ฤดูใบไม้ผลิแห่งการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่

     

     การชนที่จบยุคของไดโนซอร์เมื่อ 66 ล้านปีก่อน เป็นหนึ่งวันที่เลวร้ายที่สุดที่สิ่งมีชีวิตบนโลกต้องเผชิญ การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่นี้เกิดขึ้นในช่วงฤดูใบไม้ผลิ

     นักวิทยาศาสตร์นานาชาติจากเวอู(Vrije Universiteit) อัมสเตอร์ดัม ในเนเธอร์แลนด์ส, มหาวิทยาลัยอุปซอลา(Uppsala Universitet) ในสวีเดน, เวอู บรัสเซลล์ ในเบลเจียม และ สถาบันซิงโครตรอนยุโรปในฝรั่งเศส(ESRF) ได้ตรวจสอบว่าอุกกาบาตก้อนนี้พุ่งชนโลกเมื่อใด โดยการวิเคราะห์ซากปลาที่เหลือซึ่งตายแทบจะทันทีหลังจากการชน ผลสรุปเผยแพร่ในวารสาร Nature

     เมื่อ 66 ล้านปีก่อน อุกกาบาตชิคซูลัป(Chicxulub) พุ่งเข้าชนโลกในส่วนที่ปัจจุบันคือ คาบสมุทรยูคาตังในเมกซิโก สร้างสึนามิที่สูงกว่า 50 เมตรปะทะทั่วชายฝั่งอเมริกาเหนือ เกิดไฟป่าไกลจนถึงหลายพันกิโลเมตรจากพื้นที่การชน ซึ่งเกิดขึ้นจากความร้อนรุนแรงจากเศษซากการชน หลังจากหายนะเริ่มต้นแล้ว สิ่งมีชีวิตต้องเผชิญกับฤดูหนาวนิวเคลียร์(nuclear winter) ที่น่าสะพรึงกลัว ซึ่งยาวนานหลายเดือนจนถึงหลายปีหลังจากการชน ก๊าซและอนุภาคที่ลอยสูงในชั้นบรรยากาศปิดบังแสงอาทิตย์ไว้ ทำให้อุณหภูมิลดลงมากกว่า 15 องศาเซลเซียส ทำลายระบบนิเวศจนถึงระดับราก นำมาซึ่งการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่(mass extinction) ที่พรากชีวิตเกือบทั้งหมด สิ่งมีชีวิตบนโลกมากกว่า 75%

การชนที่ทำให้ไดโนซอร์สูญพันธุ์ จนถึงจบยุคครีเตเชียส เกิดขึ้นเมื่อมีดาวเคราะห์น้อยดวงหนึ่งเส้นผ่าศูนย์กลางราว 10 กิโลเมตร ชนโลกที่ชายฝั่งทะเลน้ำตื้น ซึ่งปัจจุบันคือคาบสมุทรยูคาตัง เมกซิโก

     การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่ล้างเผ่าพันธุ์ไดโนซอร์และสิ้นสุดยุคครีเตเชียสนี้(เรียกว่า K-Pg mass extinction) ยังคงสร้างความฉงนให้กับนักวิทยาศาสตร์จนถึงทุกวันนี้ เมื่อมันเป็นหนึ่งในการสูญพันธุ์ที่รุนแรงที่สุดในประวัติศาสตร์สิ่งมีชีวิต เมื่อไดโนซอร์ที่ไม่ใช่นก(non-avian dinosaurs), เทอโรซอร์(pterosaurs; สัตว์เลื้อยคลานบินได้), อัมโมไนต์(ammonites) และสัตว์เลื้อยคลานในทะเลเกือบทั้งหมดหายไป ในขณะที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม(mammals), นก, จระเข้ และเต่าบก ยังรอดมาได้

    ขณะนี้ ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติได้เปิดช่องสู่สภาพแวดล้อมการสูญพันธุ์ที่ทำลายความหลากหลายทางชีวภาพครั้งใหญ่นี้ คำตอบมาจากกระดูกปลาที่ตายแทบในทันทีหลังจากอุกกาบาตเข้าชน เมื่อปะทะมันจะเขย่าแผ่นทวีปและเป็นสาเหตุให้เกิดคลื่นขนาดมหึมาในแหล่งน้ำ(เช่น แม่น้ำและทะเล) คลื่นเหล่านี้จะขนตะกอนจำนวนมหาศาลที่ทับถมปลาและฝังพวกมันทั้งเป็น ทุกวันนี้ อนุสรณ์จากเหตุการณ์ดังกล่าวที่ ทานิส(Tanis) ในนอร์ธ ดาโกตา เก็บรักษาระบบนิเวศในสภาพฟอสซิล ซึ่งมี แพดเดิลฟิช(paddlefishes) และ สเตอร์เจียน(sturgeons) ปรากฏอยู่เป็นกองสูง

ตำแหน่งของแหล่งทานิส เทียบกับชิคซูลัปเมื่อ 66 ล้านปีก่อน

     ฟอสซิลปลาอยู่ในสภาพที่ดีมากๆ โดยกระดูกของพวกมันแทบไม่แสดงสัญญาณการเปลี่ยนแปลงทางธรณีเคมีเลย แต่การฆาตกรรมหมู่ซึ่งล้มตายในทันที โดยปลาที่เป็นฟอสซิลอยู่ในสภาพเป็นชิ้นฉีกกระจุยห่อไปรอบๆ กิ่งไม้และกระจายกลาดเกลื่อนทุกทิศทาง ในขณะที่พบลูกปัดแก้วที่เรียกว่า impact spherules ในเหงือกปลา ลูกปัดแก้วเหล่านี้เป็นหินในพื้นที่ชิคซูลูปที่กลายเป็นไอ ลอยขึ้นสูงในชั้นบรรยากาศโลกและก็ตกกลับจากท้องฟ้าในเวลาไม่ถึงหนึ่งชั่วโมงหลังจากชน ในรูปของลูกปัดแก้ว โดยพบลูกปัดเหล่านั้นในเหงือกปลา

     Melanie During นักวิจัยจากอุปซอลา และเวอู และผู้เขียนนำรายงานนี้ ออกภาคสนามเพื่อขุดค้นตัวอย่างที่มีค่านี้ กล่าวว่า เห็นได้เลยว่าเราต้องวิเคราะห์กระดูกเหล่านี้เพื่อให้ได้ข้อมูลอันมีค่าเกี่ยวกับช่วงเวลาที่เกิดการชน เธออธิบาย ตะกอนที่แทนิสได้เก็บรักษาปล่องทางที่ลูกปัดวิ่งลงไปในโคลนไว้เป็นอย่างดี ปลาที่พบลูกปัดในเหงือก แต่ไม่พบในระบบทางเดินอาหารหรือในร่างกาย บ่งบอกว่าปลาเหล่านี้น่าจะถูกฝังทั้งเป็นทันทีที่สูดลูกปัดเข้าไป ลูกปัดน่าจะตกลงมาระหว่าง 15 ถึง 30 นาทีหลังจากที่ดาวเคราะห์น้อยชนกับโลก

     ร่องรอยการทำลายล้างยังพบได้ทั่วทานิส ในชั้นตะกอนชั้นหนึ่ง ปลาทั้งหมดหันหัวไปทางซ้าย และในอีกชั้นติดกัน ปลาหันหัวไปทางขวา ราวกับว่าฝูงปลากระฉอกไปมาและถูกฝังไว้เมื่อคลื่นลูกแล้วลูกเล่าขึ้นมาและถอยไป During กล่าว  

ลูกปัดแก้วจากการชน(impact spherule; เม็ดสีเหลือง) จากทานิส

     ทีมไปที่ ESRF ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่สร้างรังสีเอกซ์ที่สว่างที่สุดบนโลก โดยมีตัวอย่างฟอสซิลปลาบางส่วนและชิ้นส่วนกระดูกปลา และตรวจสอบด้วยเครื่องเอกซเรย์ซิงโครตรอน(synchrotron x-ray tomography) ESRF เป็นเครื่องมือที่สมบูรณ์แบบในการวิจัยตัวอย่างลักษณะเหล่านี้ และสถาบันก็ได้พัฒนาความเชี่ยวชาญในงานด้านบรรพชีวินวิทยาในตลอดสองทศวรรษหลังนี้ ต้องขอบคุณข้อมูลจาก ESRF เราได้พบว่ากระดูกบันทึกการเจริญทางฤดูกาลเหมือนกับวงปีต้นไม้ โดยจะสร้างชั้นใหม่ 1 ชั้นในทุกๆ ปีที่ส่วนนอกของกระดูก Sophie Sanchez สมาชิกทีมจากอุปซอลา และนักวิทยาศาสตร์เยี่ยมเยือนที่ ESRF กล่าว

     วงปีการเจริญที่ได้ไม่เพียงแต่จับความเป็นมาของชีวิตปลา แต่ยังบันทึกฤดูกาลในยุคครีเตเชียสตอนปลายสุดไว้ และรวมถึงฤดูกาลที่เกิดหายนะภัยการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่นี้ขึ้นมา Jeroen van der Lubbe ผู้เขียนอาวุโส จากเวอู อัมสเตอร์ดัม กล่าว การสแกนรังสีเอกซ์ยังแสดงถึงการกระจายตัว, รูปร่าง และขนาดของเซลล์กระดูก ซึ่งทราบกันดีว่าจะขึ้นอยู่กับสภาพตามฤดูกาลด้วย

     ในปลาที่ถูกศึกษาทั้งหมด สามารถตามรอยความหนาแน่นและปริมาตรเซลล์กระดูกย้อนกลับไปได้หลายปี และพวกมันก็บ่งชี้ได้ว่าตรงไหนเป็นฤดูใบไม้ผลิ, ฤดูร้อน, ฤดูใบไม้ร่วง หรือฤดูหนาว ในช่วงฤดูใบไม้ผลิและฤดูร้อน เมื่อมีอาหารมากมาย ปลาจะเจริญเติบโตเร็วซึ่งทำให้กระดูกที่สร้างในช่วงเวลาเหล่านี้มีความฟูและเป็นรูพรุนมากกว่า ในช่วงที่ขาดแคลนอาหารในฤดูใบไม้ร่วงและฤดูหนาว การเจริญของปลาจะช้าลง ทิ้งร่องรอยที่เรียกว่า lines of arrested growth ไว้ในกระดูก เราได้เห็นว่าทั้งความหนาแน่นและปริมาตรของเซลล์กำลังเพิ่มขึ้นจากปริมาณอาหารที่เพิ่มขึ้น แต่ยังไม่ขึ้นถึงจุดสูงสุดในปีที่ตายลง ซึ่งบอกเป็นนัยว่าการเจริญถูกหยุดอย่างเฉียบพลันในฤดูใบไม้ผลิ Dennis Voeten นักวิจัยที่อุปป์ซอลา กล่าว  

ฟอสซิลแพดเดิ้ลฟิชโบราณจากแหล่งทานิส

     ในเวลาเดียวกับการศึกษาด้วยซิงโครตรอน ทีมก็ทำการวิเคราะห์ไอโซโทปคาร์บอนเพื่อเผยให้เห็นรูปแบบการกินอาหารประจำปีของปลา เหยื่อของปลาเหล่านี้เป็นแพลงตอนสัตว์(zooplankton) ปริมาณของแพลงตอนสัตว์(ซึ่งบริโภคแพลงตอนพืชอีกที) จะแกว่งตามฤดูกาลและมีปริมาณสูงสุดในช่วงฤดูร้อน(ตามปริมาณแพลงตอนพืชที่สังเคราะห์แสง) การเพิ่มขึ้นของแพลงตอนสัตว์ที่บริโภคเป็นการชั่วคราว ได้เติมคาร์บอน-13 เพิ่มเติมให้กับโครงกระดูกของปลา สัญญาณไอโซโทปคาร์บอนตลอดบันทึกการเจริญเติบโตของแพดเดิ้ลฟิชที่โชคร้ายตัวนี้ ได้ยืนยันว่าฤดูล่ายังไม่ถึงจุดสูงสุด นั้นคือ ความตายเกิดขึ้นในช่วงผลิบาน During ประเมิน

     ด้วยหลักฐานจากสองเส้นทางต่างก็ชี้ไปถึงฤดูกาลเดียวกัน นักวิจัยก็มั่นใจในข้อสรุปของพวกเขามากขึ้น นี่เป็นเหตุผลที่ผมคิดว่าการศึกษาของเราให้ผลดีเยี่ยมในการระบุลงไปถึงระดับฤดูกาลได้เลย Voeten กล่าว   

     การค้นพบนี้จะช่วยในการวิจัยในอนาคตสู่การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ครั้งนี้ กล่าวคือ ในซีกโลกเหนือ มันเป็นฤดูใบไม้ผลิและวัฏจักรการเจริญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตก็กำลังเริ่มต้นขึ้น เพียงแต่หยุดลงอย่างฉับพลัน ในขณะเดียวกัน ในซีกโลกใต้ซึ่งเป็นฤดูใบไม้ร่วง ที่สิ่งมีชีวิตมากมายน่าจะเตรียมตัวรับฤดูหนาว โดยรวมก็คือ เป็นที่เข้าใจได้เมื่อสิ่งมีชีวิตที่อยู่ข้างนอก จะล้มตายในทันที ส่วนพวกที่อาศัยในรูในถ้ำเนื่องจากพวกมันกำลังจำศีล ก็น่าจะมีโอกาสรอดเข้าสู่ยุคพาลีโอจีน(Paleogene) มากกว่า ผลสรุปของเราจะช่วยเปิดเผยว่าเพราะเหตุใดไดโนซอร์เกือบทั้งหมดจึงตาย ในขณะที่นกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในยุคต้น รอดจากการสูญพันธุ์ได้ During กล่าวสรุป

ภาพจากศิลปินโดย Joschua Knüppe แสดงคลื่นที่โถมเข้าสู่แม่น้ำแทนิส นำปลาและทุกๆ สิ่งในเส้นทางของมัน(ไดโนซอร์และต้นไม้) มาด้วย ในขณะที่ลูกปัดแก้วจากการชน(impact spherules) ก็ตกลงมาจากท้องฟ้า ไดโนซอร์บางส่วนยังคงรอดไปได้แต่เราก็ทราบว่ารอดไปได้ไม่นาน

      ผู้เขียนในการศึกษาใหม่ยังหวังว่าข้อมูลจะนำไปใช้วิเคราะห์ต่อว่าการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่นี้แสดงผลอย่างไร ยกตัวอย่างเช่น มีร่องรอยส่วนหนึ่งจากแหล่งสำรวจในซีกโลกใต้สองสามแห่ง ที่บอกว่าหลังจากชิคซูลูปแล้ว ซีกโลกใต้ฟื้นตัวเร็วกว่าซีกโลกเหนือสองเท่า สัญญาณเช่นนี้ได้รับผลจากฤดูกาลที่เกิดการชนแค่ไหน และยังมีเงื่อนงำเพิ่มขึ้นรออยู่ในบันทึกฟอสซิลจากซีกโลกใต้ ซึ่งถูกศึกษาน้อยกว่าบันทึกจากซีกโลกเหนือ During กล่าวว่า ฉันคิดว่าขุมทรัพย์ของจริงอยู่ที่นั้น(ซีกโลกใต้)

     อย่างไรก็ตาม Kirk Johnson ผู้อำนวยการพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติ สมิธโซเนียน บอกว่าในขณะที่ปลาที่แหล่งทานิสแสดงสัญญาณของฤดูกาลให้เห็น แต่โลกเมื่อ 66 ล้านปีก่อนมีการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลที่รุนแรงน้อยกว่าที่โลกเป็นในปัจจุบัน ย้อนเวลากลับไปตอนนั้น ที่ขั้วโลกไม่มีหมวกขั้วน้ำแข็งถาวรเลย และมีผืนป่าผลัดใบไปจนถึงขั้วโลก ด้วยเหตุนี้ เขาจึงตั้งคำถามว่า ขอบเขตของพืชและพันธุ์สัตว์ซีกโลกใต้จะอยู่ตรงไหน เพื่อที่จะรอดจากผลที่เกิดอย่างฉับพลันหลังจากการชน

     มันก็ดีกว่าอยู่แล้ว ถ้ามีระเบิดทิ้งลงมาตอนคุณอยู่ในหลุมหลบภัยเรียบร้อยแล้ว เมื่อเทียบกับกำลังออกไปซ่อมหลังคา Johnson นักบรรพชีวินที่เชี่ยวชาญ Hell Creek Formation แต่ผมคิดว่าผู้คนที่อ้างแบบนั้นไม่ได้คิดถึงว่าครีเตเชียสมีความแตกต่างของฤดูกาลน้อยแค่ไหน เขาและคนอื่นๆ วางแผนจะไปประเมินพื้นที่อื่นๆ ที่มี Hell Creek Formation เทียบอ้างอิงกับที่ทานิส เพื่อมองหากองวัสดุที่อาจจะเก็บรักษาวันที่ไดโนซอร์ล้มตายในรายละเอียดที่น่าทึ่งแบบนี้อีก

แหล่งข่าว phys.org : the reign of the dinosaurs ended in spring   
                nationalgeographic.com : dinosaur-killing asteroid most likely struck in spring
                space.com : “frozen in place” fossils reveal dinosaur-killing asteroid struck in spring