ما هو الحفرية؟

من المرجح أن يكون أي شخص مهتم بعلم الحفريات على دراية بمفاهيم التحجر والحفريات نفسها، والتي تُعرف أيضًا باسم البقايا أو الأجسام المتحجرة. التحجر هو مجموعة من العمليات الفيزيائية والكيميائية التي تحول الكائنات الحية إلى حفريات. وليس سراً أن عملية التحجر تستغرق آلاف، إن لم يكن عشرات الآلاف، من السنين. لكن دعونا نتعمق أكثر في هذا الموضوع لفهم العمليات التي تنطوي عليها هذه العملية، والظروف المطلوبة، والحفريات الفريدة التي يمكننا اكتشافها.

التحجر هو عملية طويلة الأمد يتم خلالها استبدال أنسجة الكائنات الحية بمعادن. بعد دفن بقايا حيوان أو نبات، تمتلئ الفراغات الموجودة بداخلها بالمياه الجوفية، ثم يتبع ذلك عملية التمعدن. تحافظ هذه العملية على الكائنات الصغيرة بشكل جيد للغاية، حيث يتم تغطيتها بسرعة برواسب متنوعة — مثل الطمي أو الرمل. وبفضل عملية التمعدن، يمكننا دراسة الهياكل التفصيلية، مثل هياكل البتروصورات الصغيرة، وصولاً إلى التفاصيل الدقيقة لتنظيم غشاء الأجنحة. غير أن الكائنات الحية الكبيرة لا يمكن تغطيتها بالطبقة اللازمة بنفس السرعة، مما يؤدي إلى تدهور كبير قبل أن تتحجر. ولهذا السبب نعرف بنية ريش الطيور الصغيرة، لكننا لا نعرف سوى القليل نسبيًا عن الصوروبودات الكبيرة.

كما يعتمد الحفاظ على الحفريات أيضًا على الفترة الزمنية التي عاش فيها الكائن الحي. فكلما كانت الطبقات الجيولوجية أقدم، زادت تعرضها للتآكل (التدمير). وتعد الرواسب الكامبريّة (قبل 540-485 مليون سنة) أقل وفرة بكثير من الرواسب النيوجينية (قبل 23-2.5 مليون سنة)، ونتيجة لذلك، فإن عدد الكائنات الحية المحفوظة من العصر الكامبري أقل بكثير.

قد تختلف الظروف بشكل كبير، لكن من الضروري عزل الكائن الحي عن التأثيرات البيئية والكائنات الدقيقة. وتوجد الظروف المثالية لحفظ الكائنات الحية في الصحاري الحارة والجافة، أو الأراضي القاحلة الجليدية، أو المستنقعات الرطبة، أو الأنهار ذات الطبقات السميكة من الطمي. وقد اكتشف علماء الحفريات هياكل عظمية كاملة لحيوانات ضخمة، يبلغ عمرها ملايين السنين، في التربة الصقيعية وطبقات الحجر الرملي. كان من أبرز الاكتشافات دماغ إغوانودون يبلغ عمره أكثر من 130 مليون سنة، مع أوعية دموية وأنسجة محفوظة جيدًا. وقد أدى تضافر الظروف المواتية إلى دفن الدماغ في البيئة الحمضية للمستنقع قبل أن تبدأ الأنسجة في التحلل وتلتهمها البكتيريا. وكان اكتشاف آخر هائل هو عثور على صغار الماموث «ليوبا» و«خروما». وقد خضعتا اليوم لدراسات مكثفة، حتى أنه تم استعادة بعض أجزاء الحمض النووي الخاص بهما. لكن الاكتشافات الأكثر إثارة للدهشة كانت تنتظرنا في عام 2017.

في بعض الأحيان، تساعدنا البكتيريا نفسها التي تتغذى على بقايا حيوان ميت في الحفاظ عليها. على سبيل المثال، بعد موت سمكة ما، تتشكل طبقة كاملة من الكائنات الحية المتنوعة على لحمها المتحلل، متلهفةً لتتغذى عليه. ثم تُغطى هذه الكائنات، مع السمكة نفسها، بالرواسب. والظلال السوداء للحيوانات على الحجر التي نجدها ليست سوى آثار تركتها هذه البكتيريا.

«جوراسيك بارك» قدمت لنا أحد أكثر المصادر موثوقية لحفظ الكائنات الحية القديمة — الكهرمان. لم تعد الحشرات الجميلة، التي يبلغ عمرها عشرات الملايين من السنين، والمحفوظة في الكهرمان، تفاجئ أحداً. لسوء الحظ، مهما كان مقدار الدم الذي شربته هذه الحشرات، فإن الحمض النووي لا يبقى أكثر من ستة ملايين سنة، لذا فإن إنشاء حديقة ديناصورات يظل مجرد خيال. ومع ذلك، فإن الاكتشافات التي تمت في عام 2017 مذهلة حقاً. فقد تم العثور على فرخ طائر كامل من العصر الطباشيري وذيل ديناصور مغطى بالريش، وكلاهما يعودان إلى نفس الفترة. وبفضل الكهرمان، وصلتنا هذه الاكتشافات في حالة حفظ مثالية، مما سمح لنا بفحص التفاصيل الدقيقة للريش الذي يبلغ عمره 100 مليون سنة.

من المذهل أنه بعد عشرات الملايين من السنين، لا تصل إلينا الأحجار فحسب، بل بعض المواد العضوية أو آثارها أيضًا. على سبيل المثال، في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، نشرت ماري شفايتزر نتائج بحثها حول بقايا تيرانوصور ركس يبلغ عمرها أكثر من 68 مليون سنة. وأظهرت نتائج بحثها أنه لم يتم الحفاظ على بنية الأنسجة الرخوة للديناصور فحسب، بل تم الحفاظ أيضًا على الكولاجين — وهو بروتين موجود في العظام والغضاريف. قبل بضعة عقود فقط، كان مثل هذا الاكتشاف سيبدو مستحيلاً. وكان اكتشاف الميلانوسومات (العضيات التي تخزن الميلانين والأصباغ الأخرى) في الديناصورات مفاجئًا بنفس القدر. وقد سمح لنا ذلك بتقدير لون بعض حيوانات العصر الوسيط تقريبًا.

على الرغم من سوء حالة الحفظ التي تتسم بها بقايا الحيوانات العملاقة، فإن مجموعات كاملة من الحيوانات الكبيرة تصل إلينا أحيانًا في حالة جيدة. كيف يحدث ذلك؟ ربما اختارت الحيوانات المسار الخاطئ وسقطت في فخ، مثل حفرة القطران. أو ربما دفعت الحيوانات المفترسة فرائسها إلى مستنقع، حيث غرقوا جميعًا معًا. وربما وقعت كارثة قضت على عائلة بأكملها أثناء فترة حضانة البيض. كانت المنطقة المعروفة الآن باسم «تكوين هيل كريك» (Hell Creek Formation)، قبل 66 مليون سنة، غنية بالأنهار والجداول ذات القيعان الطينية والمستنقعات، مما ساهم في وجود مدافن غنية وعالية الجودة. على سبيل المثال، أثناء المد العالي أو هطول الأمطار الغزيرة، كانت مستويات المياه في بعض المسطحات المائية ترتفع بشكل ملحوظ، ولكن بمجرد انحسار المياه، أصبحت بعض البرك معزولة عن الأنهار والبحيرات. وهناك لقيت الأسماك والسلاحف حتفها، مما أسعد علماء الحفريات كثيرًا.

التحجر هو عملية فيزيائية-كيميائية طويلة الأمد تُحوّل بقايا الكائنات الحية الميتة وآثار نشاطها الحيوي إلى بنية معدنية معقدة تحمل آثارًا لأنسجة متنوعة، بل وأحيانًا جزيئات عضوية. فكلما كانت ظروف التحجر في تلك الفترة أكثر ملاءمة، وكلما كانت تلك الفترة أقرب إلينا على المقياس الزمني، زادت التفاصيل المثيرة للاهتمام التي يمكننا اكتشافها عن تلك الحقبة.