الحياة في الأرض
يعد أصل الحياة على الأرض من أصعب الأسئلة الموضعية والمثيرة للاهتمام في نفس الوقت في العلوم الطبيعية الحديثة.
تشكلت الأرض على الأرجح منذ 4.5-5 مليار سنة من سحابة عملاقة من الغبار الكوني. يتم ضغط جزيئاتها في كرة ساخنة. تم إطلاق بخار الماء منه إلى الغلاف الجوي ، وتساقط الماء من الغلاف الجوي على الأرض الباردة ببطء على مدى ملايين السنين في شكل مطر. في تجاويف سطح الأرض ، تشكل المحيط ما قبل التاريخ. في ذلك ، منذ حوالي 3.8 مليار سنة ، ولدت الحياة الأصلية.
أصل الحياة على الأرض
كيف نشأ الكوكب نفسه وكيف ظهرت البحار عليه؟ هناك نظرية واحدة مقبولة على نطاق واسع حول هذا الموضوع. وفقًا لذلك ، تكونت الأرض من سحب من الغبار الكوني ، تحتوي على جميع العناصر الكيميائية المعروفة في الطبيعة ، والتي تم ضغطها على شكل كرة. هرب بخار الماء الساخن من سطح هذه الكرة الحمراء الساخنة ، ولفها بغطاء سحابي مستمر. برد بخار الماء في السحب ببطء وتحول إلى ماء ، والذي سقط على شكل أمطار غزيرة مستمرة على الأرض التي لا تزال ساخنة ، محترقة أرض. على سطحه ، تحول مرة أخرى إلى بخار ماء وعاد إلى الغلاف الجوي. على مدى ملايين السنين ، فقدت الأرض تدريجيًا الكثير من الحرارة لدرجة أن سطحها السائل بدأ في التصلب أثناء تبريده. هكذا تكونت القشرة الأرضية.
مرت ملايين السنين ، وانخفضت درجة حرارة سطح الأرض أكثر من ذلك. توقفت مياه العواصف عن التبخر وبدأت تتدفق إلى برك ضخمة. هكذا بدأ تأثير الماء على سطح الأرض. وبعد ذلك ، بسبب انخفاض درجة الحرارة ، كان هناك فيضان حقيقي. الماء ، الذي كان قد تبخر في السابق في الغلاف الجوي وتحول إلى الجزء المكون له ، اندفع باستمرار إلى الأرض ، وسقطت زخات قوية من السحب مع الرعد والبرق.
شيئًا فشيئًا ، في أعمق المنخفضات على سطح الأرض ، تراكمت المياه ، ولم يعد لديها وقت لتبخر تمامًا. كان هناك الكثير منه بحيث تشكل تدريجيًا محيط ما قبل التاريخ على هذا الكوكب. قطع البرق السماء. لكن لم يره أحد. لم تكن هناك حياة على الأرض بعد. بدأ هطول الأمطار المستمر في غسل الجبال. تدفقت المياه منها في مجاري صاخبة وأنهار عاصفة. على مدى ملايين السنين ، تسببت تدفقات المياه في تآكل سطح الأرض بعمق وظهرت في بعض الأماكن الوديان. انخفض محتوى الماء في الغلاف الجوي ، وتراكم أكثر فأكثر على سطح الكوكب.
أصبح الغطاء السحابي المستمر أرق ، حتى لامس شعاع الشمس الأرض ذات يوم. انتهى المطر المستمر. كانت معظم الأرض مغطاة بالمحيط الذي يعود إلى عصور ما قبل التاريخ. جرف الماء من طبقاته العليا كمية هائلة من المعادن والأملاح الذائبة التي سقطت في البحر. تبخر الماء منه باستمرار ، مكونًا غيومًا ، واستقرت الأملاح ، ومع مرور الوقت كان هناك تملح تدريجي لمياه البحر. على ما يبدو ، في ظل بعض الظروف التي كانت موجودة في العصور القديمة ، تشكلت مواد نشأت منها أشكال بلورية خاصة. لقد نمت ، مثل كل البلورات ، وأدت إلى ظهور بلورات جديدة ، والتي تعلق المزيد والمزيد من المواد الجديدة بأنفسها.
خدم ضوء الشمس وربما التصريفات الكهربائية القوية جدًا كمصدر للطاقة في هذه العملية. ربما ولد سكان الأرض الأوائل من هذه العناصر - بدائيات النوى ، الكائنات الحية بدون نواة مشكلة ، على غرار البكتيريا الحديثة. لقد كانوا لاهوائيين ، أي أنهم لم يستخدموا الأكسجين الحر للتنفس ، والذي لم يكن موجودًا بعد في الغلاف الجوي في ذلك الوقت. كان مصدر الغذاء بالنسبة لهم هو المركبات العضوية التي نشأت على الأرض التي لا تزال بلا حياة نتيجة التعرض للأشعة فوق البنفسجية من الشمس ، وتصريفات البرق والحرارة المتولدة أثناء الانفجارات البركانية.
ثم وجدت الحياة في طبقة رقيقة من البكتيريا في قاع الخزانات وفي الأماكن الرطبة. هذا العصر من تطور الحياة يسمى Archean. من البكتيريا ، وربما بطريقة مستقلة تمامًا ، نشأت أيضًا كائنات دقيقة وحيدة الخلية - أقدم البروتوزوا.
كيف بدت الأرض البدائية؟
تقدم سريعًا إلى ما قبل 4 مليارات سنة. لا يحتوي الغلاف الجوي على أكسجين حر ، فهو موجود فقط في تكوين الأكاسيد. لا توجد أصوات تقريبًا ، باستثناء صافرة الرياح ، وهسهسة المياه التي تندلع مع الحمم البركانية وتأثير النيازك على سطح الأرض. لا نباتات ولا حيوانات ولا بكتيريا. ربما هذا ما بدت عليه الأرض عندما ظهرت عليها الحياة؟ على الرغم من أن هذه المشكلة كانت مصدر قلق للعديد من الباحثين لفترة طويلة ، إلا أن آرائهم حول هذا الموضوع تختلف اختلافًا كبيرًا. يمكن إثبات الظروف على الأرض في ذلك الوقت بالصخور ، لكنها دمرت منذ فترة طويلة نتيجة للعمليات الجيولوجية وحركات قشرة الأرض.
نظريات حول أصل الحياة على الأرض
في هذا المقال سنتحدث بإيجاز عن عدة فرضيات لأصل الحياة تعكس الأفكار العلمية الحديثة. وفقًا لستانلي ميلر ، المتخصص المشهور في مجال أصل الحياة ، يمكن للمرء أن يتحدث عن أصل الحياة وبداية تطورها منذ اللحظة التي تنظم فيها الجزيئات العضوية ذاتيًا في هياكل يمكن أن تتكاثر. لكن هذا يثير أسئلة أخرى: كيف نشأت هذه الجزيئات؟ لماذا يمكنهم التكاثر والتجمع في تلك الهياكل التي أدت إلى ظهور الكائنات الحية ؛ ما هي شروط ذلك؟
هناك عدة نظريات حول أصل الحياة على الأرض. على سبيل المثال ، تقول إحدى الفرضيات القديمة أنه تم إحضارها إلى الأرض من الفضاء ، ولكن لا يوجد دليل قاطع على ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الحياة التي نعرفها تكيفت بشكل مدهش لتوجد على وجه التحديد في الظروف الأرضية ، وبالتالي ، إذا نشأت خارج الأرض ، فعندئذٍ على كوكب من النوع الأرضي. يعتقد معظم العلماء المعاصرين أن الحياة نشأت على الأرض ، في بحارها.
نظرية التولد الحيوي
في تطوير التعاليم حول أصل الحياة ، تحتل نظرية التكوين الحيوي مكانًا مهمًا - أصل الأحياء من الأحياء فقط. لكن الكثيرين يرون أنه لا يمكن الدفاع عنه ، لأنه يعارض بشكل أساسي الأحياء على الجماد ويؤكد فكرة أبدية الحياة التي يرفضها العلم. التولد الذاتي - فكرة أصل الكائنات الحية من الكائنات غير الحية - هي الفرضية الأولية للنظرية الحديثة لأصل الحياة. في عام 1924 ، اقترح عالم الكيمياء الحيوية الشهير A.I. Oparin أنه مع التصريفات الكهربائية القوية في الغلاف الجوي للأرض ، والتي كانت تتكون قبل 4-4.5 مليار سنة من الأمونيا والميثان وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء ، يمكن أن تنشأ أبسط المركبات العضوية ، وهي ضرورية لأصل الحياة. تحققت تنبؤات الأكاديمي أوبارين. في عام 1955 ، قام الباحث الأمريكي S. Miller بتمرير الشحنات الكهربائية عبر خليط من الغازات والأبخرة ، وحصل على أبسط الأحماض الدهنية ، واليوريا ، وأحماض الخليك والفورميك ، والعديد من الأحماض الأمينية. وهكذا ، في منتصف القرن العشرين ، تم إجراء التوليف غير الحيوي للمواد الشبيهة بالبروتين والمواد العضوية الأخرى تجريبيًا في ظل ظروف تستنسخ ظروف الأرض البدائية.
نظرية بانسبيرميا
نظرية البانسبيرميا هي إمكانية نقل المركبات العضوية ، أبواغ الكائنات الحية الدقيقة من جسم كوني إلى آخر. لكنه لا يعطي إجابة على الإطلاق للسؤال ، كيف نشأت الحياة في الكون؟ هناك حاجة لتبرير ظهور الحياة في تلك المرحلة من الكون ، والتي يقتصر عمرها ، وفقًا لنظرية الانفجار العظيم ، على 12-14 مليار سنة. حتى ذلك الوقت ، لم يكن هناك حتى جسيمات أولية. وإذا لم تكن هناك نوى وإلكترونات ، فلا توجد مواد كيميائية. ثم ، في غضون بضع دقائق ، ظهرت البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ودخلت المادة في مسار التطور.
تستند هذه النظرية إلى المشاهدات المتعددة للأجسام الغريبة ، والمنحوتات الصخرية لأشياء تشبه الصواريخ و "رواد الفضاء" ، وتقارير عن مواجهات مزعومة مع كائنات فضائية. عند دراسة مواد النيازك والمذنبات ، تم العثور على العديد من "سلائف الحياة" - مواد مثل السيانوجين وحمض الهيدروسيانيك والمركبات العضوية ، والتي ربما لعبت دور "البذور" التي سقطت على الأرض العارية.
كان مؤيدو هذه الفرضية الحائزين على جائزة نوبل F. Crick ، L. Orgel. F. Crick على أساس اثنين من الأدلة غير المباشرة: عالمية الشفرة الجينية: الحاجة إلى التمثيل الغذائي الطبيعي لجميع الكائنات الحية من الموليبدينوم ، والذي أصبح الآن نادرًا للغاية على هذا الكوكب.
أصل الحياة على الأرض مستحيل بدون النيازك والمذنبات
طرح باحث من جامعة تكساس للتكنولوجيا ، بعد تحليل الكم الهائل من المعلومات التي تم جمعها ، نظرية حول كيفية تشكيل الحياة على الأرض. العالم على يقين من أن ظهور الأشكال المبكرة لأبسط أشكال الحياة على كوكبنا كان من الممكن أن يكون مستحيلًا لولا مشاركة المذنبات والنيازك التي سقطت عليها. شارك الباحث عمله في الاجتماع السنوي 125 للجمعية الجيولوجية الأمريكية ، الذي عقد في 31 أكتوبر في دنفر ، كولورادو.
قال مؤلف العمل ، أستاذ علوم الأرض بجامعة تكساس للتكنولوجيا (TTU) وأمين متحف علم الأحافير في الجامعة ، سانكار شاترجي ، إنه توصل إلى هذا الاستنتاج بعد تحليل المعلومات حول التاريخ الجيولوجي المبكر لكوكبنا ومقارنتها. بيانات مع نظريات مختلفة من التطور الكيميائي.
يعتقد الخبير أن هذا النهج يسمح لنا بشرح واحدة من أكثر الفترات الخفية وغير المفهومة تمامًا في تاريخ كوكبنا. وفقًا للعديد من الجيولوجيين ، حدث الجزء الأكبر من "قصف" الفضاء الذي اشتمل على المذنبات والنيازك في وقت كان قبل حوالي 4 مليارات سنة. يعتقد شاترجي أن الحياة المبكرة على الأرض تشكلت في الحفر التي خلفتها آثار النيازك والمذنبات. وعلى الأرجح حدث هذا خلال فترة "القصف الثقيل المتأخر" (منذ 3.8-4.1 مليار سنة) ، عندما زاد اصطدام أجسام فضائية صغيرة بكوكبنا بشكل كبير. في ذلك الوقت ، كانت هناك عدة آلاف من حالات سقوط المذنبات دفعة واحدة. ومن المثير للاهتمام أن هذه النظرية مدعومة بشكل غير مباشر من قبل نموذج نيس. وفقًا لذلك ، فإن العدد الحقيقي للمذنبات والنيازك التي كان من المفترض أن تسقط على الأرض في ذلك الوقت يتوافق مع العدد الحقيقي للحفر على سطح القمر ، والذي كان بدوره نوعًا من الدرع لكوكبنا ولم يسمح بالقصف اللامتناهي لتدميره.
يقترح بعض العلماء أن نتيجة هذا القصف هي استعمار الحياة في محيطات الأرض. في الوقت نفسه ، تشير العديد من الدراسات حول هذا الموضوع إلى أن كوكبنا يحتوي على احتياطيات مائية أكثر مما ينبغي. ويعزى هذا الفائض إلى المذنبات التي طارت إلينا من سحابة أورت ، والتي يفترض أنها تبعد عنا بسنة ضوئية.
ويشير شاترجي إلى أن الفوهات التي شكلتها هذه الاصطدامات كانت مملوءة بالمياه الذائبة من المذنبات نفسها ، فضلاً عن اللبنات الكيميائية اللازمة لبناء أبسط الكائنات الحية. في الوقت نفسه ، يعتقد العالم أن تلك الأماكن التي لم تظهر فيها الحياة حتى بعد مثل هذا القصف تبين أنها ببساطة غير مناسبة لذلك.
"عندما تشكلت الأرض قبل حوالي 4.5 مليار سنة ، كانت غير مناسبة تمامًا لظهور الكائنات الحية عليها. لقد كان مرجلًا حقيقيًا من البراكين والغازات السامة الساخنة والنيازك التي تتساقط عليها باستمرار "، كما كتبت المجلة الإلكترونية AstroBiology ، في إشارة إلى العالم.
"وبعد مليار سنة ، أصبح كوكبًا هادئًا وهادئًا ، غنيًا باحتياطيات هائلة من المياه ، يسكنه العديد من ممثلي الحياة الميكروبية - أسلاف جميع الكائنات الحية."
يمكن أن تكون الحياة على الأرض قد نشأت من الطين
توصلت مجموعة من العلماء بقيادة دان لو من جامعة كورنيل إلى فرضية أن الطين العادي يمكن أن يعمل كمركز لأقدم الجزيئات الحيوية.
في البداية ، لم يكن الباحثون مهتمين بمشكلة أصل الحياة - كانوا يبحثون عن طريقة لزيادة كفاءة أنظمة تخليق البروتين الخالية من الخلايا. بدلاً من ترك الحمض النووي والبروتينات الداعمة له تطفو بحرية في خليط التفاعل ، حاول العلماء إجبارهم على تكوين جزيئات هيدروجيل. هذا الهيدروجيل ، مثل الإسفنج ، يمتص خليط التفاعل ، ويمتص الجزيئات اللازمة ، ونتيجة لذلك ، تم قفل جميع المكونات الضرورية في حجم صغير - تمامًا كما يحدث في الخلية.
ثم حاول مؤلفو الدراسة استخدام الطين كبديل غير مكلف للهيدروجيل. تبين أن جزيئات الطين تشبه جزيئات الهيدروجيل ، لتصبح نوعًا من المفاعلات الدقيقة لتفاعل الجزيئات الحيوية.
بعد تلقي هذه النتائج ، لم يستطع العلماء إلا أن يتذكروا مشكلة أصل الحياة. يمكن لجزيئات الطين ، بقدرتها على امتصاص الجزيئات الحيوية ، أن تعمل كأول مفاعلات حيوية للجزيئات الحيوية الأولى قبل أن يكون لها أغشية. تدعم هذه الفرضية أيضًا حقيقة أن رشح السيليكات والمعادن الأخرى من الصخور مع تكوين الطين ، وفقًا للتقديرات الجيولوجية ، قبل ذلك بقليل ، وفقًا لعلماء الأحياء ، بدأت أقدم الجزيئات الحيوية في الاندماج في الخلايا الأولية.
في الماء ، أو بالأحرى في المحلول ، يمكن أن يحدث القليل ، لأن العمليات في المحلول فوضوية تمامًا ، وجميع المركبات غير مستقرة للغاية. يعتبر الطين بواسطة العلم الحديث - بتعبير أدق ، سطح جزيئات معادن الطين - بمثابة مصفوفة يمكن أن تتكون عليها البوليمرات الأولية. لكن هذه أيضًا ليست سوى واحدة من العديد من الفرضيات ، لكل منها نقاط قوتها وضعفها. ولكن من أجل محاكاة أصل الحياة على نطاق واسع ، يجب أن يكون المرء حقًا هو الله. على الرغم من وجود مقالات في الغرب اليوم تحمل عناوين "بناء الخلية" أو "نمذجة الخلية". على سبيل المثال ، يحاول جيمس زوستاك ، أحد آخر الحائزين على جائزة نوبل ، الآن بنشاط إنشاء نماذج خلوية فعالة تتكاثر من تلقاء نفسها ، وتعيد إنتاج نوعها.
