Taphonomic Patterns of Elemental Enrichment: Synchrotron X-ray Fluorescence of Diverse Fossils From Multiple Konservat-lagerstätten, Extant Organisms, and Artificial Maturation Experiments
यह अध्ययन सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे फ्लोरोसेंस का उपयोग करके यह प्रदर्शित करता है कि जीवाश्म तत्वों की संरचना मुख्य रूप से मूल ऊतक रसायन विज्ञान के बजाय डायजेनेटिक प्रक्रियाओं और तलछट अंतःक्रिया द्वारा संचालित होती है, जो यह संकेत देता है कि अधिकांश पता लगाए गए तत्व हस्ताक्षर बाह्यजनित हैं और ऊतक-विशिष्ट मार्करों की पहचान करने के प्रयास अत्यंत कड़ाई से भूवैज्ञानिक निर्माण के लिए नियंत्रित किए जाने चाहिए।
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पृथ्वी पर जीवन के इतिहास को समझने के लिए, वैज्ञानिक अक्सर जीवाश्मों (fossils) की ओर रुख करते हैं। ये संरक्षित अवशेष केवल पत्थर के आकार मात्र नहीं हैं; वे समय के कैप्सूल हैं जो, सैद्धांतिक रूप से, उन जीवित प्राणियों के रासायनिक पदचिह्नों को धारण कर सकते हैं जो कभी चले, तैरे या उड़े थे। दशकों से, शोधकर्ता इन रासायनिक हस्ताक्षरों को पढ़ने की आशा करते रहे हैं ताकि प्राचीन आहार, वातावरण और यहाँ तक कि विलुप्त जानवरों के रंगों के बारे में जान सकें। इस क्षेत्र में एक प्रमुख विचार यह है कि तांबा या जस्ता जैसे कुछ तत्व, विशिष्ट जैविक अणुओं, जैसे कि मेलेनिन (melanin) रंगद्रव्य (pigment) से चिपक सकते हैं, जो पंखों और त्वचा को उनका गहरा रंग देता है। यदि ये धातुएं दफन होने और चट्टान बनने के लाखों वर्षों के दौरान जीवित रहती हैं, तो वे एक विश्वसनीय मार्कर के रूप में कार्य कर सकती हैं, जो हमें ठीक से बता सकती हैं कि मूल रंगद्रव्य कहाँ स्थित था। हालाँकि, एक जीवित जानवर से जीवाश्म बनने तक की यात्रा लंबी और जटिल होती है। मृत्यु के बाद, एक शरीर सड़ता है, तलछट की परतों के नीचे दबता है, और अत्यधिक गर्मी एवं दबाव का सामना करता है। टैफ़ोनॉमी (taphonomy) के रूप में ज्ञात इस प्रक्रिया के दौरान, अवशेषों की रसायन विज्ञान नाटकीय रूप से बदल सकता है क्योंकि आसपास की मिट्टी से खनिज रिसकर अंदर आ जाते हैं या अस्थिर कार्बनिक सामग्रियां टूट जाती हैं। केंद्रीय प्रश्न यह बनता है: जब हमें कुछ धातुओं से समृद्ध जीवाश्म मिलता है, तो क्या हम उस जानवर की मूल रसायन विज्ञान देख रहे होते हैं, या हम उस चट्टान की रसायन विज्ञान देख रहे होते हैं जिसने उसे दफनाया था?
शोधकर्ताओं की एक टीम ने दुनिया भर के विभिन्न प्रकार के जीवाश्मों, आधुनिक जानवरों और प्रयोगशाला में निर्मित "सिंथेटिक जीवाश्मों" के तत्वों के संयोजन को देखकर इसका उत्तर देने का प्रयास किया। उन्होंने दुनिया भर के पांच प्रसिद्ध जीवाश्म स्थलों से नमूने एकत्र किए, जो प्राचीन नदी के तल से लेकर चूना पत्थर की खदानों तक फैले हुए थे, और कीटों, पौधों, मछलियों और पक्षियों का परीक्षण किया। यह देखने के लिए कि कौन से तत्व मौजूद थे, उन्होंने सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे फ्लोरोसेंस (synchrotron X-ray fluorescence) नामक एक शक्तिशाली उपकरण का उपयोग किया। यह तकनीक एक सुपर-सेंसिटिव स्कैनर की तरह काम करती है, जो नमूने पर उच्च-ऊर्जा एक्स-रे दागती है जिससे उसके भीतर के परमाणु एक अद्वितीय प्रकाश के साथ चमक उठते हैं, जो यह प्रकट करता है कि वास्तव में कौन से तत्व वहां मौजूद हैं और उनकी मात्रा कितनी है। जटिल डेटा को समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने इन प्राचीन जीवाश्मों की तुलना न केवल अपने आधुनिक समकक्षों—जैसे जीवित पक्षियों के ताजे पंख—से की, बल्कि प्रयोगों की एक श्रृंखला से भी की। इन प्रयोगों में, उन्होंने आधुनिक पंखों, कीटों और पत्तियों को लिया, उन्हें मिट्टी में लपेटा, और जीवाश्म बनने की प्राकृतिक प्रक्रिया का अनुकरण करने के लिए उन्हें उच्च ताप और दबाव के अधीन किया। इसने उन्हें यह देखने की अनुमति दी कि बिना लाखों वर्षों के क्षय और भूजल की परस्पर क्रिया जैसी जटिलताओं के, प्रयोगशाला में किसी जानवर की रसायन विज्ञान के साथ क्या होता है।
इस विशाल अध्ययन के परिणाम स्पष्ट और कुछ हद तक आश्चर्यजनक थे। जब शोधकर्ताओं ने जीवाश्मों के रासायनिक प्रोफाइल का विश्लेषण किया, तो उन्होंने पाया कि मौजूद तत्व पूरी तरह से उस विशिष्ट चट्टान संरचना द्वारा निर्धारित थे जहाँ जीवाश्म पाया गया था, न कि उस जानवर या ऊतक के प्रकार द्वारा जिससे वह आया था। एक प्राचीन झील से प्राप्त पक्षी का जीवाश्म, आज के जीवित पक्षी की तुलना में, उसी प्राचीन झील के जीवाश्म मछली के अधिक रासायनिक रूप से समान था। वास्तव में, जीवाश्मों की रासायनिक संरचना अक्सर मूल जीवित ऊतक की तुलना में आसपास की मिट्टी और पत्थर के अधिक करीब थी। अध्ययन ने दिखाया कि आधुनिक ऊतकों में जीवाश्शिकरण के दौरान तत्वों की सांद्रता कई गुना बढ़ सकती है या घट सकती है। उदाहरण के लिए, जीवाशमों में अक्सर उनके आधुनिक समकक्षों की तुलना में तांबा, जस्ता और लोहा जैसे धातुओं की बहुत अधिक सांद्रता पाई गई, जो यह सुझाव देती है कि ये तत्व जानवर से संरक्षित होने के बजाय पर्यावरण से जोड़े गए थे। इसके विपरीत, जीवित ऊतकों में पाए जाने वाले कुछ तत्व, जैसे कि कुछ प्रोटीनों में सल्फर, अक्सर पूरी तरह से लुप्त हो गए।
प्रयोगों ने एक महत्वपूर्ण सुराग प्रदान किया कि ऐसा क्यों होता है। जब वैज्ञानिकों ने प्रयोगशाला में केवल ताप और दबाव का उपयोग करके आधुनिक ऊतकों को परिपक्व किया, तो उनके द्वारा निर्मित "सिंथेटिक जीवाश्म" मूल जीवित ऊतक के बहुत करीब रासायनिक प्रोफाइल बनाए रखते थे। उनमें वास्तविक जीवाश्मों में देखे गए तत्वों के संयोजन के अत्यधिक बदलाव नहीं दिखे। यह सुझाव देता है कि प्राकृतिक जीवाश्मों में होने वाले नाटकीय रासायनिक परिवर्तन केवल समय के साथ ताप और दबाव के कारण नहीं होते हैं। इसके बजाय, परिवर्तन क्षय, सूक्ष्मजीव गतिविधि और तलछट के माध्यम से खनिज-युक्त भूजल के प्रवाह की जटिल परस्पर क्रियाओं द्वारा संचालित होते हैं। अध्ययन इंगित करता है कि वातावरण एक स्टैम्प (मुहर) की तरह कार्य करता है, जो अवशेषों पर अपना रासायनिक हस्ताक्षर अंकित कर देता है। हालांकि कुछ सूक्ष्म तत्व जीवित रह सकते हैं यदि वे बहुत स्थिर कार्बनिक संरचनाओं से मजबूती से बंधे हों, लेकिन जीवाश्म की समग्र रासायनिक तस्वीर उसके दफन स्थल की भूविज्ञान द्वारा हावी होती है।
इन निष्कर्षों का सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव प्राचीन रंगों की खोज से संबंधित है। कुछ समय से, वैज्ञानिकों ने प्रस्तावित किया है कि जीवाश्म पंख में तांबा या जस्ता पाना इस बात का प्रमाण है कि उस जानवर में मेलेनिन वर्णक था। यह अध्ययन सीधे तौर पर इस विचार को चुनौती देता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये धातुएं मेलेनिन के लिए विशिष्ट नहीं हैं; ये विभिन्न प्रकार की कार्बनिक सामग्रियों, जिनमें पौधों के रेशे और कीटों के कवच शामिल हैं (जिनमें कभी मेलेनिन नहीं था), से बंधे (chelated) हो सकते हैं। इसके अलावा, ये धातुएं जानवर की मृत्यु के लंबे समय बाद भी जीवाश्म में जोड़ी जा सकती हैं, क्योंकि भूजल उन्हें चट्टान के माध्यम से ले जाता है और वे सड़ते हुए अवशेषों से चिपक जाते हैं। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि जीवाश्म में तांबा या जस्ता मिलना मूल मेलेनिन की उपस्थिति का दावा करने के लिए पर्याप्त प्रमाण नहीं है। जीवाश्म का रासायनिक हस्ताक्षर मुख्य रूप से उसके दफन इतिहास का रिकॉर्ड है, न कि प्राचीन जीव के जीव विज्ञान का सीधा चित्रण। हालांकि यह संभव बना हुआ है कि कुछ मूल रासायनिक संकेत जीवित रहें, वे उन्हें संरक्षित करने वाली चट्टान के भारी प्रभाव के कारण अत्यधिक धुंधले हो जाते हैं। प्राचीन जीवन की वास्तविक जीव विज्ञान को समझने के लिए, वैज्ञानिकों को अब उन विशिष्ट भूवैज्ञानिक स्थितियों को ध्यान में रखते हुए अत्यंत सावधान रहना होगा जिन्होंने प्रत्येक जीवाश्म को आकार दिया है, यह पहचानते हुए कि पत्थर ने स्वयं काफी हद तक रासायनिक कहानी को फिर से लिख दिया है।
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