسها.

في علوم الجيولوجيا والحفريات، هناك أداتان تُستخدمان لفهم طبيعة البيئة التي ترسّبت فيها أنواع معينة من الصخور: الأولى تكمن في دراسة مكوّنات الصخور نفسها، والثانية في تحليل التركيبات الرسوبية المحفوظة داخل الصخور، والتي تتشكّل أثناء عملية الترسيب. تتكوّن العديد من الصخور الرسوبية من قطع متكسّرة ومُهترئة من صخور أقدم، وتسمى هذه القطع بـالحطامات (clasts)، بينما تسمى الصخور التي تتشكّل منها بالصخور الفتاتية (clastic rocks). وهناك نوع خاص من الصخور الفتاتية يُسمى الصخور الأرضية (terrigenous clastic rocks) ، والذي يتكوّن بشكل رئيسي من بقايا صخور قاعية مُهترئة، مثل الحجر الرملي (sandstone) والطيني (mudstone) والتكتّلي – وهو خليط من الحصى المستديرة والرمل – (conglomerate). وكما يوحي اسمها، فإنّ أصل هذه الصخور أرضي، إذ تكوّنت من ترسّبات صخور برية تعرّضت للتفتّت بفعل عوامل التجوية والنقل. إذن، فإنّ دراسة مكوّنات الصخور والتركيبات الرسوبية المحفوظة فيها تساعدنا على فهم البيئة القديمة التي شهدت عملية الترسيب.

بما أننا نعيش على اليابسة، فإننا نتعامل بشكل أكبر مع البيئات الرسوبية الأرضية، و لذلك، يمكننا أن نلحظها بشكل أسهل في الأنهُر، تلك الشرايين المائية التي تشقّ طريقها عبر تضاريس الأرض. تمتاز الأنهار عادةً بطاقة أعظم عند منابعها الجبلية، حيث يتدفّق الماء بانحدار حاد، وفي مسيرتها، تنحت هذه المياه الصخور وتفتتها إلى رواسب، وتنقلها لمسافات طويلة تُمكّنها طاقتها التدفقية من ذلك. تُعدّ الرمال والطمي أكثر الرواسب التي تنقلها وتُرسبها الأنهار شيوعًا. وقد تحمل بعض الأنهار ذات التيّارات القوية حصى بحجم أكبر. مع ابتعاد الأنهار عن المناطق الجبلية وانحدارها نحو الأراضي المنخفضة، تفقد تدريجيًا طاقتها.التدفّقية، ويتبع ذلك تحوّل مجاريها المستقيمة والسريعة والعميقة إلى مسارات متعرجة ذات قنوات أبطأ وأعرض، ومع انخفاض الطاقة، تقل قدرتها على نقل الرواسب، فتترسّب كميات أكبر مما كانت تحمله سابقًا.

وكما هو الحال دائمًا مع الأنهار، فإنّ رحلتها تنتهي عادةً عند كتلة مائية أكبر، إما محيط أو بحر أو حتى بحيرة صغيرة الحجم نسبيًا. إنّ الرواسب التي حملتها الأنهار لمسافاتٍ طويلة، ستجد في النهاية مستقراً لها في قاع تلك المسطحات المائية الشاسعة، وهنا تبدأ قصة جديدة تُضاف إلى رحلة هذه الرواسب عبر الزمن، وهي القصة التي ستقودنا إلى البيئات التي شهدت نشأة الفقاريات.

نموذج للتوزيع الطولي لمجاري الأنهار، مع توضيح للتوزيع الترسيبي. المصدر: Parsa et al.

عند التقاء النهر بالبحر، تتشكّل إحدى البيئتين التاليتين: دلتا أو مصب (estuary)، ويتميّز كلاهما بمزيج فريد من الرواسب والحفريات البحرية والقارية (أي التي تنشأ على اليابسة). ولذلك، ليس من الغريب أن نجد طبقات رسوبية كربونية (carbonate sediments) تتخللها حفريات صدفية بحرية (مثل المحار)، إلى جانب طبقات أخرى من رواسب أرضية (terrigenous clastic sediments) تحتوي على جذور نباتية. وتُعرف المياه في هذه المناطق بأنها مُوَيلِحة (brackish water)، أي أنها أكثر ملوحة من المياه العذبة ولكنها أقل ملوحة من مياه المحيطات. وقد تأقلمت أنواع معينة من الحيوانات والنباتات مع العيش في هذا النوع من المياه، لذلك يُعدّ العثور عليها مؤشّرًا جيولوجيًا مميزًا على بيئة دلتاوية أو مصبّية. تُشكّل هذه المناطق الانتقالية، حيث يلتقي النهر بالبحر، نقطة تحول مهمة في رحلة الرواسب عبر الزمن. إذ تترسب هنا كميات هائلة من الرواسب التي حملتها الأنهار، لتكوّن طبقات صخرية تحفظ لنا قصة الحياة القديمة.

وفي شكل مشابه، إلى حد ما، للمصبّات، في المناطق الإنتقالية، حيث تلتقي اليابسة بالبحر، يلعب المد والجزر دورًا رئيسيًا في تشكيل الرواسب. تحدث ظاهرة المد والجزر بتأثير جاذبية القمر الذي يدور حول الأرض، حيث تعمل الجاذبية على جذب مياه المحيط لتكوّن انتفاخًا، وبفعل قوى الجاذبية هذه، تُدفع مياه المحيط في أوقات معينة نحو اليابسة، ثم تعود لتتراجع عنها لاحقًا. تُحدث تيّارات المد والجذر بعض التراكيب الرسوبية المميّزة التي تُساعدنا في عملية تحديد البيئات الساحلية القديمة في سجل الصخور، وبعبارة أخرى، فإنّ حكايات المد والجذر عبر العصور، كغيرها من حكايات الطبيعة، محفورة في الصخور.

عندما ندرس صخورًا ترسّبت في مصب أو دلتا، نجد عادةً نمطًا مميزًا من الطبقات المائلة المتوازية على امتداد أفقي، وتُسمى هذه الطبقات الأفقية بالطبقات المتقاطعة (cross-beds)، والطبقات المائلة بداخلها تُعرف بالطبقات الفرعية المتقاطعة (cross-strata)، ويُطلق على هذا النوع من التراكيب الرسوبية مجتمعة اسم “التطبُّع المتقاطع” (cross-stratification).

طبقات أفقية متقاطعة في نوفا سكوشا، كندا. المصدر: Michael C. Rygel

لا تتأثّر كل البيئات الساحلية بظاهرة المد والجذر بنفس الدرجة، ففي بعض المناطق، تقلّ قوّة التيّارات المدّية، لتفسح المجال أمام الأمواج لتلعب دورًا أكبر في تشكيل الرواسب وإعادة تشكيلها. عند اصطدام الأمواج بالشاطئ بشكل مائل، فلا يقتصر أثرها على نحت الصخور وتفتيتها إلى رواسب، بل تتسبب أيضًا في ظاهرة جيولوجية مهمّة تُعرف باسم “التيّار الموازي للساحل” (longshore currents)؛ هذه التيّارات عبارة عن مجاري مائية قوية تتدفق على طول الشاطئ نتيجة لتحطّم الأمواج وتحرّكها بزاوية مائلة. بفعل حركة هذه التيارات، تتشكّل على طول السواحل تراكيب رسوبية مميّزة مثل “الجزر الحاجزة” (barrier islands) و”الرؤوس الرملية” (spits). وعلى الجانب الآخر من هذه التراكيب، أي بعيدًا عن قوّة الأمواج، تتكوّن مناطق من المياه الهادئة، منخفضة الطاقة، تُسمى “الخلجان” (lagoons)؛ توفّر هذه المناطق الهادئة بيئة مناسبة لترسيب الرواسب الدقيقة التي لا تستطيع التيّارات الموازية للساحل حملها . ومن هذا المنطلق، تلعب الأمواج دورًا مزدوجًا في تشكيل البيئة الرسوبية على الشواطئ، فهي من ناحية تساهم في تفتيت الصخور وتكوين رواسب جديدة، ومن ناحية أخرى تعمل التيّارات التي تُولّدها على نقل هذه الرواسب وإعادة تشكيلها على صورة تكوينات جيولوجية مميزة.

في رحلتنا لاستكشاف أصول الفقاريات، تقودنا الخطى إلى موقع جيولوجي فريد يُعرف باسم “Man On The Hill” أو اختصارًا MOTH – شمال غرب كندا – الذي يمثّل منخفض عميق ضمن جرف قارّي، حيث تتكوّن صخور MOTH من مزيج رقيق الطبقات من الكربونات والطين. إنّ الظروف البيئية الخاصة التي تُميّز موقع MOTH تجعله موقعًا مثاليًا للبحث عن أحفورات الفقاريات المبكّرة، حيث أنّ بيئته تحتوي على نسبة ضئيلة جدًا من الأكسجين (anoxic environment) ، وهو ما ساعد، إلى جانب عمق المياه وسكونها، على حفظ بقايا الحيوانات.

يملك العديد من كائنات العوالق هياكل عظمية خارجية تتكوّن من الكالسيوم (calcareous skeletons)، وعند موتها تتساقط هذه الهياكل لتكوّن رواسب كربونية، حيث تعيش معظم الحيوانات البحرية في هذه المياه الضحلة نسبيًا، وخاصةً تلك الأنواع من الفقاريات التي تكيفت أجسادها مع العيش على قاع البحر. وتذدهر في هذه المياه النباتات والطحالب المسؤولة عن عملية البناء الضوئي، وكذلك الكائنات الحية المجهرية التي تتغذّى عليها، ويُطلق على هذه الكائنات مجتمعة اسم “العوالق” (plankton) لأنها تطفو على سطح الماء. تشكّل العوالق قاعدة السلسلة الغذائية البحرية، إذ يتغذى عليها العديد من الكائنات الحية الأخرى. لقد شكّل موقع MOTH موطنًا للعديد من هذه الفقاريات الأوليّة، بالإضافة إلى بعض أسماك المياه المفتوحة التي ترسّبت أجسادها على قاع البحر.

تُعدّ الشعاب المرجانية بيئة أخرى تمنح إطلالة على أصول الفقاريات، حيث تحتضن هذه الشعاب حيوانات لاقشرية تسمى المرجان، والتي بدورها تتغذى على العوالق المجهرية عن طريق الترشيح. تنمو هذه الأنواع البانية للشعاب في البيئات ذات المياه عالية الطاقة والغنية بالعناصر الغذائية، وتكوّن حواجز صخرية طويلة تمتد بشكل مواز للساحل. تُعتبر الشعاب المرجانية أيضًا موطنًا للعديد من الكائنات الحية الأخرى، والتي يتأقلم معظمها بشكل خاص للعيش في المياه الضحلة، ومن أشهر مواقع الأحفوريات العالمية التي تمثّل بيئة شعاب مرجانية من العصر الديفوني المتأخر (قبل حوالي 365 مليون سنة)، هو موقع (Gogo Formation) Gogo في غرب أستراليا، فهو غني بحفريات من الأسماك المحفوظة بأبعاد ثلاثية داخل تكوينات من كربونات الكالسيوم.

نماذج لأحفورات محفوظة بأبعاد ثلاثية من أسماك GOGO. المصدر: John Long

من بيئات الرفوف القارية الضحلة وصولًا إلى أعماق البحار، ساهمت ظروف هذه البيئات في نشأة وتطوّر الكائنات الفقارية، وذلك من خلال التكيّفات الجسدية والوظيفية الفريدة التي ميّزتها، وساعد وصولنا إلى هذه المقاربات في ملء العديد من الثغرات في فهمنا لتاريخ الحياة المبكّرة. ومع كل اكتشاف جديد، نخطو خطوة جديدة نحو فهم أعمق للتاريخ التطوّري للكائنات. رحلة البحث عن أصول الفقاريات هي رحلة مستمرة، مليئة بالتحديات والاكتشافات. ويواصل الإنسان السعي لفك رموز الماضي وكشف النقاب عن أسرار الطبيعة والحياة.