تطور وأصل الحياة على الأرض

لتسهيل البحث عن حياة خارج كوكب الأرض ، دعنا نواصل مراجعتنا للحياة على كوكبنا. دعنا نتحدث عن كيفية ظهورها وكيف حدث تطورها الإضافي حتى ظهور هذا التنوع الهائل من الأنواع التي نلاحظها حاليًا. جميع الكائنات الحية الحديثة كما هو مبين في الشكل. 2.13 وفي شكل معدّل قليلاً في الشكل. 3.1 ، نشأت من آخر سلف مشترك.كيف كان سلفنا المشترك الأخير مثل؟ لم يتأكد العلماء بعد من كل التفاصيل ، لكنها كانت بالتأكيد خلية بدائية النواة بدائية نوعًا ما ، حيث تم احتواء المعلومات الجينية في الحمض النووي ، وتم تنفيذ مجموعة كاملة من الوظائف المختلفة ، كما هو الحال اليوم ، بواسطة البروتينات. وهكذا ، كانت حياة بروتينية تشتمل على DNA و RNA. لا يمكن أن ينشأ كائن حي لمثل هذا التنظيم المعقد مباشرة من مادة غير حية ، وبالتالي ، حتى قبل القدوميجب أن يكون سلفنا المشترك الأخير قد خضع لتطور كبير.

ينعكس هذا في الشكل. 3.1 ، حيث تمتد شجرة الحياة إلى الماضي حتى أصل الحياة نفسها. تُظهر الفروع الجانبية التي تسبق سلفنا المشترك وتنتهي في النهاية أشكالًا من الحياة تختلف اختلافًا جذريًا عنها. وقف هذه الفروع يعني اختفائها. ليس لدينا أي آثار لمثل هذه الكائنات الحية ، ومع ذلك ، فمن المحتمل أن تكون موجودة.

مات أيضًا العديد من أحفاد آخر سلف مشترك ، وهو ما يظهر مرة أخرى من خلال الطول المحدود لأغصان الشجرة في الشكل. 3.1 داخل الفروع التي وصلت إلى عصرنا ، هناك أيضًا أقسام مختفية. هذه هي الأنواع المبكرة التي نشأت منها الأشكال الحديثة. بشكل عام ، اختفت الغالبية العظمى من أنواع الكائنات الحية من على وجه الأرض. هذا هو الجزء من تاريخ الحياة على كوكبنا - تطور الحياة من آخر سلف مشترك إلى الوقت الحاضر - الذي سننظر فيه أولاً. وبعد ذلك سنعود إلى السلف المشترك ونعود بالزمن إلى الوراء ، متجهين نحو اللحظة الحقيقية للجيل.

3.1 عملية التطور

إن فكرة أن جميع أشكال الحياة المتنوعة الموجودة على الأرض تطورت من سلف واحد مشترك لها تاريخ طويل وتدعمها أدلة الحفريات. هو أكثر صعوبة مع آليةالتي يتم من خلالها التطور. هذه الآلية هي الانتقاء الطبيعي. طرح فكرة الانتقاء الطبيعي ، التي كانت ثورية تمامًا في وقتها ، شخصان. جمع عالم الطبيعة الويلزي ألفريد راسل والاس ثروة من البيانات في هذا المجال. في عام 1858 أرسل ورقته البحثية عن التطور إلى عالم الطبيعة الإنجليزي تشارلز روبرت داروين. في ذلك ، وصف والاس ، في جوهره ، نظرية التطور غير المنشورة عن طريق الانتقاء الطبيعي ، والتي تخص داروين نفسه واستندت أيضًا إلى قدر هائل من الأدلة القائمة على الملاحظة. نتيجة لذلك ، تمت قراءة المقالات التي كتبها والاس وداروين في يوليو من ذلك العام في اجتماع جمعية لينيان في لندن. وبالفعل في عام 1859 نشر داروين عمله "أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي" ، وأصبحت هذه الفكرة معروفة في العالم.

يحدث التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي بسبب الانحرافات العشوائية التي تحدث بين الوالدين وذريتهم. العديد من هذه التغييرات ليس لها عواقب معينة ، في حين أن البعض الآخر يجلب معها نوعًا من الضرر ، مما يؤدي إلى انخفاض متوسط ​​العمر المتوقع ، أو العقم ، أو بعض العيوب البيولوجية الأخرى. قد تكون بعض الانحرافات (الطفرات) مفيدة للكائن الحي. لنفترض أن أحد النسل قد طور نوعًا من الطفرة التي يمكن أن ينتج عنها نسل أكثر من المتوسط. بعض هؤلاء النسل أو حتى جميعهم سيرثون هذا الانحراف ، مما يعني أن كل واحد منهم سينتج أيضًا نسلًا أكثر. لذلك تم إصلاح هذا التغيير في عدد السكان. لذلك ، فإن التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي يمر عبر سلسلة من الخطوات الصغيرة بسبب نوع من الانحراف ، مما ينتج عنه عدد أكبر من الأحفاد. بهذه الطريقة ، يمكن أن تتطور مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأنواع من سلف واحد مشترك. مثال على الانتقاء الطبيعي هو التغيير في لون العثة التي تتغذى على حيوان مفترس ، مثل الطيور. إذا كانت الطفرة تستلزم تغييرًا في اللون يوفر تمويهًا أفضل ، فمن المحتمل أن يكون الاختلاف ثابتًا تطوريًا.

يمكن للمرء أن يتتبع عمل الانتقاء الطبيعي على مدى عدة أجيال ؛ في الأنواع ذات فترة التكاثر القصيرة ، يمكن القيام بذلك خلال عمر الإنسان. هذه هي الكائنات الحية في فئتي البكتيريا والعتائق ، والتي تكون فترة تكاثرها ساعات أو أيام. لفترات أطول من الوقت ، يمكن استخلاص استنتاجات نظرية حول آلية التطور ، على الرغم من تسجيل الدليل على حدوث التطور في السجل الأحفوري. على سبيل المثال ، يمكن للمرء أن يتخيل كيف ، بعد عدة أجيال ، شيئًا فشيئًا ، نتيجة للانتقاء الطبيعي ، تشكلت عين من بقعة حساسة للضوء على الجلد.

لاكتشاف الانتقاء الطبيعي ، لم يكن من الضروري معرفة بالضبط كيف تنشأ الانحرافات في النسل. نحن نعلم الآن أن هذا يحدث بطرق مختلفة ، كما تمت مناقشته في Sec. 2.4.4. وهذا يشمل الطفرات في الحمض النووي التي تسببها أسباب مختلفة ، وكذلك التغيرات في الحمض النووي أثناء التكاثر الجنسي.

قد يعتقد المرء أن التطور يؤدي دائمًا إلى زيادة عدد الأنواع. ومع ذلك ، فإن الأمر ليس كذلك: تظهر بعض الأنواع ، ويختفي البعض الآخر. تشير التقديرات إلى أن حوالي 99٪ من أنواع الكائنات الحية قد ماتت خلال تاريخ الأرض ، ولن تظهر مرة أخرى أبدًا. لاحظ أن الانقراض هو نهاية هذا الخط ، ولم ينجو ممثل واحد من هذا النوع حتى يومنا هذا. أحد أسباب الانقراض هو ظهور نوع آخر يتكيف بشكل أفضل مع المكانة البيئية من الأنواع الموجودة ، والتي ستبدأ بالتالي في مواجهة نقص الغذاء أو تدميرها بطريقة أخرى. سبب آخر هو تغيير الظروف البيئية (مثل الاحتباس الحراري). في هذه الحالة ، لا يمكن للأنواع ككل الاستمرار في وجودها في الظروف الجديدة ، ولا الهجرة إلى حيث لا يزال المناخ قريبًا من المناخ الذي يتكيف معه جيدًا. قد يكون السبب الآخر الأقل كارثية هو تطور نوع ما مع انتقاله إلى أشكال أخرى عندما يختفي النوع الأصلي.

إلى جانب معدل الانقراض المستقر نسبيًا ، كانت هناك عدة حلقات في تاريخ الأرض عندما اختفت نسبة كبيرة من جميع الأنواع في أقل من مليون سنة. تسمى هذه الحالات الانقراضات الجماعية. في كل منها ، تم تشكيل "فضاء إيكولوجي" يمكن أن تسكنه أنواع جديدة ، وبالتالي ، فإن كل انقراض جماعي يتميز ليس فقط بفقدان هائل للأنواع ، ولكن أيضًا بظهور عدد كبير من الأنواع الجديدة. لوصف مثل هذه الأحداث ، هناك مصطلح "التطور المنقط". على الرغم من تراجع التطور مع كل انقراض جماعي ، فقد ازداد تنوع وتعقيد أشكال الحياة ككل في معظم تاريخ الأرض. ومع ذلك ، ربما لم يكن هذا أكثر من نتيجة للبساطة النسبية للغلاف الحيوي في وقت آخر سلف مشترك ، ولم يكن على الإطلاق مظهرًا لمبدأ ما من "التقدم" في التطور.

حدث التطور - منقط أو غير ذلك - منذ زمن سلفنا المشترك الأخير ، وقد حدد هيكل شجرة الحياة. ولكن إلى أي وقت يمكن أن تنسب كل هذه الأحداث الكبرى؟ نحتاج إلى نوع من المحور الزمني لوصف التاريخ البيولوجي للأرض ، وسنتحدث عنه في القسم التالي.

3.2 الحياة على الأرض منذ آخر سلف مشترك

3.2.1. الأحداث الرئيسية وتوقيتها

على التين. يوضح الشكل 3.2 المحور الزمني للحياة على الأرض ، حيث عمر الأحداث

التي أنشأتها الطريقة النظيرية ، والتي سننظر فيها في ثانية. 3.2.4. تتزامن بداية المحور الزمني مع تكوين الأرض قبل 4.6 مليار سنة ، عندما تشكلت أيضًا الشمس والأجسام الأخرى في النظام الشمسي (القسم 1.2). تذكر أن الكواكب الأرضية ، بما في ذلك الأرض ، تعرضت لقصف مكثف بالحجر والجليد الكواكب القادمة من الفضاء الخارجي ، مما أدى إلى تشويه سطح كوكبنا بالكامل (الشكل 3.3). استمر القصف حتى حوالي 3.9 مليار سنة ، وبعد ذلك بدأ يضعف بسرعة ، على ما يبدو بسبب انخفاض عدد الكواكب الصغيرة. من المحتمل أن القصف في مرحلته الأخيرة كان قوياً بدرجة كافية لدرجة أنه حتى لو ظهرت بعض أشكال الحياة في حقبة سابقة من القصف الأضعف ، فإنها بالكاد كانت ستنجو. ومع ذلك ، يمكن أن تظهر الكائنات الحية بعد فترة وجيزة من 3.9 مليار سنة. هل لدينا دليل مباشر على وجود الحياة في تلك الحقبة؟