نظریه هایی پبدایش حیات

 
 

 

تاريخچه حيات

 

15 میلیارد (15000 میلیون)    شكل گيري جهان  پس از بيگ بنگ

4.5    "                شكل گيري زمين

4            "            تشكيل سنگ ها تشكيل بخار

3.8        "           اقيانوس كم ژرف تركيبات كربن چرخه كاتاليزوري

3.5        "           نخستين سلول هاي باكتريايي تخمير فوتو سنتز- تبادل ژن

2.8        "           قاره ها

2.5         "          فوتوسنتز اكسيژن گسترش كامل باكتري ها

2.2          "         نخستين سلول هاي هسته دار

2.0          "         انباشت اكسيژن در جو

1.8          "         تنفس هوازي

1.5          "         تثبيت سطح و جو زمين

1.0          "         توليد مثل جنسي

800    میلیون سال   ميتوكندري كلرو پلاست

 700                    جانوران اوليه

600                     صدف ها و اسكلت ها

500                     گياهان اوليه- مهره داران

400                     ورود جانوران دوزيست و حشرات به خشكي

300                     دايناسورها قارچ ها

200                     پستانداران

150                     پرندگان

125                     گياهان گلدار

70                       انقراض دايناسورها

65                       نخستي هاي اوليه

35                       ميمون ها        

20                       ميمون هاي انسان نما

10                       انسان نما هاي بزرگ

4                 انسان نما هاي جنوبي راست قامت   (استرالوپيته كوس آفارنسيس )

2                 انسان  هومو هابيليس  و هومو اركتوس

1   ميليون سال قبل              اسكان هومو اركتوس  در آسيا

0.4   (400000 سال قبل)   اسكان هومو اركتوس  در اروپا آغاز تكامل  هومو ساپينز

0.25  (250000 سال)       اشكال باستاني هو موساپينز انقراض هومو اركتوس

0.125  (125000 سال)    هومو نئاندرتا ل نسيس

0.1   (100000  سال )      تكامل  هومو ساپينز در آفريقا و آسيا

0.04  ( 40000  سال )      تكامل  هومو ساپينز در اروپا  (كرومانيون)

0.035 (35000  سال قبل)  انقراض انسان هاي نئاندرتال ؛ بقاي هومو ساپينز به عنوان يگانه نژاد بشري

  اگر زمان پيدايش زمين  تاكنون را يكسال در نظر بگيريم  نوع هومو ساپينز در چهار دقيقه آخر سال ايجاد شده است . 

***

 در سال ۱۸۶۰ شيميدان برجسته فرانسوى لويى پاستور مبادرت به انجام آزمايشى با استفاده از لوله هايى با اشكال عجيب و غريب نمود كه نه تنها تصورات قرون وسطايى در مورد حيات را كنار زد بلكه علت حقيقى بيمارى ها را نيز آشكار ساخت. قرن ها تصور مى كردند كه حيات خود به خود از ماده مرده مثل گوشت در حال فساد به وجود مى آيد. پاستور اين تصور را خيالى بيش نمى دانست در عوض بر اين باور بود كه آنچه كه ما مى بينيم در واقع آثار ناشى از ميكروب هاى غيرقابل ديدن يا به اصطلاح ژرم در هواست.
او براى اثبات اين نظر خويش لوله هاى آزمايش را پر از شيره گوشت پخته و جوشيده شده كرد كه هريك تنها از طريق لوله اى به شكل
S با هواى بيرون رابطه داشت. برطبق نظريه ايجاد خود به خودى حيات اين اتفاق بايد پس از مدت  كوتاهى به شكلى معجزه آسا رخ دهد. ولى پس از ماه ها انتظار چنين اتفاقى رخ نداد. اين براى پاستور كاملاً معنى دار بود. جوشاندن موجب كشته شدن هر ژرمى كه در شيره گوشت وجود داشت شد و ژرم هاى جديد نيز به دليل دهانه هاى لوله  اى S مانند نتوانستند خود را به آنجا برسانند.
طرفداران ايجاد خود به خودى حيات كوشيدند با اين ادعا كه جوشاندن به هر صورت و به هر نحوى آن نيروى حياتى اسرارآميز موجب بروز حيات را از ميان برده موضوع را پاسخ دهند ليكن پاستور جلوتر از آنها بود. او بعضى از دهانه هاى شيشه اى
S شكل را شكست و منتظر ماند. بر طبق نظريه ايجاد خود به خودى حيات هيچ اتفاقى نبايد مى افتاد چون نيروى حيات مرده بود. ولى شيره گوشت به تدريج كدر شد چه ديگر مانعى بر سر راه ميكروب ها براى رسيدن به محتويات درون لوله هاى آزمايش نبود. پاستور ثابت كرد كه نيروى حيات در واقع افسانه اى بيش نيست. از سوى ديگر آزمايش وى مبين قدرت ميكروب هاى غيرقابل ديدن نيز بود. او بلافاصله از اين كشف خويش در عمل استفاده كرد و با اين كار صنعت ابريشم فرانسه با ابداع آزمونى براى يافتن كرم هاى ابريشم آلوده به اين ژرم ها سود بسيار برد.

زيست شناسان فرانك كريك و جيمز وات معمولاً به عنوان كسانى كه راز حيات در شكل DNA موجود در سلول هاى زنده را كشف كردند شناخته مى شوند ليكن سرنخ اساسى و مهمى كه آنها را متوجه اهميت DNA ساخت نتيجه آزمايشاتى بود كه اوسوالد آورى و همكارانش در دانشگاه راكفلر در نيويورك انجام داده  بودند. سال ها دانشمندان  DNA را به اين دليل كه بيش از اندازه براى توضيح تنوع خيره كننده جهان ساده است رد مى كردند و در عوض بر اين گمان بودند كه اين پروتئين ها هستند كه اطلاعات ژنتيكى را منتقل مى كنند. ليكن آورى و همكارانش نشان دادند كه همه در اشتباه بودند. در سال ۱۹۴۴ پس از سال ها آزمايشات توان فرسا بر روى باكترى ها نشان دادند كه انتقال DNA از يك ميكروب به ديگری موجب مى شود كه صفاتش نيز منتقل شود. خيلى ها با اين شواهد به شدت مخالفت كردند ولى كريك و واتسون بر آن شدند كه اين رشته حياتى را دنبال مى كنند كه حاصل آن جايزه نوبلى بود كه نصيب اين دو گرديد. جالب است كه بدانيم تنها نتيجه مخالفت منتقدين محروم شدن آورى از جايزه نوبل بود!

***

 با وجود اينكه در حال حاضر تنها زيست شناسى زمينى منشاء حياتى است كه ما مى شناسيم اما سئوال مهم ترى در اين خصوص وجود دارد و آن هم اين است كه منشاء حيات در منظومه شمسى چه بوده است؟


دانشمندان مدت ها است كه به جو تيتان (قمر مشتري) به مانند آزمايشگاهى براى بررسى و تحقيق در خصوص شيمى مولكول هاى پيچيده اى نگاه مى كنند كه مى توانند در خصوص نحوه شكل گيرى حيات برروى زمين و چگونگى ساخته شدن بلوك هاى پايه اى حيات، آنها را راهنمايى كند.

در بررسى ها وجود مولكول هاى هيدروكربن تشكيل شده از ۷ اتم كربن تاييد شده است و در كنار آن تركيبات هيدروكربنى محتوى كربن (نيتريل ها) نيز رصد شدند. جو تيتان عمدتاً از نيتروژن تشكيل شده است و پس از آن بيشترين تركيب آن را متان (به عنوان ساده ترين عضو خانواده هيدروكربن ها) تشكيل مى دهد. محققان گمان مى كنند كه نيتروژن و متان در مجاورت بمباران ذرات پرانرژى- كه از مغناطيس كره زحل به تيتان مى رسد- و نور خورشيد، بتوانند هيدروكربن هاى پيچيده تر را به وجود آورند.

 ابرهاى ميان ستاره اى، بلوك هاى آلى فراوانى را توليد مى كنند و يكى از مكان هايى كه مى توان آنها را به خوبى يافت در غبار و ذات غبار دنباله دارها است. شايد همين ذرات منشاء ذرات آلى و درنهايت شكل گيرى حيات بر روى زمين بوده باشند. اتمسفر سيارات (و اقمار آنها در سيارات گازى) درحالى مملو از نيتروژن و متان است كه در آن نشانه اى از اكسيژن يافت نمى شود و اين محيط فعال كه قابليت اكسيداسيون را نيز ندارد در اثر تابش هاى فرابنفش و تابش هاى ذرات پرانرژى حجم بالاترى از مولكول هاى آلى پيچيده تر را توليد مى كند و اين همان داستانى است كه زمانى (احتمالاً) برروى زمين نيز روى داده است.

دانشمندان ساليان سال در باره احتمال شكل گيري حيات از "سوپ شيميايي " كه بر اثر سرد شدن زمين و تشكيل اقيانوس ها شكل گرفت ، بحث و منازعه كرده اند. چندين فرضيه رقيب در باره آغاز ناگهاني رويداد هاي مشخص مطرح شده است جهش ناگهاني آذرخش ، يا حتي بذر پاشي زمين با ابر مولكولهايي از شهاب سنگ ها. ساير دانشمندان ادعا كرده اند كه احتمال بروز چنين رويدادهايي به غايت ناچيز است. اما پژوهش هاي جديد در باره سامانه هاي خود سازمان بخش ، بيانگر آن است كه نيازي به فرض كردن رويدادهاي ناگهاني وجود ندارد. همانطور كه مارگوليس اظهار مي كند ، "مواد شيميايي به طور تصادفي تركيب نمي شوند ، بلكه داراي روشي منظم و الگودار هستند."  محيط اوليه كره زمين براي تشكيل مولكول هاي  پيچيده اي مناسب بود كه برخي از آنها مبدل به كاتاليزورهايي براي انواع گوناگوني از واكنش هاي شيميايي گرديدند. به تدريج ، واكنش هاي كاتاليزوري  به هم پيوستند و شبكه هايي پيچيده از كاتاليزورها را پديد آوردند كه داراي حلقه هاي بسته- نخست حلقه و سپس ابر حلقه ها با گرايش شديد به خود سازماني و حتي خود همتا سازي بود. پس از رسيدن به اين مرحله ، راستاي تكامل پيش زيستي مشخص شد . حلقه هاي كاتاليزوري تبديل به ساختارهايي اتلافي شدند و با گذر از ناپايداري هايي متوالي (نقاط دو شاخه شدگي يا انشعاب ) ، سامانه هايي شيميايي را با غنا و تنوعي فزاينده ، توليد كردند.

سرانجام ، همين ساختارهاي اتلافي شروع به تشكيل غشا كردند ؛ شايد در گام اول از اسيد هاي چرب بي پروتئين مانند مايسل هايي كه به تازگي در آزمايشگاه توليد شده اند. به گمان مارگوليس ممكن است انواع گوناگوني از سامانه هاي شيميايي همتاساز با غشاي بسته پديد آمده اند ، مدتي تكامل يافته اند و سپس ، پيش از ظهور نخستين سلول ها ، دوباره ناپديد شده اند: "لابد ساختارهاي اتلافي بسياري با زنجير ه هايي بلند از واكنش هاي شيميايي مختلف تكامل يافته ، واكنش انجام داده و در برابر شكل گير مارپيچ دو گانه و با شكوه نياي نخستين ما و همتاسازي اش با هماندهي  fidelity بالا، در هم شكسته اند." در آن لحظه ، در حدود 3.5 ميليارد سال قبل ، نخستين سلول هاي باكتريايي پيش زيستي به دنيا آمدند و تكامل حيات آغاز شد.

(تار و پود حيات فريتيوف كاپرا )

***

خلق مصنوعی حیات  در زیست شناسی ترکیبی

 هیچ ضرورتی نداشت که حیات انتخاب خود را اصولا متوجه اسید کربنیک کند. مطلب اصلی برای حیات ذخیره کردن انرژی خوشیدی بود ، ولی به جای اینکه از خورشید بخواهد که مثلا اتمهای اکسیژن و کربن را از یکدیگر جدا کند ، می توانست ( لااقل در مقام نظر ، اگر اشکالات اجرائی را که شاید لاینحل باشند ندیده انگاریم ) عناصر شیمیائی دیگری به آن پیشنهاد کند ، که در اینصورت بایستی با وسایل فیزیکی کاملا متفاوتی جمع یا جدا می کرد. و اگر عنصر مشخص مواد نیروزای موجود زنده چیز دیگری غیر از کربن بود ، عنصر مشخص مواد  تشکیل دهنده نسوج زنده  محتملا چیز دیگری غیر از ازت می شد. و در نتیجه صور زنده با آنچه می شناسیم شباهتی نداشت ، کالبد شناسی آنها و وظائف لاعضا آنها دیگر  بود. تنها وظیفه حسی و محرک ، اگر نه در افزاروار گیش ، دست کم در آثارش ، محفوظ بود. لذا به نظر درست می نماید که حیات روی سیارات دیگر ، همچنین در منظومه شمسی دیگر ، در اشکالی گسترده باشد که به تصور ما نمی رسد ، در شرائط فیزیکی ای که از نقطه نظر وظائف لاعضاء ما مطلقا برای ما نفرت انگیز بنماید. اگر حیات بیش از هر چیز به ذخیره انرژی قابل استفاده برای صرف آن در عملیات انفجاری نظر داشته باشد ، احتمالا ، در هر منظومه شمسی و روی هر سیاره ، مناسب ترین وسایل به دست آوردن این نتیجه را در شرائطی که قرار دارد انتخاب خواهد کرد ، چنانچه روی زمین این کار را می کند.   ( هانری برگسن تحول خلاق )

  به اعتقاد محققان نخستین نشانه های حیات حدود 3 الی 4 میلیارد سال قبل ظاهر شد. اما تاکنون پاسخی برای اینکه حیات چیست و چگونه پدیدار شده است ، یافت نشده است.

هنوز روشن نشده که آیا اجزا اساسی این شکل از حیات یعنی غشاها ، پروتئینها ، زیست- شیمی متکی به کربن ، آیا برای ظهور حیات ضروری هستند. برای انجام هر نوع مقایسه لازم است نوع کاملا متفاوتی از حیات نیز در برابر ما حاضر باشد. این امر ممکن است طی چند سال آینده تحقق یابد.

پژوهشگران امیدوارند بتوانند در روی زمین ، صورتهای تازه ای از حیات را از ترکیب اجزا اولیه بوجود آورند.

در یکی از پروژه ها  در آزمایشگاه "لوس آلاموس" به جای استفاده از سلولهای پر آب محدود به غشاها ، از قطرات چربی به عنوان مبنای اولیه حیات استفاده می شود.

پروژه دیگری که به وسیله محققان ایتالیایی در دست اجرا است توجه خود را به گزینش مستمر جنبه های مشابه حیات یک مولکول شیمیایی معطوف داشته است. در این شیوه عملا به حیات اجازه داده می شود که دوباره صورت تازه ای از خود را خلق کند.

 بر اساس يك  رشته تحقيقات تازه، شرايط حاكم بر دوران اوليه زمين به گونه اى بود كه نخستين مصالح ابتدايى حيات ممكن است در اثر ضربات صاعقه به وجود آمده باشد. كارشناسان با انتشار مقاله ا ى در نشريه ساينس مى گويند كه گاز هيدروژن زمانى از عناصر اصلى تشكيل د هنده اتمسفر بود و جرقه اى آسمانى ممكن است باعث كنش و واكنش ميان هيدروژن و ساير عناصر جوى شده و به پيدايش سرمنشاء شيميايى حيات دامن زده باشد. اين تحقيقات احياگر ايده ا ى قديمى است كه مى   گويد كنش و واكنش در اتمسفر اوليه زمين ميان هيدروژن و ساير گازهاى ساده، كه در اثر حرارت صاعقه داغ مى شوند، به ايجاد مصالح سازنده مولكول  هاى زيستى منجر شد. آزمايش  ها نشان داده است كه امكان وقوع چنين واكنش هايى وجود دارد. اما دانشمندان از مدت ها قبل بر اين باور بودند كه هرچند هيدروژن هميشه در اتمسفر وجود داشته اما مقدار آن بسيار اندك بوده است. هيدروژن كه سبك ترين گاز است به راحتى از جو زمين فرار مى كند و وارد فضا مى شود. اما به گفته برايان تون (شيميدان) و همكارانش چند ميليارد سال قبل، شرايط كاملاً متفاوتى بر زمين حاكم بود به طورى كه هيدروژن پس از فرار از آتشفشان ها در جو زمين به تله مى افتاد و تا يك سوم آن را تشكيل مى داد. اگر چنين باشد امكان پيدايش سالانه هزاران ميليون تن مولكول زيستى ساده در اثر جرقه هاى آسمانى وجود داشته است. با كنش و واكنش اين مولكول ها با يكديگر و پيدايش مولكول هاى پيچيده تر، برخى جنبه هاى حيات به تدريج آغازيدن گرفت.  BBC

 

دانشمندان  رشته د. ان. آ يک ويروس را تنها ظرف دو هفته خلق کرده اند و می گويند با اين روش می توان اشکال تازه ای از حيات خلق کرد. آنها رشته های کوچک د. ان. آ را برداشته و به هم پيوند زده اند تا ژنوم کامل يک ويروس خلق شود؛ ويروسی کاملاً بی خطر که برای دانشمندان شناخته شده است.

سال گذشته نیز گروه ديگری از دانشمندان يک ويروس فلج اطفال خلق کردند اما محققان می گويند روش تازه چنان سريع و دقيق است که می توان از آن برای خلق ژنوم باکتريها که بسيار پيچيده تر از ويروسها هستند استفاده کرد.

آنان کاربردهای مختلفی برای اين اندام مصنوعی از جمله توليد انرژی و پاکسازی محيط زيست از آلاينده ها پيش بينی می کند.با اين حال، نگرانی داير بر احتمال استفاده از اين فن آوری برای خلق موجودات زنده خطرناک و جنگ افزار ميکروبی وجود دارد. (بی بی سی علمی)

 

 سردبير نشريه نيچر هشدار داده است پيشرفت هايى كه در حوزه زيست شناسى تركيبى به وقوع پيوسته، امكان ايجاد اشكال و انواع تازه و به كلى بديع حيات را به شيوه هاى مصنوعى، در آزمايشگاه و بدون بهره گيرى از اشكال كنونى حيات فراهم آورده است. حوزه زيست شناسى تركيبى يا سنتتيك (synthetic biology) كه از آن با عنوان حيات مصنوعى (artificial life) نيز ياد مى شود در اثر پيشرفت هايى كه در قلمروهايى نظير ژنتيك و زيست شناسى مولكولى به دست آمده، رشد چشمگيرى يافته و توانمندى هاى زيادى پيدا كرده است.

 متخصصان زيست شناسى تركيبى اكنون مى توانند با تركيب مواد مختلف سلول هايى را به طور مصنوعى خلق كنند، با دستكارى در ساختار باكترى ها آنها را به توليد پروتئين هايى وادار سازند كه در طبيعت نمونه اى براى آنها يافت نمى شود، انواع ويروس ها را به صورت مصنوعى در آزمايشگاه به وجود آورند و به زودى توانايى خلق باكترى ها را نيز پيدا مى كنند.

سردبير نيچر هشدار مى دهد كه در شرايط كنونى هر لحظه امكان دارد گروهى از محققان اعلام كنند توانسته اند از ماده بيجان، سلول هاى جاندار خلق كنند. از نظر او تواناييهاى بالقوه رشته جديد و خطراتى كه ميتواند از ناحيه آن متوجه جوامع شود چنان زياد است كه دستيابى به توافق ميان محققان و جلب اعتماد افكار عمومى را بيش از پيش ضرورى مى سازد و اين امرى است كه مى بايد تا زمان از دست نرفته نسبت به انجام آن اقدام گردد.

 

 


 
گروه اینترنتی قلب من