باکترى هاى مغناطيسى از زمين تا مريخ
امروزه مىدانيم اين ميدان بين قطب و استوا داراى زايهى انحرافى است که با افزايش عرض جغرافيايى، افزايش مىيابد. بنابراين، آن انتهاى سوزن آهنربا شده که به سوى شمال قرار مى گيرد، در نيمکره شمالى به سوى شمال و پايين، در استوا به سوى شمال و به حالت افقى و در نيمکرهى جنوبى به سوى شمال و بالا آرايش مىيابد. در مورد آن انتهاى سوزن که به سوى جنوب قرا ر مى گيرد، وضعيت واژگون است.
تا سالهاى اخير، آدمى خود را تنها جاندارى مىدانست که براى جهتيابى از مغناطيس بهره مىگيرد. اما در چند سال گذشته، ذرههاى آهنربا در جاندارن گوناگونى کشف شده است. باکترىها، نرم تنان دريايى، زنبورهاى عسل، پراونه ها، کبوترهاى خانگى و دلفينها، از جاندرانى هستند که پيش از روشن شدن ويژگىهاى مغناطيس براى آدمى، از اين پديده بهره مىگرفتهاند. از ميان اين جانداران، به جريان کشف و مطالعهى باکترىهاى مغناطيسى مىپردازيم.
کشف باکترىهاى مغناطيسى
در سال 1975 ميلادى، بلک مور در جريان مطالعهى ميکروسکوپى باکترىهايى که به طور معمول در گل و لاى باتلاقهاى آب شور يافت مى شوند، مشاهده کرد که آنها همواره در يک سوى ميدان ديد شنا مى کنند. آيا اين باکترىها در پاسخ به جهت نور چنين رفتارى نشان مىدهند؟ او براى آزمون اين فرضيه، ميکروسکوپ را با جعبهاى پوشاند و جهت قرار گيرى آن را تغيير داد. حتى آن را به اتاق ديگرى جابهجا کرد. در همهى اين وضعيتها، جهت حرکت باکترىها تغييرى نيافت.
بررسىهاى بعدى نشان داد که اين باکترىها پيوسته به سوى شمال شنا مى کنند. بلک مور و همکارانش با استفاده از سيم پيچ ويژه اى، ميدان مغناطيسى قابل تنظيمى را در پيرامون ميکروسکوپ ايجاد کردند. وقتى محور اين سيم پيچ در جهت شمال – جنوب بود، باکتر ها در راستاى شمال – جنوب به سوى شمال شنا مىکردند. وقتى جريان الکتريکى جارى در سيم پيچ واژگون شد، باکترىها چرخشى 180 درجه انجام دادند و اين بار در جهت مخالف، يعنى به سوى جنوب، شنا کردند.
هر زمان که جريان واژگون مىشد. باکترى ها چرخشى 180 درجهاى انجام مىدادند و در جهت ميدان به کار رفته شنا مىکردند. اين باکترىها حتى پس از مرگ، با وجود اين که توان شنا کردن نداشتند، باز هم در ميدان مغناطيسى آرايش ثابتى مىگرفتند و با واژگون شدن جريان، 180 درجه مى چرخيدند. خلاصه، اين باکترىها آهن رباهاى زنده اى هستند که به طور طبيعى تحت تاثير ميدان مغناطيسى زمين قرار مىگيرند و با به کار گيرى يک ميدان مغناطيسى نيرومندتر مىتوان بر جهت حرکت آنها تاثير گذاشت.
زير ميکروسکوپ الکترونى
در رسوبهاى برداشت شده از باتلاقها، تالابها و گندابها، تراکم باکترىهاى مغناطيسى به طور معمول بين 100 تا 1000 سلول در هر ميلى ليتر است. وقتى اين رسوبها در آزمايشگاه درون ظرفهاى شيشهاى نگهدارى مىشوند، تراکم آنها طى چند هفته به 000/100 تا 000/000/1 سلول در هر ميلىليتر مىرسد. اين جمعيت انبوه بدون دريافت مواد غذايى تا دوسال مىماند. در ميان آنها، باکترىهاى کروى، ميلهاى و مارپيچى با ويژگىهاى ريختى گوناگون ديده مىشود.
اين باکترىها هم در رسوبهاى آبهاى شيرين و هم در رسوبهاى دريايى يافت شدهاند. يکى از آنها، باکترى مارپيچى به نام Aquaspirillum magnetotacticum است که در آبهاى شيرين يافت مىشود. اين باکترى بر خلاف بسيارى از باکترىهاى مغناطيسى، در هر دو انتهاى خود تاژک دارد و مىتواند به جلو يا عقب شنا کند. در بررسى ساختمان درونى اين باکترى با استفاده از ميکروسکوپ الکترونى، مشخص شد که حدود 20 ذرهى مکعبى يا هشت وجهى زنجيرهوار در راستاى محور طولى سلول آرايش يافتهاند. اين ذرهها در سيتوپلاسم همهى باکترىهاى مغناطيسى که بررسى شدهاند، ديده مىشود.
ذرههاى مکعبى، که اکسيد آهنرباى آهن هستند، بيشتر در قالب يک يا دو زنجيره آرايش يافتهاند و شکل و اندازه يکدستى دارند. هر ذره را غشايى در بر مىگيرد که همواره در نزديکى غشاى سيتوپلاسمى قرار دارد و ممکن است به آن متصل باشد. چنين به نظر مى رسد که غشاى در بر گيرندهى ذرهها باعث تثبيت جايگاه آنها در سلول مىشود. مجموعه ذره ها و غشاى در بر گيرندهى آنها را مگنتوزوم مىنامند.
نقش زيستى مگنتوزوم
اگر به محيط کشت A. magnetotactium آهن افزوده شود (به شکل يک ترکيب آلى محلول با غلظت يک يا دو ميلىگرم در هر ليتر، زيرا آهن معدنى در آب به اکسيد نامحلولى دگرگونه مىشود که جذب آهن را براى جاندار دشوار مى سازد) باکترى ها رشد مى کنند، مگنتوزوم مىسازند و در تاثير ميدان مغناطيسى قرار مىگيرند. اگر آنها به محيطى فقير از نظر آهن(کم تر از نيم ميلىگرم در هر ليتر) جابهجا شوند، رشد خواهند کرد، اما مگنتوزوم نمىسازند و در تاثير ميدان مغناطيسى قرار نمىگيرند. اين آزمايش نشان مى دهد که اين باکترىها فعالانه در ساختن آهنرباهاى ميکروسکوپى خود شرکت مى کنند.
آيا هزينه کردن انرژى براى ساختن آهنربا براى باکترى پيامد سودمندى نيز دارد؟ همانطور که گفته شد ميدان مغناطيسى زمين، در نيمکرهى شمالى به سوى شمال و پايين و در نيمکرهى جنوبى به سوى شمال و بالا گرايش دارد. با دور شدن از استوا و نزديک شدن به قطبها، انحراف آن از حالت افقى افزايش مىيابد. به دليل انحراف ميدان مغناطيسى، در نيمکرهى شمالى باکترىهاى شمالجو، به سوى پايين و باکترىهاى جنوبجو به سمت بالا شنا مىکنند.
اما در نيم کرهى شمالى، بيشتر باکترىهاى مغناطيسى، شمالجو هستند. از اين رو، اين باکترىها بيشتر در گل و لاى و رسوبهاى کف آبگيرها يافت مىشوند. اين باکترىهاى کفزى، بىهوازى هستند يا درمحيطهايى که غلظت اکسيژن اندک است، بهتر رشد مىکنند. گرايش به شنا کردن به سوى پايين براى باکترىها نوعى برترى به مشار مىآيد، زيرا به آنها کمک مىکند که از پيامدهاى زهرآگينى غلظت بالاى اکسيژن در سطح آب درامان بمانند.
بر اساس اين فرضيه، مىتوان انتظار داشت که باکترىهاى مغناطيسى در نيمکرهى جنوبى بيشتر از نوع جنوبجو باشند و بنابراين به سوى پايين شنا مىکنند و در رسوبها و دور از آبهاى سطحى به سر مىبرند. بررسىهاى انجام شده در نيوزلند، درستى اين فرضيه را نشان داد. همچنين، بررسىهاى انجام شده در مورد رسوبهاى به دست آمده از بخشهاى استوايى، از وجود باکترىهاى مغناطيسى در آنها خبر داد که در راستاى افق آرايش مىيابند و جمعيت باکترىهاى جنوبجو و شمالجو در آنها يکسان است. جابهجايى در راستاى افق، باکترىها را از انحراف خطرناک به سمت محيط پراکسيژن و زهرآگين سطح آب در امان نگه مىدارد.
آهنرباى مريخى
در سال 1996 ميلادى، ديويد مکاى و همکارانش بر اساس بررسىهايى که انجام داده بودند، نظريهاى را مبنى بر وجود نوعى زندگى ابتدايى در سيارهى مريخ پيشنهاد کردند. از آن زمان تاکنون شواهدى مبنى بر رد يا تاييد اين نظريهى عرضه شده است. به تازگى پژوهشگران در يکى از شهابسنگهاى مريخى، بلورهاى آهنربايى پيدا کردهاند که به بلورهاى باکترىهاى مغناطيسى شباهت زيادى دارند. اين شهابسنگ که حدود 5/4 ميليارد سال قدمت دراد، در قطب جنوب پيدا شده است.
دانشمندان بر اين باورند که اين شهابسنگ عضوى از يک مجموعه 16 عددى از شهابسنگهاى مريخى است که نزديک 13 هزار سال پيش در يخهاى قطب مدفون شدهاند. بلورهاى آهنرباى موجود در اين شهابسنگ که ALH84001 نام گرفته است، در کربناتهايى با قدمت 9/3 ميليارد سال پيدا شدهاند. بررسىها نشان داده است که اين کربناتها در سطح مريخ تشکيل شدهاند. بنابراين، به نظر مىرسد که بلورهاى آهنربا نيز در سطح مريخ شکل گرفتهاند.
اين بلورها که از شهاب سنگ استخراج شده و با ميکروسکوپ الکترونى مورد مطالعه قرار گرفتهاند، بسيار ريزند و شکل هندسى بسيار منظم و خلوص بسيار بالايى دارند. بسيار دور به نظر مىرسد که چنين بلورهاى طى فرايندهاى نازيستى توليد شده باشند، زيرا آهنربايى که در فرايندهاى نازيستى شکل مى گيرد، خلوص بالايى ندارد و در شکل هندسى آن نيز نظم چشمگيرى ديده نمىشود. بنابراين، به نظر مىرسد که اين بلورها نشانههاى نوعى زندگى ابتدايى در سيارهى مريخ باشند.
بررسىهاى گسترده پژوهشگران اين احتمال را که بلورهاى آهنربا ممکن است در اثر آلودگىهاى زمينى وارد شهابسنگهاى مريخى شده باشند، رد کرده است. ايمر فريدمن، که مقالهاى در همين زمينه در مجلهى PNAS به چاپ رسانده است، مىگويد:" بلورها درون رسوبهاى کربناتى جاى گرفتهاند و خود اين رسوبها نيز درون گويچههاى شيشهاى جاى دارند. از اين رو، به نظر نمىرسد اين باکترىها توانسته باشند وارد اين صخره بشوند." همچنين او در مقالهى خود ادعا کرده است که دانه هاى آهنرباى شهابسنگ مريخى همانند دانههاى مرواريد در يک زنجيره آرايش يافته اند.
با اين همه، هر چند به گمان برخى شايد باکترىهاى مغناطيسى از جمله نخستين ساکنان سيارهى سرخ بودهاند، بيشتر دانشمندان بر اين باورند شواهدى که از اين شهابسنگ به دست آمدهاند، قانع کننده نيستند. به نظر مىرسد بگومگوهايى که پيرامون زندگى در کرهى مريخ وجود دارد، تنها زمانى به سرانجام خواهد رسيد که نمونههايى از خود سياره، بهويژه از بستر رودخانهها و درياچههاى خشک شدهى آن، گردآورى شود.
کلام آخر
بلورهاى آهنرباى باکترىهاى مغناطيسى خلوص و ظرافت بالايى دارند. به کمک روشهاى مهندسى ژنتيک مىتوان مقدار زيادى از اين بلورها توليد کرد. اين آهنرباهاى ظريف صنعت الکترونيک را متحول مى سازند.
