Bazı eski deniz organizmaları, artık deniz çökeltilerinde fosil olarak bulunabilen, olağandışı büyüklükte gizemli manyetik parçacıklar üretti.
Uluslararası bir ekip, Elmas X-ışını kaynağında karmaşık bir yöntem kullanarak böyle bir “dev manyetofosil” üzerindeki manyetik alanları haritalandırmayı başardı. Analizleri, bu parçacıkların, bu organizmaların, Dünya’nın manyetik alanının hem yönü hem de yoğunluğundaki küçük değişiklikleri algılamalarına, kendilerinin coğrafi konumlarını belirlemelerine ve okyanus boyunca gezinmelerine olanak tanıdığını gösteriyor.
Çalışma şu tarihte yayınlandı: İletişim Dünya ve Çevre.
Yöntem, Mars numunelerindeki varsayılan biyolojik demir oksit parçacıklarının biyojenik bir kökene sahip olup olmadığını manyetik olarak test etmek için güçlü bir araç sunuyor.
Birkaç yıl önce deniz çökeltilerinde gizemli manyetit parçacıkları keşfedildi. Bu manyetit parçacıkları olağanüstü derecede büyüktü; manyetotaktik bakteriler tarafından Dünya alanında pasif yönlendirme amacıyla yapılan “geleneksel manyetit manyetofosillerinden” yaklaşık 10-20 kat daha büyüktü.
Dev manyetofosiller, iğneler, iğler, mermiler ve mızrak uçları dahil olmak üzere çeşitli şekillerde gözlemlenir. Bu devasa manyetit parçacıklarını hangi organizmaların oluşturabildiği ve bunların hangi amaçla kullanıldığı bugüne kadar bilinmiyor.
Bazı dev manyetofosillerin şekli geleneksel manyetofosillere benzese de, alışılmadık derecede büyük boyutlarının onları yalnızca manyetik hizalama amacıyla yetersiz optimize ettiği düşünülüyordu.
Bunun yerine, bazı canlıların bu tür manyetit parçacıklarını, mekanik sertlikleri nedeniyle öncelikle avcılara karşı koruyucu bir kalkan olarak kullanmaları, yani manyetik özelliklerinin önemli bir rol oynamaması kabul edilen bir seçenektir. Ancak tüm araştırmacılar bu teoriye ikna olmuyor.
Deniz canlıları için bir pusula mı?
HZB’de fizikçi olan Sergio Valencia ve İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’nden paleomanyetizma araştırmacısı Richard J. Harrison şimdi alternatif bir hipotezi araştırdılar. Bu yaratıkların gerçekten de bu parçacıkların manyetik özelliklerini, alanın yoğunluğu ve yönündeki küçük değişiklikleri tespit ederek Dünya’nın manyetik alanını kullanarak gezinmelerine yardımcı olmak için kullandıklarından şüpheleniyorlar (bir tür dahili manyetik GPS sistemi).
Bu fikri test etmek için, manyetofosillerin üç boyutlu manyetik yapısının haritasını çıkarmak, böylece manyetik enerjinin ve yerel Dünya’nın manyetik alanındaki parçacıklar üzerindeki ilgili kuvvetlerin tahmin edilmesini sağlamak gerekiyordu.
Tahribatsız soruşturma
Harrison ve Valencia, 1,1 µm çapında ve 2,25 µm uzunluğunda, mızrak ucuna benzeyen bir parçacığı incelediler. Pekin Üniversitesi’nden Liao Chang ekibinden geldi ve Kuzey Atlantik’teki yaklaşık 56 milyon yıllık bir deniz çökeltisinde bulundu.
Büyük bir zorluk, bu oldukça kalın numunenin iç manyetik yapısını, manyetik alan yapısını değiştirdiği için onu dilimlemeden ve yok etmeden incelemekti. Bu, Dresden, Almanya’daki Max Planck Katıların Kimyasal Fiziği Enstitüsü’nden (MPI CPfS) Claire Donnelly tarafından geliştirilen yeni geliştirilen bir teknik kullanılarak Oxford, İngiltere’deki Elmas X-ışını kaynağında başarılabilir.
Kenar öncesi faz X-ışını manyetik dairesel dikroizm (XMCD) tipografisi olarak adlandırılan yöntem, numunenin tüm hacmi içindeki manyetik alan yapısını tahribatsız bir şekilde görselleştirmelerine olanak tanıdı.
Çalışmayı başlatan ve koordine eden baş araştırmacı Sergio Valencia, “Bu, farklı alanlardan uzmanların yer aldığı, hepsi bu manyetofosillerin olası işlevselliğine ışık tutmak için birlikte çalışan gerçek anlamda uluslararası bir işbirliğiydi” diyor.
Ekip, örnek hacminin tamamını üç boyutlu ve yüksek çözünürlükte haritalandırmayı başardı. Valencia, “Manyetik vektör tomografinin yardımıyla, mıknatıslanmanın üç bileşeni yeniden yapılandırılabildi ve birkaç 10 nm’lik bir çözünürlükle tanenin tüm hacmi boyunca mekansal olarak çözülebildi” diyor ve şunu vurguluyor: “Ardıl kaynağı BESSY III’ü kurduktan sonra, bu tür ölçümler Berlin’de de gerçekleştirilebilir.”
Manyetik girdap algılandı
Sonuçlar, manyetit parçacığının, Dünya’nın manyetik alanındaki uzaysal dalgalanmalara güçlü kuvvetlerle tepki veren tek bir manyetik girdap içerdiğini ve böylece bir organizmaya, Dünya’nın manyetik alan yoğunluğunu haritalamak için doğru bir yol sağlayarak manyetik navigasyonu mümkün kılabileceğini gösteriyor.
Harrison, “Deniz organizmaları, örneğin balıklar, bu özelliği manyetik navigasyon için kullanmış olabilir” diyor. Burada incelenen parçacıklar başlangıçta koruyucu zırh olarak geliştirilmiş olsa bile, evrim sürecinde onun soyundan gelenlerin de bu parçacıkları bir yön bulma aracı olarak kullanmış olmaları mümkündür.
Dünyanın manyetik alanının yön bulmak için kullanılması günümüzde yumuşakçalarda, amfibilerde, balıklarda, sürüngenlerde, kuşlarda ve memelilerde gözlemlenen yaygın bir olgudur.
97 milyon yıl öncesine dayanan çökeltilerde dev manyetofosillerin bulunması, manyetoreseptif navigasyonun en azından bu kadar uzun zaman önce geliştiğine dair fosil kanıtları sağlıyor.
Mars’tan gelen parçacıklara genel bakış
Richard Harrison, “Dünyadaki bazı bakteriler tarafından üretilenlere benzeyen demir oksit parçacıkları, Mars’taki ALH84001 göktaşı üzerinde keşfedildi, ancak bunların biyolojik kökenleri şiddetle tartışılıyor. Örnek iade görevleriyle Mars’ta yaşamın kanıtını aramaya devam ederken, artık bulunan yeni potansiyel manyetofosilleri araştırmak ve bunların biyolojik kökenlerini destekleyecek veya çürütecek kanıtlar sağlamak için bir yöntemimiz var” diyor.
Valencia, “Bu demir oksit parçacıklarının morfolojik ve manyetik parmak izlerini değerlendirmek için bu deneysel tekniği kullanmak çok heyecan verici olurdu. Bu, geçmiş yaşamın kanıtlarının araştırılmasına yardımcı olabilir” diyor.
