فاليري سبيريدونوف، المرشح الأول لعملية زراعة الرأس، لـ ريا نوفوستي
لسنوات عديدة، تحاول البشرية كشف السبب الحقيقي وتاريخ ظهور الحياة على كوكبنا. منذ ما يزيد قليلا عن مائة عام، في جميع البلدان تقريبا، لم يفكر الناس حتى في التشكيك في نظرية التدخل الإلهي وخلق العالم من قبل كائن روحي أعلى.
تغير الوضع بعد نشر أعظم أعمال تشارلز داروين في نوفمبر 1859، والآن هناك الكثير من الجدل حول هذا الموضوع. ويصل عدد مؤيدي نظرية التطور لداروين في أوروبا وآسيا إلى أكثر من 60-70%، ونحو 20% في الولايات المتحدة الأمريكية ونحو 19% في روسيا بنهاية العقد الماضي.
في العديد من البلدان اليوم هناك دعوات لاستبعاد عمل داروين من المنهج المدرسيأو على الأقل دراستها مع الآخرين النظريات المحتملة. إذا لم نتحدث عن النسخة الدينية، التي يميل إليها معظم سكان العالم، فهناك اليوم العديد من النظريات الأساسية حول أصل الحياة وتطورها، والتي تصف تطورها في مراحل مختلفة.
التبذر الشامل
إن أنصار فكرة البانسبرميا مقتنعون بأن الكائنات الحية الدقيقة الأولى تم إحضارها إلى الأرض من الفضاء. وهذا كان رأي الموسوعي الألماني الشهير هيرمان هيلمهولتز، والفيزيائي الإنجليزي كلفن، والعالم الروسي فلاديمير فيرنادسكي، والكيميائي السويدي سفانتي أرهينيوس، الذي يعتبر اليوم مؤسس هذه النظرية.
لقد تم التأكيد علميًا على أن النيازك القادمة من المريخ والكواكب الأخرى، وربما من المذنبات التي يمكن أن تأتي من أنظمة النجوم الغريبة، قد تم اكتشافها بشكل متكرر على الأرض. لا أحد يشك في هذا اليوم، لكن ليس من الواضح بعد كيف يمكن أن تنشأ الحياة في عوالم أخرى. في جوهر الأمر، يقوم المدافعون عن البانسبيرميا بتحويل "المسؤولية" عما يحدث للحضارات الفضائية.
نظرية الحساء البدائي
تم تسهيل ولادة هذه الفرضية من خلال تجارب هارولد أوري وستانلي ميلر التي أجريت في الخمسينيات. لقد كانوا قادرين على إعادة خلق نفس الظروف تقريبًا التي كانت موجودة على سطح كوكبنا قبل نشوء الحياة. من خلال خليط من الهيدروجين الجزيئي، أول أكسيد الكربونويتم تمرير الميثان من خلال تفريغات كهربائية صغيرة والأشعة فوق البنفسجية.
ونتيجة لذلك، تحول الميثان والجزيئات البدائية الأخرى إلى مواد عضوية معقدة، بما في ذلك العشرات من الأحماض الأمينية والسكر والدهون، وحتى بدايات الأحماض النووية.
في الآونة الأخيرة نسبيًا، في مارس 2015، أظهر العلماء في جامعة كامبريدج، بقيادة جون ساذرلاند، أن جميع أنواع "جزيئات الحياة"، بما في ذلك الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات والدهون والكربوهيدرات، يمكن الحصول عليها من خلال تفاعلات مماثلة، والتي تتضمن الكربون غير العضوي البسيط. المركبات وكبريتيد الهيدروجين والأملاح المعدنية والفوسفات.
الطين نفسا من الحياة
إحدى المشاكل الرئيسية في النسخة السابقة من تطور الحياة هي أن العديد من الجزيئات العضوية، بما في ذلك السكريات والحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA)، هشة للغاية بحيث لا يمكنها أن تتراكم بكميات كافية في مياه المحيط البدائي للأرض، حيث كان يعتقد سابقًا أن معظمها أنصار التطور، ظهرت الكائنات الحية الأولى.
يعتقد الكيميائي البريطاني ألكسندر كيرنز سميث أن الحياة هي من "الطين" وليس من أصل مائي - وهي البيئة المثالية لتراكم وتعقيد المواد المعقدة. جزيئات عضويةتوجد داخل المسام والبلورات في معادن الطين، وليس في "البركة البدائية" لداروين أو محيط نظريات ميلر-يوري.
في الواقع، بدأ التطور على مستوى البلورات، وعندها فقط، عندما أصبحت المركبات معقدة ومستقرة بما فيه الكفاية، انطلقت الكائنات الحية الأولى في "رحلة مفتوحة" إلى المحيط الأساسي للأرض.
الحياة في قاع المحيط
وتتنافس مع هذه الفكرة الفكرة الشائعة اليوم بأن الحياة لم تنشأ على سطح المحيط، بل في أعمق مناطق قاعه، بالقرب من "المدخنين السود"، والينابيع الساخنة تحت الماء، وغيرها من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية.
انبعاثاتها غنية بالهيدروجين والمواد الأخرى، والتي، وفقا للعلماء، يمكن أن تتراكم على المنحدرات الصخرية وتوفر للحياة الأولى جميع الموارد الغذائية اللازمة ومحفزات التفاعل.
ويمكن التعرف على الدليل على ذلك في النظم البيئية الحديثة الموجودة بالقرب من مصادر مماثلة في قاع جميع محيطات الأرض - فهي لا تشمل الميكروبات فحسب، بل حتى الكائنات الحية متعددة الخلايا.
الكون الحمض النووي الريبي
تقوم نظرية المادية الجدلية على الوحدة المتزامنة والصراع الذي لا نهاية له بين مبدأين. إنه على وشكحول معلومات الوراثة والتغيرات البيوكيميائية الهيكلية. لقد مرت نسخة أصل الحياة التي يلعب فيها الحمض النووي الريبي (RNA) دورًا رئيسيًا لمسافات طويلةالتحسينات منذ طرحه في الستينيات حتى أواخر الثمانينيات، عندما اكتسب ميزاته الحديثة.
من ناحية، فإن جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) ليست فعالة في تخزين المعلومات مثل الحمض النووي (DNA)، ولكنها قادرة على تسريع عملية تخزين المعلومات في نفس الوقت. التفاعلات الكيميائيةوجمع النسخ الخاصة بك. يجب أن يكون مفهوما أن العلماء لم يتمكنوا بعد من إظهار كيفية عمل سلسلة تطور حياة الحمض النووي الريبي (RNA) بأكملها، وبالتالي لم تتلق هذه النظرية قبولًا عالميًا بعد.
الخلايا الأولية
سؤال آخر مهم في تطور الحياة هو الغموض الذي يكتنف كيفية "عزل" جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) أو الحمض النووي (DNA) والبروتينات عن بعضها البعض. العالم الخارجيوتحولت إلى الخلايا المعزولة الأولى، التي تكون محتوياتها محمية بغشاء مرن أو قشرة صلبة شبه منفذة.
وكان الرائد في هذا المجال هو الكيميائي السوفييتي الشهير ألكسندر أوبارين، الذي أظهر أن قطرات الماء المحاطة بطبقة مزدوجة من جزيئات الدهون يمكن أن يكون لها خصائص مماثلة.
وقد تم إحياء أفكاره من قبل علماء الأحياء الكنديين تحت قيادة جاك زوستاك، الحائز على جائزة نوبل لعام 2009 في علم وظائف الأعضاء أو الطب. وتمكن فريقه من "حزم" مجموعة بسيطة من جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) القادرة على التكاثر الذاتي في غشاء من جزيئات الدهون عن طريق إضافة أيونات المغنيسيوم وحمض الستريك داخل "الخلية الأولية" الأولى.
التعايش الداخلي
لغز آخر لتطور الحياة هو كيف نشأت الكائنات متعددة الخلايا ولماذا تحتوي خلايا البشر والحيوانات والنباتات على أجسام خاصة، مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء، التي لها بنية معقدة بشكل غير عادي.
كان عالم النبات الألماني أندرياس شيمبر أول من فكر في هذه المشكلة، فاقترح أن البلاستيدات الخضراء في الماضي كانت كائنات حية مستقلة تشبه البكتيريا الزرقاء، التي "أصبحت صديقة" لخلايا أسلاف النباتات وبدأت تعيش داخلها.
تم تطوير هذه الفكرة لاحقًا من قبل عالم النبات الروسي كونستانتين ميريزكوفسكي وعالمة التطور الأمريكية لين مارغوليس، اللذين أظهرا أن الميتوكوندريا وربما جميع العضيات المعقدة الأخرى في خلايانا لها أصل مماثل.
كما هو الحال مع نظريات "عالم الحمض النووي الريبوزي" وتطور الحياة "الطينية"، جذبت فكرة التعايش الداخلي الكثير من الانتقادات في البداية من معظم العلماء، لكن اليوم جميع أنصار التطور تقريبًا لا يشككون في صحتها.
من هو على حق ومن هو على خطأ؟
لقد تم العثور على الكثير لصالح الفرضيات الداروينية. الأعمال العلميةوالأبحاث المتخصصة، خاصة في مجال “الأشكال الانتقالية”. لم يكن لدى داروين العدد المطلوب من القطع الأثرية لدعم أعماله العلمية، لأنه كان في الغالب يسترشد بالتخمينات الشخصية.
على سبيل المثال، في السنوات العشر الأخيرة وحدها، اكتشف العلماء بقايا العديد من "الحلقات المفقودة" المماثلة للتطور، مثل التيكتاليك والهندوهيوس، والتي تسمح لنا برسم خط بين الحيوانات البرية والأسماك، والحيتان وأفراس النهر.
من ناحية أخرى، غالبا ما يجادل المتشككون بأن هذه الأنواع الحيوانية ليست أشكالا انتقالية حقيقية، مما يؤدي إلى نزاعات لا نهاية لها مستمرة بين مؤيدي الداروينية ومعارضيهم.
ومن ناحية أخرى، فإن التجارب على الإشريكية القولونية العادية وعلى العديد من الكائنات متعددة الخلايا تظهر بوضوح أن التطور حقيقي، وأن الحيوانات يمكنها التكيف بسرعة مع الظروف المعيشية الجديدة، واكتساب سمات جديدة لم يكن لدى أسلافها قبل 100-200 جيل.
ومع ذلك، فمن الجدير أن نتذكر أن جزءا كبيرا مجتمع حديثلا يزال يميل إلى الاعتقاد بوجود ذكاء إلهي أعلى أو حضارات خارج كوكب الأرضالذي أسس الحياة على الأرض. حتى الآن، لا توجد نظرية واحدة صحيحة، ولم تجب البشرية بعد على هذا السؤال في المستقبل.
كيف نشأت الحياة على الأرض؟ التفاصيل غير معروفة للبشرية، لكن المبادئ الأساسية قد تم وضعها. هناك نظريتان رئيسيتان والعديد من النظريات الثانوية. لذلك، وفقا للإصدار الرئيسي، جاءت المكونات العضوية إلى الأرض من الفضاء، من ناحية أخرى - كل شيء حدث على الأرض. وهنا بعض من التعاليم الأكثر شعبية.
التبذر الشامل
كيف ظهرت أرضنا؟ سيرة الكوكب فريدة من نوعها، ويحاول الناس كشفها بطرق مختلفة. هناك فرضية مفادها أن الحياة الموجودة في الكون تنتشر عبر النيازك (الأجرام السماوية المتوسطة الحجم بين الغبار بين الكواكب والكويكب)، والكويكبات، والكواكب. من المفترض أن هناك أشكال حياة يمكنها تحمل التعرض (الإشعاع، الفراغ، درجات الحرارة المنخفضةوإلخ.). يطلق عليهم اسم الكائنات المتطرفة (بما في ذلك البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة).
ويسقطون في الحطام والغبار الذي يلقى في الفضاء بعد أن يحافظ على الحياة بعد موت الأجسام الصغيرة النظام الشمسي. يمكن للبكتيريا أن تنتقل في حالة سبات لفترات طويلة من الزمن قبل أن تلتقي بالصدفة مع كواكب أخرى.
وقد تختلط أيضًا مع أقراص الكواكب الأولية (سحابة كثيفة من الغاز حول كوكب شاب). إذا وجد "الجنود الصامدون ولكن النائمون" أنفسهم في مكان جديد في ظروف مواتية، فإنهم يصبحون نشطين. تبدأ عملية التطور. تم كشف القصة بمساعدة المجسات. تشير البيانات المأخوذة من الأدوات الموجودة داخل المذنبات إلى أنه في الغالبية العظمى من الحالات، يتم تأكيد الاحتمال بأننا جميعًا "كائنات فضائية صغيرة"، لأن مهد الحياة هو الفضاء.
الحيوية
هنا رأي آخر حول كيف بدأت الحياة. هناك أشياء حية وغير حية على الأرض. ترحب بعض العلوم بالتولد التلقائي (التكوين الحيوي)، وهو ما يفسر كيفية حدوث ذلك أثناء التحول الطبيعي الحياة البيولوجيةنشأت من مادة غير عضوية. يمكن أن تتشكل معظم الأحماض الأمينية (وتسمى أيضًا اللبنات الأساسية لجميع الكائنات الحية) باستخدام تفاعلات كيميائية طبيعية لا علاقة لها بالحياة.
وهذا ما تؤكده تجربة مولر-يوري. في عام 1953 قام أحد العلماء بتمرير الكهرباء عبر خليط من الغازات وحصل على عدة أحماض أمينية في ظروف مختبرية تحاكي الظروف الأرض المبكرة. في جميع الكائنات الحية، تتحول الأحماض الأمينية إلى بروتينات تحت تأثير حافظات الذاكرة الجينية، وهي الأحماض النووية.
ويتم تصنيع هذه الأخيرة بشكل مستقل كيميائيًا حيويًا، وتسرع البروتينات (تحفز) العملية. أي الجزيء العضوي هو الأول؟ وكيف تفاعلوا؟ التولد التلقائي هو في طور العثور على إجابة.
الاتجاهات الكونية
وهذا هو مذهب في الفضاء. في السياق المحدد لعلوم الفضاء وعلم الفلك، يشير المصطلح إلى نظرية خلق (ودراسة) النظام الشمسي. إن محاولات الانجذاب نحو نشأة الكون الطبيعية لا تصمد أمام النقد. أولا، لا يمكن للنظريات العلمية الموجودة أن تشرح الشيء الرئيسي: كيف ظهر الكون نفسه؟
ثانيًا، لا يوجد نموذج فيزيائي يفسر اللحظات الأولى لوجود الكون. النظرية المذكورة لا تحتوي على مفهوم الجاذبية الكمومية. على الرغم من أن منظري الأوتار يقولون ذلك الجسيمات الأوليةتنشأ نتيجة اهتزازات وتفاعلات الأوتار الكمومية)، الذين يدرسون أصل الانفجار العظيم وعواقبه (علم الكونيات الكمي الحلقي)، لا يتفقون مع هذا. ويعتقدون أن لديهم صيغًا لوصف النموذج من حيث معادلات المجال.
بمساعدة فرضيات نشأة الكون، أوضح الناس تجانس حركة وتكوين الأجرام السماوية. قبل وقت طويل من ظهور الحياة على الأرض، ملأت المادة كل الفضاء ثم تطورت.
إندوسيمبيونت
تمت صياغة نسخة التعايش الداخلي لأول مرة من قبل عالم النبات الروسي كونستانتين ميرزكوفسكي في عام 1905. وكان يعتقد أن بعض العضيات نشأت كبكتيريا حرة المعيشة وتم تبنيها في خلية أخرى كتعايش داخلي. تطورت الميتوكوندريا من البكتيريا البروتينية (على وجه التحديد الريكتسياليس أو الأقارب المقربين) والبلاستيدات الخضراء من البكتيريا الزرقاء.
هذا يشير إلى أن صيغ الجمعدخلت البكتيريا في تكافل لتكوين خلية حقيقية النواة (حقيقيات النوى هي خلايا كائنات حية تحتوي على نواة). يتم أيضًا تسهيل النقل الأفقي للمادة الوراثية بين البكتيريا عن طريق العلاقات التكافلية.
قد يكون ظهور التنوع في أشكال الحياة قد سبقه السلف المشترك الأخير (LUA) للكائنات الحية الحديثة.
جيل عفوي
حتى أوائل القرن التاسع عشر، رفض الناس بشكل عام فكرة "المفاجأة" كتفسير لكيفية بدء الحياة على الأرض. بدا التولد التلقائي غير المتوقع لأشكال معينة من الحياة من مادة غير حية غير قابل للتصديق بالنسبة لهم. لكنهم آمنوا بوجود التغاير (تغيير في طريقة التكاثر)، عندما يأتي أحد أشكال الحياة من نوع آخر (على سبيل المثال، النحل من الزهور). تتلخص الأفكار الكلاسيكية حول التكاثر التلقائي في ما يلي: ظهرت بعض الكائنات الحية المعقدة بسبب تحلل المواد العضوية.
وفقًا لأرسطو، كانت هذه حقيقة يمكن ملاحظتها بسهولة: ينشأ حشرات المن من الندى الذي يتساقط على النباتات؛ الذباب - من الطعام الفاسد، الفئران - من القش القذر، التماسيح - من جذوع الأشجار المتعفنة في قاع الخزانات، وما إلى ذلك. إن نظرية التولد التلقائي (التي دحضتها المسيحية) كانت موجودة سرًا لعدة قرون.
ومن المقبول عمومًا أن النظرية قد تم دحضها أخيرًا في القرن التاسع عشر من خلال تجارب لويس باستور. لم يدرس العالم أصل الحياة، بل درس نشوء الميكروبات ليتمكن من مكافحة الأمراض المعدية. ومع ذلك، لم تعد أدلة باستور مثيرة للجدل، بل كانت ذات طبيعة علمية بحتة.
نظرية الطين والخلق المتسلسل
ظهور الحياة على أساس الطين؟ هل هو ممكن؟ الكيميائي الاسكتلندي A. J. Kearns-Smith من جامعة جلاسكو في عام 1985 هو مؤلف هذه النظرية. واستنادًا إلى افتراضات مماثلة لعلماء آخرين، قال إن الجزيئات العضوية، التي كانت موجودة بين طبقات الطين وتتفاعل معها، تبنت طريقة لتخزين المعلومات والنمو. وهكذا اعتبر العالم أن "جين الطين" هو الجين الأساسي. في البداية، كانت الحياة المعدنية والحياة الناشئة موجودتين معًا، وما زالا مستمرين في مرحلة معينة"اهرب."
مهدت فكرة الدمار (الفوضى) في العالم الناشئ الطريق لنظرية الكارثة كأحد أسلاف نظرية التطور. ويعتقد أنصارها أن الأرض تأثرت بأحداث عنيفة مفاجئة وقصيرة الأمد في الماضي، وأن الحاضر هو مفتاح الماضي. دمرت كل كارثة متتالية الحياة الموجودة. أعاد الخلق اللاحق إحياءه بشكل مختلف عن السابق.
المذهب المادي
وهنا نسخة أخرى عن كيفية بدء الحياة على الأرض. تم طرحه من قبل الماديين. ويعتقدون أن الحياة نشأت نتيجة لتحولات كيميائية تدريجية امتدت عبر الزمان والمكان، والتي من المرجح أنها حدثت قبل 3.8 مليار سنة تقريبًا. ويسمى هذا التطور الجزيئي، وهو يؤثر على منطقة الأحماض النووية والريبونية النووية والبروتينات (البروتينات).
وباعتبارها حركة علمية، فقد نشأت هذه العقيدة في الستينيات، عندما تم إجراء أبحاث نشطة تؤثر على البيولوجيا الجزيئية والتطورية، وعلم الوراثة السكانية. ثم حاول العلماء فهم وتأكيد الاكتشافات الحديثة المتعلقة بالأحماض النووية والبروتينات.
كان أحد الموضوعات الرئيسية التي حفزت تطوير هذا المجال من المعرفة هو تطور الوظيفة الأنزيمية، واستخدام انحراف الحمض النووي باعتباره "ساعة جزيئية". ساهم الكشف عنها في دراسة أعمق لاختلاف (تفرع) الأنواع.
أصل عضوي
يتحدث أنصار هذا المذهب عن كيفية ظهور الحياة على الأرض على النحو التالي. بدأ تكوين الأنواع منذ زمن طويل - منذ أكثر من 3.5 مليار سنة (يشير الرقم إلى الفترة التي كانت توجد فيها الحياة). ربما، في البداية كانت هناك عملية تحول بطيئة وتدريجية، ثم بدأت مرحلة التحسن السريعة (داخل الكون)، والانتقال من حالة ثابتة إلى أخرى تحت تأثير الظروف الحالية.
التطور، المعروف باسم البيولوجي أو العضوي، هو عملية التغيير بمرور الوقت في واحدة أو أكثر من السمات الوراثية الموجودة في مجموعات الكائنات الحية. السمات الوراثية هي خصائص مميزة خاصة، بما في ذلك التشريحية والكيميائية الحيوية والسلوكية، والتي تنتقل من جيل إلى جيل.
لقد أدى التطور إلى التنوع و التنمية المتنوعةجميع الكائنات الحية (التنويع). وصف تشارلز داروين عالمنا الملون بأنه "أشكال لا حصر لها، أجمل وأروع". يتولد لدى المرء انطباع بأن أصل الحياة قصة ليس لها بداية ولا نهاية.
خلق خاص
ووفقاً لهذه النظرية، فإن جميع أشكال الحياة الموجودة اليوم على كوكب الأرض خلقها الله. آدم وحواء هما أول رجل وامرأة خلقهما الله تعالى. معهم بدأت الحياة على الأرض، كما يعتقد المسيحيون والمسلمون واليهود. اتفقت الديانات الثلاث على أن الله خلق الكون في سبعة أيام، وجعل اليوم السادس ذروة عمله: خلق آدم من تراب الأرض وحواء من ضلعه.
وفي اليوم السابع استراح الله. ثم تنفس وأرسله ليرعى الجنة التي تسمى عدن. وفي الوسط نمت شجرة الحياة وشجرة معرفة الخير. لقد سمح الله أن تأكل ثمر جميع أشجار الجنة ما عدا شجرة المعرفة ("لأنك يوم تأكل منها تموت").
لكن الناس عصوا الأمر. يقول القرآن أن آدم اقترح تجربة التفاحة. غفر الله للخطاة وأرسلهم إلى الأرض كممثلين له. ومع ذلك... من أين أتت الحياة على الأرض؟ كما ترون، ليس هناك إجابة واضحة. على الرغم من أن العلماء المعاصرين يميلون بشكل متزايد إلى النظرية اللاعضوية (غير العضوية) حول أصل جميع الكائنات الحية.
جبال هامدة وصخور ومياه وقمر ضخم في السماء وقصف مستمر للنيازك - المشهد الأكثر ترجيحًا للأرض قبل 4 مليارات سنة
هل نشأت الحياة من مادة غير عضوية في الفضاء أم أنها نشأت على الأرض؟ وهذه المعضلة تواجه حتماً الباحث المهتم بمشكلة أصل الحياة. ولم يتمكن أحد حتى الآن من إثبات صحة أي من الفرضيتين الموجودتين حالياً، كما لم يتم التوصل إلى حل ثالث.
الفرضية الأولى حول أصل الحياة على الأرض قديمة، وتشمل شخصيات محترمة من العلوم الأوروبية: G. Helmholtz، L. Pasteur، S. Arrhenius، V. Vernadsky، F. Crick. إن تعقيد المادة الحية، والاحتمال المنخفض لجيلها التلقائي على الكوكب، وكذلك فشل المجربين في تجميع الكائنات الحية من غير الحية يقود العلماء إلى معسكر أتباع هذا النهج. هناك العديد من الاختلافات حول كيفية وصول الحياة إلى الأرض، وأشهرها هي نظرية البانسبيرميا. ووفقا لها، فإن الحياة منتشرة على نطاق واسع في الفضاء بين النجوم، ولكن نظرا لعدم وجود شروط للتطور هناك، المادة الحيةيتحول إلى حيوانات منوية، أو جراثيم، وبالتالي يتحرك في الفضاء. منذ مليارات السنين، جلبت المذنبات الحيوانات المنوية إلى الأرض، حيث تطورت بيئة مواتية لتطورها.
الحيوانات المنوية عبارة عن أجنة صغيرة يمكنها تحمل التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة والإشعاع الكوني والعوامل البيئية الأخرى المدمرة للكائنات الحية. وكما اقترح عالم الفلك الإنجليزي ف. هويل، فإن جزيئات الغبار بين النجوم، والتي قد تشمل البكتيريا الموجودة في قشرة الجرافيت، مناسبة لدور الحيوانات المنوية. وحتى الآن لم يتم العثور على حيوانات منوية في الفضاء. ولكن حتى لو تم العثور عليها، لذلك اكتشاف مذهلولن يؤدي ذلك إلا إلى نقل مشكلة أصل الحياة من كوكبنا إلى مكان آخر. ولن نتجنب التساؤل من أين جاءت الحيوانات المنوية إلى الأرض وكيف ولدت. الجزء الثاني من المعضلة - كيف نشأت الحياة من مادة غير عضوية - ليس رومانسيًا جدًا، لأنه يعتمد على قوانين الفيزياء والكيمياء. هذا النهج الميكانيكي الضيق، الذي يسمى نظرية التولد التلقائي، يتضمن جهود العديد من المتخصصين. ربما، بسبب خصوصيته، تبين أن هذا النهج كان مثمرًا، وعلى مدار نصف قرن، طور فروعًا كاملة من الكيمياء الحيوية والبيولوجيا التطورية وعلم الكونيات.وفقا للعلماء، فإن تصنيع خلية حية هو قاب قوسين أو أدنى، إنها مسألة تكنولوجيا ومسألة وقت. ولكن هل ستكون الخلية المولودة في أنبوب اختبار هي الإجابة على سؤال كيف نشأت الحياة على الأرض؟ بالكاد. سوف تثبت الخلية الاصطناعية فقط أن التولد التلقائي ممكن بطريقة أو بأخرى. لكن قبل 4 مليارات سنة على الأرض، كان من الممكن أن يحدث كل شيء بشكل مختلف. على سبيل المثال، مثل هذا. لقد برد سطح الأرض منذ 4.5 مليار سنة. كان الغلاف الجوي رقيقًا، وكانت المذنبات تقصف الأرض بنشاط، مما أدى إلى إيصال المواد العضوية بكثرة. استقرت المادة خارج كوكب الأرض في الخزانات الضحلة الدافئة التي تسخنها البراكين: تدفقت الحمم البركانية في القاع، ونمت الجزر، واندلعت الينابيع الساخنة - فومارول. ولم تكن القارات في ذلك الوقت قوية وكبيرة كما هي الآن، بل كانت تتحرك بسهولة على طول القشرة الأرضية، وتتصل وتتفكك.
كان القمر أقرب، وكانت الأرض تدور بشكل أسرع، وكانت الأيام أقصر، وكانت موجات المد والجزر أعلى، وكانت العواصف أكثر شدة. وفوق كل ذلك امتدت السماء ذات اللون الفولاذي، وأظلمت عواصف رملية، سحب من الرماد البركاني وشظايا الصخور التي تحطمت بسبب تأثيرات النيزك. تطور تدريجياً جو غني بالنيتروجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. وفرة غازات الاحتباس الحراريتسببت في ظاهرة الاحتباس الحراري. في مثل هذه الظروف القاسية، حدث تركيب المادة الحية. هل كانت هذه معجزة، أو حادثة حدثت خلافًا لتطور الكون، أم أن هذه هي الطريقة الوحيدة التي يمكن أن تظهر بها الحياة؟ بالفعل في المراحل المبكرة ظهرت إحدى السمات الرئيسية للمادة الحية - القدرة على التكيف مع الظروف البيئية. كان الغلاف الجوي المبكر يحتوي على القليل من الأكسجين الحر، وكان الأوزون شحيحًا، وكانت الأرض مغمورة بالأشعة فوق البنفسجية، التي كانت قاتلة للكائنات الحية. كان من الممكن أن يظل الكوكب غير مأهول بالسكان لو لم تخترع الخلايا آلية للحماية من الأشعة فوق البنفسجية. وهذا السيناريو لنشوء الحياة بشكل عام لا يختلف عن السيناريو الذي اقترحه داروين. تمت إضافة تفاصيل جديدة - لقد تعلمنا شيئًا ما من خلال دراسة الصخور القديمة والتجربة، وخمننا شيئًا ما. ورغم أن هذا السيناريو هو الأكثر منطقية، إلا أنه الأكثر إثارة للجدل أيضًا. يكافح العلماء مع كل نقطة، ويقدمون العديد من البدائل. تنشأ الشكوك منذ البداية: من أين أتت المادة العضوية الأولية، هل تم تصنيعها على الأرض أم أنها سقطت من السماء؟
فكرة ثورية
تم وضع الأسس العلمية للتكوين التلقائي، أو أصل الكائنات الحية من أشياء غير حية، من قبل عالم الكيمياء الحيوية الروسي أ. أوبارين. في عام 1924، نشر أوبارين، وهو عالم يبلغ من العمر ثلاثين عاما، مقالا بعنوان "أصل الحياة"، والذي، وفقا لزملائه، "يحتوي على بذور ثورة فكرية". أثار نشر كتاب أوبارين باللغة الإنجليزية عام 1938 ضجة كبيرة وجذب موارد فكرية غربية كبيرة لمشكلة الحياة. في عام 1953، أجرى س. ميلر، وهو طالب دراسات عليا في جامعة شيكاغو، تجربة ناجحة في التخليق اللاحيوي. لقد خلق ظروف الأرض المبكرة في أنبوب اختبار مختبري، ونتيجة للتفاعل الكيميائي، حصل على مجموعة من الأحماض الأمينية. وهكذا، بدأت نظرية أوبارين تتلقى تأكيدًا تجريبيًا.
أوبارين والكاهن
وفقًا لمذكرات زملائه الأكاديمي أ. كان أوبارين ماديًا وملحدًا مقتنعًا. وهذا ما تؤكده نظريته في التولد التلقائي، والتي يبدو أنها لا تترك أي أمل في تفسير خارق للطبيعة لأسرار الحياة. ومع ذلك، فإن آراء العالم وشخصيته جذبت إليه أشخاصًا من وجهات نظر عالمية متناقضة تمامًا. انخرط في العمل العلمي والتعليمي، والمشاركة في الحركة السلمية، سافر كثيرا إلى الخارج. ذات مرة، في مكان ما في الخمسينيات من القرن الماضي، ألقى أوبارين محاضرة في إيطاليا حول مشكلة أصل الحياة. وبعد التقرير، قيل له إنه لا أحد يريد مقابلته سوى رئيس الأكاديمية البابوية للعلوم في الفاتيكان. الكسندر ايفانوفيتش، يجري الرجل السوفيتيومع العلم جيدًا بالموقف المتحيز للمثقفين الأجانب تجاه الاتحاد السوفييتي، لم أتوقع شيئًا جيدًا من ممثل الكنيسة الكاثوليكية، ربما نوعًا من الاستفزاز. ومع ذلك، حدث التعارف. صافح السيد القس يد أوبارين، وشكره على المحاضرة وصرخ: "أستاذ، أنا سعيد بمدى جمال كشفك عناية الله!"
احتمال الحياة
تشير نظرية التولد التلقائي إلى أن الحياة نشأت في مرحلة معينة من تطور المادة. منذ تكوين الكون والجسيمات الأولى، شرعت المادة في طريق التغيير المستمر. في البداية نشأت الذرات والجزيئات، ثم ظهرت منها النجوم والغبار، ونشأت الكواكب، ونشأت الحياة على الكواكب. تنشأ الكائنات الحية من أشياء غير حية، وتطيع بعض القوانين العليا، التي لا يزال جوهرها غير معروف لنا. لا يمكن للحياة إلا أن تنشأ على الأرض، حيث توجد الظروف المناسبة. بالطبع، من المستحيل دحض هذا التعميم الميتافيزيقي، لكن بذور الشك قد نبتت. والحقيقة هي أن الشروط اللازمة لتوليف الحياة كثيرة جدًا وغالبًا ما تتعارض مع الحقائق وبعضها البعض. على سبيل المثال، لا يوجد دليل على أن الأرض المبكرة كان لها غلاف جوي مخفض. ومن غير الواضح كيف نشأت الشفرة الوراثية. إن بنية الخلية الحية ووظائفها مدهشة في تعقيدها. ما هو الاحتمال العام لأصل الحياة؟ وهنا بعض الأمثلة.
تتكون البروتينات فقط مما يسمى بالأحماض الأمينية "اليسارية"، وهي جزيئات غير متماثلة تعمل على تدوير استقطاب الضوء الذي يمر عبرها إلى اليسار. لماذا يتم استخدام الأحماض الأمينية اليسرى فقط في بناء البروتين غير معروف. ربما حدث هذا بالصدفة وفي مكان ما في الكون توجد كائنات حية تتكون من أحماض أمينية يمنى. على الأرجح، في المرق البدائي، حيث حدث تركيب البروتينات الأصلية، كان هناك كمية متساوية من الأحماض الأمينية اليسرى واليمنى. وفقط ظهور بنية "أعسر" حية حقًا هو الذي كسر هذا التناظر واتبع التوليف الحيوي للأحماض الأمينية المسار "الأعسر".إن الحساب الذي قدمه فريد هويل في كتابه "التطور من الفضاء" مثير للإعجاب. احتمال الحصول بشكل عشوائي على 2000 إنزيم خلية يتكون كل منها من 200 حمض أميني هو 10 -4000 - سخيف قيمة صغيرة، حتى لو كان الكون بأكمله حساءًا عضويًا.
احتمال تصنيع بروتين واحد يتكون من 300 حمض أميني هو فرصة واحدة في 2x10,390. مرة أخرى، لا يكاد يذكر. دعونا نخفض عدد الأحماض الأمينية في البروتين إلى 20، ثم عدد المجموعات الممكنة لتخليق هذا البروتين سيكون 1018 - وهو مجرد ترتيب من حيث الحجم أكبر من عدد الثواني في 4.5 مليار سنة. ليس من الصعب أن نرى أن التطور ببساطة لم يكن لديه الوقت لفرز جميع الخيارات واختيار الأفضل. إذا أخذنا في الاعتبار أن الأحماض الأمينية في البروتينات مرتبطة بتسلسلات معينة، وليس بشكل عشوائي، فإن احتمالية تصنيع جزيء البروتين ستكون هي نفسها كما لو أن قردًا طبع عن طريق الخطأ إحدى مآسي شكسبير، أي صفر تقريبًا.
حسب العلماء أن جزيء الحمض النووي المشارك في أبسط دورة لترميز البروتين يجب أن يتكون من 600 نيوكليوتيدات في تسلسل محدد. احتمال التوليف العشوائي لهذا الحمض النووي هو 10 -400، بمعنى آخر، سيتطلب ذلك 10400 محاولة.
لا يتفق جميع العلماء مع حسابات الاحتمالية هذه. ويشيرون إلى أن حساب فرص تخليق البروتين عن طريق تجربة مجموعات عشوائية غير صحيح، لأن الجزيئات لها تفضيلات، وبعض الروابط الكيميائية تكون دائما أكثر احتمالا من غيرها. وفقًا لعالم الكيمياء الحيوية الأسترالي إيان موسغريف، فإن حساب احتمالية التولد التلقائي لا معنى له بشكل عام. أولاً، إن تكوين البوليمرات من المونومرات ليس عرضيًا، ولكنه يخضع لقوانين الفيزياء والكيمياء. ثانياً، من غير الصحيح حساب تكوين جزيئات البروتين الحديثة، DNA أو RNA، لأنها لم تكن جزءاً من الأنظمة الحية الأولى. ربما لم يبق شيء من العصور الماضية في بنية الكائنات الحية الموجودة اليوم. يُعتقد الآن أن الكائنات الحية الأولى كانت عبارة عن أنظمة بسيطة جدًا من جزيئات قصيرة، تتكون من 30-40 مونومرات فقط. بدأت الحياة بكائنات بسيطة جدًا، ثم ازدادت تعقيدًا تدريجيًا. لم تحاول الطبيعة حتى بناء طائرة بوينج 747 على الفور. ثالثا، لا داعي للخوف من الاحتمالية الضعيفة. فرصة واحدة في مليون مليون؟ وماذا في ذلك، قد تسقط في المحاولة الأولى.
ما هي الحياة
لا يشارك الفلاسفة فقط في البحث عن تعريف للحياة. هذا التعريف ضروري لكي يفهمه علماء الكيمياء الحيوية: ماذا حدث في أنبوب الاختبار - حي أم غير حي؟ يدرس علماء الحفريات الصخور القديمة بحثًا عن بداية الحياة. علماء الأحياء الخارجية يبحثون عن كائنات حية من أصل خارج كوكب الأرض. تعريف الحياة ليس بالأمر السهل. على لسان الكبير الموسوعة السوفيتية"إن التمييز العلمي الدقيق بين الكائنات الحية وغير الحية يواجه صعوبات معينة." في الواقع، ما الذي يميز الكائن الحي فقط؟ ربما مجموعة علامات خارجية؟ شيء أبيض، ناعم، يتحرك، يصدر الأصوات. وهذا التعريف البدائي لا يشمل النباتات والميكروبات والعديد من الكائنات الأخرى، لأنها صامتة ولا تتحرك. يمكننا أن نعتبر الحياة من وجهة نظر كيميائية مادة تتكون من مواد معقدة مركبات العضوية: الأحماض الأمينية والبروتينات والدهون. ولكن ينبغي اعتبار خليط ميكانيكي بسيط من هذه المركبات على قيد الحياة، وهذا غير صحيح. وهناك تعريف أفضل، يحظى بإجماع علمي عام، ويتعلق بالوظائف الفريدة للأنظمة الحية.
إن القدرة على التكاثر، عندما يتم نقل نسخة دقيقة من المعلومات الوراثية إلى الأحفاد، متأصلة في كل أشكال الحياة على الأرض، حتى في أصغر جسيم لها - الخلية. ولهذا السبب يتم اعتبار الخلية وحدة قياس الحياة. مكونات الخلايا: البروتينات والأحماض الأمينية والإنزيمات، إذا تم أخذها بشكل منفصل، لن تكون على قيد الحياة. وهذا يؤدي إلى استنتاج مهم مفاده أن التجارب الناجحة على تركيب هذه المواد لا يمكن اعتبارها إجابة لسؤال أصل الحياة. ولن تكون هناك ثورة في هذا المجال إلا عندما يتضح كيف نشأت الخلية بأكملها. ولا شك أنه سيتم إعطاء مكتشفي الأسرار جائزة نوبل. بالإضافة إلى وظيفة التكاثر، هناك عدد من الخصائص الضرورية ولكن غير الكافية للنظام ليتم تسميته حيًا. يمكن للكائن الحي أن يتكيف مع التغيير بيئةعلى المستوى الجيني. وهذا مهم جدا للبقاء على قيد الحياة. لقد مكّن التقلب الحياة من البقاء على قيد الحياة على الأرض المبكرة، من خلال الكوارث والعصور الجليدية القاسية.
من الخصائص المهمة للنظام الحي النشاط التحفيزي، أي القدرة على تنفيذ تفاعلات معينة فقط. يعتمد التمثيل الغذائي على هذه الخاصية - اختيار المواد الضرورية من البيئة ومعالجتها وإنتاج الطاقة اللازمة لمزيد من أنشطة الحياة. إن الدائرة الأيضية، والتي ليست أكثر من خوارزمية البقاء، موصولة بداخلها الكود الجينيالخلايا ومن خلال آلية الوراثة تنتقل إلى الأحفاد. يعرف الكيميائيون العديد من الأنظمة ذات النشاط التحفيزي، والتي، مع ذلك، لا يمكنها التكاثر، وبالتالي لا يمكن اعتبارها حية.
التجربة الحاسمة
وليس هناك أمل في أن تنشأ خلية ذات يوم من ذرات العناصر الكيميائية. هذا خيار لا يصدق. خلية بسيطةتحتوي البكتيريا على مئات الجينات وآلاف البروتينات والجزيئات المختلفة. قال فريد هويل مازحًا إن تخليق الخلايا كان أمرًا لا يصدق مثل تجميع طائرة بوينج مثل إعصار يمر عبر مكب للأجزاء. ومع ذلك، فإن بوينغ موجودة، مما يعني أنها "تم تجميعها" بطريقة ما، أو بالأحرى "تم تجميعها ذاتيًا". ووفقا للأفكار الحالية، فإن "التجميع الذاتي" لطائرة بوينغ بدأ قبل 4.5 مليار سنة، واستمرت العملية تدريجيا وامتدت لأكثر من مليار سنة. منذ ما لا يقل عن 3.5 مليار سنة، كانت الخلايا الحية موجودة بالفعل على الأرض.
لتخليق الكائنات الحية من الكائنات غير الحية، في المرحلة الأولية، يجب أن تكون المركبات العضوية وغير العضوية البسيطة موجودة في الغلاف الجوي والمسطحات المائية للكوكب: C، C 2، C 3، CH، CN، CO، CS , HCN, CH 3 CH, NH, O, OH, H 2 O, S. قام ستانلي ميلر، في تجاربه الشهيرة في التخليق اللاحيوي، بخلط الهيدروجين والميثان والأمونيا وبخار الماء، ثم مرر الخليط الساخن من خلال التفريغ الكهربائي وتم تبريده هو - هي. بعد أسبوع، يتكون في الدورق سائل بني يحتوي على سبعة أحماض أمينية، بما في ذلك الجلايسين والألانين وحمض الأسبارتيك، وهي جزء من البروتينات الخلوية. أظهرت تجربة ميلر كيف يمكن تشكيل المادة العضوية قبل البيولوجية - وهي المواد التي تشارك في تركيب مكونات الخلية الأكثر تعقيدًا. ومنذ ذلك الحين، اعتبر علماء الأحياء أن هذه المشكلة قد تم حلها، على الرغم من خطورة المشكلة. والحقيقة هي أن التوليف اللاحيوي للأحماض الأمينية يحدث فقط في ظل ظروف مختزلة، ولهذا السبب يعتقد أوبارين أن الغلاف الجوي للأرض المبكرة كان عبارة عن ميثان وأمونيا. لكن الجيولوجيين لا يتفقون مع هذا الاستنتاج.
مشكلة الغلاف الجوي المبكر
يقول الخبراء إن الميثان والأمونيا لا يمكن أن يأتيا بكميات كبيرة على الأرض. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه المركبات غير مستقرة للغاية وتتدمر تحت تأثير أشعة الشمس، ولا يمكن أن يوجد جو من الميثان والأمونيا حتى لو تم إطلاق هذه الغازات من أحشاء الكوكب. وفقا للجيولوجيين، كان الغلاف الجوي للأرض قبل 4.5 مليار سنة يهيمن عليه ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين، مما يخلق بيئة محايدة كيميائيا. والدليل على ذلك تكوين أقدم الصخور التي تم صهرها من الوشاح في ذلك الوقت. تم اكتشاف أقدم الصخور على الكوكب، عمرها 3.9 مليار سنة، في جرينلاند. هذه هي ما يسمى بالنيسيز الرمادي - صخور نارية متغيرة للغاية ذات تكوين متوسط. وتغيرت هذه الصخور على مدى ملايين السنين تحت تأثير سوائل ثاني أكسيد الكربون الموجودة في الوشاح، والتي قامت في نفس الوقت بتشبع الغلاف الجوي. في مثل هذه الظروف، يكون التوليف اللاحيوي مستحيلا.
يحاول الأكاديمي إي إم حل مشكلة الغلاف الجوي المبكر للأرض. جاليموف، مدير معهد الجيوكيمياء و الكيمياء التحليليةهم. في و. فيرنادسكي راس. وحسب أن قشرة الأرض نشأت في وقت مبكر جدًا، في أول 50-100 مليون سنة بعد تكوين الكوكب، وكانت معدنية في الغالب. في هذه الحالة، كان من المفترض أن يطلق الوشاح غاز الميثان والأمونيا بكميات كافية لتهيئة ظروف الاختزال. اقترح العلماء الأمريكيون K. Sagan و K. Chaiba آلية للحماية الذاتية لجو الميثان من الدمار. ووفقا لمخططهم، فإن تحلل الميثان تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يؤدي إلى تكوين رذاذ من الجزيئات العضوية في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. تمتص هذه الجزيئات الإشعاع الشمسي وتحميه بيئة تصالحيةالكواكب. صحيح أن هذه الآلية تم تطويرها خصيصًا للمريخ، ولكنها تنطبق أيضًا على الأرض المبكرة.
الظروف المناسبة لتكوين المادة العضوية قبل البيولوجية لم تدم طويلاً على الأرض. وعلى مدى 200-300 مليون سنة التالية، بدأ الوشاح بالتأكسد، مما أدى إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربونوالتغيرات في تكوين الغلاف الجوي. ولكن بحلول ذلك الوقت كانت البيئة المحيطة بنشأة الحياة قد تم إعدادها بالفعل.
في الجزء السفلي من البحر
من الممكن أن تكون الحياة الأولى قد نشأت حول البراكين. تخيل في قاع المحيطات الذي لا يزال هشًا العديد من الصدوع والشقوق، التي تنضح الصهارة وتغلي بالغازات. في مثل هذه المناطق المشبعة ببخار كبريتيد الهيدروجين، تتشكل رواسب كبريتيدات المعادن: الحديد والزنك والنحاس. ماذا لو تم تصنيع المادة العضوية الأولية مباشرة على سطح معادن الحديد والكبريت باستخدام تفاعل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين؟ ولحسن الحظ، يوجد الكثير من الاثنين معًا: يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون من الصهارة، ويتم إطلاق الهيدروجين من الماء أثناء تكوينه. التفاعل الكيميائيمع الصهارة الساخنة. هناك أيضًا تدفق للطاقة اللازمة للتوليف.
لا تتعارض هذه الفرضية مع البيانات الجيولوجية، وهي مبنية على افتراض أن الكائنات الحية المبكرة عاشت في ظروف قاسية، مثل البكتيريا الحديثة المصنعة كيميائيًا. في الستينيات من القرن العشرين، اكتشف الباحثون البراكين تحت الماء - المدخنون السود - في قاع المحيط الهادئ. هناك في النوادي غازات سامة، دون الوصول إلى ضوء الشمس والأكسجين، عند درجة حرارة +120 درجة، توجد مستعمرات من الكائنات الحية الدقيقة. كانت الظروف المشابهة للمدخنين السود موجودة على الأرض منذ 2.5 مليار سنة، كما يتضح من طبقات الستروماتوليت - آثار نشاط الطحالب الخضراء المزرقة. كما توجد أشكال مشابهة لهذه الميكروبات بين بقايا أقدم الكائنات الحية التي يبلغ عمرها 3.5 مليار سنة.
لتأكيد الفرضية البركانية، هناك حاجة إلى تجربة من شأنها أن تظهر أن التخليق الحيوي ممكن في ظل هذه الظروف. وتعمل مجموعات من علماء الكيمياء الحيوية من الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا وإنجلترا وروسيا في هذا الاتجاه، ولكن دون جدوى حتى الآن. تم الحصول على نتائج مشجعة في عام 2003 من قبل الباحث الشاب ميخائيل فلاديميروف من مختبر الكيمياء الحيوية التطورية التابع لمعهد الكيمياء الحيوية. أ.ن. باخ راس. لقد ابتكر مدخنًا أسودًا صناعيًا في المختبر: حيث تم وضع قرص البيريت (FeS 2) في الأوتوكلاف المملوء بمحلول ملحي، ليكون بمثابة كاثود؛ مرت ثاني أكسيد الكربون من خلال النظام و كهرباء. بعد يوم واحد، ظهر حمض الفورميك في الأوتوكلاف - أبسط مادة عضوية تشارك في عملية التمثيل الغذائي للخلايا الحية وتعمل كمواد للتوليف اللاأحيائي للمواد البيولوجية الأكثر تعقيدًا.
 البكتيريا الزرقاء قادرة على استيعاب النيتروجين في الغلاف الجوي |
الصيادين للكواكب الصالحة للسكن
تعترف كلتا النظريتين حول أصل الحياة، التبنذر الشامل والنشوء التلقائي، بأن الحياة ليست ظاهرة فريدة في الكون، بل يجب أن توجد على كواكب أخرى. ولكن كيف يمكن اكتشافه؟ لفترة طويلة، كانت هناك طريقة واحدة فقط للبحث عن الحياة، والتي لم تسفر بعد عن نتائج إيجابية - باستخدام إشارات الراديو من الأجانب. في نهاية القرن العشرين نشأت هناك فكرة جديدة- استخدام التلسكوبات للبحث عن الكواكب خارج المجموعة الشمسية. لقد بدأ البحث عن الكواكب الخارجية. في عام 1995، تم اكتشاف العينة الأولى: كوكب نصف كتلة كوكب المشتري، يدور بسرعة حول النجم رقم 51 من كوكبة بيجاسوس. ونتيجة لما يقرب من 10 سنوات من البحث، تم اكتشاف 118 نظامًا كوكبيًا يحتوي على 141 كوكبًا. لا يشبه أي من هذه الأنظمة النظام الشمسي، ولا يشبه أي من الكواكب الأرض. الكواكب الخارجية التي تم العثور عليها قريبة من كتلة كوكب المشتري، أي أنها كثيرة أكثر من الأرض. العمالقة البعيدون غير صالحين للحياة بسبب خصائص مداراتهم. بعضها يدور قريبًا جدًا من نجمه، مما يعني أن أسطحه ساخنة وليست ساخنة الماء السائلحيث تتطور الحياة. الكواكب المتبقية - أقليتها - تتحرك على طول خط ممدود مدار بيضاوي الشكلمما يؤثر بشكل كبير على المناخ: فتغير الفصول هناك يجب أن يكون مفاجئاً جداً، وهذا يضر بالكائنات الحية.
تعترف كلتا النظريتين حول أصل الحياة، التبنذر الشامل والنشوء التلقائي، بأن الحياة ليست ظاهرة فريدة في الكون، بل يجب أن توجد على كواكب أخرى. ولكن كيف يمكن اكتشافه؟ لفترة طويلة، كانت هناك طريقة واحدة فقط للبحث عن الحياة، والتي لم تسفر بعد عن نتائج إيجابية - باستخدام إشارات الراديو من الأجانب. في نهاية القرن العشرين، نشأت فكرة جديدة - استخدام التلسكوبات للبحث عن الكواكب خارج النظام الشمسي. لقد بدأ البحث عن الكواكب الخارجية. في عام 1995، تم اكتشاف العينة الأولى: كوكب نصف كتلة كوكب المشتري، يدور بسرعة حول النجم رقم 51 من كوكبة بيجاسوس. ونتيجة لما يقرب من 10 سنوات من البحث، تم اكتشاف 118 نظامًا كوكبيًا يحتوي على 141 كوكبًا. لا يشبه أي من هذه الأنظمة النظام الشمسي، ولا يشبه أي من الكواكب الأرض. الكواكب الخارجية التي تم العثور عليها قريبة من كتلة كوكب المشتري، أي أنها أكبر بكثير من الأرض. العمالقة البعيدون غير صالحين للحياة بسبب خصائص مداراتهم. بعضها يدور قريباً جداً من نجمه، مما يعني أن أسطحه ساخنة ولا يوجد ماء سائل تتطور فيه الحياة. الكواكب المتبقية - أقليتها - تتحرك في مدار إهليلجي ممدود، مما يؤثر بشكل كبير على المناخ: يجب أن يكون تغير الفصول هناك حادًا للغاية، وهذا يضر بالكائنات الحية.
أدت حقيقة عدم اكتشاف نظام كوكبي واحد من النوع الشمسي إلى تصريحات متشائمة من بعض العلماء. ربما تكون الكواكب الصخرية الصغيرة نادرة جدًا في الكون، أو أن أرضنا هي الوحيدة من نوعها بشكل عام، أو ربما نفتقر ببساطة إلى دقة القياسات. لكن الأمل يموت أخيراً، ويواصل علماء الفلك صقل أساليبهم. الآن يتم البحث عن الكواكب ليس عن طريق المراقبة المباشرة، بل عن طريق الإشارات غير المباشرة، لأن دقة التلسكوبات ليست كافية. وهكذا، يتم حساب موقع العمالقة الشبيهين بالمشتري من اضطراب الجاذبية الذي يمارسونه على مدارات نجومهم. وفي عام 2006، ستطلق وكالة الفضاء الأوروبية القمر الصناعي كوروت، الذي سيبحث عن كواكب ذات كتلة أرضية عن طريق تقليل سطوع النجم أثناء مروره عبر قرصه. ستكون نفس طريقة البحث عن الكواكب ناسا الفضائيةكيبلر منذ عام 2007. وفي غضون عامين آخرين، ستنظم ناسا مهمة قياس التداخل الفضائي - وهي طريقة حساسة للغاية لاكتشاف الكواكب الصغيرة من خلال تأثيرها على الأجسام ذات الكتلة الأكبر. بحلول عام 2015 فقط، سيبني العلماء أدوات للمراقبة المباشرة - سيكون أسطولًا كاملاً من التلسكوبات الفضائية يسمى "صياد الكواكب من النوع الأرضي"، القادر على البحث في نفس الوقت عن علامات الحياة.
عندما يتم اكتشاف كواكب شبيهة بالأرض، سيبدأ عصر جديد في العلم، ويستعد العلماء لهذا الحدث الآن. من مسافة بعيدة، يجب أن تكون قادرًا على التعرف على آثار الحياة في الغلاف الجوي للكوكب، حتى أشكالها الأكثر بدائية - البكتيريا أو الكائنات الأولية متعددة الخلايا. إن احتمال اكتشاف الحياة البدائية في الكون أعلى من احتمال الاتصال بالبشر الصغار الخضر، لأن الحياة موجودة على الأرض منذ أكثر من 4 مليارات سنة، منها الحضارة المتقدمةحسابات لمدة قرن واحد فقط. قبل ظهور الإشارات التي من صنع الإنسان، كان من الممكن التعرف على وجودنا فقط من خلال وجود مركبات خاصة في الغلاف الجوي - المؤشرات الحيوية. المؤشر الحيوي الرئيسي هو الأوزون، الذي يشير إلى وجود الأكسجين. يشير بخار الماء إلى وجود الماء السائل. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون والميثان من قبل بعض أنواع الكائنات الحية. وستكون مهمة داروين، التي سيطلقها علماء أوروبيون في عام 2015، مكلفة بالبحث عن المؤشرات الحيوية على الكواكب البعيدة. ستدور ستة تلسكوبات تعمل بالأشعة تحت الحمراء على بعد 1.5 مليون كيلومتر من الأرض وستقوم بمسح عدة آلاف من أنظمة الكواكب القريبة. واستنادا إلى كمية الأكسجين في الغلاف الجوي، فإن مشروع داروين قادر على تحديد حياة صغيرة جدا، عمرها عدة مئات من ملايين السنين.
وإذا كان إشعاع الغلاف الجوي للكوكب يحتوي على خطوط طيفية لثلاث مواد - الأوزون وبخار الماء والميثان - فهذا دليل إضافي لصالح وجود الحياة. والخطوة التالية هي تحديد نوعه ودرجة تطوره. على سبيل المثال، وجود جزيئات الكلوروفيل يعني أن هناك بكتيريا ونباتات على الكوكب تستخدم عملية التمثيل الضوئي لإنتاج الطاقة. إن تطوير الجيل القادم من المؤشرات الحيوية أمر واعد للغاية، لكنه لا يزال بعيد المنال.
مصدر عضوي
إذا لم تكن هناك شروط على الأرض لتوليف المواد العضوية قبل البيولوجية، فيمكن أن تكون في الفضاء. في عام 1961، نشر عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي جون أورو مقالًا عن الأصل المذنب للجزيئات العضوية. تعرضت الأرض الفتية، غير المحمية بغلاف جوي كثيف، لقصف هائل من المذنبات، التي تتكون أساسًا من الجليد، ولكنها تحتوي أيضًا على الأمونيا والفورمالدهيد وسيانيد الهيدروجين والسيانوسيتيلين والأدينين وغيرها من المركبات الضرورية للتوليف اللاحيوي للأحماض الأمينية. الأحماض النووية و الأحماض الدهنية- المكونات الرئيسية للخلية. ووفقا لعلماء الفلك، سقط 1021 كجم من المواد المذنبية على سطح الأرض. وشكلت مياه المذنبات محيطات ازدهرت فيها الحياة بعد مئات الملايين من السنين.
تؤكد الملاحظات أن الأجسام الكونية وسحب الغبار بين النجوم تحتوي على مادة عضوية بسيطة وحتى أحماض أمينية. التحليل الطيفيوأظهر وجود الأدينين والبيورين في ذيل المذنب هالي بوب، كما تم العثور على البيريميدين في نيزك مورشيسون. وتكوين هذه المركبات في الفضاء لا يتعارض مع قوانين الفيزياء والكيمياء.
تحظى فرضية المذنب أيضًا بشعبية كبيرة بين علماء الكونيات لأنها تفسر ظهور الحياة على الأرض بعد تكوين القمر. من المقبول عمومًا أنه منذ حوالي 4.5 مليار سنة اصطدمت الأرض بجسم كوني ضخم. ذاب سطحه، وتناثر جزء من المادة في المدار، حيث شكل قمرًا صناعيًا صغيرًا - القمر. بعد هذه الكارثة، لم يكن من المفترض أن تبقى أي مادة عضوية أو ماء على الكوكب. من أين أتوا؟ جلبتهم المذنبات مرة أخرى.
مشكلة البوليمر
البروتينات الخلوية، DNA، RNA كلها بوليمرات، جزيئات طويلة جدًا، مثل الخيوط. هيكل البوليمرات بسيط للغاية، فهو يتكون من أجزاء تتكرر بترتيب معين. على سبيل المثال، السليلوز هو الجزيء الأكثر شيوعًا في العالم الموجود في النباتات. يتكون جزيء السليلوز الواحد من عشرات الآلاف من ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين، ولكنه في الوقت نفسه ليس أكثر من تكرارات متعددة لجزيئات الجلوكوز الأقصر المرتبطة ببعضها البعض، كما هو الحال في القلادة. البروتينات هي سلسلة من الأحماض الأمينية. DNA و RNA عبارة عن سلسلة من النيوكليوتيدات. علاوة على ذلك، فهي في المجمل تسلسلات طويلة جدًا. وهكذا، يتكون الجينوم البشري الذي تم فك شفرته من 3 مليارات زوج من النيوكليوتيدات.
داخل الخلية، يتم إنتاج البوليمرات باستمرار من خلال تفاعلات كيميائية معقدة. للحصول على البروتين، تحتاج إلى إزالة مجموعة الهيدروكسيل OH من أحد الأحماض الأمينية من أحد الأطراف وذرة الهيدروجين من الطرف الآخر، وبعد ذلك فقط "لصق" الحمض الأميني التالي. ومن السهل أن نرى أن الماء يتشكل في هذه العملية مرارًا وتكرارًا. إن التحرر من الماء، أي الجفاف، هو عملية قديمة جدًا، وهي مفتاح أصل الحياة. كيف حدث ذلك ولم تكن هناك خلية مع مصنع إنتاج البروتين الخاص بها؟ تنشأ مشكلة أيضًا مع البركة الضحلة الدافئة - مهد الأنظمة الحية. بعد كل شيء، أثناء البلمرة، يجب إزالة الماء، ولكن هذا مستحيل إذا كان هناك الكثير منه.
جين الطين
لا بد أنه كان هناك شيء ما في المرق البدائي ساعد النظام الحي على الولادة، وتسريع العملية وتوفير الطاقة. اقترح عالم البلورات الإنجليزي جون برنال في الخمسينيات من القرن العشرين أن الطين العادي، المغطى بكثرة في قاع أي مسطح مائي، يمكن أن يكون بمثابة مساعد. ساهمت المعادن الطينية في تكوين البوليمرات الحيوية وظهور آلية الوراثة. أصبحت فرضية برنال أقوى على مر السنين واجتذبت العديد من المتابعين. اتضح أن جزيئات الطين المشععة بالطاقة فوق البنفسجية تخزن احتياطي الطاقة الناتج، والذي يتم إنفاقه على تفاعل تجميع البوليمر الحيوي. في وجود الطين، تتجمع المونومرات في جزيئات ذاتية التكاثر، مثل الحمض النووي الريبي (RNA).
تتشابه معظم المعادن الطينية في تركيبها مع البوليمرات. وهي تتكون من عدد هائل من الطبقات المتصلة ببعضها البعض بواسطة شبكات ضعيفة الروابط الكيميائية. ينمو هذا الشريط المعدني من تلقاء نفسه، وتكرر كل طبقة تالية الطبقة السابقة، وفي بعض الأحيان تحدث عيوب - طفرات، كما هو الحال في الجينات الحقيقية. الكيميائي الاسكتلندي أ.ج. جادل كيرنز سميث بأن أول كائن حي على الأرض كان على وجه التحديد "جين الطين". من خلال الدخول بين طبقات جزيئات الطين، تفاعلت الجزيئات العضوية معها، واعتمدت طريقة تخزين المعلومات والنمو، كما يمكن القول، تعلموا. لفترة من الوقت، تعايشت المعادن والحياة الأولية بسلام، ولكن سرعان ما حدث تمزق، أو استيلاء وراثي، وفقًا لكيرنز سميث، وبعد ذلك غادرت الحياة المنزل المعدني وبدأت تطورها الخاص.
أقدم الميكروبات
تحتوي الصخور السوداء التي يبلغ عمرها 3.5 مليار عام في غرب أستراليا على بقايا أقدم الكائنات الحية التي تم اكتشافها على الإطلاق على الأرض. تنتمي الكرات والألياف المرئية فقط تحت المجهر إلى بدائيات النوى - وهي ميكروبات لا تحتوي خلاياها بعد على نواة ويتم وضع حلزون الحمض النووي مباشرة في السيتوبلازم. تم اكتشاف أقدم الحفريات في عام 1993 من قبل عالم الأحياء القديمة الأمريكي ويليام شوبف. تعد الصخور البركانية والرسوبية لمجمع بيلبارا، غرب الصحراء الرملية الكبرى في أستراليا، من أقدم الصخور على وجه الأرض. ومن حسن الحظ أن هذه التكوينات لم تتغير كثيرًا تحت تأثير العمليات الجيولوجية القوية وحافظت على بقايا الكائنات المبكرة في الطبقات البينية.
وكان من الصعب التحقق من أن الكرات والخيوط الصغيرة كانت كائنات حية في الماضي. سلسلة من الخرزات الصغيرة في صخرة يمكن أن تكون أي شيء: معادن، مواد عضوية غير بيولوجية، خدعة بصرية. في المجمل، أحصى شوبف 11 نوعًا من الحفريات المتعلقة بدائيات النوى. من بينها، 6، وفقا للعالم، هي البكتيريا الزرقاء، أو الطحالب الخضراء المزرقة. ولا تزال أنواع مماثلة موجودة على الأرض في المسطحات المائية العذبة والمحيطات وفي الينابيع الساخنة وبالقرب من البراكين. أحصى شوبف ستة علامات يمكن من خلالها اعتبار الأجسام المشبوهة في الصخور السوداء حية.
هذه هي العلامات:
1.
تتكون الحفريات من مادة عضوية
2.
يملكون بنية معقدة- تتكون الألياف من خلايا أشكال مختلفة: اسطوانات، صناديق، أقراص
3.
هناك العديد من الأشياء - إجمالي 200 حفرية تتضمن 1900 خلية
4.
الكائنات متشابهة مع بعضها البعض، مثل الممثلين الحديثين لنفس السكان
5.
كانت هذه كائنات حية تتكيف بشكل جيد مع ظروف الأرض المبكرة. كانوا يعيشون في قاع البحر، محميين من الأشعة فوق البنفسجية بطبقة سميكة من الماء والمخاط.
6.
وتكاثرت الكائنات مثل البكتيريا الحديثة، كما يتضح من النتائج التي توصلت إليها الخلايا في مرحلة الانقسام.
إن اكتشاف مثل هذه البكتيريا الزرقاء القديمة يعني أنه منذ ما يقرب من 3.5 مليار سنة كانت هناك كائنات حية تستهلك ثاني أكسيد الكربون وتنتج الأكسجين وكانت قادرة على الاختباء من اشعاع شمسيوالتعافي من الإصابات كما يفعلون وجهات النظر الحديثة. لقد بدأ المحيط الحيوي بالفعل في التبلور. بالنسبة للعلم، هذه لحظة مثيرة. كما يعترف ويليام شوبف، فإنه يفضل العثور على مخلوقات أكثر بدائية في مثل هذه السلالات الموقرة. بعد كل شيء، فإن اكتشاف البكتيريا الزرقاء القديمة يعيد بداية الحياة إلى فترة تم محوها التاريخ الجيولوجيوإلى الأبد، فمن غير المرجح أن يتمكن الجيولوجيون من اكتشافه وقراءته. كلما كانت الصخور أقدم، كلما طالت فترة تعرضها للضغط ودرجة الحرارة والتعرض للعوامل الجوية. إلى جانب أستراليا الغربية، هناك مكان واحد فقط على هذا الكوكب به صخور قديمة جدًا حيث يمكن العثور على الحفريات - في الشرق جنوب أفريقيافي مملكة سوازيلاند. لكن الصخور الأفريقية شهدت تغيرات جذرية على مدى مليارات السنين، وفقدت آثار الكائنات الحية القديمة.
حاليا، لم يجد الجيولوجيون بداية الحياة في صخور الأرض. بالمعنى الدقيق للكلمة، لا يمكنهم عمومًا تسمية الفاصل الزمني الذي لم تكن فيه الكائنات الحية موجودة بعد. ولا يمكنهم تتبع المراحل الأولى من تطور الكائنات الحية، منذ ما يصل إلى 3.5 مليار سنة. ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى عدم وجود أدلة جيولوجية، ويظل لغز أصل الحياة دون حل.
الواقعية والسريالية
انعقد المؤتمر الأول للجمعية الدولية لدراسة أصل الحياة (ISSOL) في عام 1973 في برشلونة. شعار هذا المؤتمر هو الذي رسمه سلفادور دالي. هنا كيف كان الأمر. كان جون أورو، عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي، صديقًا للفنان. في عام 1973، التقيا في باريس، وتناولا العشاء في مطعم مكسيم وذهبا إلى محاضرة حول التصوير المجسم. بعد المحاضرة، دعا دالي العالم بشكل غير متوقع للحضور إلى فندقه في اليوم التالي. وصل أورو وسلمه دالي رسمًا يرمز إلى مشكلة اللامركزية في الأنظمة الحية. تنمو بلورتان من بركة ناز على شكل ساعة رملية مقلوبة، مما يشير إلى الزمن المحدود للتطور. تجلس شخصية أنثوية على اليسار، ويقف رجل على اليمين ممسكًا بجناح فراشة، وتلتف دودة الحمض النووي بين البلورات. بلورات الكوارتز اليسرى واليمنى الموضحة في الشكل مأخوذة من كتاب أوبارين الصادر عام 1957 بعنوان أصل الحياة على الأرض. لمفاجأة العالم، احتفظ دالي بهذا الكتاب في غرفته! بعد المؤتمر، ذهب أوبارين لزيارة دالي، على ساحل كاتالونيا. كلا المشاهير كانوا يموتون للدردشة. كانت هناك محادثة طويلة بين الواقعي والسريالي، مدفوعة بلغة تعابير الوجه والإيماءات - بعد كل شيء، تحدث أوبارين باللغة الروسية فقط.
عالم الحمض النووي الريبوزي
في نظرية التولد التلقائي، يؤدي البحث عن أصل الحياة إلى فكرة وجود نظام أبسط من الخلية. الخلية الحديثة معقدة للغاية، ويعتمد عملها على ثلاث ركائز: DNA، RNA، والبروتينات. مخازن الحمض النووي معلومات وراثيةتنفذ البروتينات تفاعلات كيميائية وفقًا للمخطط المضمن في الحمض النووي، ويتم نقل المعلومات من الحمض النووي إلى البروتينات عن طريق الحمض النووي الريبي (RNA). ما الذي يمكن تضمينه في النظام المبسط؟ أحد مكونات الخلية التي يمكنها على الأقل إعادة إنتاج نفسها وتنظيم عملية التمثيل الغذائي.
إن البحث عن أقدم جزيء بدأت به الحياة بالفعل مستمر منذ ما يقرب من قرن من الزمان. وكما يعيد الجيولوجيون بناء تاريخ الأرض من الطبقات الصخرية، يكتشف علماء الأحياء تطور الحياة من بنية الخلية. أدت سلسلة من الاكتشافات في القرن العشرين إلى فرضية وجود جين تم إنشاؤه تلقائيًا، والذي أصبح سلف الحياة. ومن الطبيعي الاعتقاد بأن مثل هذا الجين الأول يمكن أن يكون جزيء DNA، لأنه يخزن معلومات حول بنيته والتغيرات فيه. تم اكتشاف تدريجيا أن الحمض النووي نفسه لا يستطيع نقل المعلومات إلى أجيال أخرى، ولهذا فهو يحتاج إلى مساعدين - الحمض النووي الريبي والبروتينات. عندما تم اكتشاف خصائص جديدة للحمض النووي الريبوزي (RNA) في النصف الثاني من القرن العشرين، تبين أن هذا الجزيء أكثر ملاءمة لـ دور أساسيفي مسرحية عن أصل الحياة.
إن جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) أبسط في البنية من الحمض النووي (DNA). وهو أقصر ويتكون من خيط واحد. يمكن أن يكون هذا الجزيء بمثابة محفز، أي إجراء تفاعلات كيميائية انتقائية، على سبيل المثال، ربط الأحماض الأمينية مع بعضها البعض، وعلى وجه الخصوص، تنفيذ التكرار الخاص به، أي التكاثر. كما هو معروف، يعد النشاط التحفيزي الانتقائي أحد الخصائص الرئيسية الكامنة في الأنظمة الحية. في الخلايا الحديثة، البروتينات فقط هي التي تؤدي هذه الوظيفة. وربما انتقلت إليهم هذه القدرة مع مرور الوقت، وفي يوم من الأيام تم ذلك عن طريق الحمض النووي الريبي (RNA).
ولمعرفة ما يستطيع الحمض النووي الريبوزي (RNA) فعله أيضًا، بدأ العلماء في استيلاده بشكل مصطنع. في محلول مشبع بجزيئات الحمض النووي الريبي (RNA)، تغلي حياته. يتبادل السكان الأجزاء ويعيدون إنتاج أنفسهم، أي أن المعلومات تنتقل إلى الأحفاد. يشبه الانتقاء التلقائي للجزيئات في مثل هذه المستعمرة الانتقاء الطبيعي، مما يعني أنه يمكن التحكم فيه. وكما يقوم المربون بزراعة سلالات جديدة من الحيوانات، فقد بدأوا أيضًا في تنمية الحمض النووي الريبوزي (RNA) بخصائص محددة. على سبيل المثال، الجزيئات التي تساعد على ربط النيوكليوتيدات في سلاسل طويلة؛ جزيئات مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة، وما إلى ذلك.
مستعمرات الجزيئات في أطباق بيتري هي عالم الحمض النووي الريبي (RNA)، الاصطناعي فقط. ربما يكون العالم الطبيعي للحمض النووي الريبوزي (RNA) قد نشأ منذ 4 مليارات سنة في برك دافئة وبحيرات ضحلة حيث تكاثرت الجزيئات تلقائيًا. وتدريجيًا، بدأت الجزيئات تتجمع في مجتمعات وتتنافس مع بعضها البعض للحصول على مكان في الشمس، للأصلح على قيد الحياة. صحيح أن نقل المعلومات في مثل هذه المستعمرات يحدث بشكل غير دقيق، وقد يتم فقدان الخصائص المكتسبة حديثًا للفرد "الفرد"، ولكن هذا النقص يتم تغطيته بعدد كبير من المجموعات. تم اختيار الحمض النووي الريبوزي (RNA) بسرعة كبيرة، وكان من الممكن أن تنشأ الخلية خلال نصف مليار سنة. وبعد أن أعطى قوة دافعة لظهور الحياة، لم يختف عالم الحمض النووي الريبي (RNA)، بل يستمر في الوجود داخل جميع الكائنات الحية على الأرض.
إن عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA) يكاد يكون على قيد الحياة، ولم يتبق منه سوى خطوة واحدة ليتم إحيائه بالكامل - وهي إنتاج خلية. يتم فصل الخلية عن البيئة بغشاء قوي، مما يعني أن المرحلة التالية في تطور عالم الحمض النووي الريبي (RNA) هي تطويق المستعمرات، حيث ترتبط الجزيئات ببعضها البعض، في غشاء دهني. يمكن أن تنشأ مثل هذه الخلية الأولية عن طريق الصدفة، ولكن لكي تصبح خلية حية كاملة، كان على الغشاء أن يتكاثر من جيل إلى جيل. باستخدام الانتقاء الاصطناعي، يمكن تربية الحمض النووي الريبي (RNA) المسؤول عن نمو الغشاء في المستعمرات، ولكن هل حدث هذا بالفعل؟ ويؤكد مؤلفو التجارب من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة الأمريكية أن النتائج التي تم الحصول عليها في المختبر لن تكون بالضرورة مشابهة للتجميع الحقيقي للخلية الحية، وربما تكون بعيدة كل البعد عن الحقيقة. ومع ذلك، لم يكن من الممكن بعد إنشاء خلية حية في أنبوب اختبار. لم يكشف عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA) عن أسراره بالكامل.
إن مسألة متى ظهرت الحياة على الأرض كانت دائمًا تقلق ليس العلماء فحسب، بل أيضًا جميع الناس. إجابات عليه
جميع الأديان تقريبا. على الرغم من عدم وجود إجابة علمية دقيقة لهذا السؤال، إلا أن بعض الحقائق تسمح لنا بوضع فرضيات معقولة إلى حد ما. عثر الباحثون على عينة صخرية في جرينلاند
مع دفقة صغيرة من الكربون. عمر العينة أكثر من 3.8 مليار سنة. من المرجح أن يكون مصدر الكربون نوعًا ما من المواد العضوية - وخلال هذا الوقت فقد هيكله تمامًا. ويعتقد العلماء أن هذه الكتلة من الكربون قد تكون أقدم أثر للحياة على الأرض.
كيف كانت تبدو الأرض البدائية؟
دعونا نتقدم سريعًا إلى ما قبل 4 مليارات سنة. لا يحتوي الغلاف الجوي على أكسجين حر، بل يوجد فقط في الأكاسيد. تكاد لا توجد أصوات سوى صفير الريح، وهسهسة المياه المتصاعدة مع الحمم البركانية، وارتطام النيازك بسطح الأرض. لا نباتات ولا حيوانات ولا بكتيريا. ربما هذا هو شكل الأرض عندما ظهرت عليها الحياة؟ وعلى الرغم من أن هذه المشكلة ظلت لفترة طويلة محل اهتمام العديد من الباحثين، إلا أن آراءهم حول هذا الموضوع تتباين بشكل كبير. ومن الممكن أن تشير الصخور إلى الظروف التي كانت على الأرض في ذلك الوقت، لكنها دمرت منذ فترة طويلة نتيجة العمليات والحركات الجيولوجية قشرة الأرض.
سنتحدث في هذا المقال بإيجاز عن عدة فرضيات حول أصل الحياة، تعكس الأفكار العلمية الحديثة. وفقا لستانلي ميلر، الخبير المعروف في مجال أصل الحياة، يمكننا الحديث عن أصل الحياة وبداية تطورها منذ اللحظة التي نظمت فيها الجزيئات العضوية نفسها ذاتيا في هياكل كانت قادرة على إعادة إنتاج نفسها . لكن هذا يثير أسئلة أخرى: كيف نشأت هذه الجزيئات؟ ولماذا استطاعوا أن يتكاثروا ويتجمعوا في تلك الهياكل التي أدت إلى ظهور الكائنات الحية؛ ما هي الشروط اللازمة لهذا؟
ووفقا لإحدى الفرضيات، بدأت الحياة في قطعة من الجليد. على الرغم من أن العديد من العلماء يعتقدون أن ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي حافظ على ظروف الاحتباس الحراري، إلا أن آخرين يعتقدون أن الشتاء ساد على الأرض. عند درجات الحرارة المنخفضة، تكون جميع المركبات الكيميائية أكثر استقرارًا، وبالتالي يمكن أن تتراكم بكميات أكبر مما هي عليه عند درجات الحرارة المرتفعة. شظايا النيزك التي تم جلبها من الفضاء، والانبعاثات من الفتحات الحرارية المائية، والتفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء التفريغ الكهربائي في الغلاف الجوي كانت مصادر للأمونيا والمركبات العضوية مثل الفورمالديهايد والسيانيد. الدخول في مياه المحيط العالمي، تجمدوا معه. وفي العمود الجليدي، اقتربت جزيئات المواد العضوية من بعضها البعض ودخلت في تفاعلات أدت إلى تكوين الجليسين والأحماض الأمينية الأخرى. كان المحيط مغطى بالجليد، مما يحمي المركبات التي تم تشكيلها حديثا من التدمير بواسطة الأشعة فوق البنفسجية. يمكن أن يذوب هذا العالم الجليدي، على سبيل المثال، إذا سقط نيزك ضخم على الكوكب (الشكل 1).
اعتقد تشارلز داروين ومعاصروه أن الحياة يمكن أن تنشأ في مسطح مائي. لا يزال العديد من العلماء متمسكين بوجهة النظر هذه. في خزان مغلق وصغير نسبيا، يمكن أن تتراكم المواد العضوية التي تجلبها المياه المتدفقة إليه بالكميات المطلوبة. ثم تم بعد ذلك تركيز هذه المركبات على الأسطح الداخلية للمعادن ذات الطبقات، مما قد يحفز التفاعلات. على سبيل المثال، تفاعلت جزيئين من الفوسفالديهيد الملتقيين على سطح المعدن مع بعضهما البعض لتكوين جزيء كربوهيدرات مفسفر، وهو مقدمة محتملة للحمض الريبي النووي (الشكل 2).
أو ربما نشأت الحياة في مناطق النشاط البركاني؟ مباشرة بعد تكوينها، كانت الأرض عبارة عن كرة من الصهارة تنفث النار. أثناء الانفجارات البركانية والغازات المنبعثة من الصهارة المنصهرة، سطح الأرضمتنوع المواد الكيميائية، ضروري لتخليق الجزيئات العضوية. وهكذا، فإن جزيئات أول أكسيد الكربون، بمجرد وجودها على سطح معدن البيريت، الذي له خصائص تحفيزية، يمكن أن تتفاعل مع المركبات التي تحتوي على مجموعات الميثيل وتشكل حمض الأسيتيك، والذي يتم منه بعد ذلك تصنيع المركبات العضوية الأخرى (الشكل 3).
لأول مرة، تمكن العالم الأمريكي ستانلي ميلر من الحصول على جزيئات عضوية - الأحماض الأمينية - في ظروف معملية تحاكي تلك التي كانت على الأرض البدائية في عام 1952. ثم أصبحت هذه التجارب ضجة كبيرة، واكتسب مؤلفها شهرة عالمية. وهو يواصل حاليًا إجراء الأبحاث في مجال كيمياء ما قبل الحياة (ما قبل الحياة) في جامعة كاليفورنيا. كان التثبيت الذي أجريت عليه التجربة الأولى عبارة عن نظام من القوارير، حيث كان من الممكن الحصول على تفريغ كهربائي قوي بجهد 100000 فولت.
ملأ ميلر هذه القارورة بالغازات الطبيعية - الميثان والهيدروجين والأمونيا، التي كانت موجودة في الغلاف الجوي للأرض البدائية. في القارورة الموجودة أدناه لم يكن هناك عدد كبير منالمياه محاكاة المحيط. التفريغ الكهربائيكانت قوتها قريبة من البرق، وتوقع ميلر أنه بموجب عملها تم تشكيل مركبات كيميائية، والتي، عند دخولها إلى الماء، ستتفاعل مع بعضها البعض وتشكل جزيئات أكثر تعقيدا.
النتيجة تجاوزت كل التوقعات. بعد إيقاف التثبيت في المساء والعودة في صباح اليوم التالي، اكتشف ميلر أن الماء الموجود في القارورة قد اكتسب لونًا مصفرًا. وما ظهر كان عبارة عن حساء من الأحماض الأمينية، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات. وهكذا أظهرت هذه التجربة مدى سهولة تكوين المكونات الأساسية للحياة. كل ما هو مطلوب هو مزيج من الغازات ومحيط صغير وقليل من البرق.
ويميل علماء آخرون إلى الاعتقاد بأن الغلاف الجوي القديم للأرض كان مختلفًا عن الغلاف الجوي الذي نموذجه ميلر، وعلى الأرجح كان يتكون من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين. باستخدام خليط الغاز هذا والإعداد التجريبي لميلر، حاول الكيميائيون إنتاج مركبات عضوية. ومع ذلك، كان تركيزها في الماء ضئيلًا كما لو تم إذابة قطرة من ألوان الطعام في حمام السباحة. وبطبيعة الحال، من الصعب أن نتخيل كيف يمكن أن تنشأ الحياة في مثل هذا المحلول المخفف.
إذا كانت مساهمة العمليات الأرضية في إنشاء احتياطيات من المواد العضوية الأولية ضئيلة للغاية، فمن أين أتت؟ ربما من الفضاء؟ يمكن للكويكبات والمذنبات والنيازك وحتى جزيئات الغبار الموجود بين الكواكب أن تحمل مركبات عضوية، بما في ذلك الأحماض الأمينية. يمكن لهذه الأجسام الموجودة خارج كوكب الأرض أن توفر كميات كافية من المركبات العضوية لأصل الحياة لدخول المحيط البدائي أو المسطحات المائية الصغيرة.
يظل التسلسل والفاصل الزمني للأحداث، بدءًا من تكوين المادة العضوية الأولية وانتهاءً بظهور الحياة على هذا النحو، وربما سيظل إلى الأبد لغزًا يقلق العديد من الباحثين، فضلاً عن مسألة ماذا. في الواقع، اعتبرها حياة.
يوجد حاليًا عدة تعريفات علمية للحياة، لكن جميعها غير دقيقة. بعضها واسع جدًا بحيث تقع تحتها أشياء غير حية مثل النار أو البلورات المعدنية. البعض الآخر ضيق للغاية، ووفقا لهم، لا يتم التعرف على البغال التي لا تلد ذرية على أنها حية.
واحدة من أنجح تعريفات الحياة هي الاكتفاء الذاتي النظام الكيميائيقادرة على التصرف وفقا لقوانين التطور الداروينية. وهذا يعني، أولاً، أن مجموعة الأفراد الأحياء يجب أن تنتج أحفادًا مشابهين لهم، يرثون خصائص آبائهم. ثانيا، يجب أن تظهر أجيال المتحدرين عواقب الطفرات - التغيرات الجينية التي ترثها الأجيال اللاحقة وتتسبب في تقلب السكان. وثالثا، من الضروري أن يعمل النظام الانتقاء الطبيعيونتيجة لذلك يكتسب بعض الأفراد ميزة على الآخرين ويعيشون في ظروف متغيرة، وينتجون ذرية.
ما هي عناصر النظام اللازمة ليتمتع بخصائص الكائن الحي؟ رقم ضخميعتقد علماء الكيمياء الحيوية وعلماء الأحياء الجزيئية أن جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) لها الخصائص الضرورية. الحمض النووي الريبي (RNA) - الأحماض النووية الريبية - هي جزيئات خاصة. يمكن لبعضها أن يتكاثر، ويتحور، وبالتالي ينقل المعلومات، وبالتالي، يمكنه المشاركة في الانتقاء الطبيعي. صحيح أنهم غير قادرين على تحفيز عملية النسخ بأنفسهم، على الرغم من أن العلماء يأملون في العثور على جزء من الحمض النووي الريبي (RNA) بمثل هذه الوظيفة في المستقبل القريب. وتشارك جزيئات أخرى من الحمض النووي الريبي (RNA) في "قراءة" المعلومات الوراثية ونقلها إلى الريبوسومات، حيث يحدث تركيب جزيئات البروتين، والتي يشارك فيها النوع الثالث من جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA).
وهكذا، يمكن تمثيل النظام الحي الأكثر بدائية من خلال تضاعف جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA)، وخضوعها للطفرات، وخضوعها للانتقاء الطبيعي. في سياق التطور، على أساس الحمض النووي الريبي (RNA)، نشأت جزيئات الحمض النووي المتخصصة - أمناء المعلومات الوراثية - ولا تقل عن جزيئات البروتين المتخصصة، والتي تولت وظائف المحفزات لتوليف جميع الجزيئات البيولوجية المعروفة حاليًا.
في وقت ما، وجد "نظام حي" من الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي (RNA) والبروتين مأوى داخل كيس يتكون من غشاء دهني، وكانت هذه البنية، الأكثر حماية من التأثيرات الخارجية، بمثابة النموذج الأولي للخلايا الأولى التي أدت إلى ظهورها. إلى الفروع الرئيسية الثلاثة للحياة، والتي تتمثل في العالم الحديث بالبكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى. أما بالنسبة لتاريخ وتسلسل ظهور مثل هذه الخلايا الأولية، فإن هذا لا يزال لغزا. بالإضافة إلى ذلك، وفقا للتقديرات الاحتمالية البسيطة، لا يوجد ما يكفي من الوقت للانتقال التطوري من الجزيئات العضوية إلى الكائنات الحية الأولى - ظهرت أبسط الكائنات الحية الأولى فجأة.
لسنوات عديدة، اعتقد العلماء أنه من غير المرجح أن تكون الحياة قد ظهرت وتطورت خلال الفترة التي كانت فيها الأرض تتعرض باستمرار للاصطدامات مع المذنبات الكبيرة والنيازك، وهي الفترة التي انتهت منذ حوالي 3.8 مليار سنة. ومع ذلك، فقد تم مؤخرًا اكتشاف آثار لهياكل خلوية معقدة يعود تاريخها إلى ما لا يقل عن 3.86 مليار سنة في أقدم الصخور الرسوبية على الأرض، والتي تم العثور عليها في جنوب غرب جرينلاند. وهذا يعني أن الأشكال الأولى للحياة كان من الممكن أن تنشأ قبل ملايين السنين من توقف قصف الأجسام الكونية الكبيرة على كوكبنا. ولكن من الممكن أن يكون هناك سيناريو مختلف تمامًا (الشكل 4).
من الممكن أن تلعب الأجسام الفضائية التي تسقط على الأرض دورًا رئيسيًا في ظهور الحياة على كوكبنا، لأنه وفقًا لعدد من الباحثين، يمكن أن تكون الخلايا المشابهة للبكتيريا قد نشأت على كوكب آخر ثم وصلت إلى الأرض مع الكويكبات. تم العثور على أحد الأدلة التي تدعم نظرية أصول الحياة خارج كوكب الأرض داخل نيزك على شكل حبة البطاطس واسمه ALH84001. وكان هذا النيزك في الأصل قطعة من قشرة المريخ، ثم ألقيت إلى الفضاء نتيجة انفجار عندما اصطدم كويكب ضخم بسطح المريخ، والذي حدث قبل حوالي 16 مليون سنة. وقبل 13 ألف سنة، وبعد رحلة طويلة داخل النظام الشمسي، هبطت هذه القطعة من صخرة مريخية على شكل نيزك في القارة القطبية الجنوبية، حيث تم اكتشافها مؤخرا. وكشفت دراسة تفصيلية للنيزك عن هياكل على شكل قضيب تشبه البكتيريا المتحجرة بداخله، مما أثار جدلاً علميًا ساخنًا حول إمكانية وجود حياة في أعماق القشرة المريخية. ولن يتم حل هذه الخلافات حتى عام 2005 عندما تقوم الإدارة الوطنية للملاحة الجوية أبحاث الفضاءستنفذ الولايات المتحدة برنامجًا لإرسال مركبة فضائية بين الكواكب إلى المريخ لأخذ عينات من قشرة المريخ وتسليم عينات إلى الأرض. وإذا تمكن العلماء من إثبات أن الكائنات الحية الدقيقة كانت تسكن المريخ ذات يوم، فيمكننا التحدث بدرجة أكبر من الثقة حول أصل الحياة خارج كوكب الأرض وإمكانية جلب الحياة من الفضاء الخارجي (الشكل 5).
أرز. 5. أصلنا من الميكروبات.
ماذا ورثنا من أشكال الحياة القديمة؟ تكشف المقارنة أدناه بين الكائنات وحيدة الخلية والخلايا البشرية عن العديد من أوجه التشابه.
 1. التكاثر الجنسي |
 2. الرموش |
 3. التقاط خلايا أخرى |
 4. الميتوكوندريا |
 5. الأسواط |
تطور الحياة على الأرض: من البسيط إلى المعقد
في الوقت الحاضر، وربما في المستقبل، لن يتمكن العلم من الإجابة على سؤال حول ما بدا عليه الكائن الحي الأول الذي ظهر على الأرض - الجد الذي نشأت منه الفروع الثلاثة الرئيسية لشجرة الحياة. أحد الفروع هو حقيقيات النوى، التي تحتوي خلاياها على نواة مشكلة تحتوي على مادة وراثية وعضيات متخصصة: الميتوكوندريا المنتجة للطاقة، والفجوات، وما إلى ذلك. وتشمل الكائنات حقيقية النواة الطحالب والفطريات والنباتات والحيوانات والبشر.
الفرع الثاني هو البكتيريا - كائنات حية وحيدة الخلية بدائية النواة (ما قبل النواة) لا تحتوي على نواة وعضيات واضحة. وأخيرًا، الفرع الثالث هو كائنات وحيدة الخلية تسمى العتائق، أو العتائق، والتي تمتلك خلاياها نفس بنية بدائيات النوى، ولكن التركيب الكيميائي للدهون مختلف تمامًا.
العديد من البكتيريا الأثرية قادرة على البقاء في ظروف بيئية غير مواتية للغاية. بعضهم محبون للحرارة ويعيشون فقط في الينابيع الساخنة التي تصل درجة حرارتها إلى 90 درجة مئوية أو حتى أعلى، حيث تموت الكائنات الحية الأخرى ببساطة. تشعر بالارتياح في مثل هذه الظروف، حيث تستهلك هذه الكائنات وحيدة الخلية الحديد والمواد التي تحتوي على الكبريت، بالإضافة إلى عدد من المواد مركبات كيميائية، سامة لأشكال الحياة الأخرى. وفقًا للعلماء، فإن البكتيريا الأثرية المحبة للحرارة التي تم العثور عليها هي كائنات بدائية للغاية، ومن الناحية التطورية، هي أقرباء لأقدم أشكال الحياة على الأرض.
ومن المثير للاهتمام أن الممثلين الحديثين لجميع فروع الحياة الثلاثة، الأكثر مماثلة لأسلافهم، لا يزالون يعيشون في أماكن ذات درجات حرارة عالية. وبناءً على ذلك، يميل بعض العلماء إلى الاعتقاد بأن الحياة قد نشأت على الأرجح قبل حوالي 4 مليارات سنة في قاع المحيط بالقرب من الينابيع الساخنة، مما أدى إلى انفجار تيارات غنية بالمعادن والمواد عالية الطاقة. من خلال التفاعل مع بعضها البعض ومع مياه المحيط المعقم آنذاك، والدخول في مجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية، أدت هذه المركبات إلى ظهور جزيئات جديدة بشكل أساسي. لذلك، لعشرات الملايين من السنين، تم إعداد أعظم طبق - الحياة - في هذا "المطبخ الكيميائي". ومنذ حوالي 4.5 مليار سنة، ظهرت كائنات حية وحيدة الخلية على الأرض، واستمر وجودها المنعزل طوال فترة ما قبل الكمبري.
حدثت موجة التطور التي أدت إلى ظهور الكائنات متعددة الخلايا في وقت لاحق، منذ ما يزيد قليلاً عن نصف مليار سنة. على الرغم من أن الكائنات الحية الدقيقة صغيرة جدًا لدرجة أن قطرة ماء واحدة يمكن أن تحتوي على مليارات الكائنات الحية، إلا أن حجم عملها هائل.
يُعتقد أنه في البداية لم يكن هناك أكسجين مجاني في الغلاف الجوي للأرض والمحيطات، وفي ظل هذه الظروف عاشت وتطورت الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية فقط. كانت إحدى الخطوات الخاصة في تطور الكائنات الحية هي ظهور بكتيريا التمثيل الضوئي، والتي، باستخدام الطاقة الضوئية، حولت ثاني أكسيد الكربون إلى مركبات كربوهيدراتية كانت بمثابة غذاء للكائنات الحية الدقيقة الأخرى. إذا أنتجت عملية التمثيل الضوئي الأولى غاز الميثان أو كبريتيد الهيدروجين، فإن الطفرات التي ظهرت ذات مرة بدأت في إنتاج الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي. مع تراكم الأكسجين في الغلاف الجوي والمياه، احتلت البكتيريا اللاهوائية، التي تعتبر ضارة بها، أماكن خالية من الأكسجين.
كشفت الحفريات القديمة الموجودة في أستراليا والتي يعود تاريخها إلى 3.46 مليار سنة عن هياكل يعتقد أنها بقايا البكتيريا الزرقاء، وهي أول الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بالتمثيل الضوئي. تتجلى الهيمنة السابقة للكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية والبكتيريا الزرقاء في الستروماتوليت الموجودة في المياه الساحلية الضحلة للمسطحات المائية المالحة غير الملوثة. وهي تشبه في شكلها الصخور الكبيرة وتمثل مجتمعًا مثيرًا للاهتمام من الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في صخور الحجر الجيري أو الدولوميت التي تشكلت نتيجة لنشاطها الحياتي. على عمق عدة سنتيمترات من السطح، تكون الستروماتوليتات مشبعة بالكائنات الحية الدقيقة: في الواقع الطبقة العلياالبكتيريا الزرقاء الضوئية التي تنتج الأكسجين الحي؛ تم العثور على بكتيريا أعمق تتحمل الأكسجين إلى حد ما ولا تحتاج إلى ضوء؛ وفي الطبقة السفلية توجد بكتيريا لا يمكنها العيش إلا في غياب الأكسجين. تقع هذه الكائنات الحية الدقيقة في طبقات مختلفة، وتشكل نظامًا متحدًا بعلاقات معقدة فيما بينها، بما في ذلك العلاقات الغذائية. خلف الغشاء الميكروبي توجد صخرة تكونت نتيجة تفاعل بقايا الكائنات الحية الدقيقة الميتة مع كربونات الكالسيوم المذابة في الماء. يعتقد العلماء أنه عندما لم تكن هناك قارات على الأرض البدائية وكانت أرخبيلات البراكين فقط هي التي ارتفعت فوق سطح المحيط، كانت المياه الضحلة مليئة بالستروماتوليت.
نتيجة لنشاط البكتيريا الزرقاء الضوئية، ظهر الأكسجين في المحيط، وبعد حوالي مليار سنة، بدأ يتراكم في الغلاف الجوي. أولا، تفاعل الأكسجين الناتج مع الحديد المذاب في الماء، مما أدى إلى ظهور أكاسيد الحديد، التي تترسب تدريجيا في القاع. وهكذا، على مدى ملايين السنين، بمشاركة الكائنات الحية الدقيقة، نشأت رواسب ضخمة من خام الحديد، والتي يتم صهر الفولاذ منها اليوم.
وبعد ذلك، عندما تأكسد الجزء الأكبر من الحديد الموجود في المحيطات ولم يعد قادرًا على ربط الأكسجين، هرب إلى الغلاف الجوي في صورة غازية.
بعد أن أنشأت البكتيريا الزرقاء الضوئية كمية معينة من المواد العضوية الغنية بالطاقة من ثاني أكسيد الكربون وإثراء الغلاف الجوي للأرض بالأكسجين، نشأت بكتيريا جديدة - الهوائية، والتي لا يمكن أن توجد إلا في وجود الأكسجين. إنهم يحتاجون إلى الأكسجين لأكسدة (احتراق) المركبات العضوية، ويتم تحويل جزء كبير من الطاقة الناتجة إلى شكل متاح بيولوجيا - أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). هذه العملية مواتية للغاية من حيث الطاقة: البكتيريا اللاهوائية، عند تحلل جزيء واحد من الجلوكوز، تتلقى 2 فقط جزيئات ATPوالبكتيريا الهوائية التي تستخدم الأكسجين تحتوي على 36 جزيء ATP.
مع ظهور الأكسجين الكافي لأسلوب الحياة الهوائي، ظهرت أيضًا الخلايا حقيقية النواة لأول مرة، والتي، على عكس البكتيريا، تحتوي على نواة وعضيات مثل الميتوكوندريا والجسيمات الحالة، وفي الطحالب والنباتات العليا - البلاستيدات الخضراء، حيث تحدث تفاعلات التمثيل الضوئي. هناك فرضية مثيرة للاهتمام وقائمة على أسس جيدة فيما يتعلق بظهور وتطور حقيقيات النوى، والتي عبر عنها الباحث الأمريكي إل. مارغوليس منذ ما يقرب من 30 عامًا. وفقًا لهذه الفرضية، فإن الميتوكوندريا التي تعمل كمصانع للطاقة في الخلية حقيقية النواة هي البكتيريا الهوائية، والبلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية التي يحدث فيها التمثيل الضوئي هي البكتيريا الزرقاء، والتي ربما امتصتها الأميبات البدائية منذ حوالي 2 مليار سنة. نتيجة للتفاعلات متبادلة المنفعة، أصبحت البكتيريا الممتصة متكافلة داخلية وشكلت نظامًا مستقرًا مع الخلية التي امتصتها - خلية حقيقية النواة.
أظهرت دراسات البقايا الأحفورية للكائنات الحية في الصخور ذات العصور الجيولوجية المختلفة أنه على مدى مئات الملايين من السنين بعد نشأتها، تم تمثيل أشكال الحياة حقيقية النواة بواسطة كائنات مجهرية كروية وحيدة الخلية مثل الخميرة، واستمر تطورها التطوري ببطء شديد. خطوة. ولكن منذ ما يزيد قليلاً عن مليار سنة، ظهرت العديد من الأنواع الجديدة من حقيقيات النوى، مما يمثل قفزة هائلة في تطور الحياة.
بادئ ذي بدء، كان هذا بسبب ظهور التكاثر الجنسي. وإذا تكاثرت البكتيريا وحقيقيات النوى وحيدة الخلية عن طريق إنتاج نسخ متطابقة وراثيا من نفسها ودون الحاجة إلى شريك جنسي، فإن التكاثر الجنسي في الكائنات حقيقية النواة الأكثر تنظيما يحدث على النحو التالي. تندمج الخليتان الجنسيتان الفرديتان للوالدين، اللتان تحتويان على مجموعة واحدة من الكروموسومات، لتكوين زيجوت يحتوي على مجموعة مزدوجة من الكروموسومات مع جينات كلا الشريكين، مما يخلق فرصًا لمجموعات جينية جديدة. أدى ظهور التكاثر الجنسي إلى ظهور كائنات حية جديدة دخلت ساحة التطور.
ثلاثة أرباع مجمل وجود الحياة على الأرض كانت ممثلة حصرياً بالكائنات الحية الدقيقة، حتى حدثت قفزة نوعية في التطور أدت إلى ظهور كائنات حية عالية التنظيم، بما في ذلك البشر. دعونا نتتبع المعالم الرئيسية في تاريخ الحياة على الأرض بخط تنازلي.
منذ 1.2 مليار سنة، حدث انفجار في التطور، نتج عن ظهور التكاثر الجنسي وتميز بظهور أشكال حياة عالية التنظيم - النباتات والحيوانات.
تجلى تشكيل الاختلافات الجديدة في النمط الجيني المختلط الذي ينشأ أثناء التكاثر الجنسي في شكل التنوع البيولوجي لأشكال الحياة الجديدة.
قبل ملياري سنة، ظهرت الخلايا حقيقية النواة المعقدة عندما قامت الكائنات وحيدة الخلية بتعقيد بنيتها عن طريق امتصاص خلايا بدائية النواة أخرى. وبعضها - البكتيريا الهوائية - تحول إلى ميتوكوندريا - محطات طاقة لتنفس الأكسجين. والبعض الآخر - البكتيريا الضوئية - بدأت في إجراء عملية التمثيل الضوئي داخل الخلية المضيفة وأصبحت البلاستيدات الخضراء في الطحالب والخلايا النباتية. وتشكل الخلايا حقيقية النواة، التي تحتوي على هذه العضيات ونواة متميزة بوضوح تحتوي على مادة وراثية، جميع أشكال الحياة المعقدة الحديثة - من العفن إلى البشر.
قبل 3.9 مليار سنة، ظهرت كائنات حية وحيدة الخلية ربما كانت تشبه البكتيريا والبكتيريا الحديثة. تتمتع كل من الخلايا بدائية النواة القديمة والحديثة ببنية بسيطة نسبيًا: فهي لا تحتوي على نواة مشكلة وعضيات متخصصة، ويحتوي السيتوبلازم الذي يشبه الهلام على جزيئات كبيرة من الحمض النووي - حاملة المعلومات الوراثية، والريبوسومات التي يحدث فيها تخليق البروتين، ويتم إنتاج الطاقة عليها الغشاء السيتوبلازمي المحيط بالخلية.
قبل 4 مليارات سنة، ظهر الحمض النووي الريبوزي (RNA) بطريقة غامضة. ومن الممكن أن تكون قد تشكلت من جزيئات عضوية أبسط ظهرت على الأرض البدائية. يُعتقد أن جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) القديمة كانت لها وظائف حاملات المعلومات الجينية ومحفزات البروتين، وكانت قادرة على التكرار (التكرار الذاتي)، وتحورت، وكانت خاضعة للانتقاء الطبيعي. في الخلايا الحديثة، لا يمتلك الحمض النووي الريبوزي (RNA) هذه الخصائص أو لا يظهرها، ولكنه يلعب دورًا مهمًا جدًا كوسيط في نقل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى الريبوسومات، حيث يحدث تخليق البروتين.
أ.ل. بروخوروف
بناءً على مقال بقلم ريتشارد موناسترسكي
في مجلة ناشيونال جيوغرافيك 1998 العدد 3
إن المفهوم الحديث لأصل الحياة على الأرض هو نتيجة لتوليفة واسعة النطاق علوم طبيعيةوالعديد من النظريات والفرضيات التي طرحها الباحثون في مختلف التخصصات.
لظهور الحياة على الأرض، يعد الغلاف الجوي الأساسي (للكوكب) مهمًا.
يحتوي الغلاف الجوي الأساسي للأرض على غاز الميثان والأمونيا وبخار الماء والهيدروجين. ومن خلال تعريض خليط هذه الغازات للشحنات الكهربائية والأشعة فوق البنفسجية، تمكن العلماء من الحصول على مواد عضوية معقدة تشكل جزءا من البروتينات الحية. إن "اللبنات الأساسية" الأولية للكائنات الحية هي: العناصر الكيميائيةمثل الكربون والأكسجين والنيتروجين والهيدروجين.
تحتوي الخلية الحية بالوزن على 70% أكسجين، و17% كربون، و10% هيدروجين، و3% نيتروجين، يليها الفوسفور والبوتاسيوم والكلور والكالسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والحديد.
لذا فإن الخطوة الأولى نحو ظهور الحياة هي تكوين المواد العضوية من المواد غير العضوية. ويرتبط بوجود "مواد خام" كيميائية يمكن أن يتم تركيبها تحت إشعاع وضغط ودرجة حرارة ورطوبة معينة.
لقد سبق ظهور أبسط الكائنات الحية تطور كيميائي طويل. من عدد صغير من المركبات (نتيجة الانتقاء الطبيعي) نشأت مواد ذات خصائص مناسبة للحياة. شكلت المركبات الناشئة عن الكربون "المرق الأساسي" للغلاف المائي. نشأت المواد التي تحتوي على النيتروجين والكربون في أعماق الأرض المنصهرة وتم إحضارها إلى السطح أثناء النشاط البركاني.
ترتبط الخطوة الثانية في ظهور المركبات بظهور البوليمرات الحيوية في المحيط الأولي للأرض: الأحماض النووية والبروتينات. وإذا افترضنا أنه خلال هذه الفترة كانت جميع المركبات العضوية موجودة في المحيط الأولي للأرض، فمن الممكن أن تكون المركبات العضوية المعقدة قد تشكلت على سطح المحيط على شكل طبقة رقيقة وفي المياه الضحلة التي تسخنها الشمس. سهلت البيئة اللاهوائية تخليق البوليمرات منها المركبات غير العضوية. بدأت المركبات العضوية البسيطة في الاندماج لتكوين جزيئات بيولوجية كبيرة.
تتشكل الإنزيمات - مواد بروتينية - محفزات تساهم في تكوين الجزيئات أو تفككها. نتيجة لنشاط الإنزيمات، نشأت "العناصر الأولية" للحياة - الأحماض النووية، والمواد البوليمرية المعقدة التي تتكون من المونومرات.
يتم ترتيب المونومرات في الأحماض النووية بطريقة تحمل معلومات معينة، أو رموزًا، أو رموزًا معينة.
والذي يتكون من حقيقة أن كل حمض أميني موجود في البروتين يتوافق مع بروتين معين مكون من 3 نيوكليوتيدات (ثلاثية). يمكن بناء البروتينات على أساس الأحماض النووية ويحدث تبادل المادة والطاقة مع البيئة الخارجية.
وقد شكل تكافل الأحماض النووية "أنظمة التحكم الجيني الجزيئي".
في هذه المرحلة، اكتسبت جزيئات الحمض النووي خصائص التكاثر الذاتي من نوعها وبدأت في التحكم في عملية تكوين المواد البروتينية.
في أصول جميع الكائنات الحية، كان هناك تخليق الإنزيم العكسي والمصفوفة من DNA إلى RNA، وتطور النظام الجزيئي r-RNA إلى نظام DNA. هكذا نشأ "جينوم المحيط الحيوي".
الحرارة والبرودة، البرق، التفاعل فوق البنفسجي، الغلاف الجوي الشحنات الكهربائيةوهبوب الرياح ونفاثات الماء - كل هذا يضمن بداية أو تخفيف التفاعلات الكيميائية الحيوية وطبيعة حدوثها و "انفجارات" الجينات.
ومع نهاية المرحلة البيوكيميائية، ظهرت تكوينات بنيوية مثل الأغشية، مما يحد من اختلاط المواد العضوية من البيئة الخارجية.
لعبت الأغشية دورًا رئيسيًا في بناء جميع الخلايا الحية. تتكون أجسام جميع النباتات والحيوانات من خلايا.
خلص العلماء المعاصرون إلى أن الكائنات الحية الأولى التي ظهرت على الأرض كانت بدائيات النوى أحادية الخلية. وهي تشبه في بنيتها البكتيريا أو الطحالب الخضراء المزرقة الموجودة حاليًا.
لوجود "الجزيئات الحية" الأولى، بدائيات النوى، كما هو الحال بالنسبة لجميع الكائنات الحية، من الضروري تدفق الطاقة من الخارج. كل خلية عبارة عن "محطة طاقة" صغيرة. المصدر المباشر للطاقة للخلايا هو ATP والمركبات الأخرى التي تحتوي على الفوسفور. تتلقى الخلايا الطاقة من الغذاء، فهي ليست قادرة على إنفاق الطاقة فحسب، بل أيضًا على تخزينها.
يقترح العلماء أن العديد من الكتل الأولى من البروتوبلازم الحي نشأت على الأرض. منذ حوالي 2 مليار سنة، ظهرت نواة في الخلايا الحية. نشأت حقيقيات النوى من بدائيات النوى. يوجد منها 25-30 نوعًا على الأرض. أبسطها هي الأميبا. في حقيقيات النوى، تحتوي الخلية على نواة مشكلة تحتوي على مادة تحتوي على رمز تخليق البروتين.
بحلول هذا الوقت، كان هناك "اختيار" لأسلوب الحياة النباتي أو الحيواني. وترتبط الاختلافات بين أنماط الحياة هذه بأسلوب التغذية وظهور عملية التمثيل الضوئي التي تتمثل في تكوين مواد عضوية (مثل السكريات من ثاني أكسيد الكربون والماء باستخدام الطاقة الضوئية).
بفضل عملية التمثيل الضوئي، تنتج النباتات مواد عضوية، مما يؤدي إلى زيادة كتلة النبات، وإنتاج كميات كبيرة من المواد العضوية.
مع ظهور عملية التمثيل الضوئي، بدأ الأكسجين في الدخول إلى الغلاف الجوي للأرض، وتشكل جو ثانوي للأرض يحتوي على نسبة عالية من الأكسجين.
يعد ظهور الأكسجين والتطور المكثف للنباتات البرية أعظم مرحلة في تطور الحياة على الأرض. منذ هذه اللحظة بدأ التعديل والتطور التدريجي للأشكال الحية.
لقد أحدثت الحياة بكل مظاهرها تغييرات عميقة في تطور كوكبنا. من خلال التحسن في عملية التطور، تنتشر الكائنات الحية على نطاق أوسع في جميع أنحاء الكوكب، وتأخذ دورًا كبيرًا في إعادة توزيع الطاقة والمواد في قشرة الأرض، وكذلك في قذائف الهواء والماء للأرض.
أدى ظهور الغطاء النباتي وانتشاره إلى تغير جذري في تكوين الغلاف الجوي، حيث كان يحتوي في البداية على القليل جدًا من الأكسجين الحر، ويتكون بشكل أساسي من ثاني أكسيد الكربون وربما الميثان والأمونيا.
أدى امتصاص النباتات للكربون من ثاني أكسيد الكربون إلى خلق جو يحتوي على أكسجين حر وآثار فقط من ثاني أكسيد الكربون. لم يكن الأكسجين الحر في الغلاف الجوي بمثابة عامل كيميائي نشط فحسب، بل كان أيضًا مصدرًا للأوزون، الذي منع مسار الأشعة فوق البنفسجية القصيرة إلى سطح الأرض (شاشة الأوزون).
في الوقت نفسه، شكل الكربون، الذي تراكم لعدة قرون في بقايا النباتات، احتياطيات الطاقة في القشرة الأرضية على شكل رواسب من المركبات العضوية (الفحم، الخث).
أدى تطور الحياة في المحيطات إلى ظهور صخور رسوبية تتكون من هياكل عظمية وبقايا أخرى للكائنات البحرية.
هذه الرواسب وضغطها الميكانيكي وتحولاتها الكيميائية والفيزيائية غيرت سطح القشرة الأرضية. كل هذا يشهد على وجود محيط حيوي على الأرض تتكشف فيه ظواهر الحياة وتستمر حتى يومنا هذا.
