سبع نظريات علمية حول أصل الحياة. وخمس نسخ غير علمية
لتقدير هذه المعجزة في قيمتها الحقيقية ، تحتاج إلى التعرف على عدد من النظريات الحديثة التي تصف الخيارات والمراحل المختلفة لولادة الحياة. من مجموعة حيوية ولكن لا حياة لها من المركبات العضوية البسيطة إلى الكائنات الأولية التي عرفت الموت ودخلت في سباق لا نهاية له من التنوع البيولوجي. بعد كل شيء ، أليس هذان المصطلحان - التباين والموت - يؤديان إلى مجموع الحياة بأكملها؟ ..
1. بانسبيرميا
إن فرضية جلب الحياة إلى الأرض من الأجسام الكونية الأخرى لديها الكثير من المدافعين الموثوقين. شغل هذا المنصب العالم الألماني العظيم هيرمان هيلمهولتز والكيميائي السويدي سفانتي أرينيوس والمفكر الروسي فلاديمير فيرنادسكي والفيزيائي البريطاني كلفن. ومع ذلك ، فإن العلم هو عالم الحقائق ، وبعد اكتشاف الإشعاع الكوني وتأثيره المدمر على جميع الكائنات الحية ، بدا أن البانسبيرميا قد ماتت.
لكن كلما تعمق العلماء في السؤال ، ظهرت المزيد من الفروق الدقيقة. لذلك ، الآن - بما في ذلك إجراء العديد من التجارب على المركبات الفضائية - نحن أكثر جدية بشأن قدرة الكائنات الحية على تحمل الإشعاع والبرد ، ونقص المياه و "سحر" التواجد في الفضاء الخارجي. إن النتائج الخاصة بمركبات عضوية مختلفة على الكويكبات والمذنبات ، وفي تراكمات الغاز والغبار البعيدة وسحب الكواكب الأولية عديدة ولا شك فيها. لكن الادعاءات التي تشير إلى احتوائها على آثار لشيء يشبه الميكروبات بشكل مثير للريبة لا تزال غير مثبتة.
من السهل أن نرى أن نظرية البانسبيرميا ، على الرغم من سحرها ، تنقل فقط مسألة أصل الحياة إلى مكان آخر وزمان آخر. بغض النظر عما جلب الكائنات الحية الأولى إلى الأرض - سواء كان نيزكًا عرضيًا أو خطة ماكرة لكائنات فضائية عالية التطور ، كان لابد من ولادتها في مكان ما وبطريقة ما. لا تدع الأمر يحدث هنا وما هو أبعد من ذلك في الماضي - ولكن كان على الحياة أن تنمو من مادة هامدة. السؤال "كيف؟" بقايا.
1- غير علمي: جيل عفوي
يمكن أن يرتبط الأصل التلقائي للمادة الحية عالية التطور من مادة غير حية - مثل ولادة يرقات الذباب في اللحوم المتعفنة - بأرسطو ، الذي عمم أفكار العديد من أسلافه وشكل عقيدة شاملة للجيل التلقائي. مثل العناصر الأخرى لفلسفة أرسطو ، كان التولد التلقائي هو العقيدة السائدة في أوروبا في العصور الوسطى وتمتع ببعض الدعم حتى تجارب لويس باستير ، الذي أظهر أخيرًا أنه حتى يرقات الذباب تتطلب إنتاج الذباب الأم. لا ينبغي الخلط بين التوليد التلقائي والنظريات الحديثة عن أصل الحياة: الفرق بينهما أساسي.
2. مرق أساسي
يرتبط هذا المفهوم ارتباطًا وثيقًا بالتجارب الكلاسيكية التي أجراها ستانلي ميلر وهارولد أوري في الخمسينيات. في المختبر ، قام العلماء بمحاكاة الظروف التي يمكن أن توجد على سطح الأرض الفتية - مزيج من الميثان وأول أكسيد الكربون والهيدروجين الجزيئي والعديد من التصريفات الكهربائية والأشعة فوق البنفسجية - وسرعان ما انتقل أكثر من 10٪ من الكربون الناتج عن الميثان إلى شكل جزيئات عضوية مختلفة. في تجارب Miller-Urey ، تم الحصول على أكثر من 20 من الأحماض الأمينية والسكريات والدهون وسلائف الأحماض النووية.
تستخدم الاختلافات الحديثة لهذه التجارب الكلاسيكية إعدادات أكثر تعقيدًا تتطابق بشكل وثيق مع ظروف الأرض المبكرة. تتم محاكاة تأثيرات البراكين من خلال انبعاثاتها من كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكبريت ، ووجود النيتروجين ، وما إلى ذلك. وبهذه الطريقة ، يتمكن العلماء من الحصول على كمية ضخمة ومتنوعة من المواد العضوية - وهي اللبنات الأساسية المحتملة للحياة المحتملة. تظل المشكلة الرئيسية في هذه التجارب هي الزميل: تتشكل أيزومرات الجزيئات النشطة بصريًا (مثل الأحماض الأمينية) في خليط بكميات متساوية ، في حين أن كل أشكال الحياة المعروفة لنا (مع استثناءات معزولة وغريبة) تشمل فقط أيزومرات L.
ومع ذلك ، سنعود إلى هذه المشكلة لاحقًا. تجدر الإشارة هنا إلى أنه مؤخرًا - في عام 2015 - أظهر الأستاذ بجامعة كامبريدج جون ساذرلاند (جون ساذرلاند) وفريقه إمكانية تكوين جميع "جزيئات الحياة" الأساسية ، ومكونات الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، والبروتينات من مجموعة بسيطة من المكونات الأولية. السمات الرئيسية لهذا الخليط هي سيانيد الهيدروجين وكبريتيد الهيدروجين ، وهي ليست نادرة جدًا في الفضاء. يبقى لهم إضافة بعض المواد المعدنية والمعادن المتوفرة بكميات كافية على الأرض ، مثل الفوسفات وأملاح النحاس والحديد. قام العلماء ببناء مخطط تفاعل تفصيلي يمكن أن يخلق "حساءًا بدائيًا" غنيًا حتى تظهر البوليمرات فيه ويدخل التطور الكيميائي الكامل دوره.
تم طرح فرضية الأصل الحيوي للحياة من "الحساء العضوي" ، والتي تم اختبارها من خلال تجارب ميلر وأوري ، في عام 1924 من قبل عالم الكيمياء الحيوية السوفيتي ألكسندر أوبارين. وعلى الرغم من أنه في "السنوات المظلمة" من ذروة ليسينكو ، انحاز العالم إلى جانب خصوم علم الوراثة ، إلا أن مزاياه عظيمة. تقديراً لدور الأكاديمي ، فإن الجائزة الرئيسية التي تمنحها الجمعية العلمية الدولية لدراسة أصل الحياة (ISSOL) ، ميدالية أوبارين ، تحمل اسمه. تُمنح الجائزة كل ست سنوات ، وفي أوقات مختلفة كانت تُمنح لكل من ستانلي ميلر وباحث الكروموسوم العظيم جاك زوستاك الحائز على جائزة نوبل. تقديراً للمساهمات الهائلة التي قدمها Harold Urey ، تمنح ISSOL وسام Urey بين ميداليات Oparin (أيضًا كل ست سنوات). وكانت النتيجة جائزة تطورية فريدة وحقيقية - باسم متغير.
3. التطور الكيميائي
تحاول النظرية وصف تحول المواد العضوية البسيطة نسبيًا إلى أنظمة كيميائية معقدة نوعًا ما ، وهي سلائف الحياة نفسها ، تحت تأثير العوامل الخارجية وآليات الاختيار والتنظيم الذاتي. المفهوم الأساسي لهذا النهج هو "شوفينية الماء والكربون" ، والتي تقدم هذين المكونين (الماء والكربون - NS) على أنهما ضروريان للغاية ومفتاحان لنشوء الحياة وتطورها ، سواء على الأرض أو في مكان ما خارج حدودها. وتبقى المشكلة الرئيسية هي الظروف التي يمكن أن تتطور في ظلها "شوفينية الماء والكربون" إلى مركبات كيميائية معقدة للغاية ، قادرة - قبل كل شيء - على التكاثر الذاتي.
وفقًا لإحدى الفرضيات ، يمكن أن يحدث التنظيم الأساسي للجزيئات في المسام الدقيقة لمعادن الطين ، والتي لعبت دورًا هيكليًا. طرح الكيميائي الاسكتلندي ألكسندر جراهام كيرنز سميث هذه الفكرة قبل بضع سنوات. على سطحها الداخلي ، كما هو الحال في المصفوفة ، يمكن للجزيئات الحيوية المعقدة أن تترسب وتتبلمر: أظهر العلماء الإسرائيليون أن مثل هذه الظروف تجعل من الممكن نمو سلاسل بروتين طويلة بما فيه الكفاية. يمكن أن تتراكم هنا أيضًا الكميات الضرورية من الأملاح المعدنية ، والتي تلعب دورًا مهمًا كمحفزات للتفاعلات الكيميائية. يمكن أن تعمل جدران الطين كأغشية خلوية ، تفصل الفضاء "الداخلي" ، حيث تحدث تفاعلات كيميائية أكثر وأكثر تعقيدًا ، وتفصله عن الفوضى الخارجية.
يمكن أن تكون أسطح المعادن البلورية بمثابة "مصفوفات" لنمو الجزيئات البوليمرية: التركيب المكاني لشبكتها البلورية قادرة على اختيار أيزومرات ضوئية فقط من نفس النوع ، على سبيل المثال ، الأحماض الأمينية L ، وحل المشكلة التي نوقشت أعلاه . يمكن توفير الطاقة لعملية "التمثيل الغذائي" الأولية من خلال تفاعلات غير عضوية - مثل اختزال البايرايت المعدني (FeS2) مع الهيدروجين (إلى كبريتيد الحديد وكبريتيد الهيدروجين). في هذه الحالة ، لا يلزم وجود البرق ولا الضوء فوق البنفسجي لظهور الجزيئات الحيوية المعقدة ، كما هو الحال في تجارب Miller-Urey. لذلك ، يمكننا التخلص من الجوانب الضارة لعملهم.
لم تكن الأرض الفتية محمية من المكونات الضارة - بل والمميتة - للإشعاع الشمسي. حتى الكائنات الحية التطورية الحديثة لن تكون قادرة على تحمل هذا الضوء فوق البنفسجي القاسي - على الرغم من حقيقة أن الشمس نفسها كانت أصغر سنا بكثير ولم تقدم حرارة كافية للكوكب. من هذا المنطلق نشأت الفرضية القائلة بأنه في العصر الذي كانت تحدث فيه معجزة أصل الحياة ، يمكن تغطية الأرض بأكملها بطبقة سميكة من الجليد - مئات الأمتار ؛ وهذا للأفضل. بالاختباء تحت هذا الغطاء الجليدي ، يمكن أن تشعر الحياة بأمان تام من الأشعة فوق البنفسجية وتأثيرات النيازك المتكررة التي تهدد بقتلها في مهدها. يمكن أن تعمل البيئة الباردة نسبيًا أيضًا على تثبيت بنية الجزيئات الكبيرة الأولى.
4. المدخنون السود
في الواقع ، كان من المفترض أن تكون الأشعة فوق البنفسجية على الأرض الفتية ، والتي لم يكن غلافها الجوي يحتوي على الأكسجين ولم يكن به شيء رائع مثل طبقة الأوزون ، مميتة لأي حياة وليدة. من هذا نشأ الافتراض القائل بأن أسلاف الكائنات الحية الهشة أجبرت على الوجود في مكان ما ، مختبئة من التدفق المستمر لأشعة التعقيم. على سبيل المثال ، في أعماق المياه - بالطبع ، حيث يوجد ما يكفي من المعادن والخلط والحرارة والطاقة للتفاعلات الكيميائية. وهناك مثل هذه الأماكن.
قرب نهاية القرن العشرين ، أصبح من الواضح أن قاع المحيط لا يمكن بأي حال من الأحوال أن يكون ملاذًا لوحوش العصور الوسطى: الظروف هنا صعبة للغاية ، ودرجة الحرارة منخفضة ، ولا يوجد إشعاع ، والمواد العضوية النادرة يمكن أن تستقر فقط من على السطح. في الواقع ، هذه هي أوسع شبه الصحاري - مع بعض الاستثناءات الملحوظة: هناك ، عميقًا تحت الماء ، بالقرب من منافذ مصادر الطاقة الحرارية الأرضية ، الحياة حرفياً على قدم وساق. المياه السوداء الغنية بالكبريتيد ساخنة ومهتاج ومليئة بالمعادن.
مدخنو المحيط الأسود هم أنظمة بيئية غنية جدًا ومميزة: البكتيريا التي تتغذى عليها تستخدم تفاعلات الحديد والكبريت التي تحدثنا عنها بالفعل. هم أساس الحياة المزدهرة بما في ذلك مجموعة من الديدان الفريدة والروبيان. ربما كانوا أساس وأصل الحياة على هذا الكوكب: نظريًا على الأقل ، تحمل هذه الأنظمة كل ما هو ضروري لذلك.
2- غير علمي: أرواح وآلهة وأجداد
دائمًا ما تتوج أي أساطير كونية حول أصل العالم بأخرى بشرية - حول أصل الإنسان. وفي هذه التخيلات ، لا يسع المرء إلا أن يحسد خيال المؤلفين القدامى: فيما يتعلق بمسألة ماذا وكيف ولماذا نشأ الكون ، وأين وكيف ظهرت الحياة - والناس - بدت الإصدارات مختلفة جدًا وجميلة دائمًا تقريبًا. تم صيد النباتات والأسماك والحيوانات من قاع البحر بواسطة غراب ضخم ، وزحف الناس للخارج مثل الديدان من جسد السلف الأول Pangu ، وقد تم تشكيلهم من الطين والرماد ، وولدوا من زواج الآلهة والوحوش. كل هذا كان شعريًا بشكل مدهش ، لكن بالطبع لا علاقة له بالعلم.
وفقًا لمبادئ المادية الديالكتيكية ، فإن الحياة عبارة عن "وحدة ونضال" من مبدأين: تغيير المعلومات وتوارثها من ناحية ، والوظائف الكيميائية الحيوية والبنيوية من ناحية أخرى. أحدهما مستحيل بدون الآخر - وتبقى مسألة أين بدأت الحياة ، بالمعلومات والأحماض النووية ، أو بالوظائف والبروتينات ، من أصعبها. وأحد الحلول المعروفة لهذه المشكلة المتناقضة هي فرضية "عالم الحمض النووي الريبي" ، التي ظهرت في أواخر الستينيات وتشكلت أخيرًا في أواخر الثمانينيات.
RNA - الجزيئات الكبيرة ، في تخزين المعلومات ونقلها ليست فعالة مثل الحمض النووي ، وفي أداء الوظائف الأنزيمية - ليست مثيرة للإعجاب مثل البروتينات. لكن جزيئات الحمض النووي الريبي قادرة على كليهما ، وحتى الآن تعمل كحلقة نقل في تبادل المعلومات للخلية ، وتحفز عددًا من التفاعلات فيها. البروتينات غير قادرة على التكاثر بدون معلومات الحمض النووي ، والحمض النووي غير قادر على التكاثر بدون "مهارات" البروتين. من ناحية أخرى ، يمكن أن يكون الحمض النووي الريبي مستقلاً تمامًا: فهو قادر على تحفيز "التكاثر" الخاص به - وهذا كافٍ للبدء.
أظهرت الدراسات في إطار فرضية "عالم الحمض النووي الريبي" أن هذه الجزيئات الكبيرة قادرة أيضًا على التطور الكيميائي الكامل. لنأخذ مثالًا واضحًا على الأقل أوضحه علماء الفيزياء الحيوية في كاليفورنيا بقيادة ليزلي أورجيل: إذا تمت إضافة بروميد الإيثيديوم ، الذي يعمل كسم لهذا النظام الذي يمنع تخليق الحمض النووي الريبي ، إلى محلول الحمض النووي الريبي المتكاثر ذاتيًا ، فشيئًا فشيئًا ، باستخدام تغيير في أجيال من الجزيئات الكبيرة ، في خليط من الحمض النووي الريبي يظهر أنه مقاوم حتى لتركيزات عالية جدًا من السم. وبهذه الطريقة تقريبًا ، أثناء التطور ، يمكن لجزيئات الرنا الأولى أن تجد طريقة لتركيب أدوات البروتين الأولى ، وبعد ذلك ، بالاقتران معها ، "تكتشف" بنفسها الحلزون المزدوج للحمض النووي ، الناقل المثالي للمعلومات الوراثية.
3. غير علمي: الثبات
لا يمكن تسمية أكثر من القصص العلمية عن الأسلاف بالآراء التي تحمل الاسم الكبير لنظرية الحالة الثابتة. وفقًا لمؤيديها ، لم تنشأ أي حياة على الإطلاق - تمامًا كما لم تولد الأرض ، لم يظهر الكون أيضًا: لقد كانوا دائمًا وسيظلون دائمًا. كل هذا ليس له ما يبرره أكثر من ديدان بانغو: من أجل أخذ مثل هذه "النظرية" على محمل الجد ، يجب على المرء أن ينسى الاكتشافات التي لا حصر لها في علم الحفريات والجيولوجيا وعلم الفلك. وفي الواقع ، للتخلي عن المبنى الفخم للعلم الحديث بأكمله - ولكن بعد ذلك ، ربما ، الأمر يستحق التخلي عن كل شيء من المفترض أن يكون لسكانه ، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر وعلاج الأسنان غير المؤلم.
6- الخلايا الأولية
ومع ذلك ، فإن التكرار البسيط لا يكفي "للحياة الطبيعية": أي حياة هي ، أولاً وقبل كل شيء ، منطقة معزولة مكانيًا من البيئة ، تفصل عمليات التمثيل الغذائي ، وتسهل مسار بعض التفاعلات وتسمح باستبعاد البعض الآخر. بمعنى آخر ، الحياة عبارة عن خلية محدودة بغشاء شبه منفذ يتكون من الدهون. ويجب أن تكون "الخلايا الأولية" قد ظهرت بالفعل في المراحل الأولى من وجود الحياة على الأرض - وقد عبّر ألكسندر أوبارين ، المعروف جيدًا لنا ، عن الفرضية الأولى حول أصلها. في رأيه ، يمكن أن تكون "الأغشية الأولية" قطرات من الدهون الكارهة للماء ، تذكرنا بقطرات صفراء من الزيت تطفو في الماء.
بشكل عام ، يتم قبول أفكار العالم من قبل العلم الحديث ، كما تناول جاك شوستاك ، الذي حصل على ميدالية أوبارين عن عمله ، هذا الموضوع. بالتعاون مع كاتارزينا أدامالا ، تمكن من إنشاء نوع من نموذج "الخلية الأولية" ، الذي لا يتألف نظير الغشاء من دهون حديثة ، ولكن حتى من جزيئات عضوية أبسط ، وهي الأحماض الدهنية ، والتي يمكن أن تتراكم جيدًا في أماكن المنشأ. من الكائنات الأولية الأولى. حتى أن Shostak و Adamala نجحا في "إحياء" بنيتهما عن طريق إضافة أيونات المغنيسيوم (تحفيز عمل بوليميراز RNA) وحمض الستريك (تثبيت بنية الأغشية الدهنية) إلى الوسط.
نتيجة لذلك ، حصلوا على نظام حي بسيط تمامًا ، ولكن إلى حد ما ؛ على أي حال ، كانت خلية أولية عادية تحتوي على بيئة محمية بغشاء لانتشار الحمض النووي الريبي. من هذه اللحظة ، يمكنك إغلاق الفصل الأخير من عصور ما قبل التاريخ للحياة - وبدء الفصول الأولى من تاريخها. ومع ذلك ، هذا موضوع مختلف تمامًا ، لذلك سنتحدث عن مفهوم واحد فقط ، ولكنه مهم للغاية يتعلق بالخطوات الأولى في تطور الحياة وظهور مجموعة كبيرة ومتنوعة من الكائنات الحية.
4. غير علمي: عودة أبدية
تمثيل "العلامة التجارية" للفلسفة الهندية ، في الفلسفة الغربية المرتبط بأعمال إيمانويل كانط وفريدريك نيتشه وميرسيا إليادي. صورة شعرية للتجول الأبدي لكل روح حية عبر عدد لا حصر له من العوالم وسكانها ، ولادة جديدة لها إما في حشرة تافهة ، أو إلى شاعر ممجد ، أو حتى إلى مخلوق غير معروف لنا ، شيطان أو إله. على الرغم من عدم وجود أفكار حول التناسخ ، فإن هذه الفكرة قريبة جدًا من نيتشه: الخلود أبدي ، مما يعني أن أي حدث يحدث فيه يمكن - ويجب أن يتكرر مرة أخرى. وكل كائن يدور إلى ما لا نهاية حول هذا الكاروسيل الخاص بالعودة الشاملة ، بحيث أن الرأس فقط هو الذي يدور ، وتختفي مشكلة الأصل الأساسي في مكان ما في مشهد من التكرارات التي لا تعد ولا تحصى.
7. التعايش الداخلي
ألقِ نظرة على نفسك في المرآة ، وانظر في عينيك: المخلوق الذي تتبادل النظرات معه هو أكثر أنواع الهجين تعقيدًا التي نشأت منذ زمن بعيد. في أواخر القرن التاسع عشر ، لاحظ عالم الطبيعة الإنجليزي الألماني أندرياس شيمبر أن البلاستيدات الخضراء ، وهي عضيات الخلية النباتية المسؤولة عن البناء الضوئي ، تتكاثر بشكل منفصل عن الخلية نفسها. سرعان ما كانت هناك فرضية مفادها أن البلاستيدات الخضراء هي خلايا متكافلة ، وخلايا من بكتيريا التمثيل الضوئي ، بمجرد ابتلاعها من قبل المضيف - وتركها للعيش هنا إلى الأبد.
بالطبع ، ليس لدينا البلاستيدات الخضراء ، وإلا يمكننا أن نأكل ضوء الشمس ، كما تقترح بعض الطوائف الدينية الزائفة. ومع ذلك ، في عشرينيات القرن الماضي ، تم توسيع فرضية التعايش الداخلي لتشمل الميتوكوندريا ، وهي العضيات التي تستهلك الأكسجين وتزود جميع خلايانا بالطاقة. حتى الآن ، اكتسبت هذه الفرضية مكانة نظرية كاملة ومثبتة مرارًا وتكرارًا - يكفي أن نقول إن الميتوكوندريا والبلاستيدات لها جينوم خاص بها ، وآليات تقسيم مستقلة عن الخلية إلى حد ما ، وأنظمة تخليق البروتين الخاصة بها.
في الطبيعة ، تم العثور أيضًا على متعايشين داخليين آخرين ليس لديهم مليارات السنين من التطور المشترك وراءهم وهم في مستوى أقل عمقًا من التكامل في الخلية. على سبيل المثال ، لا تمتلك بعض الأميبات ميتوكوندريا خاصة بها ، ولكن هناك بكتيريا متضمنة في الداخل وتؤدي دورها. هناك فرضيات حول أصل التكافل الداخلي للعضيات الأخرى - بما في ذلك الأسواط والأهداب ، وحتى نواة الخلية: وفقًا لبعض الباحثين ، كنا جميعًا ، حقيقيات النوى ، نتيجة اندماج غير مسبوق بين البكتيريا والعتائق. لم تجد هذه الإصدارات تأكيدًا صارمًا بعد ، لكن هناك أمرًا واحدًا واضحًا: بمجرد ظهورها ، بدأت الحياة في استيعاب الجيران والتفاعل معهم ، مما أدى إلى ولادة حياة جديدة.
5. غير علمي: الخلق
نشأ مفهوم الخلق ذاته في القرن التاسع عشر ، عندما بدأ يطلق على هذه الكلمة مؤيدو النسخ المختلفة لظهور العالم والحياة ، التي اقترحها مؤلفو التوراة والكتاب المقدس والكتب المقدسة الأخرى للأديان التوحيدية. ومع ذلك ، من حيث الجوهر ، لم يقدم الخلقيون أي شيء جديد مقارنة بهذه الكتب ، حاولوا مرارًا وتكرارًا دحض النتائج الصارمة والشاملة للعلم - لكن في الواقع ، فقدوا مرارًا وتكرارًا موقعًا تلو الآخر. لسوء الحظ ، يسهل فهم أفكار علماء الخلق الزائف الحديث: فهم نظريات العلم الحقيقي يتطلب الكثير من الجهد.
