أين نشأت الحياة على الأرض؟ كيف ظهرت الحياة على الأرض. هل أعجبتك المادة؟ الاشتراك في النشرة البريد الإلكتروني لدينا

مشكلة أصل الحياة على الأرضلطالما كان الناس مهتمين وقلقين. هناك عدة فرضيات حول أصل الحياة على كوكبنا:

الحياة خلقها الله.
لقد جاءت الحياة على الأرض من الخارج؛
لقد نشأت الكائنات الحية على هذا الكوكب بشكل متكرر تلقائيًا من كائنات غير حية؛
لقد كانت الحياة موجودة دائمًا؛
نشأت الحياة نتيجة للثورة البيوكيميائية.

مجموعة كاملة من الفرضيات المختلفة تعود إلى وجهتي نظر متبادلتين. يعتقد أنصار نظرية النشوء الحيوي أن جميع الكائنات الحية تأتي فقط من الكائنات الحية. دافع خصومهم عن نظرية التولد التلقائي، حيث اعتقدوا أن أصل الكائنات الحية من الكائنات غير الحية أمر ممكن.

افترض العديد من العلماء إمكانية نشوء الحياة تلقائيًا. لقد أثبت لويس باستور استحالة نشوء الحياة بشكل عفوي.

المرحلة الثانية هي تكوين البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية من مركبات عضوية بسيطة في مياه المحيط الأولي. تتركز الجزيئات المعزولة من هذه المركبات وتشكل تكثفات تعمل كأنظمة مفتوحة قادرة على تبادل المواد مع البيئة والنمو.

المرحلة الثالثة - نتيجة لتفاعل الكوسرفات مع الأحماض النووية، تم تشكيل الكائنات الحية الأولى - البروبيونتس، القادرة، بالإضافة إلى النمو والتمثيل الغذائي، على التكاثر الذاتي.

تعليمات

في الوقت الحالي، تعتبر النظرية البيوكيميائية لأصل الحياة مقبولة. تم تطويره من قبل العالم السوفيتي ألكسندر أوبارين في عام 1924. وفقًا لهذه النظرية، فإن ظهور الكائنات الحية ومواصلة تطويرها أمر مستحيل دون تطور كيميائي طويل سابق، والذي يتكون من ظهور وتطور الجزيئات العضوية.

منذ حوالي 4 مليارات سنة، كان للأرض بالفعل قشرة صلبة وجو مختلف بشكل كبير عن الحاضر؛ لم يكن هناك أي أكسجين فيها، ولكن كان هناك وفرة من الهيدروجين والميثان والنيتروجين وبخار الماء. كان غياب الأكسجين، الذي بدونه لا يمكن تخيل الحياة الحديثة، نعمة في المرحلة الأولى من التطور الكيميائي، لأن الأكسجين هو عامل مؤكسد قوي، ومع كمية كبيرة منه، لا يمكن أن تتشكل الجزيئات العضوية ببساطة.

وبعد أن بردت الأرض بدرجة كافية، بدأت تحدث في غلافها الجوي عمليات تخليق الجزيئات العضوية، وحدثت هذه العمليات بشكل لاأحيائي، أي أن التوليف لم يحدث بمساعدة، وهو ما لم يكن موجودا بعد، بل بفضل تفاعلات عشوائية بين الكيميائية. تم توفير الطاقة اللازمة للتوليف عن طريق البرق والإشعاع الكوني، وقبل كل شيء، الأشعة فوق البنفسجية الصلبة القادمة من الشمس. لقد تم إثبات إمكانية التوليف اللاحيوي بشكل كامل، حيث يمكن تكراره بسهولة في المختبر، بالإضافة إلى ذلك، يتم ملاحظته الآن أثناء النشاط البركاني.

تدريجيًا، انخفضت درجة حرارة الغلاف الجوي الأولي، وبدأت بعض المواد في التحول من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، وبدأ هطول الأمطار، وتشكلت المحيطات الأولى، المشبعة بمركبات عضوية بسيطة، والتي بدأت تتفاعل بشكل نشط، مكونة مركبات متزايدة التعقيد. .

في عام 1986، تمت صياغة نظرية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA)، والتي بموجبها كانت المركبات الأولى القادرة على إنتاج جزيئات مماثلة هي جزيئات الحمض النووي الريبي. لا يمكن تسمية جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) بالكائنات الحية، لأنها لا تحتوي على غلاف يفصلها عن البيئة.

من المفترض أن الأصداف ظهرت في أول RNAs عندما سقطت بشكل عشوائي في مجالات من الأحماض الدهنية. داخل الأصداف، أصبحت عمليات التمثيل الغذائي البيوكيميائية المعقدة ممكنة. وفي عملية التطور، بقيت مركبات أكثر حيوية، وفي نهاية المطاف ظهرت أولى الكائنات الحية البسيطة.

هناك عدة نظريات أخرى حول أصل الحياة على الأرض:
- نظرية التولد التلقائي للحياة معروفة منذ القدم، وكان من المفترض أن الكائنات الحية تظهر بشكل عشوائي من مادة غير حية، مثل الذباب من اللحوم المتعفنة، والطيور من الأوراق وغيرها؛
- تنص نظرية الخلق على أن الكائنات الحية خلقها عقل خارق - حضارة غريبة، الله، فكرة مطلقة؛
- هناك نظرية مفادها أن الحياة جاءت إلى كوكبنا من الفضاء، لكن هذه النظرية ببساطة تنقل أصل الحياة إلى مكان آخر ولا تشرح آليتها.

فيديو حول الموضوع

يتكون الكون من عدد لا يحصى من المجرات والنجوم ذات الأنظمة الكوكبية التي قد تكون مناسبة تمامًا لوجود الكائنات الحية. هل هذا يعني أن شرارة المادة الحية يمكن أن تشتعل خارج النظام الشمسي، وبعد ذلك تم إحضارها إلى كوكب الأرض؟ كانت الأسئلة المتعلقة بأصل الحياة محل اهتمام عدة أجيال من العلماء.

تعليمات

قبل عدة سنوات، ذكرت الصحافة الأمريكية أن مجموعة من العلماء من جامعة كوبنهاجن اكتشفوا أن الحياة ظهرت في الكون قبل حوالي 13 مليار سنة، أي مباشرة بعد الانفجار الكبير الافتراضي. وقد درس الفيزيائيون بعناية المجرات البعيدة، التي يحمل إشعاعها الضوئي معلومات عن هذا الزمن البعيد. ومع ذلك، ليس كل الخبراء يعتبرون استنتاجات العلماء الأوروبيين مبررة.

قبل الاكتشاف المثير للفيزيائيين من كوبنهاغن، كان يعتقد أن أبسط أشكال الحياة يمكن أن تنشأ في مساحة الكون مؤخرًا نسبيًا - منذ ثلاثة إلى أربعة مليارات سنة. لكن حتى هذه المسافة الزمنية تبدو هائلة بالنسبة للإنسان الحديث، حتى لو أخذنا في الاعتبار أن كوكب الأرض قد تشكل منذ حوالي 4.5 مليار سنة.

وفي تلك الحقبة البعيدة، ظهرت بالفعل عناصر كيميائية ثقيلة في بنية الكون، لم تكن موجودة عند ولادة الكون. أساس الحياة المستقبلية، وفقا للاستنتاجات السابقة، يمكن أن يكون فقط التفاعلات النووية الحرارية التي حدثت في أعماق النجوم الأولى. لقد استغرق إطلاقها عدة مليارات من السنين.

لكن بالنسبة للباحثين المعاصرين، فإن العمر المحتمل لوجود الحياة ليس فقط هو ما يثير الاهتمام، بل أيضًا المكان الذي نشأت فيه. ينقسم الباحثون المعاصرون في هذا الصدد إلى معسكرين. يرى بعض العلماء أن الحياة ظاهرة فريدة في الكون. وقد نشأت على الأرض، حيث كانت ظروفها مثالية لتكوين أبسط أنظمة البروتين التي انبثقت من "المرق" الكيميائي القديم.

هناك من يعتقد أن أشكال الحياة الأساسية منتشرة في جميع أنحاء الكون الفسيح. السفر مع الأجسام الكونية، والكائنات الحية الدقيقة، والتي يمكن أن تسمى تقريبا "الحياة الأولية"، وصلت إلى كوكب الأرض. في هذا الركن من النظام الشمسي، كانت هناك ظروف سمحت للكائنات الحية الدقيقة بالتطور إلى أشكال حياة أكثر تعقيدًا. استمرت عمليات تطور المادة الحية هذه لمليارات السنين.

مهما كان الأمر، يعتبر العلماء أن ظهور الحياة على نطاق الكون ليس عملية عشوائية، بل طبيعية. منذ تكوينها، تطورت المادة باستمرار من الأشكال البسيطة إلى الأشكال المعقدة. اتحدت الذرات والجزيئات ببطء لتشكل مادة، ونشأت أجسام فضائية صغيرة وكبيرة جدًا. إن منطق تطور المادة، الذي لم يستسلم بعد للتفسير المادي، أدى إلى تعقيد المادة وظهور هياكل معقدة من "اللبنات الأولى" للحياة - الأحماض الأمينية.

تظل العملية المباشرة لنشوء وتكوين الحياة في الكون لغزًا للعلماء حتى يومنا هذا. لا يمكننا اليوم أن نتحدث إلا عن افتراضات أكثر أو أقل عدلاً تحتاج إلى التحقق الدقيق. ويمكن تقديم مساعدة كبيرة في هذا الأمر من خلال دراسات ما يسمى بإشعاع الخلفية الكونية الميكروي، والذي يحمل معلومات أولية عن مسار تطور المادة الذي استمر مليارات السنين.

فيديو حول الموضوع

مصادر:

• سر الحياة العظيم في عام 2019

بالتأكيد الناس ليسوا وحدهم في الكون. إن الأمر مجرد أن البشرية ليست مستعدة بعد لقبول حقيقة وجود حياة ذكية خارج النظام الشمسي. الأنانية والصورة المعتادة للعالم تمنعنا من رؤية ما يخفي عن العين الثاقبة في صخب الحياة اليومية.

ومن النادر ألا يفكر الإنسان فيما إذا كانت هناك حياة أخرى في الكون غير الحياة الأرضية. سيكون من السذاجة وحتى الأنانية الاعتقاد بأن كوكب الأرض هو الوحيد الذي يتمتع بحياة ذكية. تشير حقائق ظهور الأجسام الطائرة المجهولة في أجزاء مختلفة من العالم والمخطوطات التاريخية والحفريات الأثرية إلى أن الناس ليسوا وحدهم في الكون. علاوة على ذلك، هناك "جهات اتصال" تتواصل مع ممثلي الحضارات الأخرى. على الأقل هذا ما يزعمون.

الازدواجية

لسوء الحظ، يتم تصنيف معظم الاكتشافات التي تتم تحت رعاية الحكومة على أنها "سرية للغاية"، والتي تخفي عن الناس العاديين الكثير من الحقائق حول وجود أشكال الحياة الأخرى في الكون. على سبيل المثال، اختفت عدة آلاف من الصور الملتقطة من سطح المريخ، والتي تظهر القنوات والمباني غير العادية والأهرامات.

يمكنك التحدث لفترة طويلة عن الحياة المحتملة داخل النظام الشمسي وخارجه، لكن العالم العلمي يحتاج إلى أدلة يمكن لمسها ورؤيتها.

أحدث اكتشاف مثير للاهتمام

منذ عدة أجيال، يحاول العلماء العثور على دليل على وجود حياة ذكية في الكون. في الآونة الأخيرة، انعقد اجتماع آخر للجمعية الفلكية الأمريكية، تم خلاله الإعلان عن حدث مهم: باستخدام معدات مرصد كيبلر، كان من الممكن اكتشاف كوكب يشبه إلى حد كبير الأرض سواء من حيث معالمه أو موقعه الفلكي.

يبدو أن ما هو الخطأ في هذا؟ وتبين أن الغلاف الجوي للكوكب المكتشف به سحب مكونة من الماء! وبطبيعة الحال، فإن وجود السحب لا يعني شيئا إذا نظرنا إلى مسألة وجود الحياة على هذا الكوكب. رغم أن العلماء أكدوا قبل ثلاثين عاماً أن وجود الماء على الكوكب يعني وجود حياة عليه. الغيوم هي دليل مباشر على وجود الماء.

على الرغم من أنه من المعروف منذ فترة طويلة أن كوكب الزهرة يحتوي أيضًا على غيوم، إلا أنها تتكون من حمض الكبريتيك. في مثل هذه الظروف، لا يمكن للحياة أن تتطور على سطح الكوكب.

للإجابة على عدد من الأسئلة، قرر العلماء تحت رعاية وكالة ناسا إرسال قمر صناعي في عام 2017 ليسافر إلى ما وراء النظام الشمسي. سيتعين عليه العثور على دليل على وجود حياة ذكية خارج حدودها.

أو ربما يستحق الأمر النظر خارج الأرض؟

وفقا للعديد من الباحثين، يتم زيارة أرضنا بشكل دوري من قبل ممثلي الحضارات الأخرى. لقد تركوا سراديب الموتى في كيرتش، وهي رموز تحت الأرض تحت جبال الأورال، في بيرو، في القارة القطبية الجنوبية، والتي لا تزال قيد الاستخدام حتى يومنا هذا. لقد تمت كتابتها بشكل جيد للغاية في كتب ج. سيدوروف "التحليل الزمني الباطني لتطور الحضارة الإنسانية". وتوجد على صفحاته العديد من الحقائق التي تؤكد وجود حياة ذكية خارج المجموعة الشمسية.

حتى الآن لا يستطيع الخبراء الإجابة على سؤال حول كيفية بناء الأهرامات في مصر والمكسيك وبيرو. من المعقول أن نفترض أنهم أقاموا من قبل ممثلين

من الصعب العثور على شخص لا يتساءل كيف بدأت الحياة على الأرض. هناك الكثير من الأفكار حول هذا الموضوع، من الكتاب المقدس وداروين إلى نظرية التطور الحديثة، والتي تخضع باستمرار للتغيرات وفقا لآخر اكتشافات العلماء.

وبطبيعة الحال، سمع الجميع عن الديناصورات، وشاهدوها في الأفلام والمتاحف، وقليل من الناس يشككون في وجودها التاريخي.

رغم أن البشرية لم تدرك حتى عام 1842 أن عظام الحيوانات العملاقة الموجودة في أماكن مختلفة من الكوكب تنتمي إلى نفس النوع، فأطلق عليها اسم "التنين" أو نسبت بقاياها إلى العمالقة الذين قاتلوا في حرب طروادة. استغرق الأمر بصيرة العلماء الذين قارنوا البيانات وأطلقوا الاسم على البقايا الغريبة: الديناصورات. واليوم نحن نعرف جيدًا كيف كانت تبدو هذه السحالي العملاقة، التي انقرضت منذ ملايين السنين، وقد تم وصف العديد من أنواعها، وكل طفل يعرف من هي.

حقيقة أن هذه الزواحف العملاقة ظهرت على الأرض قبل 225-250 مليون سنة وانقرضت تمامًا قبل 66 مليون سنة تقريبًا من تاريخنا الزمني لا تصدم غالبية الناس العاديين الذين لا يهتمون بتفاصيل العلوم. وبطبيعة الحال، نتذكر أيضًا التماسيح ذات الصلة بالديناصورات، والتي تعود أصولها كنوع إلى ما قبل 83 مليون سنة، وتمكنت من البقاء على قيد الحياة منذ ذلك الوقت السحيق. لكن نادراً ما ترتبط كل هذه الأرقام في أذهاننا على نطاق واسع.

كم عمر الإنسانية؟

لا يعرف الكثير من الناس عمر النوع الحديث Homo Sapiens، والذي يعني الإنسان العاقل، والذي يقدره العلماء بـ 200 ألف سنة فقط. أي أن عمر البشرية كنوع أقل بـ 1250 مرة من عمر فئة الزواحف التي كانت الديناصورات تنتمي إليها.

من الضروري دمج هذه البيانات في الوعي وتنظيمها إذا أردنا أن نفهم كيف ظهرت الحياة في الأصل على كوكبنا. ومن أين يأتي الأشخاص أنفسهم الذين يحاولون فهم هذه الحياة اليوم؟

اليوم، أصبحت المواد السرية للعلماء متاحة للجمهور. إن القصة المروعة للتجارب التي جرت في السنوات الأخيرة، والتي أعادت كتابة نظرية التطور وسلطت الضوء على كيفية بدء الحياة على كوكبنا، قد نسفت عقودًا من العقيدة الراسخة. إن أسرار علم الوراثة، التي لا يمكن الوصول إليها عادةً إلا لدائرة ضيقة من "المبتدئين"، أعطت إجابة واضحة لافتراض داروين.

يبلغ عمر نوع Homo Sapiens (الرجل العاقل) 200 ألف سنة فقط. وكوكبنا 4.5 مليار!

مواد سرية

قبل بضعة قرون فقط، كان من الممكن أن تعني مثل هذه الأفكار التنفيذ على المحك. تم حرق جيوردانو برونو بتهمة الهرطقة منذ ما يزيد قليلاً عن 400 عام، في فبراير 1600. لكن اليوم، أصبحت الأبحاث السرية التي أجراها الرواد الشجعان معرفة عامة.

حتى قبل 50 عامًا، كان الآباء، بسبب الجهل، يقومون في كثير من الأحيان بتربية أطفال رجال آخرين؛ حتى الأم نفسها لم تكن تعرف الحقيقة دائمًا. اليوم، إثبات الأبوة هو تحليل روتيني. يمكن لكل واحد منا أن يطلب إجراء اختبار الحمض النووي ومعرفة من هم أسلافه، والذين تسري دمائهم في عروقه. إن أثر الأجيال مطبوع إلى الأبد في الشفرة الوراثية.

وهذا الكود هو الذي يحتوي على إجابة السؤال الأكثر إلحاحاً الذي يشغل عقول البشرية: كيف بدأت الحياة؟

تكشف ملفات العلماء السرية قصة السعي للعثور على الإجابة الحقيقية الوحيدة. هذه قصة عن المثابرة والمثابرة والإبداع المذهل، وتغطي أعظم اكتشافات العلم الحديث.

في سعيهم لفهم كيف بدأت الحياة، انطلق الناس لاستكشاف أبعد أركان الكوكب. في سياق هذا البحث، تم تصنيف بعض العلماء على أنهم "وحوش" بسبب تجاربهم، بينما كان على آخرين إجراؤها تحت المراقبة الدقيقة من قبل النظام الشمولي.

كيف بدأت الحياة على الأرض؟

ربما يكون هذا هو أصعب الأسئلة الموجودة. لآلاف السنين، أوضحت الغالبية العظمى من الناس ذلك بأطروحة واحدة - "الحياة خلقتها الآلهة". وكانت التفسيرات الأخرى ببساطة لا يمكن تصورها. لكن مع مرور الوقت تغير الوضع. طوال القرن الماضي، حاول العلماء أن يعرفوا بالضبط كيف نشأت الحياة الأولى على هذا الكوكب، كما كتب مايكل مارشال لبي بي سي.

معظم العلماء المعاصرين الذين يدرسون أصول الحياة واثقون من أنهم يتحركون في الاتجاه الصحيح - والتجارب التي يتم إجراؤها لا تؤدي إلا إلى تعزيز ثقتهم. إن اكتشافات نيوتن في علم الوراثة تعيد كتابة كتاب المعرفة من الصفحة الأولى إلى الأخيرة.

• اكتشف العلماء منذ وقت ليس ببعيد أقدم سلف للإنسان عاش على كوكب الأرض منذ حوالي 540 مليون سنة. ويعتقد الباحثون أن جميع الفقاريات نشأت من "كيس الأسنان" هذا. وكان حجم السلف المشترك ملليمترا واحدا فقط.
• حتى أن الباحثين المعاصرين تمكنوا من إنشاء أول كائن شبه اصطناعي مع تغييرات أساسية في الحمض النووي. نحن بالفعل قريبون جدًا من تركيب بروتينات جديدة، أي حياة اصطناعية تمامًا. في غضون قرنين فقط، تمكنت البشرية من إتقان إنشاء نوع جديد من الكائنات الحية.
• نحن لا نخلق كائنات جديدة فحسب، بل نقوم أيضًا بتعديل الكائنات الموجودة بثقة. حتى أن العلماء قاموا بإنشاء "برنامج" يسمح لهم بتحرير سلسلة الحمض النووي باستخدام الأدوات الخلوية. وبالمناسبة، يعتقد الباحثون أن 1% فقط من الحمض النووي يحمل معلومات وراثية. ما هي الـ 99٪ الأخرى اللازمة؟
• الحمض النووي متعدد الاستخدامات لدرجة أنه يمكنه تخزين المعلومات مثل القرص الصلب. لقد سجلوا بالفعل فيلمًا عن الحمض النووي، وتمكنوا من تنزيل المعلومات مرة أخرى دون مشاكل، تمامًا كما اعتادوا على أخذ الملفات من قرص مرن.

هل تعتبر نفسك إنسانا مثقفا وحديثا؟ ثم عليك ببساطة أن تعرف هذا.

على الرغم من أن اكتشاف الحمض النووي يعود إلى عام 1869، إلا أنه لم يتم استخدام هذه المعرفة لأول مرة في علم الطب الشرعي إلا في عام 1986.

إليكم قصة أصل الحياة على الأرض

الحياة قديمة. ربما تكون الديناصورات هي أشهر المخلوقات المنقرضة، لكنها ظهرت أيضًا قبل 250 مليون سنة فقط. نشأت الحياة الأولى على هذا الكوكب قبل ذلك بكثير.

ويقدر عمر أقدم الحفريات بنحو 3.5 مليار سنة. بمعنى آخر، هم أكبر بـ 14 مرة من الديناصورات الأولى!

ومع ذلك، هذا ليس الحد الأقصى. على سبيل المثال، في أغسطس 2016، تم العثور على بكتيريا أحفورية عمرها 3.7 مليار سنة. وهذا أقدم من الديناصورات بـ 15 ألف مرة!

الأرض نفسها ليست أقدم بكثير من هذه البكتيريا - فقد تشكل كوكبنا أخيرًا منذ حوالي 4.5 مليار سنة. أي أن الحياة الأولى على الأرض نشأت "بسرعة" كبيرة؛ وبعد حوالي 800 مليون عام، كانت البكتيريا موجودة على الكوكب - وهي كائنات حية، والتي، وفقًا للعلماء، تمكنت من أن تصبح أكثر تعقيدًا بمرور الوقت وأدت إلى ظهور كائنات حية بسيطة في البداية. المحيط، وفي النهاية، وإلى الجنس البشري نفسه.

ويؤكد تقرير حديث من كندا هذه البيانات: يقدر عمر أقدم البكتيريا بما يتراوح بين 3770 و4300 مليار سنة. وهذا يعني أن الحياة على كوكبنا ربما نشأت "بعد حوالي 200 مليون سنة" من تكوينها. الكائنات الحية الدقيقة الموجودة تعيش على الحديد. تم العثور على رفاتهم في صخور الكوارتز.

فإذا افترضنا أن الحياة نشأت على الأرض - وهو ما يبدو معقولا، مع الأخذ في الاعتبار أننا لم نعثر عليها بعد على أجسام كونية أخرى، لا على كواكب أخرى، ولا على شظايا نيازك جلبت من الفضاء - فإن هذا كان ينبغي أن يحدث في تلك الفترة الزمنية، والتي تمتد مليار سنة بين الوقت الذي تشكل فيه الكوكب أخيرًا وتاريخ الحفريات الموجودة اليوم.

لذا، بعد تضييق الفترة الزمنية التي تهمنا، بناءً على أحدث الأبحاث، يمكننا أن نفترض كيف كانت الحياة الأولى على الأرض بالضبط.

أعاد العلماء إنشاء مظهر عمالقة ما قبل التاريخ باستخدام الهياكل العظمية التي تم العثور عليها أثناء الحفريات.

كل كائن حي يتكون من خلايا (وأنت كذلك)

في القرن التاسع عشر، اكتشف علماء الأحياء أن جميع الكائنات الحية تتكون من "خلايا" - كتل صغيرة من المواد العضوية ذات الأشكال والأحجام المختلفة.

تم اكتشاف الخلايا لأول مرة في القرن السابع عشر، بالتزامن مع اختراع مجاهر قوية نسبيًا، ولكن بعد قرن ونصف فقط توصل العلماء إلى نتيجة مشتركة: الخلايا هي أساس كل أشكال الحياة على هذا الكوكب.

بالطبع، في المظهر، لا يبدو الشخص مثل الأسماك أو الديناصورات، لكنك تحتاج فقط إلى النظر في المجهر للتأكد من أن الأشخاص يتكونون من نفس الخلايا تقريبًا مثل ممثلي عالم الحيوان. علاوة على ذلك، فإن نفس الخلايا تكمن وراء النباتات والفطريات.

جميع الكائنات الحية مصنوعة من الخلايا، بما في ذلك أنت.

الشكل الأكثر عددًا للحياة هو البكتيريا وحيدة الخلية.

اليوم، يمكن تسمية أكثر أشكال الحياة عددًا بالكائنات الحية الدقيقة، والتي يتكون كل منها من خلية واحدة فقط.

وأشهر أنواع هذه الحياة هي البكتيريا، التي تعيش في أي مكان في العالم.

في أبريل 2016، قدم العلماء نسخة محدثة من "شجرة الحياة": نوع من شجرة العائلة لكل أنواع الكائنات الحية. الغالبية العظمى من "فروع" هذه الشجرة تشغلها البكتيريا. علاوة على ذلك، فإن شكل الشجرة يشير إلى أن سلف كل أشكال الحياة على الأرض كان عبارة عن بكتيريا. بمعنى آخر، كل تنوع الكائنات الحية (بما في ذلك أنت) جاء من بكتيريا واحدة.

وهكذا، يمكننا أن نتعامل بدقة أكبر مع مسألة أصل الحياة. لإعادة إنشاء تلك الخلية الأولى، من الضروري إعادة إنشاء الظروف التي سادت الكوكب منذ أكثر من 3.5 مليار سنة بأكبر قدر ممكن من الدقة.

إذن ما مدى صعوبة الأمر؟

البكتيريا وحيدة الخلية هي الشكل الأكثر شيوعًا للحياة على الأرض.

بداية التجارب

لعدة قرون، كان السؤال "أين بدأت الحياة؟" لم يتم طرح الأمر على محمل الجد تقريبًا. بعد كل شيء، كما تذكرنا بالفعل في البداية، كانت الإجابة معروفة: لقد خلق الخالق الحياة.

حتى القرن التاسع عشر، كان معظم الناس يؤمنون بـ "الحيوية". تعتمد هذه العقيدة على فكرة أن جميع الكائنات الحية تتمتع بقوة خاصة خارقة للطبيعة تميزها عن الأشياء غير الحية.

غالبًا ما تتداخل أفكار الحيوية مع الافتراضات الدينية. يقول الكتاب المقدس أن الله، بمساعدة "نسمة الحياة"، أحيا الشعب الأول، وأن النفس الخالدة هي أحد مظاهر الحيوية.

ولكن هناك مشكلة واحدة. إن أفكار المذهب الحيوي خاطئة من الأساس.

بحلول أوائل القرن التاسع عشر، اكتشف العلماء العديد من المواد التي توجد حصريًا في الكائنات الحية. ومن هذه المواد اليوريا الموجودة في البول وتم الحصول عليها عام 1799.

لكن هذا الاكتشاف لم يتعارض مع مفهوم الحيوية. لم تظهر اليوريا إلا في الكائنات الحية، لذا ربما كانت تتمتع بطاقة حيوية خاصة جعلتها فريدة من نوعها.

موت الحيوية

لكن في عام 1828، تمكن الكيميائي الألماني فريدريش فولر من تصنيع اليوريا من مركب غير عضوي - سيانات الأمونيوم، الذي لا علاقة له بالكائنات الحية. تمكن علماء آخرون من تكرار تجربته، وسرعان ما أصبح من الواضح أن جميع المركبات العضوية يمكن الحصول عليها من أبسط - غير العضوية.

كان هذا بمثابة نهاية للحيوية كمفهوم علمي.

لكن كان من الصعب جدًا على الناس التخلص من معتقداتهم. يبدو أن حقيقة أنه لا يوجد في الواقع شيء مميز في المركبات العضوية التي تنفرد بها الكائنات الحية، يبدو أنها تزيل عنصر السحر من الحياة، وتحول الناس من مخلوقات إلهية إلى آلات تقريبًا. وبطبيعة الحال، كان هذا مخالفًا تمامًا للكتاب المقدس.

حتى أن بعض العلماء استمروا في النضال من أجل الحيوية. في عام 1913، روج عالم الكيمياء الحيوية الإنجليزي بنيامين مور بحماس لنظريته عن "الطاقة الحيوية"، والتي كانت في الأساس نفس النظرية الحيوية، ولكن تحت غلاف مختلف. لقد وجدت فكرة الحيوية جذورًا قوية جدًا في النفس البشرية على المستوى العاطفي.

واليوم، يمكن العثور على انعكاساتها في أكثر الأماكن غير المتوقعة. خذ على سبيل المثال عددًا من قصص الخيال العلمي التي يمكن فيها تجديد أو استنزاف "طاقة حياة" الشخصية. فكر في "طاقة التجديد" التي يستخدمها أمراء الزمن من دكتور هو. يمكن تجديد هذه الطاقة إذا وصلت إلى نهايتها. وعلى الرغم من أن الفكرة تبدو مستقبلية، إلا أنها في الواقع انعكاس للنظريات القديمة.

وهكذا، بعد عام 1828، أصبح لدى العلماء أخيرًا أسباب مقنعة للبحث عن تفسير جديد لأصل الحياة، متجاهلين هذه المرة التكهنات حول التدخل الإلهي.

لكنهم لم يبدأوا في البحث. يبدو أن موضوع البحث اقترح نفسه، ولكن في الواقع، لم يتم تناول سر أصل الحياة لعدة عقود أخرى. ربما كان الجميع لا يزالون متمسكين بالحيوية لدرجة أنهم لم يتمكنوا من المضي قدمًا.

تمكن الكيميائي فريدريش فولر من تصنيع اليوريا - وهو مركب عضوي - من مواد غير عضوية.

داروين ونظرية التطور

كان الإنجاز الرئيسي في الأبحاث البيولوجية في القرن التاسع عشر هو نظرية التطور، التي طورها تشارلز داروين واستمر فيها علماء آخرون.

أوضحت نظرية داروين، التي تم توضيحها في كتابه "أصل الأنواع" عام 1859، كيف نشأ كل التنوع في المملكة الحيوانية من سلف واحد.

وذهب داروين إلى أن الله لم يخلق كل نوع من الكائنات الحية على حدة، بل أن كل هذه الأنواع تنحدر من كائن بدائي ظهر منذ ملايين السنين، والذي يسمى أيضًا بالسلف العالمي المشترك الأخير.

تبين أن الفكرة مثيرة للجدل للغاية، مرة أخرى لأنها دحضت الافتراضات الكتابية. تعرضت نظرية داروين لانتقادات شديدة، خاصة من قبل المسيحيين الذين أساءوا إليهم.

لكن نظرية التطور لم تقل كلمة واحدة عن كيفية ظهور الكائن الحي الأول.

كيف ظهرت الحياة الأولى؟

لقد فهم داروين أن هذا سؤال أساسي، لكنه (ربما لم يرغب في الدخول في صراع آخر مع رجال الدين) لم يثيره إلا في رسالة عام 1871. أظهرت النغمة العاطفية للرسالة أن العالم كان يدرك الأهمية العميقة لهذه القضية:

"...ولكن إذا الآن [آه، يا لها من كبيرة إذا!]في بعض المسطحات المائية الدافئة التي تحتوي على جميع أملاح الأمونيوم والفوسفور الضرورية والتي يمكن الوصول إليها بالضوء والحرارة والكهرباء وما إلى ذلك، تم تكوين بروتين كيميائيًا، قادر على إجراء المزيد من التحولات المعقدة بشكل متزايد ... "

بمعنى آخر: تخيل وجود مسطح مائي صغير مملوء بمركبات عضوية بسيطة ويقع تحت الشمس. قد تبدأ بعض المركبات في التفاعل، مما يؤدي إلى تكوين مواد أكثر تعقيدًا، مثل البروتينات، والتي بدورها سوف تتفاعل وتتطور أيضًا.

وكانت الفكرة سطحية إلى حد ما. لكنها مع ذلك شكلت أساس الفرضيات الأولى حول أصل الحياة.

لم يقم داروين بإنشاء نظرية التطور فحسب، بل اقترح أيضًا أن الحياة نشأت في الماء الدافئ المشبع بالمركبات غير العضوية الضرورية.

الأفكار الثورية لألكسندر أوبارين

ولم يتم اتخاذ الخطوات الأولى في هذا الاتجاه على الإطلاق حيث يمكن أن تتوقعه. قد تعتقد أن مثل هذا البحث، الذي يتضمن حرية الفكر، كان ينبغي إجراؤه في المملكة المتحدة أو الولايات المتحدة، على سبيل المثال. ولكن في الواقع، تم طرح الفرضيات الأولى حول أصل الحياة في المساحات الأصلية لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية الستالينية، من قبل عالم ربما لم تسمع باسمه من قبل.

ومن المعروف أن ستالين أغلق العديد من الدراسات في مجال علم الوراثة. وبدلاً من ذلك، روج لأفكار المهندس الزراعي تروفيم ليسينكو، والتي كان يعتقد أنها أكثر ملاءمة للأيديولوجية الشيوعية. اضطر العلماء الذين يجرون أبحاثًا في مجال علم الوراثة إلى دعم أفكار ليسينكو علنًا، وإلا فإنهم يخاطرون بالدخول إلى المعسكرات.

في مثل هذه البيئة المتوترة كان على عالم الكيمياء الحيوية ألكسندر إيفانوفيتش أوبارين إجراء تجاربه. كان هذا ممكنًا لأنه أثبت أنه شيوعي موثوق به: فقد أيد أفكار ليسينكو وحصل حتى على وسام لينين - أشرف جائزة كانت موجودة في ذلك الوقت.

اقترح عالم الكيمياء الحيوية السوفييتي ألكسندر أوبارين أن الكائنات الحية الأولى تشكلت على شكل مترابطات.

نظرية جديدة لأصل الحياة الأولى على الأرض

وصف أوبارين كيف كانت الأرض في الأيام الأولى بعد تكوينها. كان للكوكب سطح ساخن جدًا ويجذب النيازك الصغيرة. لم يكن هناك سوى صخور نصف منصهرة في كل مكان، تحتوي على مجموعة كبيرة من المواد الكيميائية، الكثير منها يعتمد على الكربون.

في نهاية المطاف، بردت الأرض بدرجة كافية بحيث تحول التبخر إلى ماء سائل لأول مرة، مما أدى إلى هطول المطر الأول. بعد مرور بعض الوقت، ظهرت المحيطات الساخنة على الكوكب، والتي كانت غنية بالمواد الكيميائية القائمة على الكربون. يمكن أن تتطور أحداث أخرى وفقًا لسيناريوهين.

الأول ينطوي على تفاعل المواد، حيث تظهر مركبات أكثر تعقيدا. واقترح أوبارين أن السكر والأحماض الأمينية المهمة للكائنات الحية يمكن أن تكون قد تشكلت في حوض الماء على الكوكب.

وفي السيناريو الثاني، بدأت بعض المواد في تكوين هياكل مجهرية عند التفاعل. كما تعلم، فإن العديد من المركبات العضوية لا تذوب في الماء: على سبيل المثال، يشكل الزيت طبقة على سطح الماء. لكن بعض المواد، عند ملامستها للماء، تشكل كريات كروية، أو "تكثفات"، يصل قطرها إلى 0.01 سم (أو 0.004 بوصة).

من خلال مراقبة التآكل تحت المجهر، يمكن للمرء أن يلاحظ تشابهها مع الخلايا الحية. أنها تنمو، وتغيير الشكل، وأحيانا تنقسم إلى قسمين. كما أنها تتفاعل مع المركبات المحيطة بها بحيث يمكن للمواد الأخرى أن تتركز داخلها. اقترح أوبارين أن coacervates كانت أسلاف الخلايا الحديثة.

نظرية الحياة الأولى لجون هالدين

وبعد خمس سنوات، في عام 1929، طرح عالم الأحياء الإنجليزي جون بوردون ساندرسون هالدين بشكل مستقل نظريته الخاصة بأفكار مماثلة، والتي نُشرت في مجلة Rationalist Annual.

وكان هالدين قد قدم بالفعل مساهمة كبيرة في تطوير نظرية التطور، حيث ساهم في دمج أفكار داروين في علم الوراثة.

وكان شخصًا لا يُنسى. ذات مرة، أثناء تجربة في غرفة تخفيف الضغط، عانى من تمزق في طبلة الأذن، وكتب عنها لاحقًا ما يلي: "إن طبلة الأذن تشفى بالفعل، وحتى لو بقي فيها ثقب، فبالرغم من الصمم، سيكون من الممكن لنفخ حلقات دخان التبغ من هناك بشكل مدروس، وهو ما أعتقد أنه إنجاز مهم".

ومثل أوبارين، اقترح هالدين بالضبط كيف يمكن للمركبات العضوية أن تتفاعل في الماء: "(في وقت سابق) وصلت المحيطات الأولى إلى قوام الحساء الساخن". وهذا ما خلق الظروف الملائمة لظهور "الكائنات الحية الأولى أو نصف الحية". وفي ظل نفس الظروف، يمكن لأبسط الكائنات الحية أن تجد نفسها داخل "طبقة زيتية".

طرح جون هالدين، بشكل مستقل عن أوبارين، أفكارًا مماثلة حول أصل الكائنات الحية الأولى.

حدسية أوبارين-هالدين

وهكذا فإن أول علماء الأحياء الذين طرحوا هذه النظرية هما أوبارين وهالدين. لكن فكرة أن تكوين الكائنات الحية لم يكن مرتبطًا بالله أو حتى ببعض "قوى الحياة" المجردة كانت فكرة جذرية. مثل نظرية التطور لداروين، كانت هذه الفكرة بمثابة صفعة على وجه المسيحية.

كانت سلطات اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية راضية تمامًا عن هذه الحقيقة. في ظل النظام السوفييتي، ساد الإلحاد في البلاد، ودعمت السلطات بكل سرور التفسيرات المادية لظواهر معقدة مثل الحياة. بالمناسبة، كان هالدين أيضًا ملحدًا وشيوعيًا.

يقول أرمين مولكيجانيان، الخبير في أصل الحياة بجامعة أوسنابروك في ألمانيا: "في تلك الأيام، كان يُنظر إلى هذه الفكرة فقط من خلال منظور معتقداتهم الخاصة: كان المتدينون ينظرون إليها بعداء، على عكس مؤيدي الأفكار الشيوعية". . “في الاتحاد السوفييتي، تم قبول هذه الفكرة بفرح، لأنهم لم يكونوا بحاجة إلى الله. وفي الغرب كان يتقاسمها نفس أنصار وجهات النظر اليسارية، والشيوعيين، وما إلى ذلك.

يُطلق على المفهوم القائل بأن الحياة تشكلت في "حساء بدائي" من المركبات العضوية فرضية أوبارين هالدين. بدت مقنعة بما فيه الكفاية، ولكن كانت هناك مشكلة واحدة. في ذلك الوقت، لم يتم إجراء تجربة عملية واحدة من شأنها أن تثبت صحة هذه الفرضية.

ولم تبدأ مثل هذه التجارب إلا بعد ربع قرن تقريبًا.

أولى التجارب لخلق الحياة "في المختبر"

أصبح هارولد أوري، العالم الشهير الذي حصل بالفعل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1934 وشارك حتى في إنشاء القنبلة الذرية، مهتمًا بمسألة أصل الحياة.

خلال الحرب العالمية الثانية، شارك يوري في مشروع مانهاتن، حيث قام بجمع اليورانيوم 235 غير المستقر اللازم لصنع قلب القنبلة. بعد نهاية الحرب، دعا أوري إلى السيطرة المدنية على التكنولوجيا النووية.

أصبح يوري مهتمًا بالظواهر الكيميائية التي تحدث في الفضاء الخارجي. والأكثر أهمية بالنسبة له هي العمليات التي حدثت أثناء تكوين النظام الشمسي. وأشار في إحدى محاضراته إلى أنه في البداية لم يكن هناك على الأرجح أكسجين على الأرض. وكانت هذه الظروف مثالية لتكوين "الحساء البدائي" الذي تحدث عنه أوبارين وهالدين، حيث أن بعض المواد الضرورية كانت ضعيفة جدًا بحيث تذوب عند ملامستها للأكسجين.

حضر المحاضرة طالب دكتوراه يدعى ستانلي ميلر، الذي تقدم إلى أوري باقتراح لإجراء تجربة بناءً على هذه الفكرة. في البداية، كان يوري متشككا بشأن الفكرة، ولكن في وقت لاحق تمكن ميلر من إقناعه.

وفي عام 1952، أجرى ميلر أشهر تجربة على الإطلاق لشرح أصل الحياة على الأرض.

أصبحت تجربة ستانلي ميلر هي الأكثر شهرة في تاريخ دراسة أصل الكائنات الحية على كوكبنا.

أشهر تجربة عن أصل الحياة على الأرض

التحضير لم يستغرق الكثير من الوقت. قام ميلر بربط سلسلة من القوارير الزجاجية التي يتم من خلالها تداول أربع مواد يعتقد أنها كانت موجودة على الأرض المبكرة: الماء المغلي والهيدروجين والأمونيا والميثان. تم إخضاع الغازات لتفريغ شراري منهجي، وكان هذا بمثابة محاكاة لضربات البرق، والتي كانت شائعة على الأرض المبكرة.

ووجد ميلر أن "الماء الموجود في الدورق تحول إلى اللون الوردي بشكل ملحوظ بعد اليوم الأول، وبعد الأسبوع الأول أصبح المحلول غائما ولونه أحمر داكن". وكان تشكيل مركبات كيميائية جديدة واضحا.

عندما قام ميلر بتحليل تركيبة المحلول، اكتشف أنه يحتوي على اثنين من الأحماض الأمينية: الجلايسين والألانين. كما تعلم، غالبًا ما توصف الأحماض الأمينية بأنها اللبنات الأساسية للحياة. تُستخدم هذه الأحماض الأمينية في تكوين البروتينات التي تتحكم في معظم العمليات الكيميائية الحيوية في الجسم. لقد ابتكر ميلر حرفيًا من الصفر اثنين من أهم مكونات الكائن الحي.

وفي عام 1953، نُشرت نتائج التجربة في مجلة Science المرموقة. قام يوري، في لفتة نبيلة، وإن لم تكن نموذجية للعلماء في عصره، بإزالة اسمه من العنوان، تاركًا كل المجد لميلر. على الرغم من ذلك، يشار إلى الدراسة عادة باسم "تجربة ميلر-يوري".

أهمية تجربة ميلر-يوري

يقول جون ساذرلاند، العالم في مختبر كامبريدج للبيولوجيا الجزيئية: "إن قيمة تجربة ميلر-يوري هي أنها تظهر أنه حتى في جو بسيط يمكن أن تتشكل العديد من الجزيئات البيولوجية".

ولم تكن كل تفاصيل التجربة دقيقة، كما تبين لاحقا. في الواقع، أظهرت الأبحاث وجود غازات أخرى في الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر. لكن هذا لا ينتقص بأي حال من الأحوال من أهمية التجربة.

يقول ساذرلاند: "لقد كانت تجربة تاريخية استحوذت على خيال الكثيرين، ولهذا السبب لا تزال يشار إليها حتى اليوم".

في ضوء تجربة ميلر، بدأ العديد من العلماء في البحث عن طرق لتكوين جزيئات بيولوجية بسيطة من الصفر. يبدو أن الإجابة على السؤال "كيف بدأت الحياة على الأرض" قريبة جدًا.

ولكن بعد ذلك اتضح أن الحياة أكثر تعقيدًا مما يمكن للمرء أن يتخيله. لقد تبين أن الخلايا الحية ليست مجرد مجموعة من المركبات الكيميائية، بل هي آليات صغيرة معقدة. وفجأة، أصبح إنشاء خلايا حية من الصفر مشكلة أكبر بكثير مما توقعه العلماء.

دراسة الجينات والحمض النووي

بحلول بداية الخمسينيات من القرن العشرين، كان العلماء قد ابتعدوا بالفعل عن فكرة أن الحياة كانت هدية من الآلهة.

وبدلاً من ذلك، بدأوا في دراسة إمكانية ظهور الحياة بشكل عفوي وطبيعي على الأرض المبكرة، وبفضل تجربة ستانلي ميلر التاريخية، بدأ ظهور الأدلة على هذه الفكرة.

بينما كان ميلر يحاول خلق الحياة من الصفر، كان علماء آخرون يستكشفون المادة التي تتكون منها الجينات.

عند هذه النقطة، كانت معظم الجزيئات البيولوجية قد تمت دراستها بالفعل. وتشمل هذه السكريات والدهون والبروتينات والأحماض النووية مثل "الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين" - المعروف أيضًا باسم الحمض النووي.

اليوم، يعلم الجميع أن الحمض النووي يحتوي على جيناتنا، ولكن بالنسبة لعلماء الأحياء في الخمسينيات كان ذلك بمثابة صدمة حقيقية.

كان للبروتينات بنية أكثر تعقيدًا، ولهذا السبب اعتقد العلماء أن المعلومات الوراثية موجودة فيها.

تم دحض النظرية في عام 1952 من قبل علماء من معهد كارنيجي - ألفريد هيرشي ومارثا تشيس. لقد درسوا فيروسات بسيطة مكونة من البروتين والحمض النووي والتي تتكاثر عن طريق إصابة بكتيريا أخرى. لقد وجد العلماء أن الحمض النووي الفيروسي، وليس البروتين، هو الذي يخترق البكتيريا. ومن هذا نستنتج أن الحمض النووي هو مادة وراثية.

بدأ اكتشاف هيرشي وتشيس سباقًا لفهم بنية الحمض النووي وكيفية عمله.

اكتشف مارثا تشيس وألفريد هيرشي أن الحمض النووي يحمل معلومات وراثية.

يعد التركيب الحلزوني للحمض النووي أحد أهم الاكتشافات في القرن العشرين.

أول من حل المشكلة كان فرانسيس كريك وجيمس واتسون من جامعة كامبريدج، وذلك بمساعدة زميلتهما روزاليند فرانكلين. حدث هذا بعد عام من تجارب هيرشي وتشيس.

أصبح اكتشافهم واحدًا من أهم الاكتشافات في القرن العشرين. غيّر هذا الاكتشاف الطريقة التي نبحث بها عن أصول الحياة، وكشف عن البنية المعقدة للغاية للخلايا الحية.

اكتشف واتسون وكريك أن الحمض النووي عبارة عن حلزون مزدوج (حلزون مزدوج) يشبه السلم المنحني. ويتكون كل من "قطبي" هذا السلم من جزيئات تسمى النيوكليوتيدات.

يوفر هذا الهيكل نظرة ثاقبة حول كيفية نسخ الخلايا للحمض النووي الخاص بها. وبعبارة أخرى، يصبح من الواضح كيف ينقل الآباء نسخًا من جيناتهم إلى أطفالهم.

من المهم أن نفهم أن الحلزون المزدوج يمكن أن "ينحل". وهذا سيوفر إمكانية الوصول إلى الشفرة الوراثية، التي تتكون من سلسلة من القواعد الجينية (A، T، C، G)، والتي عادة ما تكون موجودة ضمن "درجات" سلم الحمض النووي. يتم بعد ذلك استخدام كل مؤشر ترابط كقالب لإنشاء نسخة من الآخر.

وقد سمحت هذه الآلية بانتقال الجينات عبر الأجيال منذ بداية الحياة. تأتي جيناتك في النهاية من بكتيريا قديمة، وفي كل مرة يتم نقلها، تستخدم نفس الآلية التي اكتشفها كريك وواتسون.

لأول مرة، تم الكشف عن أحد أعمق أسرار الحياة للجمهور.

بنية الحمض النووي: عمودان فقريان (سلاسل مضادة للتوازي) وأزواج من النيوكليوتيدات.

تحدي الحمض النووي

وكما تبين، فإن الحمض النووي لديه مهمة واحدة فقط. يخبر الحمض النووي الخاص بك الخلايا الموجودة في جسمك بكيفية صنع البروتينات، وهي الجزيئات التي تؤدي العديد من المهام المهمة.

وبدون البروتين، لن تتمكن من هضم الطعام، وسيتوقف قلبك عن النبض، وسيتوقف تنفسك.

لكن إعادة إنشاء العملية التي يتم من خلالها تكوين البروتينات باستخدام الحمض النووي أثبتت أنها مهمة صعبة بشكل مذهل. كل من حاول شرح أصل الحياة لم يتمكن ببساطة من فهم كيف يمكن لشيء بهذا التعقيد أن يظهر ويتطور بشكل مستقل.

كل بروتين هو في الأساس سلسلة طويلة من الأحماض الأمينية المنسوجة معًا بترتيب معين. يحدد هذا الترتيب الشكل ثلاثي الأبعاد للبروتين وبالتالي الغرض منه.

يتم تشفير هذه المعلومات في تسلسل قواعد الحمض النووي. لذلك، عندما تحتاج الخلية إلى إنشاء بروتين معين، فإنها تقرأ الجين المقابل في الحمض النووي ثم تقوم ببناء التسلسل المحدد من الأحماض الأمينية.

ما هو الحمض النووي الريبي؟

هناك فارق بسيط في عملية استخدام الحمض النووي بواسطة الخلايا.

• الحمض النووي هو أثمن مورد للخلية. ولذلك، تفضل الخلايا عدم الرجوع إلى الحمض النووي في كل إجراء.
• وبدلا من ذلك، تقوم الخلايا بنسخ المعلومات من الحمض النووي إلى جزيئات صغيرة من مادة أخرى تسمى الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي).
• الحمض النووي الريبي (RNA) يشبه الحمض النووي (DNA)، لكنه يحتوي على شريط واحد فقط.

إذا قمنا برسم تشبيه بين الحمض النووي وكتاب المكتبة، فإن الحمض النووي الريبي (RNA) هنا سيبدو كصفحة تحتوي على ملخص للكتاب.

تكتمل عملية تحويل المعلومات عبر شريط من الحمض النووي الريبي (RNA) إلى بروتين بواسطة جزيء معقد للغاية يسمى الريبوسوم.

وتحدث هذه العملية في كل خلية حية، حتى في أبسط أنواع البكتيريا. إنه لا يقل أهمية عن الطعام والتنفس للحفاظ على الحياة.

وهكذا فإن أي تفسير لنشوء الحياة يجب أن يبين كيف ظهر الثلاثي المعقد وبدأ العمل، والذي يتضمن الحمض النووي، الحمض النووي الريبي (RNA) والريبوسومات.

الفرق بين DNA و RNA .

كل شيء أكثر تعقيدًا

بدت نظريات أوبارين وهالدين الآن ساذجة وبسيطة، كما بدت تجربة ميلر، التي خلقت العديد من الأحماض الأمينية اللازمة لتكوين البروتين، تجربة هواة. وعلى الطريق الطويل نحو خلق الحياة، من الواضح أن بحثه، على الرغم من كونه مثمرًا، لم يكن سوى خطوة أولى.

يقول جون ساذرلاند: "يطلب الحمض النووي من الحمض النووي الريبي (RNA) إنتاج البروتين، وكل ذلك في كيس صغير مغلق من المواد الكيميائية". "أنت تنظر إلى الأمر وتندهش من مدى صعوبة الأمر. ماذا يمكننا أن نفعل للعثور على مركب عضوي يمكنه فعل كل هذا دفعة واحدة؟

ربما بدأت الحياة مع الحمض النووي الريبي (RNA)؟

أول من حاول الإجابة على هذا السؤال كان كيميائيًا بريطانيًا يُدعى ليزلي أورجيل. لقد كان من أوائل الذين شاهدوا نموذج الحمض النووي الذي أنشأه كريك وواتسون، وساعد لاحقًا وكالة ناسا في برنامج فايكنغ، الذي أرسل مركبات الهبوط إلى المريخ.

كان Orgel يهدف إلى جعل الأمور أكثر بساطة. وفي عام 1968، وبدعم من كريك، اقترح أن الخلايا الحية الأولى لا تحتوي على بروتينات ولا على الحمض النووي. على العكس من ذلك، كانت تتألف بالكامل تقريبًا من الحمض النووي الريبي (RNA). في هذه الحالة، ينبغي أن تكون جزيئات الحمض النووي الريبي الأولية عالمية. على سبيل المثال، كانوا بحاجة إلى عمل نسخ من أنفسهم، ربما باستخدام نفس آلية الاقتران مثل الحمض النووي.

كان لفكرة أن الحياة بدأت مع الحمض النووي الريبي (RNA) تأثيرًا لا يصدق على جميع الأبحاث اللاحقة. وأصبح سببا لنقاش حاد في المجتمع العلمي، والذي لا يزال مستمرا حتى يومنا هذا.

وبافتراض أن الحياة بدأت بالحمض النووي الريبوزي (RNA) وعنصر آخر، اقترح أورجيل أن أحد أهم جوانب الحياة - القدرة على إعادة إنتاج نفسها - ظهر قبل الجوانب الأخرى. يمكننا أن نقول أنه لم يعكس فقط كيف ظهرت الحياة لأول مرة، بل تحدث عن جوهر الحياة ذاته.

اتفق العديد من علماء الأحياء مع فكرة أورجيل القائلة بأن "التكاثر يأتي أولاً". في نظرية التطور لداروين، تأتي القدرة على الإنجاب في المقدمة: فهذه هي الطريقة الوحيدة التي "يفوز بها" الكائن الحي في هذا السباق - أي أن يترك وراءه العديد من الأطفال.

طرح ليزلي أورجيل فكرة أن الخلايا الأولى تعمل على أساس الحمض النووي الريبي (RNA).

التقسيم إلى 3 معسكرات

لكن للحياة سمات أخرى لا تقل أهمية.

وأكثرها وضوحًا هو التمثيل الغذائي: القدرة على امتصاص الطاقة البيئية واستخدامها من أجل البقاء.

بالنسبة للعديد من علماء الأحياء، يعتبر التمثيل الغذائي هو السمة المميزة للحياة، ويأتي التكاثر في المرتبة الثانية.

لذلك، بدءًا من الستينيات، بدأ العلماء الذين يعانون من لغز أصل الحياة في الانقسام إلى معسكرين.

يوضح ساذرلاند: "الأول قال إن عملية التمثيل الغذائي تسبق علم الوراثة، والثاني كان له رأي معاكس".

وكانت هناك مجموعة ثالثة ترى أنه لا بد أن يكون هناك أولًا نوع من الحاوية للجزيئات الرئيسية التي لا تسمح لها بالتفكك.

يوضح ساذرلاند: "يجب أن يأتي التقسيم في المقام الأول، لأنه بدونه يصبح استقلاب الخلية بلا معنى".

بمعنى آخر، لا بد أن أصل الحياة كان عبارة عن خلية، كما أكد أوبارين وهالدين قبل عقود، وربما كانت هذه الخلية مغطاة بدهون ودهون بسيطة.

اكتسبت كل فكرة من الأفكار الثلاثة مؤيديها وبقيت حتى يومنا هذا. لقد نسي العلماء أحيانًا الاحترافية بدم بارد وأيدوا بشكل أعمى إحدى الأفكار الثلاثة.

ونتيجة لذلك، كانت المؤتمرات العلمية حول هذه القضية مصحوبة في كثير من الأحيان بفضائح، وكثيرا ما سمع الصحفيون الذين يغطون هذه الأحداث مراجعات غير سارة لعلماء من أحد المعسكرين حول عمل زملائهم من المعسكرين الآخرين.

بفضل أورجيل، فإن فكرة أن الحياة بدأت مع الحمض النووي الريبي (RNA) تقرب الجمهور خطوة واحدة من الحل.

وفي الثمانينات، حدث اكتشاف مذهل أكد بالفعل فرضية أورجيل.

ما الذي جاء أولاً: الحاوية أم التمثيل الغذائي أم الوراثة؟

لذلك، في أواخر الستينيات، بحثا عن إجابة لسر أصل الحياة على هذا الكوكب، تم تقسيم العلماء إلى 3 معسكرات.

1. كان الأولون مقتنعين بأن الحياة بدأت بتكوين نسخ بدائية من الخلايا البيولوجية.
2. يعتقد الأخير أن الخطوة الأولى والأساسية هي نظام التمثيل الغذائي.
3. ولا يزال البعض الآخر يركز على أهمية علم الوراثة والتكاثر.

حاول هذا الفريق الثالث فهم الشكل الذي قد يبدو عليه الناسخ الأول، مع الأخذ في الاعتبار فكرة أن الناسخ يجب أن يكون مصنوعًا من الحمض النووي الريبوزي (RNA).

الوجوه المتعددة للـ RNA

بحلول ستينيات القرن العشرين، كان لدى العلماء أسباب كافية للاعتقاد بأن الحمض النووي الريبوزي (RNA) هو مصدر الحياة كلها.

وشملت هذه الأسباب حقيقة أن الحمض النووي الريبي (RNA) يمكنه القيام بأشياء لا يستطيع الحمض النووي القيام بها.

باعتباره جزيءًا مفردًا، يمكن أن ينحني الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى أشكال مختلفة لا يستطيع الحمض النووي الصلب المزدوج الشريط القيام بها.

إن الحمض النووي الريبوزي (RNA)، المطوي مثل الأوريجامي، يشبه البروتينات بقوة في سلوكه. بعد كل شيء، البروتينات هي في الأساس نفس السلاسل الطويلة، ولكنها تتكون من الأحماض الأمينية بدلا من النيوكليوتيدات، مما يسمح لها بإنشاء هياكل أكثر تعقيدا.

هذا هو المفتاح لقدرة البروتين المدهشة. يمكن لبعض البروتينات تسريع أو "تحفيز" التفاعلات الكيميائية. تسمى هذه البروتينات الإنزيمات.

على سبيل المثال، تحتوي الأمعاء البشرية على العديد من الإنزيمات التي تقسم جزيئات الطعام المعقدة إلى جزيئات بسيطة (مثل السكر) - أي تلك التي تستخدمها خلايانا لاحقًا. إن العيش بدون الإنزيمات سيكون مستحيلاً بكل بساطة. على سبيل المثال، كان سبب الوفاة الأخيرة للأخ غير الشقيق للزعيم الكوري في المطار الماليزي هو توقف الإنزيم (الإنزيم) عن العمل في جسده، والذي يتم قمع عمله بواسطة كاشف الأعصاب VX - كعامل مساعد. ونتيجة لذلك يصاب الجهاز التنفسي بالشلل ويموت الشخص خلال دقائق معدودة. الإنزيمات مهمة جدًا لعمل أجسامنا.

طرح ليزلي أورجيل وفرانسيس كريك فرضية أخرى. إذا كان الحمض النووي الريبوزي (RNA) قادرًا على الطي مثل البروتينات، فهل يمكنه أيضًا تكوين إنزيمات؟

إذا تبين أن هذا هو الحال، فمن الممكن أن يكون الحمض النووي الريبوزي (RNA) هو الجزيء الحي الأصلي - والمتعدد الاستخدامات للغاية - الذي يخزن المعلومات (كما يفعل الحمض النووي) ويحفز التفاعلات، وهو ما يميز بعض البروتينات.

كانت الفكرة مثيرة للاهتمام، ولكن على مدى السنوات العشر التالية لم يتم العثور على أي دليل يدعمها.

إنزيمات الحمض النووي الريبي

ولد توماس تشيك ونشأ في ولاية أيوا. حتى عندما كان طفلاً، كان شغفه هو الحجارة والمعادن. وبالفعل في المدرسة الثانوية، كان ضيفا منتظما للجيولوجيين في الجامعة المحلية، الذين أظهروا له نماذج من الهياكل المعدنية. وفي النهاية أصبح عالمًا في الكيمياء الحيوية، مع التركيز على دراسة الحمض النووي الريبوزي (RNA).

في أوائل الثمانينيات، قام تشيك وزملاؤه في جامعة كولورادو بولدر بدراسة كائن حي وحيد الخلية يسمى رباعي الغشاء محب للحرارة. جزء من هذا الكائن الخلوي يشتمل على خيوط من الحمض النووي الريبوزي (RNA). لاحظ تشيك أن إحدى قطع الحمض النووي الريبي (RNA) تنفصل أحيانًا عن الأجزاء الأخرى، كما لو تم فصلها بالمقص.

وعندما أزال فريقه جميع الإنزيمات والجزيئات الأخرى التي يمكن أن تعمل كمقص جزيئي، استمر الحمض النووي الريبوزي (RNA) في عزل القطعة. وفي الوقت نفسه، تم اكتشاف أول إنزيم RNA: وهو جزء صغير من RNA يمكن أن ينفصل بشكل مستقل عن السلسلة الكبيرة التي كان مرتبطًا بها.

ونظرًا لأنه تم العثور على اثنين من إنزيمات الحمض النووي الريبوزي (RNA) بسرعة نسبية، فقد توقع العلماء أنه قد يكون هناك بالفعل الكثير من الإنزيمات الأخرى. الآن المزيد والمزيد من الأدلة تدعم فكرة أن الحياة بدأت مع الحمض النووي الريبي (RNA).

اكتشف توماس تشيك أول إنزيم RNA.

عالم الحمض النووي الريبوزي

أول من أطلق على هذا المفهوم اسم والتر جيلبرت.

بصفته فيزيائيًا أصبح فجأة مهتمًا بالبيولوجيا الجزيئية، كان جيلبرت من أوائل الذين دافعوا عن نظرية تسلسل الجينوم البشري.

في بحث نشر عام 1986 في مجلة Nature، اقترح جيلبرت أن الحياة بدأت فيما يسمى بعالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World).

تتكون المرحلة الأولى من التطور، وفقًا لجيلبرت، من «عملية تعمل فيها جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) كمحفزات، وتتجمع في حساء من النيوكليوتيدات».

ومن خلال نسخ ولصق أجزاء مختلفة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) في سلسلة مشتركة، أنشأت جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) سلاسل أكثر فائدة من السلاسل الموجودة. وفي نهاية المطاف، جاءت اللحظة التي تعلموا فيها إنشاء البروتينات والإنزيمات البروتينية التي تبين أنها أكثر فائدة بكثير من نسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA)، مما أدى إلى إزاحتها إلى حد كبير ونشوء الحياة التي نراها اليوم.

يعد RNA World طريقة أنيقة إلى حد ما لإنشاء كائنات حية معقدة من الصفر.

وفي هذا المفهوم، ليست هناك حاجة إلى الاعتماد على التكوين المتزامن لعشرات الجزيئات البيولوجية في "الحساء البدائي"؛ فجزيء واحد بدأ به كل شيء سيكون كافيا.

دليل

في عام 2000، اكتسبت فرضية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World) أدلة قوية.

أمضى توماس ستيتز 30 عامًا في دراسة تركيب الجزيئات في الخلايا الحية. في التسعينيات، بدأ البحث الرئيسي في حياته: دراسة بنية الريبوسوم.

تحتوي كل خلية حية على الريبوسوم. يقرأ هذا الجزيء الكبير التعليمات من الحمض النووي الريبي (RNA) ويجمع بين الأحماض الأمينية لتكوين البروتينات. تبطن الريبوسومات الموجودة في الخلايا البشرية كل جزء من الجسم تقريبًا.

وبحلول ذلك الوقت كان من المعروف بالفعل أن الريبوسوم يحتوي على الحمض النووي الريبي (RNA). لكن في عام 2000، قدم فريق ستيتز نموذجًا تفصيليًا لبنية الريبوسوم، والذي ظهر فيه الحمض النووي الريبي (RNA) باعتباره النواة التحفيزية للريبوسوم.

كان هذا الاكتشاف مهمًا، لا سيما بالنظر إلى مدى قدم الريبوسوم وأهميته الأساسية للحياة. حقيقة أن مثل هذه الآلية المهمة كانت مبنية على الحمض النووي الريبوزي (RNA) جعلت نظرية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World) أكثر قبولا في الدوائر العلمية. وكان مؤيدو مفهوم "عالم الحمض النووي الريبوزي" (RNA World) سعداء للغاية بهذا الاكتشاف، وحصل ستيتز على جائزة نوبل في عام 2009.

ولكن بعد ذلك، بدأت الشكوك تساور العلماء.

مشاكل نظرية "عالم الحمض النووي الريبي".

كانت هناك في البداية مشكلتان في نظرية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World).

أولاً، هل يستطيع الحمض النووي الريبوزي (RNA) بالفعل أداء جميع الوظائف الحيوية؟ وهل من الممكن أن تكون قد تشكلت في ظل ظروف الأرض المبكرة؟

لقد مر 30 عامًا منذ أن ابتكر جيلبرت نظرية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World)، وما زلنا لا نملك دليلًا قاطعًا على أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) قادر بالفعل على كل ما تصفه النظرية. نعم، إنه جزيء وظيفي بشكل مثير للدهشة، ولكن هل الحمض النووي الريبي (RNA) كافٍ لجميع الوظائف المنسوبة إليه؟

لفت انتباهي تناقض واحد. إذا بدأت الحياة بجزيء RNA، فيمكن للـ RNA إنشاء نسخ من نفسه، أو نسخ متماثلة.

ولكن لا يوجد لدى أي من الـ RNA المعروفة هذه القدرة. لإنشاء نسخة طبق الأصل من قطعة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) أو الحمض النووي (DNA)، هناك حاجة إلى العديد من الإنزيمات والجزيئات الأخرى.

لذلك، في أواخر الثمانينات، بدأت مجموعة من علماء الأحياء بحثًا يائسًا إلى حد ما. لقد شرعوا في إنشاء RNA الذي يمكنه تكرار نفسه.

محاولات إنشاء RNA ذاتي التضاعف

وكان جاك زوستاك من كلية الطب بجامعة هارفارد أول هؤلاء الباحثين. منذ طفولته المبكرة، كان شغوفًا جدًا بالكيمياء لدرجة أنه حول الطابق السفلي من منزله إلى مختبر. لقد تجاهل سلامته، الأمر الذي أدى ذات مرة إلى انفجار أدى إلى تثبيت قارورة زجاجية في السقف.

في أوائل الثمانينات، أظهر شوستاك بوضوح كيف تحمي الجينات البشرية نفسها من عملية الشيخوخة. وقد قاده هذا البحث المبكر لاحقًا إلى أن يصبح حائزًا على جائزة نوبل.

لكنه سرعان ما أصبح مهتمًا بأبحاث تشيك حول إنزيمات الحمض النووي الريبوزي (RNA). يقول زوستاك: "أعتقد أنه عمل مذهل". "من حيث المبدأ، من المحتمل جدًا أن يعمل الحمض النووي الريبوزي (RNA) كمحفز لصنع نسخ من نفسه."

في عام 1988، اكتشف تشيك إنزيم RNA قادر على تكوين جزيء RNA صغير يبلغ طوله 10 نيوكليوتيدات.

قرر شوستاك المضي قدمًا وإنشاء إنزيمات RNA جديدة في المختبر. أنشأ فريقه مجموعة من التسلسلات العشوائية واختبروا كل واحدة منها للعثور على واحدة على الأقل تتمتع بقدرات تحفيزية. ثم تم تغيير التسلسل واستمر الاختبار.

وبعد 10 محاولات، تمكن زوستاك من إنشاء إنزيم RNA الذي يعمل كمحفز، على تسريع التفاعل بمعدل 7 ملايين مرة أسرع مما يحدث في البيئة الطبيعية.

لقد أثبت فريق شوستاك أن إنزيمات الحمض النووي الريبوزي (RNA) يمكن أن تكون قوية للغاية. لكن إنزيمهم لم يتمكن من إنشاء نسخه المتماثلة الخاصة به. كان هذا طريقًا مسدودًا لشوستاك.

انزيم R18

في عام 2001، تم تحقيق الاختراق التالي من قبل طالب شوستاك السابق، ديفيد بارتيل من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في كامبريدج.

ابتكر بارثيل إنزيم RNA يسمى R18، والذي يمكنه إضافة نيوكليوتيدات جديدة إلى سلسلة RNA بناءً على النيوكليوتيدات الموجودة.

بمعنى آخر، لم يقم الإنزيم بإضافة نيوكليوتيدات عشوائية فحسب، بل قام بنسخ التسلسل تمامًا.

ولا تزال الجزيئات ذاتية التكاثر بعيدة المنال، لكن الاتجاه كان صحيحا.

ويتكون إنزيم R18 من سلسلة تضم 189 نيوكليوتيدات، ويمكن أن يضيف إليها 11 أخرى - أي 6% من طولها. ويأمل الباحثون أنه بعد بضع تجارب أخرى، يمكن تحويل نسبة 6% هذه إلى 100%.

الأكثر نجاحا في هذا المجال كان فيليب هوليجر من مختبر البيولوجيا الجزيئية في كامبريدج. وفي عام 2011، قام فريقه بتعديل إنزيم R18 لإنشاء إنزيم tC19Z، الذي يمكنه نسخ تسلسلات تصل إلى 95 نيوكليوتيدات. ويمثل هذا 48% من طوله - أكثر من R18، ولكن من الواضح أنه ليس 100% الضرورية.

قدم جيرالد جويس وتريسي لينكولن من معهد سكريبس للأبحاث في لا جولا نهجا بديلا لهذا السؤال. وفي عام 2009، قاموا بإنشاء إنزيم RNA الذي يقوم بإنشاء نسخة طبق الأصل الخاصة به بشكل غير مباشر.

يجمع إنزيمهم بين قطعتين قصيرتين من الحمض النووي الريبي (RNA) ويخلق إنزيمًا آخر. وهذا بدوره يجمع بين قطعتين أخريين من الحمض النووي الريبي (RNA) لإعادة إنشاء الإنزيم الأصلي.

وبالنظر إلى المواد الأولية، يمكن لهذه الدورة البسيطة أن تستمر إلى أجل غير مسمى. لكن الإنزيمات تعمل بشكل صحيح فقط إذا كانت تحتوي على السلاسل الصحيحة من الحمض النووي الريبوزي (RNA)، التي أنشأها جويس ولينكولن.

بالنسبة للعديد من العلماء المتشككين في فكرة عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World)، فإن عدم التكاثر الذاتي للحمض النووي الريبوزي (RNA) هو السبب الرئيسي للتشكيك. إن الحمض النووي الريبوزي (RNA) ببساطة لا يستطيع التعامل مع دور خالق الحياة كلها.

إن فشل الكيميائيين في تكوين الحمض النووي الريبوزي (RNA) من الصفر لا يزيد من التفاؤل. وعلى الرغم من أن الحمض النووي الريبي (RNA) هو جزيء أبسط بكثير من الحمض النووي (DNA)، إلا أن تصنيعه أثبت أنه يمثل تحديًا لا يصدق.

من المرجح أن الخلايا الأولى تتكاثر بالانقسام.

المشكلة هي السكر

الأمر كله يتعلق بالسكر الموجود في كل نيوكليوتيد وقاعدة النوكليوتيدات. من الممكن إنشائها بشكل منفصل، لكن من غير الممكن ربطها معًا.

بحلول أوائل التسعينيات، كانت هذه المشكلة واضحة بالفعل. وأقنعت العديد من علماء الأحياء بأن فرضية «عالم الحمض النووي الريبوزي» مهما بدت جذابة، لا تزال مجرد فرضية.

• ربما كان يوجد في الأرض المبكرة جزيء مختلف: أبسط من الحمض النووي الريبوزي (RNA)، الذي تمكن من تجميع نفسه من "الحساء البدائي" وبدأ لاحقًا في إعادة إنتاج نفسه.
• وربما كان هذا الجزيء بالذات هو الأول، وبعده ظهر الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA) وغيرهما.

حمض البولياميد النووي (PNA)

في عام 1991، بدا أن بيتر نيلسن من جامعة كوبنهاجن في الدنمارك قد وجد مرشحًا مناسبًا لدور الناسخ الرئيسي.

في الواقع، كانت نسخة محسنة بشكل كبير من الحمض النووي. أبقى نيلسن القاعدة كما هي - المعايير A وT وC وG - ولكن بدلاً من جزيئات السكر استخدم جزيئات تسمى البولياميدات.

وقد أطلق على الجزيء الناتج حمض البولياميد النووي، أو PNA. ومع ذلك، مع مرور الوقت، تحول فك الاختصار لسبب ما إلى "حمض الببتيد النووي".

PNA لا يحدث في الطبيعة. لكن سلوكها يشبه إلى حد كبير سلوك الحمض النووي. ويمكن لشريط PNA أن يحل محل خيط في جزيء الحمض النووي، وتقترن القواعد كالمعتاد. علاوة على ذلك، يمكن أن يلتوي PNA إلى حلزون مزدوج، مثل DNA.

كان ستانلي ميلر مفتونًا. ولكونه متشككًا بشدة بشأن مفهوم "عالم الحمض النووي الريبوزي"، فقد اعتقد أن الحمض النووي الريبوزي (PNA) كان أكثر ملاءمة لدور المادة الوراثية الأولى.

وفي عام 2000، أيد رأيه بالأدلة. بحلول ذلك الوقت، كان يبلغ من العمر 70 عامًا بالفعل وقد أصيب بعدة ضربات، وبعد ذلك كان من الممكن أن ينتهي به الأمر في دار لرعاية المسنين، لكنه لن يستسلم.

كرر ميلر تجربته الكلاسيكية الموصوفة سابقًا، هذه المرة باستخدام الميثان والنيتروجين والأمونيا والماء، وحصل في النهاية على قاعدة البولي أميد للـ PNA.

ويترتب على ذلك أنه في بداية الأرض كان من الممكن أن تكون هناك ظروف لظهور PNA، على عكس RNA.

يتصرف الحمض النووي مثل الحمض النووي.

حمض ثروس النووي (TNA)

وفي الوقت نفسه، قام كيميائيون آخرون بإنشاء أحماضهم النووية الخاصة.

في عام 2000، ابتكر ألبرت إشنموسر الحمض النووي الثلاثي (TNA).

وكان في الأساس نفس الحمض النووي، ولكن مع نوع مختلف من السكر في القاعدة. يمكن لسلاسل TNK أن تشكل حلزونًا مزدوجًا، ويمكن نقل المعلومات من RNA إلى TNK وبالعكس.

علاوة على ذلك، يمكن أن تشكل TNC أشكالًا معقدة، بما في ذلك شكل البروتين. يشير هذا إلى أن TNA يمكن أن يعمل كأنزيم، تمامًا مثل RNA.

حمض الجليكول النووي (GNA)

في عام 2005، ابتكر إريك ميجرز حمضًا نوويًا من الجليكول يمكنه أيضًا تشكيل حلزون.

وكان لكل من هذه الأحماض النووية مؤيدوه: عادة منشئو الأحماض أنفسهم.

لكن في الطبيعة لم يتبق أي أثر لمثل هذه الأحماض النووية، لذلك حتى لو افترضنا أن الحياة الأولى استخدمتها، ففي مرحلة ما كان عليها أن تتخلى عنها لصالح الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA).

يبدو معقولا، ولكن ليس مدعوما بالأدلة.

لقد كانت فكرة جيدة، ولكن...

وهكذا، بحلول منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، وجد أنصار مفهوم عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World) أنفسهم في موقف صعب.

فمن ناحية، كانت إنزيمات الحمض النووي الريبي (RNA) موجودة في الطبيعة وتضمنت أحد أهم أجزاء الآليات البيولوجية - الريبوسوم. ليس سيئا.

ولكن من ناحية أخرى، لم يتم العثور على حمض نووي ريبوزي يتضاعف ذاتيا في الطبيعة، ولم يتمكن أحد من أن يشرح بالضبط كيف تشكل الحمض النووي الريبي في "الحساء البدائي". ويمكن تفسير الأخير بأحماض نووية بديلة، لكنها لم تعد موجودة (أو لم تكن موجودة على الإطلاق) في الطبيعة. هذا سيء.

كان الحكم على مفهوم عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World) برمته واضحًا: كان المفهوم جيدًا، لكنه لم يكن شاملاً.

وفي الوقت نفسه، منذ منتصف الثمانينات، كانت هناك نظرية أخرى تتطور ببطء. جادل مؤيدوها بأن الحياة لم تبدأ بالحمض النووي الريبوزي (RNA) أو الحمض النووي (DNA) أو أي مادة وراثية أخرى. وفي رأيهم أن الحياة بدأت كآلية لاستخدام الطاقة.

الطاقة أولاً؟

لذلك، على مر السنين، انقسم العلماء الذين يدرسون أصل الحياة إلى 3 معسكرات.

كان الأولون مقتنعين بأن الحياة بدأت بجزيء الحمض النووي الريبوزي (RNA)، لكنهم لم يتمكنوا من معرفة كيف تمكنت جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) أو الجزيئات المشابهة له من الظهور تلقائيًا على الأرض المبكرة والبدء في إعادة إنتاج نفسها. وقد حظيت نجاحات العلماء بالإعجاب في البداية، ولكن في النهاية وصل الباحثون إلى طريق مسدود. ومع ذلك، حتى عندما كانت هذه الدراسات على قدم وساق، كان هناك بالفعل أولئك الذين كانوا متأكدين من أن الحياة نشأت بطريقة مختلفة تماما.

تعتمد نظرية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World) على فكرة بسيطة: أهم وظيفة للكائن الحي هي القدرة على التكاثر. يتفق معظم علماء الأحياء مع هذا. تسعى جميع الكائنات الحية - من البكتيريا إلى الحيتان الزرقاء - إلى ترك ذرية.

ومع ذلك، فإن العديد من الباحثين في هذه المسألة لا يتفقون على أن الوظيفة الإنجابية تأتي في المقام الأول. يقولون أنه قبل أن يبدأ التكاثر، يجب أن يصبح الكائن مكتفيًا ذاتيًا. يجب أن يكون قادرًا على الحفاظ على الحياة داخل نفسه. ففي النهاية، لن تتمكن من إنجاب الأطفال إذا مت أولاً.

نحن نحافظ على الحياة من خلال الغذاء، بينما تمتص النباتات الطاقة من ضوء الشمس.

نعم، من الواضح أن الرجل الذي يلتهم قطعة من العصير بسعادة لا يبدو مثل شجرة بلوط عمرها قرن من الزمان، ولكن في الواقع، كلاهما يمتص الطاقة.

امتصاص الطاقة هو أساس الحياة.

الاسْتِقْلاب

عندما نتحدث عن طاقة الكائنات الحية، فإننا نتعامل مع عملية التمثيل الغذائي.

1. المرحلة الأولى هي الحصول على الطاقة، على سبيل المثال، من المواد الغنية بالطاقة (مثل السكر).
2. والثاني هو استخدام الطاقة لبناء خلايا مفيدة في الجسم.

إن عملية استخدام الطاقة مهمة للغاية، ويعتقد العديد من الباحثين أن هذه هي الطريقة التي بدأت بها الحياة.

ولكن كيف يمكن أن تبدو الكائنات الحية التي لها وظيفة استقلابية واحدة فقط؟

الاقتراح الأول والأكثر تأثيرًا قدمه جونتر واتشترشاوزر في أواخر الثمانينيات. لقد كان محامي براءات اختراع من حيث المهنة، ولكن كان لديه معرفة جيدة بالكيمياء.

اقترح Wachtershauser أن الكائنات الحية الأولى كانت "مختلفة بشكل لافت للنظر عن أي شيء نعرفه". لم تكن مصنوعة من الخلايا. لم يكن لديهم إنزيمات أو DNA أو RNA.

من أجل الوضوح، وصف Wachtershauser تدفق الماء الساخن المتدفق من البركان. وكانت المياه مشبعة بالغازات البركانية مثل الأمونيا وتحتوي على جزيئات من المعادن من مركز البركان.

في الأماكن التي يتدفق فيها التيار فوق الصخور، بدأت التفاعلات الكيميائية. ساهمت المعادن الموجودة في الماء في تكوين مركبات عضوية كبيرة من مركبات أبسط.

الدورة الأيضية

كانت نقطة التحول هي إنشاء أول دورة استقلابية.

خلال هذه العملية، يتم تحويل مادة كيميائية واحدة إلى عدة مواد أخرى، وهكذا، حتى ينتهي كل شيء في النهاية إلى إعادة تكوين المادة الأولى.

خلال هذه العملية، يقوم النظام بأكمله المشارك في عملية التمثيل الغذائي بتجميع الطاقة، والتي يمكن استخدامها لإعادة تشغيل الدورة أو لبدء عملية جديدة.

وكل شيء آخر تتمتع به الكائنات الحية الحديثة (الحمض النووي والخلايا والدماغ) ظهر لاحقًا وعلى أساس هذه الدورات الكيميائية.

الدورات الأيضية ليست مشابهة جدًا للحياة. لذلك، أطلق واخترشاوزر على اختراعاته اسم "الكائنات الحية الأولية" وكتب أنها "لا يمكن وصفها بأنها كائنات حية".

لكن الدورات الأيضية التي وصفها واتشترشاوزر هي دائمًا في مركز أي كائن حي.

خلاياك هي في الواقع مصانع مجهرية، تعمل باستمرار على تفكيك مواد معينة وتحويلها إلى مواد أخرى.

الدورات الأيضية، على الرغم من كونها ميكانيكية، إلا أنها ذات أهمية أساسية للحياة.

كرّس واخترزهاوزر العقدين الأخيرين من القرن العشرين لنظريته، وعمل عليها بالتفصيل. ووصف أي المعادن ستكون أكثر ملاءمة من غيرها وما هي الدورات الكيميائية التي قد تحدث. بدأ منطقه في كسب المؤيدين.

التأكيد التجريبي

في عام 1977، غاص فريق جاك كورليس من جامعة ولاية أوريغون إلى عمق 2.5 كيلومتر (1.5 ميل) في شرق المحيط الهادئ. درس العلماء ينبوع غالاباغوس الحار في مكان ترتفع فيه تلال الصخور من القاع. من المعروف أن النطاقات كانت نشطة بركانيًا في الأصل.

اكتشف كورليس أن التلال كانت مليئة بالينابيع الساخنة. وترتفع المياه الساخنة المحملة بالمواد الكيميائية من قاع البحر وتتدفق عبر ثقوب في الصخور.

ومن المثير للدهشة أن هذه "الفتحات الحرارية المائية" كانت مأهولة بكثافة بمخلوقات غريبة. كانت هذه رخويات ضخمة من عدة أنواع وبلح البحر والحلقيات.

وكان الماء أيضًا مليئًا بالبكتيريا. كل هذه الكائنات تعيش على الطاقة من الفتحات الحرارية المائية.

أعطى اكتشاف الفتحات الحرارية المائية كورليس سمعة ممتازة. كما جعله يفكر.

تدعم الفتحات الحرارية المائية في المحيط الكائنات الحية اليوم. ربما أصبحوا مصدرها الأساسي؟

الفتحات الحرارية المائية

في عام 1981، اقترح جاك كورليس وجود فتحات مماثلة على الأرض قبل 4 مليارات سنة، ومن حولها بدأت الحياة. لقد كرس حياته المهنية بأكملها لتطوير هذه الفكرة.

اقترح كورليس أن الفتحات الحرارية المائية يمكن أن تخلق خليطًا من المواد الكيميائية. وقال إن كل فتحة تهوية كانت بمثابة موزع لـ "المرق البدائي".

• وبينما كان الماء الساخن يتدفق عبر الصخور، أجبرت الحرارة والضغط أبسط المركبات العضوية على التحول إلى مركبات أكثر تعقيدًا، مثل الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات والسكر.
• بالقرب من الخروج إلى المحيط، حيث لم يعد الماء ساخنا للغاية، بدأوا في تشكيل سلاسل، وتشكيل الكربوهيدرات والبروتينات والنيوكليوتيدات مثل الحمض النووي.
• ثم، في المحيط نفسه، حيث يبرد الماء بشكل كبير، تتجمع هذه الجزيئات في خلايا بسيطة.

بدت النظرية معقولة وجذبت الانتباه.

لكن ستانلي ميلر، الذي نوقشت تجربته في وقت سابق، لم يشاركه الحماس. وفي عام 1988، كتب أن الفتحات كانت ساخنة للغاية بحيث لا تدعم الحياة.

كانت نظرية كورليس هي أن درجة الحرارة القصوى يمكن أن تؤدي إلى تكوين مواد مثل الأحماض الأمينية، لكن تجارب ميلر أظهرت أنها يمكن أن تدمرها أيضًا.

يمكن للمركبات الرئيسية مثل السكر أن تدوم لبضع ثوان على الأكثر.

علاوة على ذلك، من الصعب أن تكون هذه الجزيئات البسيطة قادرة على تشكيل سلاسل، لأن المياه المحيطة بها ستكسرها على الفور تقريبًا.

دافئًا، بل وأكثر دفئًا..

عند هذه النقطة، دخل الجيولوجي مايك راسل في المناقشة. كان يعتقد أن نظرية التنفيس تتلاءم تمامًا مع تكهنات Wachtershauser حول الكائنات الحية السابقة. قادته هذه الأفكار إلى إنشاء واحدة من أكثر النظريات شيوعًا حول أصل الحياة.

قضى راسل شبابه في صنع الأسبرين ودراسة المعادن الثمينة. وخلال ثوران بركاني محتمل في الستينيات، نجح في تنسيق خطة الاستجابة دون أي خبرة. لكنه كان مهتما بدراسة كيفية تغير سطح الأرض على مر العصور المختلفة. لقد شكلت فرصة النظر إلى التاريخ من منظور الجيولوجي نظريته عن أصل الحياة.

وفي الثمانينيات، عثر على حفريات تشير إلى أنه في العصور القديمة كانت هناك فتحات حرارية مائية حيث لم تتجاوز درجات الحرارة 150 درجة مئوية. وقال إن درجات الحرارة المعتدلة هذه يمكن أن تسمح للجزيئات بالبقاء لفترة أطول بكثير مما اعتقد ميلر.

علاوة على ذلك، كشفت حفريات هذه الفتحات الأقل حرارة عن شيء مثير للاهتمام. معدن يسمى البيريت، يتكون من الحديد والكبريت، على شكل أنابيب طولها 1 ملم.

اكتشف راسل في مختبره أن البيريت يمكنه أيضًا تكوين قطرات كروية. واقترح أن الجزيئات العضوية المعقدة الأولى تشكلت داخل هياكل البيريت.

في نفس الوقت تقريبًا، بدأ Wachtershauser في نشر نظرياته بناءً على حقيقة أن تيارًا من الماء الغني بالمواد الكيميائية يتفاعل مع معدن معين. حتى أنه اقترح أن المعدن يمكن أن يكون البيريت.

2+2=?

كل ما كان على راسل فعله هو جمع العددين ٢ و٢ معًا.

وافترض أن الكائنات الحية الأولية لـ Wachtershauser قد تشكلت داخل الفتحات الحرارية المائية الدافئة في أعماق البحار، حيث يمكن أن تتشكل هياكل البيريت. إذا لم يكن راسل مخطئا، فقد نشأت الحياة في أعماق البحر، وظهر التمثيل الغذائي أولا.

تم توضيح كل هذا في بحث لراسل نُشر عام 1993، بعد 40 عامًا من تجربة ميلر الكلاسيكية.

كان هناك صدى أقل بكثير في الصحافة، لكن هذا لا ينتقص من أهمية الاكتشاف. قام راسل بدمج فكرتين مختلفتين (دورات واشترشاوزر الأيضية وفتحات كورليس الحرارية المائية) في مفهوم واحد مقنع إلى حد ما.

وأصبح هذا المفهوم أكثر إثارة للإعجاب عندما شارك راسل أفكاره حول كيفية امتصاص الكائنات الحية المبكرة للطاقة. وبعبارة أخرى، فقد شرح كيفية عمل عملية التمثيل الغذائي لديهم. استندت فكرته إلى عمل أحد عباقرة العلم الحديث المنسيين.

تجارب ميتشل "السخيفة".

في الستينيات، اضطر عالم الكيمياء الحيوية بيتر ميتشل إلى مغادرة جامعة إدنبره بسبب المرض.

قام بتحويل قصر في كورنوال إلى مختبره الشخصي. معزولًا عن المجتمع العلمي، قام بتمويل عمله عن طريق بيع حليب أبقاره المنزلية. العديد من علماء الكيمياء الحيوية، بما في ذلك ليزلي أورجيل، الذي تمت مناقشة أبحاثه حول الحمض النووي الريبوزي (RNA) سابقًا، اعتبروا عمل ميتشل منافيًا للعقل للغاية.

وبعد ما يقرب من عقدين من الزمن، انتصر ميتشل، وفاز بجائزة نوبل في الكيمياء عام 1978. لم يصبح مشهورًا أبدًا، لكن أفكاره يمكن رؤيتها في أي كتاب مدرسي في علم الأحياء.

كرّس ميتشل حياته لدراسة كيفية صرف الكائنات الحية للطاقة التي تتلقاها من الغذاء. بمعنى آخر، كان مهتمًا بكيفية بقائنا على قيد الحياة من ثانية إلى ثانية.

حصل عالم الكيمياء الحيوية البريطاني بيتر ميتشل على جائزة نوبل في الكيمياء لأبحاثه في اكتشاف آلية تصنيع ATP.

كيف يخزن الجسم الطاقة

عرف ميتشل أن جميع الخلايا تخزن الطاقة في جزيء محدد يسمى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). الشيء المهم هو أن الأدينوزين لديه سلسلة من ثلاثة فوسفات مرتبطة به. إضافة الفوسفات الثالث يتطلب الكثير من الطاقة، والتي يتم تخزينها لاحقا في ATP.

عندما تحتاج الخلية إلى الطاقة (على سبيل المثال، أثناء تقلص العضلات)، فإنها تقطع الفوسفات الثالث من ATP. يؤدي هذا إلى تحويل ATP إلى ثنائي فوسفات الأدينوسيد (ADP) وإطلاق الطاقة المخزنة.

أراد ميتشل أن يفهم كيف تمكنت الخلايا من إنتاج الـATP في المقام الأول. كيف قاموا بتركيز ما يكفي من الطاقة في ADP حتى ينضم الفوسفات الثالث؟

عرف ميتشل أن الإنزيم الذي ينتج ATP موجود على الغشاء. وخلص إلى أن الخلية تضخ جسيمات مشحونة، تسمى البروتونات، عبر الغشاء، بحيث يمكن رؤية العديد من البروتونات على جانب واحد، بينما لا يمكن رؤية أي بروتونات تقريبًا على الجانب الآخر.

تحاول البروتونات بعد ذلك العودة إلى الغشاء للحفاظ على التوازن على كل جانب، لكنها لا تستطيع الدخول إلا إلى الإنزيم. إن تدفق البروتونات المتدفقة يمنح الإنزيم الطاقة اللازمة لتكوين ATP.

اقترح ميتشل هذه الفكرة لأول مرة في عام 1961. وعلى مدى السنوات الخمس عشرة التالية، دافع عن نظريته ضد الهجوم، على الرغم من الأدلة الدامغة.

من المعروف اليوم أن العملية التي وصفها ميتشل هي سمة مميزة لكل كائن حي على هذا الكوكب. إنه يحدث في خلاياك الآن. مثل الحمض النووي، فهو جزء أساسي من الحياة كما نعرفها.

كان الفصل الطبيعي للبروتونات ضروريًا للحياة

في بناء نظريته عن الحياة، اهتم راسل بفصل البروتونات الذي أظهره ميتشل: العديد من البروتونات على أحد جانبي الغشاء وقليل منها فقط على الجانب الآخر.

تحتاج جميع الخلايا إلى مشاركة البروتونات لتخزين الطاقة.

تخلق الخلايا الحديثة هذا الانقسام عن طريق ضخ البروتونات خارج الغشاء، ولكن هناك ميكانيكا جزيئية معقدة لا يمكن أن تحدث بين عشية وضحاها.

لذا توصل راسل إلى نتيجة منطقية أخرى: الحياة تتشكل حيث يوجد انفصال طبيعي للبروتونات.

في مكان ما بالقرب من الفتحات الحرارية المائية. ولكن يجب أن تكون فتحة التهوية من نوع محدد.

كانت الأرض المبكرة تحتوي على بحار حمضية، والمياه الحمضية مشبعة بالبروتونات. لفصل البروتونات، يجب أن يكون الماء الموجود في الفتحات الحرارية المائية فقيرًا بالبروتونات: وبعبارة أخرى، يجب أن يكون قلويًا.

لم تستوف الفتحات الحرارية المائية في كورليس هذا الشرط. لم تكن ساخنة جدًا فحسب، بل كانت أيضًا حمضية جدًا.

لكن في عام 2000، اكتشفت ديبورا كيلي من جامعة واشنطن أول فتحات قلوية حرارية مائية.

دكتور ديبورا كيلي.

الفتحات القلوية والحرارية الباردة

تمكن كيلي من أن يصبح عالما بصعوبة كبيرة. توفي والدها عندما كانت في المدرسة الثانوية، وكان عليها أن تعمل بعد المحاضرات لدفع تكاليف الجامعة.

لكنها نجحت، وخطرت لها فيما بعد فكرة دراسة البراكين تحت الماء والينابيع الحرارية المائية الساخنة. قادها شغفها بدراسة البراكين والفتحات الساخنة تحت الماء إلى قلب المحيط الأطلسي. وهنا في الأعماق كانت هناك سلسلة جبال مهيبة ترتفع من قاع المحيط.

على هذه التلال، اكتشفت كيلي شبكة كاملة من الفتحات الحرارية المائية، والتي أطلقت عليها اسم "المدينة المفقودة". لم يكونوا مثل الذين وجدهم كورليس.

يتدفق الماء منها عند درجة حرارة 40-75 درجة مئوية وبمحتوى قلوي صغير. تشكل معادن الكربونات من هذه المياه أعمدة بيضاء شديدة الانحدار تشبه أعمدة الدخان وترتفع من الأسفل مثل أنابيب الأرغن. وعلى الرغم من مظهرها الغريب و"الشبحي"، كانت هذه الأعمدة في الواقع موطنًا لمستعمرات الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في المياه الدافئة.

تتناسب هذه الفتحات القلوية مع نظرية راسل تمامًا. لقد كان على يقين من أن الحياة تبدأ في فتحات مشابهة لتلك الموجودة في المدينة المفقودة.

لكن كان هناك مشكلة واحدة. كجيولوجي، لم يكن راسل يعرف ما يكفي عن الخلايا البيولوجية لجعل نظريته مقنعة قدر الإمكان.

النظرية الأكثر شمولاً لأصل الحياة على الأرض

للتغلب على مشاكل معرفته المحدودة، تعاون راسل مع عالم الأحياء الأمريكي ويليام مارتن. رجل مثير للجدل، قضى مارتن معظم حياته المهنية في ألمانيا.

وفي عام 2003، قدموا نسخة محسنة من مفهوم راسل السابق. وربما يمكن تسمية هذه النظرية حول أصل الحياة على الأرض بأنها الأكثر شمولاً من بين جميع النظريات الموجودة.

وبفضل كيلي، عرفوا أن صخور الفتحات القلوية كانت مسامية: كانت مليئة بفتحات صغيرة مملوءة بالماء. واقترح العلماء أن هذه الثقوب كانت بمثابة "خلايا". ويحتوي كل منها على مواد مهمة، مثل المعادن مثل البيريت. أضف إلى ذلك الانشطار الطبيعي للبروتونات الذي توفره الفتحات، وستحصل على مكان مثالي لولادة عملية التمثيل الغذائي.

بمجرد أن بدأت الحياة في تسخير الطاقة الكيميائية لمياه الفوهة، كما افترض راسل ومارتن، بدأت في تكوين جزيئات مثل الحمض النووي الريبي (RNA). وفي النهاية، صنعت غشاءها الخاص، لتصبح خلية حقيقية، وتركت الصخور المسامية، متجهة إلى المياه المفتوحة.

واليوم، تعد هذه إحدى الفرضيات الرائدة فيما يتعلق بأصل الحياة.

أحدث الاكتشافات

تلقت هذه النظرية دعمًا كبيرًا في يوليو 2016، عندما نشر مارتن بحثًا أعاد بناء بعض سمات "السلف العالمي المشترك الأخير" (LUCA). هذا هو الاسم التقليدي للكائن الحي الذي كان موجودًا منذ مليارات السنين، والذي أدى إلى ظهور كل تنوع الحياة الحديثة.

قد لا نتمكن أبدًا من العثور على حفريات لهذا الكائن الحي، ولكن بناءً على جميع البيانات المتاحة، يمكننا تخمين شكله وما هي خصائصه من خلال دراسة الكائنات الحية الدقيقة الحديثة.

وهذا بالضبط ما فعله مارتن. قام بدراسة الحمض النووي لـ 1930 من الكائنات الحية الدقيقة الحديثة وحدد 355 جينًا كانت موجودة في جميعها تقريبًا.

يمكن الافتراض أن هذه الجينات الـ 355 تم نقلها من جيل إلى جيل، حيث أن كل هذه الميكروبات في عام 1930 كان لها سلف مشترك - من المفترض أنه منذ الوقت الذي كان فيه PUOP لا يزال موجودًا.

ومن بين هذه الجينات كان هناك المسؤول عن استخدام انقسام البروتونات، ولكن ليس المسؤول عن إحداث هذا الانقسام، كما هو الحال في نظرية راسل ومارتن.

علاوة على ذلك، يبدو أن PUOP قادر على التكيف مع مواد مثل الميثان، مما يعني وجود بيئة نشطة بركانيًا حوله. وهذا هو، تنفيس الحرارية المائية.

ليس بسيط جدا

ومع ذلك، وجد مؤيدو فكرة عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World) مشكلتين في مفهوم راسل-مارتن. لا يزال من الممكن تصحيح أحدهما، لكن الآخر قد يعني انهيار النظرية بأكملها.

المشكلة الأولى هي عدم وجود أدلة تجريبية على أن العمليات التي وصفها راسل ومارتن حدثت بالفعل.

نعم، لقد بنى العلماء النظرية خطوة بخطوة، ولكن لم يتم إعادة إنتاج أي خطوة في المختبر حتى الآن.

“أنصار فكرة المظهر الأساسي تكراريقول أرمين مولكيجانيان، الخبير في أصل الحياة، "إننا نوفر بانتظام نتائج التجارب". “المؤيدون لفكرة المظهر الأساسي الاسْتِقْلابإنهم لا يفعلون ذلك”.

لكن هذا قد يتغير قريبًا، وذلك بفضل زميل مارتن، نيك لين من جامعة كوليدج لندن. صمم لين "مفاعل أصل الحياة" الذي يحاكي الظروف داخل فتحة تنفيس قلوية. ويأمل في إعادة إنشاء الدورات الأيضية وربما حتى الحمض النووي الريبي (RNA). ولكن من السابق لأوانه الحديث عن هذا بعد.

المشكلة الثانية هي أن الفتحات تقع على عمق كبير تحت الماء. وكما أشار ميلر في عام 1988، فإن الجزيئات طويلة السلسلة مثل الحمض النووي الريبوزي (RNA) والبروتينات لا يمكن أن تتشكل في الماء بدون إنزيمات تمنعها من التحلل.

بالنسبة للعديد من الباحثين، أصبحت هذه الحجة حاسمة.

يقول ملكيجانيان: "مع وجود خلفية في الكيمياء، لن تكون قادرًا على تصديق نظرية تنفيس أعماق البحار لأنك تعرف الكيمياء وتفهم أن كل هذه الجزيئات غير متوافقة مع الماء".

ومع ذلك، فإن راسل وأنصاره ليسوا في عجلة من أمرهم للتخلي عن أفكارهم.

ولكن في العقد الماضي، برز إلى الواجهة نهج ثالث، مصحوبًا بسلسلة من التجارب المثيرة للاهتمام للغاية.

وعلى عكس النظريات حول عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World) والفتحات الحرارية المائية، فإن هذا النهج، إذا نجح، يعد بما لا يمكن تصوره، وهو إنشاء خلية حية من الصفر.

كيفية إنشاء خلية؟

بحلول بداية القرن الحادي والعشرين، كان هناك مفهومان رئيسيان لأصل الحياة.

1. أنصار "عالم الحمض النووي الريبوزي"جادل بأن الحياة بدأت بجزيء ذاتي التكاثر.
2. أصحاب النظرية حول " التمثيل الغذائي الأساسي"لقد أنشأوا صورة مفصلة لكيفية نشوء الحياة في الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار.

ومع ذلك، ظهرت نظرية ثالثة إلى الواجهة.

كل كائن حي على وجه الأرض يتكون من خلايا. كل خلية هي في الأساس كرة ناعمة ذات جدار صلب، أو "غشاء".

ومهمة الخلية هي احتواء جميع العناصر الحيوية بداخلها. إذا تمزق الجدار الخارجي، فسوف ينسكب الجزء الداخلي منه، وتموت الخلية بشكل أساسي - مثل شخص منزوع الأحشاء.

يعد جدار الخلية الخارجي مهمًا جدًا لدرجة أن بعض العلماء يعتقدون أنه يجب أن يأتي أولاً. إنهم واثقون من أن نظرية "علم الوراثة الأولية" ونظرية "الأيض الأولي" خاطئة من الأساس.

يعتمد بديلهم، "التقسيم الأولي"، في المقام الأول على عمل بيير لويجي لويزي من جامعة روما تري في روما.

نظرية الخلية الأولية

إن حجج لويزي بسيطة ومقنعة. كيف يمكنك أن تتخيل عملية التمثيل الغذائي أو الحمض النووي الريبي (RNA) الذي يتضاعف ذاتيًا والذي يتطلب الكثير من المواد في مكان واحد إذا لم يكن هناك حاوية آمنة للجزيئات؟

الاستنتاج من هذا هو ما يلي: هناك خيار واحد فقط لأصل الحياة.

بطريقة أو بأخرى، وسط الحرارة والعواصف التي شهدتها الأرض المبكرة، شكلت بعض المواد الخام خلايا بدائية، أو "خلايا أولية".

لإثبات هذه النظرية، من الضروري إجراء تجارب في المختبر - لمحاولة إنشاء خلية حية بسيطة.

كانت أفكار لويزي متجذرة في أعمال العالم السوفييتي ألكسندر أوبارين، الذي تمت مناقشته سابقًا. وأكد أوبارين أن بعض المواد تشكل فقاعات تسمى يتفاقموالتي يمكن أن تحتوي على مواد أخرى في مركزها.

اقترح لويزي أن هذه الخلايا المتضافرة كانت أول الخلايا الأولية.

ربما كانت Coacervates هي الخلايا الأولية الأولى.

عالم الدهون

أي مادة دهنية أو زيتية سوف تشكل فقاعات أو طبقة على الماء. تسمى هذه المجموعة من المواد بالليبيدات، والنظرية القائلة بأنها أدت إلى ظهور الحياة تسمى "عالم الليبيدات".

لكن تشكل الفقاعات وحده لا يكفي. ويجب أن تكون مستقرة، وقادرة على الانقسام لتكوين فقاعات "ابنة"، وأن يكون لها على الأقل بعض السيطرة على تدفق المواد داخلها وخارجها - وكل ذلك بدون البروتينات المسؤولة عن هذه الوظائف في الخلايا الحديثة.

وهذا يعني أنه كان من الضروري إنشاء خلايا أولية من المواد اللازمة. وهذا بالضبط ما فعله لويزي لعدة عقود، لكنه لم ينتج أي شيء مقنع أبدًا.

الخلية الأولية مع الحمض النووي الريبي (RNA).

ثم في عام 1994، قدم لويزي اقتراحًا جريئًا. في رأيه، يجب أن تحتوي الخلايا الأولية الأولى على الحمض النووي الريبي (RNA). علاوة على ذلك، يجب أن يكون هذا الحمض النووي الريبوزي (RNA) قادرًا على إعادة إنتاج نفسه داخل الخلية الأولية.

كان هذا الافتراض يعني رفض "التقسيم الأولي" الخالص، لكن كان لدى لويزي أسباب وجيهة لذلك.

كانت الخلية ذات الجدار الخارجي ولكن لا تحتوي على جينات بداخلها خالية من العديد من الوظائف. وكان يجب أن يكون قادرًا على الانقسام إلى خلايا وليدة، لكنه لا يستطيع نقل المعلومات عن نفسه إلى نسله. لا يمكن أن تبدأ الخلية في التطور وتصبح أكثر تعقيدًا إلا إذا كانت تحتوي على عدة جينات على الأقل.

وسرعان ما اكتسبت النظرية مؤيدًا قويًا في جاك زوستاك، الذي تمت مناقشة عمله حول فرضية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World) سابقًا. لسنوات عديدة، كان هؤلاء العلماء على طرفي نقيض من المجتمع العلمي - أيد لويزي فكرة "التقسيم الأولي"، وشوستاك - "علم الوراثة الأولي".

يتذكر زوستاك قائلاً: "في مؤتمرات أصل الحياة، كنا ندخل دائمًا في مناقشات طويلة حول أيهما أكثر أهمية وأيهما يأتي أولاً". "في النهاية أدركنا أن الخلايا تحتاج إلى كليهما. لقد توصلنا إلى استنتاج مفاده أنه بدون التقسيم والنظام الجيني، لم يكن من الممكن أن تتشكل الحياة الأولى.

في عام 2001، انضم زوستاك ولويزي إلى جهودهما وواصلا أبحاثهما. وفي ورقة بحثية نشرت في مجلة Nature، جادلوا بأنه لإنشاء خلية حية من الصفر، تحتاج إلى وضع RNA ذاتي النسخ في قطرة بسيطة من الدهون.

كانت الفكرة جريئة، وسرعان ما كرس شوستاك نفسه بالكامل لتنفيذها. نظرًا لأنه "لا يمكنك وصف نظرية دون أدلة عملية"، قرر أن يبدأ تجارب على الخلايا الأولية.

الحويصلات

وبعد مرور عامين، أعلن شوستاك واثنان من زملائه عن إنجاز علمي كبير.

تم إجراء التجارب على الحويصلات: قطرات كروية تحتوي على طبقتين من الأحماض الدهنية من الخارج ونواة سائلة من الداخل.

وفي محاولة لتسريع تكوين الحويصلات، أضاف العلماء جزيئات من معدن طيني يسمى المونتموريلونيت. أدى هذا إلى تسريع تكوين الحويصلات بمقدار 100 مرة. كان سطح الطين بمثابة محفز، حيث يؤدي بشكل أساسي مهمة الإنزيم.

علاوة على ذلك، يمكن للحويصلات أن تمتص جزيئات المونتموريلونايت وسلاسل الحمض النووي الريبي (RNA) من سطح الطين.

وبفضل إضافة بسيطة من الطين، احتوت الخلايا الأولية في نهاية المطاف على كل من الجينات والمحفز.

لم يكن قرار إضافة المونتموريلونيت بدون سبب. أظهرت عقود من الأبحاث أن المونتموريلونيت ومعادن طينية أخرى كانت مهمة جدًا في أصل الحياة.

المونتموريلونيت هو طين شائع. في الوقت الحاضر يتم استخدامه على نطاق واسع في الحياة اليومية، على سبيل المثال، كحشو لفضلات القطط. يتشكل عندما ينهار الرماد البركاني تحت تأثير الظروف الجوية. نظرًا لوجود العديد من البراكين على الأرض المبكرة، فمن المنطقي افتراض وجود المونتموريلونيت بكثرة.

في عام 1986، أثبت الكيميائي جيمس فيريس أن المونتموريلونيت هو محفز يعزز تكوين الجزيئات العضوية. واكتشف لاحقًا أيضًا أن هذا المعدن يسرع تكوين RNAs الصغيرة.

دفع هذا فيريس إلى الاعتقاد بأن الطين غير الواضح كان في يوم من الأيام موقعًا للحياة. تبنى زوستاك هذه الفكرة واستخدم المونتموريلونيت لإنشاء خلايا أولية.

حدث تكوين الحويصلات بمشاركة الطين بشكل أسرع بمئات المرات.

تطوير وتقسيم الخلايا الأولية

وبعد مرور عام، اكتشف فريق شوستاك أن خلاياهم الأولية كانت تنمو من تلقاء نفسها.

ومع إضافة جزيئات RNA جديدة إلى الخلية الأولية، تراجع الجدار الخارجي تحت ضغط متزايد. بدا الأمر كما لو أن الخلية الأولية قد ملأت بطنها وكانت على وشك الانفجار.

وللتعويض عن الضغط، اختارت الخلايا الأولية معظم الأحماض الدهنية ودمجتها في الجدار حتى تتمكن من الاستمرار في الانتفاخ بأمان إلى أحجام كبيرة.

لكن الشيء المهم هو أن الأحماض الدهنية مأخوذة من خلايا أولية أخرى ذات RNA أقل، ولهذا السبب بدأت في الانكماش. وهذا يعني أن الخلايا الأولية تنافست، وفازت تلك التي تحتوي على أكبر عدد من الحمض النووي الريبوزي.

وقد أدى هذا إلى استنتاجات مثيرة للإعجاب. إذا كانت الخلايا الأولية قادرة على النمو، فهل يمكنها الانقسام؟ هل سيتمكن شوستاك من إجبار الخلايا الأولية على التكاثر من تلقاء نفسها؟

أظهرت تجارب شوستاك الأولى إحدى الطرق التي تنقسم بها الخلايا الأولية. عندما يتم دفع الخلايا الأولية عبر ثقوب صغيرة، يتم ضغطها على شكل أنابيب، والتي تنقسم بعد ذلك إلى خلايا أولية "ابنة".

وكان هذا رائعًا، لأنه لم يتم استخدام أي آليات خلوية في العملية، بل الضغط الميكانيكي العادي فقط.

ولكن كانت هناك أيضًا عيوب، حيث فقدت الخلايا الأولية جزءًا من محتوياتها أثناء التجربة. وتبين أيضًا أن الخلايا الأولى لا يمكنها الانقسام إلا تحت ضغط قوى خارجية تدفعها عبر فتحات ضيقة.

هناك طرق عديدة لإجبار الحويصلات على الانقسام: على سبيل المثال، إضافة تيار قوي من الماء. ولكن كان من الضروري إيجاد طريقة تنقسم بها الخلايا الأولية دون فقدان محتوياتها.

مبدأ البصل

في عام 2009، وجد شوستاك وتلميذه تينغ تشو الحل. لقد قاموا بإنشاء خلايا أولية أكثر تعقيدًا بقليل مع جدران متعددة، تشبه إلى حد ما طبقات البصل. على الرغم من تعقيدها الواضح، فإن إنشاء مثل هذه الخلايا الأولية كان بسيطًا للغاية.

وعندما قام تشو بتغذيتها بالأحماض الدهنية، نمت الخلايا الأولية وتغير شكلها، واستطالت واتخذت شكلًا يشبه الخيط. عندما أصبحت الخلية الأولية كبيرة بما فيه الكفاية، لم يكن هناك سوى تطبيق بسيط للقوة يكفي لتنقسم إلى خلايا أولية صغيرة.

تحتوي كل خلية أولية ابنة على RNA من الخلية الأولية الأم، ولم يتم فقدان أي عنصر من RNA تقريبًا. علاوة على ذلك، يمكن للخلايا الأولية أن تستمر في هذه الدورة، حيث تنمو الخلايا الأولية الوليدة وتنقسم بشكل مستقل.

وفي تجارب أخرى، وجد تشو وزوستاك طريقة لإجبار الخلايا الأولية على الانقسام. يبدو أن جزءًا واحدًا من المشكلة قد تم حله.

ضرورة النسخ الذاتي للـ RNA

ومع ذلك، لا تزال الخلايا الأولية لا تعمل بشكل صحيح. رأى لويزي أن الخلايا الأولية هي حاملات للـ RNA ذاتية التكاثر، لكن حتى الآن كانت الـ RNA بالداخل فقط ولم تؤثر على أي شيء.

لإثبات أن الخلايا الأولية كانت بالفعل أول حياة على الأرض، احتاج شوستاك إلى إجبار الحمض النووي الريبي (RNA) على عمل نسخ من نفسه.

لم تكن المهمة سهلة، إذ إن عقودًا من التجارب التي أجراها العلماء والتي كتبنا عنها سابقًا لم تؤد إلى إنشاء RNA ذاتي التكاثر.

واجه شوستاك نفسه هذه المشكلة أثناء عمله المبكر على نظرية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World). ومنذ ذلك الحين، يبدو أن لا أحد قد حلها.

قضى أورجيل السبعينيات والثمانينيات في دراسة مبدأ نسخ خيوط الحمض النووي الريبوزي (RNA).

جوهرها بسيط. عليك أن تأخذ شريطًا واحدًا من الحمض النووي الريبي (RNA) وتضعه في حاوية تحتوي على النيوكليوتيدات. ثم استخدم هذه النيوكليوتيدات لإنشاء شريط ثانٍ من الحمض النووي الريبي (RNA) يكمل الشريط الأول.

على سبيل المثال، سيشكل شريط RNA لعينة "CGC" شريطًا إضافيًا لعينة "GCG". ستعيد النسخة التالية إنشاء دائرة CGC الأصلية.

ولاحظ أورجيل أنه في ظل ظروف معينة، يتم نسخ سلاسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) بهذه الطريقة دون مساعدة الإنزيمات. ومن الممكن أن تكون الحياة الأولى قد نسخت جيناتها بهذه الطريقة.

بحلول عام 1987، تمكن أورجيل من إنشاء خيوط إضافية مكونة من 14 نيوكليوتيدات في شرائط الحمض النووي الريبوزي (RNA)، والتي يبلغ طولها أيضًا 14 نيوكليوتيدات.

العنصر المفقود

اكتشف أدامالا وسزوستاك أن المغنيسيوم ضروري للتفاعل. كان هذا مشكلة لأن المغنيسيوم دمر الخلايا الأولية. ولكن كان هناك حل: استخدم السيترات، وهو مماثل تقريبًا لحمض الستريك الموجود في الليمون والبرتقال، والموجود في كل خلية حية.

في بحث نُشر عام 2013، وصف أدامالا وسزوستاك دراسة تمت فيها إضافة السيترات إلى الخلايا الأولية، والتي تداخلت مع المغنيسيوم وحمت الخلايا الأولية دون التدخل في نسخ السلسلة.

بمعنى آخر، حققوا ما تحدث عنه لويزي عام 1994. يقول زوستاك: "لقد مكننا الحمض النووي الريبي (RNA) من التكاثر الذاتي داخل حويصلات الأحماض الدهنية".

في عشر سنوات فقط من البحث، حقق فريق شوستاك نتائج مذهلة.

• ابتكر العلماء خلايا أولية تحتفظ بجيناتها بينما تمتص الجزيئات المفيدة من بيئتها.
• يمكن للخلايا الأولية أن تنمو وتنقسم، بل وتتنافس مع بعضها البعض.
• أنها تحتوي على RNAs التي تتكاثر ذاتيا.
• من جميع النواحي، فإن الخلايا الأولية التي تم إنشاؤها في المختبر تشبه الحياة بشكل مدهش.

لقد كانوا أيضًا صامدين. وفي عام 2008، اكتشف فريق زوستاك أن الخلايا الأولية يمكنها البقاء على قيد الحياة في درجات حرارة تصل إلى 100 درجة مئوية، وهي درجة الحرارة التي تموت فيها معظم الخلايا الحديثة. وقد عزز هذا الاعتقاد بأن الخلايا الأولية كانت مشابهة للحياة الأولى، والتي كانت بحاجة إلى البقاء على قيد الحياة بطريقة أو بأخرى في ظروف زخات الشهب المستمرة.

يقول أرمين مولكيجانيان: "إن نجاحات شوستاك مثيرة للإعجاب".

ومع ذلك، للوهلة الأولى، يبدو منهج شوستاك مختلفًا تمامًا عن الأبحاث الأخرى حول أصول الحياة التي استمرت على مدار الأربعين عامًا الماضية. وبدلاً من التركيز على "التكاثر الذاتي الأولي" أو "التقسيم الأولي"، وجد طريقة للجمع بين هذه النظريات.

وكان هذا هو السبب وراء إنشاء نهج موحد جديد لدراسة مسألة أصل الحياة على الأرض.

وهذا التوجه يعني أن الحياة الأولى لم تكن لها خاصية ظهرت قبل غيرها. إن فكرة "المجموعة الأساسية من الخصائص" لديها بالفعل الكثير من الأدلة العملية، ومن الناحية النظرية، يمكن أن تحل جميع مشاكل النظريات الموجودة.

التوحيد الكبير

بحثا عن إجابة لسؤال أصل الحياة، تم تقسيم علماء القرن العشرين إلى 3 معسكرات. التزم كل منهم فقط بفرضياته الخاصة وتحدث عن عمل الاثنين الآخرين. وكان هذا النهج فعالا بالتأكيد، ولكن كل معسكر واجه في نهاية المطاف مشاكل مستعصية. لذلك، قرر العديد من العلماء هذه الأيام تجربة نهج مشترك لحل هذه المشكلة.

تعود جذور فكرة التوحيد إلى اكتشاف حديث يثبت النظرية التقليدية المتمثلة في “التكاثر الذاتي الأولي” لعالم الحمض النووي الريبي (RNA)، ولكن للوهلة الأولى فقط.

في عام 2009، واجه أنصار نظرية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World) مشكلة كبيرة. ولم يتمكنوا من تكوين النيوكليوتيدات، وهي اللبنات الأساسية للحمض النووي الريبوزي (RNA)، بطريقة كان من الممكن أن يخلقوا أنفسهم بها في ظل ظروف الأرض المبكرة.

وكما رأينا سابقًا، فقد دفع هذا العديد من الباحثين إلى الاعتقاد بأن الحياة الأولى لم تكن مبنية على الحمض النووي الريبوزي (RNA) على الإطلاق.

لقد كان جون ساذرلاند يفكر في هذا الأمر منذ الثمانينات. ويقول: "سيكون أمرًا رائعًا أن يتمكن شخص ما من توضيح كيفية تجميع الحمض النووي الريبي (RNA) لنفسه".

ولحسن حظ ساذرلاند، فقد عمل في مختبر كامبريدج للبيولوجيا الجزيئية (CMB). تعمل معظم معاهد الأبحاث على تحفيز موظفيها باستمرار تحسبًا لاكتشافات جديدة، لكن LMB سمح للموظفين بالعمل بجدية على حل المشكلة. لذلك كان لساذرلاند الحرية في التفكير في سبب صعوبة صنع نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي (RNA)، وعلى مدار عدة سنوات طور نهجًا بديلاً.

ونتيجة لذلك، توصل ساذرلاند إلى رؤية جديدة تمامًا لأصل الحياة، وهي أن جميع المكونات الرئيسية للحياة يمكن أن تكون قد تشكلت في وقت واحد.

المبنى المتواضع لمختبر كامبريدج للبيولوجيا الجزيئية.

صدفة سعيدة للجزيئات والظروف

يوضح ساذرلاند: "لقد تم كسر العديد من الجوانب الرئيسية لكيمياء الحمض النووي الريبي". يتكون كل نيوكليوتيد RNA من سكر وقاعدة وفوسفات. لكن من الناحية العملية، تبين أن تفاعل السكر مع القاعدة أمر مستحيل. كانت الجزيئات ببساطة ذات شكل خاطئ.

لذلك بدأ ساذرلاند في تجربة مواد أخرى. وفي النهاية، قام فريقه بإنشاء 5 جزيئات بسيطة تتكون من نوع آخر من السكر والسيناميد، والذي، كما يوحي اسمه، مرتبط بالسيانيد. وقد تم إخضاع هذه المواد لسلسلة من التفاعلات الكيميائية، مما أدى في النهاية إلى تكوين اثنين من النيوكليوتيدات الأربعة.

لقد كان بلا شك نجاحًا وأدى إلى رفع سمعة ساذرلاند على الفور.

ورأى العديد من المراقبين أن هذا دليل إضافي لصالح نظرية "عالم الحمض النووي الريبوزي". لكن ساذرلاند نفسه رأى الأمر بشكل مختلف.

ركزت فرضية عالم الحمض النووي الريبي "الكلاسيكي" على حقيقة أن الحمض النووي الريبوزي كان مسؤولاً في الكائنات الحية الأولى عن جميع وظائف الحياة. لكن ساذرلاند يصف هذا الادعاء بأنه "متفائل بشكل ميؤوس منه". وهو يعتقد أن الحمض النووي الريبي كان متورطًا، لكنه لم يكن العنصر الوحيد المهم للبقاء.

كان ساذرلاند مستوحى من العمل الأخير لجاك زوستاك، الذي جمع بين مفهوم عالم الحمض النووي الريبوزي "النسخ الذاتي الأولي" مع أفكار بيير لويجي لويزي حول "التقسيم الأولي".

كيفية إنشاء خلية حية من الصفر

لفت انتباه ساذرلاند إلى تفصيل غريب في تركيب النيوكليوتيدات، والذي بدا في البداية عشوائيًا.

كانت الخطوة الأخيرة في تجارب ساذرلاند هي دائمًا إضافة الفوسفات إلى النيوكليوتيدات. لكنه أدرك فيما بعد أنه يجب عليه إضافته منذ البدايةحيث أن الفوسفات يسرع التفاعلات في المراحل المبكرة.

يبدو أن الإضافة الأولية للفوسفات تزيد من عشوائية التفاعل، لكن ساذرلاند كان قادرًا على إدراك أن هذه العشوائية كانت مفيدة.

وهذا جعله يعتقد ذلك يجب أن تكون الخلائط فوضوية. في بداية الأرض، كان هناك على الأرجح الكثير من المواد الكيميائية تطفو في حوض واحد. بالطبع، يجب ألا تشبه المخاليط مياه المستنقع، لأنك تحتاج إلى العثور على المستوى الأمثل من العشوائية.

تم إنشاء مخاليط ستانلي ميلر في عام 1950، والتي تمت مناقشتها سابقًا، وكانت أكثر فوضوية بكثير من خليط ساذرلاند. لقد كانت تحتوي على جزيئات بيولوجية، لكنها، كما يقول ساذرلاند، "كانت قليلة ومتباعدة، وكانت مصحوبة بالكثير من المركبات غير البيولوجية".

شعر ساذرلاند أن ظروف تجربة ميلر لم تكن نقية بما فيه الكفاية. كان الخليط فوضويًا للغاية ، ولهذا السبب فقد ببساطة المواد الضرورية فيه.

لذلك قرر ساذرلاند العثور على "كيمياء المعتدل": ليست مثقلة بمواد مختلفة بحيث تصبح عديمة الفائدة، ولكنها أيضًا ليست بسيطة لدرجة أنها محدودة في قدراتها.

كان من الضروري إنشاء خليط معقد يمكن أن تتشكل فيه جميع مكونات الحياة ثم تتحد في وقت واحد.

البركة البدائية وتشكيل الحياة في دقائق معدودة

ببساطة، تخيل أنه قبل 4 مليارات سنة كانت هناك بركة صغيرة على الأرض. على مدى سنوات عديدة، تم تشكيل المواد اللازمة فيه حتى يكتسب الخليط التركيب الكيميائي اللازم لبدء العملية. ومن ثم تشكلت الخلية الأولى، ربما خلال دقائق معدودة.

قد يبدو هذا رائعًا، مثل أقوال الكيميائيين في العصور الوسطى. لكن ساذرلاند بدأ في الحصول على الأدلة.

منذ عام 2009، أثبت أنه باستخدام نفس المواد التي شكلت أول نيوكليوتيدات من الحمض النووي الريبي (RNA)، من الممكن إنشاء جزيئات أخرى مهمة لأي كائن حي.

وكانت الخطوة التالية الواضحة هي إنشاء نيوكليوتيدات RNA أخرى. لم يتقن ساذرلاند هذا الأمر بعد، لكنه أظهر في عام 2010 جزيئات قريبة من ذلك والتي من المحتمل أن تتحول إلى نيوكليوتيدات.

وفي عام 2013، قام بجمع سلائف الأحماض الأمينية. هذه المرة أضاف سيانيد النحاس لإحداث التفاعل اللازم.

وكانت المواد القائمة على السيانيد موجودة في العديد من التجارب، واستخدمها ساذرلاند مرة أخرى في عام 2015. وأظهر أنه باستخدام نفس مجموعة المواد، من الممكن إنشاء سلائف الدهون - الجزيئات التي تشكل جدران الخلايا. تم التفاعل تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية وشمل الكبريت والنحاس، مما ساعد على تسريع العملية.

يوضح زوستاك: "تشكلت جميع وحدات البناء من قلب مشترك للتفاعلات الكيميائية".

إذا كان ساذرلاند على حق، فإن وجهة نظرنا حول أصل الحياة كانت خاطئة بشكل أساسي خلال الأربعين سنة الماضية.

منذ اللحظة التي رأى فيها العلماء مدى تعقيد بنية الخلية، ركز الجميع على فكرة أن الخلايا الأولى كانت تتجمع معًا تدريجيا، عنصرا بعد عنصر.

منذ أن توصلت ليزلي أورجيل إلى فكرة أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) يأتي أولاً، كان الباحثون "يحاولون أخذ عنصر واحد ثم جعله يصنع الباقي"، كما يقول ساذرلاند. هو نفسه يعتقد أنه من الضروري الخلق كله مره و احده.

الفوضى شرط ضروري للحياة

يقول ساذرلاند: "لقد شككنا في فكرة أن الخلية معقدة للغاية بحيث لا يمكن أن تنشأ دفعة واحدة". "كما ترون، يمكنك إنشاء اللبنات الأساسية لجميع الأنظمة في نفس الوقت."

حتى أن شوستاك يشك في أن معظم المحاولات لإنشاء جزيئات الحياة وتجميعها في خلايا حية قد فشلت لنفس السبب: ظروف تجريبية معقمة للغاية.

أخذ العلماء المواد اللازمة ونسوا تمامًا تلك التي ربما كانت موجودة أيضًا على الأرض المبكرة. لكن عمل ساذرلاند يوضح أنه عند إضافة مواد جديدة إلى المزيج، تظهر مركبات أكثر تعقيدًا.

واجه شوستاك هذا الأمر بنفسه في عام 2005، عندما حاول إدخال إنزيم RNA إلى خلاياه الأولية. يحتاج الإنزيم إلى المغنيسيوم، الذي يدمر غشاء الخلية الأولية.

وكان الحل أنيقا. بدلًا من تكوين الحويصلات من حمض دهني واحد فقط، قم بإنشائها من خليط من حمضين. يمكن للحويصلات الناتجة التعامل مع المغنيسيوم، وبالتالي يمكن أن تكون بمثابة "حاملات" لإنزيمات الحمض النووي الريبي.

علاوة على ذلك، يقول زوستاك إن الجينات الأولى ربما كانت عشوائية.

تستخدم الكائنات الحية الحديثة الحمض النووي النقي لتمرير الجينات، ولكن من المحتمل أن الحمض النووي النقي لم يكن موجودًا في البداية. في مكانه يمكن أن يكون هناك خليط من نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي (RNA) ونيوكليوتيدات الحمض النووي (DNA).

في عام 2012، أظهر زوستاك أن مثل هذا الخليط يمكن أن يتجمع في جزيئات "فسيفساءية" تبدو وتتصرف مثل الحمض النووي الريبوزي النقي. وهذا يثبت أن نظرية جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) وجزيئات الحمض النووي (DNA) المختلطة لها الحق في الوجود.

اقترحت هذه التجارب ما يلي: لا يهم ما إذا كانت الكائنات الحية الأولى يمكن أن تحتوي على RNA نقي أو DNA نقي.

يقول زوستاك: «لقد عدت بالفعل إلى فكرة أن البوليمر الأول كان مشابهًا للحمض النووي الريبي (RNA)، لكنه بدا أكثر فوضوية بعض الشيء».

بدائل للحمض النووي الريبوزي

من الممكن أن يكون هناك الآن المزيد من البدائل للحمض النووي الريبي (RNA)، بالإضافة إلى الشركات عبر الوطنية والسلطات الوطنية الفلسطينية الموجودة بالفعل والتي تمت مناقشتها سابقًا. لا نعرف ما إذا كانت موجودة على الأرض المبكرة، ولكن حتى لو كانت موجودة، فمن المحتمل أن الكائنات الحية المبكرة استخدمتها جنبًا إلى جنب مع الحمض النووي الريبي (RNA).

لم يعد "عالم الحمض النووي الريبوزي" (RNA)، بل "عالم الشيء الذي ليس موجودًا".

والدرس الذي يمكننا استخلاصه من كل هذا هو أن الخلق الذاتي للخلية الحية الأولى لم يكن على الإطلاق بالصعوبة التي كنا نعتقدها سابقا. نعم، الخلايا هي آلات معقدة. ولكن، كما اتضح فيما بعد، فإنها ستعمل، وإن لم تكن مثالية، حتى لو كانت "مصنوعة بشكل عشوائي" من المواد المرتجلة.

وبعد ظهور هذه الخلايا الخام، يبدو أن فرصتها في البقاء على قيد الحياة على الأرض المبكرة ضئيلة. ومن ناحية أخرى، لم يكن لديهم أي منافسة ولم يكونوا مهددين من قبل أي حيوانات مفترسة، لذلك كانت الحياة على الأرض البدائية أبسط مما هي عليه الآن من نواحٍ عديدة.

ولكن هناك واحدة "لكن"

ولكن هناك مشكلة واحدة لم يتمكن ساذرلاند ولا زوستاك من حلها، وهي مشكلة خطيرة للغاية.

يجب أن يكون لدى الكائن الحي الأول شكل من أشكال التمثيل الغذائي. منذ البداية، كان على الحياة أن تتمتع بالقدرة على استقبال الطاقة، وإلا فإن تلك الحياة سوف تهلك.

عند هذه النقطة، وافق ساذرلاند على أفكار مايك راسل، وبيل مارتن وغيرهم من أنصار "الأيض البدائي".

لقد تجادل مؤيدو النظريات حول "عالم الحمض النووي الريبوزي" و"الأيض الأولي" مع بعضهم البعض دون جدوى. يوضح ساذرلاند: "كان لدى كلا الجانبين حجج مقنعة".

يكتب شوستاك: "بدأت عملية التمثيل الغذائي بطريقة ما في مكان ما". "لكن ما الذي أصبح مصدر الطاقة الكيميائية هو سؤال كبير."

وحتى لو كان مارتن ورسل مخطئين بشأن فكرة أن الحياة بدأت في فتحات في أعماق البحار، فإن أجزاء كثيرة من نظريتهما قريبة من الحقيقة. الأول هو الدور المهم للمعادن في أصل الحياة.

تحتوي العديد من الإنزيمات في الطبيعة على ذرة معدنية في قلبها. عادةً ما يكون هذا هو الجزء "النشط" من الإنزيم، بينما يكون باقي الجزيء هو البنية الداعمة.

لا يمكن أن تحتوي الحياة الأولى على إنزيمات معقدة، لذا فمن المرجح أنها استخدمت معادن عارية كمحفزات.

المحفزات والإنزيمات

قال غونتر واختنسهاوزر نفس الشيء عندما اقترح أن الحياة تتشكل على بيريت الحديد. يؤكد راسل أيضًا على أن المياه الموجودة في الفتحات الحرارية المائية غنية بالمعادن التي يمكن أن تعمل كمحفزات، وتشير أبحاث مارتن حول آخر سلف عالمي مشترك للبكتيريا الحديثة إلى وجود العديد من الإنزيمات القائمة على الحديد.

كل هذا يشير إلى أن العديد من التفاعلات الكيميائية التي أجراها ساذرلاند تمت بنجاح بفضل النحاس (والكبريت، كما أكد واتشترشاوزر)، وأن الحمض النووي الريبي (RNA) في خلايا شوستاك الأولية يتطلب المغنيسيوم.

ومن الممكن أن تكون الفتحات الحرارية المائية مهمة أيضًا في خلق الحياة.

"إذا نظرت إلى عملية التمثيل الغذائي الحديثة، ترى العناصر التي تتحدث عن نفسها، مثل مجموعات من الحديد والكبريت"، يوضح زوستاك. "هذا يتناسب مع فكرة أن الحياة نشأت في أو بالقرب من فتحة حيث كانت المياه غنية بالحديد والكبريت."

ومع ذلك، هناك شيء واحد فقط يمكن إضافته. إذا كان ساذرلاند وزوستاك يسيران على الطريق الصحيح، فإن أحد جوانب نظرية التنفيس خاطئ بالتأكيد: لا يمكن أن تكون الحياة قد بدأت في أعماق البحر.

يقول ساذرلاند: "إن العمليات الكيميائية التي اكتشفناها تعتمد بشكل كبير على الأشعة فوق البنفسجية".

المصدر الوحيد لهذا الإشعاع هو الشمس، لذلك يجب أن تحدث التفاعلات مباشرة تحت أشعتها. هذا يستبعد الإصدار المزود بفتحات في أعماق البحار.

يوافق شوستاك على أن أعماق البحر لا يمكن اعتبارها مهد الحياة. "أسوأ ما في الأمر هو أنها معزولة عن التفاعل مع الغلاف الجوي، وهو مصدر المواد الخام الغنية بالطاقة مثل السيانيد".

لكن كل هذه المشاكل لا تجعل نظرية الفوهات الحرارية المائية عديمة الفائدة. وربما كانت هذه الفتحات موجودة في المياه الضحلة حيث كان بإمكانهم الوصول إلى ضوء الشمس والسيانيد.

الحياة لم تنشأ في المحيط، بل على الأرض

اقترح أرمين مولكيجانيان بديلاً. ماذا لو نشأت الحياة في الماء، ولكن ليس في المحيط، بل على الأرض؟ وهي في بركة بركانية.

ولفت مولكيجانيان الانتباه إلى التركيب الكيميائي للخلايا: على وجه الخصوص، ما هي المواد التي تقبلها وما ترفضه. اتضح أن خلايا أي كائن حي تحتوي على الكثير من الفوسفات والبوتاسيوم والمعادن الأخرى باستثناء الصوديوم.

تحافظ الخلايا الحديثة على توازن المعادن عن طريق ضخها من البيئة، لكن الخلايا الأولى لم تتح لها هذه الفرصة - إذ لم تكن آلية الضخ قد تم تطويرها بعد. لذلك، اقترح ملكيجانيان أن الخلايا الأولى ظهرت حيث كانت هناك مجموعة تقريبية من المواد التي تشكل الخلايا الحالية.

يؤدي هذا على الفور إلى عبور المحيط من قائمة المهد المحتمل للحياة. تحتوي الخلايا الحية على كمية أكبر بكثير من البوتاسيوم والفوسفات وكمية أقل من الصوديوم مما هو موجود في المحيط.

تعد مصادر الطاقة الحرارية الأرضية القريبة من البراكين أكثر ملاءمة لهذه النظرية. تحتوي هذه الأحواض على نفس خليط المعادن الموجود في الخلايا.

شوستاك يؤيد الفكرة بحرارة. ويؤكد: "أعتقد أن الموقع المثالي سيكون بحيرة ضحلة أو بركة في منطقة نشطة بالطاقة الحرارية الأرضية". "نحن بحاجة إلى فتحات حرارية مائية، ولكن ليس تلك الموجودة في أعماق البحار، ولكنها تشبه تلك الموجودة في المناطق النشطة بركانيًا مثل يلوستون."

يمكن أن تحدث تفاعلات ساذرلاند الكيميائية في مثل هذا المكان. تحتوي الينابيع على المجموعة اللازمة من المواد، ويتقلب منسوب المياه بحيث تجف بعض المناطق في بعض الأحيان، ولا يوجد نقص في الأشعة الشمسية فوق البنفسجية.

علاوة على ذلك، يقول زوستاك إن مثل هذه الأحواض مثالية لخلاياه الأولية.

يقول زوستاك: "تحافظ الخلايا الأولية بشكل عام على درجة حرارة منخفضة، وهو أمر جيد لنسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) وعمليات التمثيل الغذائي البسيطة الأخرى". "ولكن من وقت لآخر تسخن لفترة وجيزة، مما يساعد على فصل خيوط الحمض النووي الريبي (RNA) وإعدادها لمزيد من التكاثر الذاتي." كما يمكن لتيارات الماء البارد أو الساخن أن تساعد الخلايا الأولية على الانقسام.

من الممكن أن تصبح ينابيع الطاقة الحرارية الأرضية القريبة من البراكين مهد الحياة.

كان من الممكن أن تساعد النيازك في الحياة

بناء على جميع الحجج الموجودة، تقدم Sutherland خيارا ثالثا - المكان الذي سقط فيه النيزك.

تعرضت الأرض بانتظام لزخات الشهب في أول 500 مليون سنة من وجودها، ولا تزال تتساقط حتى اليوم، ولكن بشكل أقل تكرارًا. يمكن لموقع سقوط نيزك ذو حجم مناسب أن يخلق نفس الظروف مثل البرك التي تحدث عنها مولكيجانيان.

أولاً، تتكون النيازك في الغالب من المعدن. والأماكن التي تسقط فيها غالبا ما تكون غنية بالمعادن مثل الحديد والكبريت. والأهم من ذلك أنه في الأماكن التي يسقط فيها النيزك يتم الضغط على القشرة الأرضية مما يؤدي إلى نشاط الطاقة الحرارية الأرضية وظهور الماء الساخن.

يصف ساذرلاند الأنهار والجداول الصغيرة التي تتدفق على جوانب الحفر المتكونة حديثًا والتي تسحب المواد القائمة على السيانيد من الصخور - وكل ذلك تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية. ويحمل كل تيار خليطًا مختلفًا قليلًا من المواد عن التيارات الأخرى، بحيث تحدث في النهاية تفاعلات مختلفة ويتم إنتاج مجموعة من المواد العضوية.

وفي نهاية المطاف، تتحد الجداول لتشكل بركة بركانية في قاع الحفرة. ربما في مثل هذه البركة تم جمع جميع المواد الضرورية التي تشكلت منها الخلايا الأولية في وقت واحد.

ويوافقه ساذرلاند على ذلك قائلاً: "إنه تطور محدد للغاية". لكنه يميل نحو ذلك على أساس التفاعلات الكيميائية التي تم العثور عليها: "هذا هو المسار الوحيد للأحداث الذي يمكن أن تحدث فيه جميع التفاعلات الموضحة في تجاربي".

شوستاك ليس متأكدًا تمامًا من ذلك بعد، لكنه يوافق على أن أفكار ساذرلاند تستحق اهتمامًا وثيقًا: "يبدو لي أن هذه الأحداث كان من الممكن أن تحدث في موقع سقوط نيزك. لكني أحب أيضًا فكرة الأنظمة البركانية. هناك حجج قوية لصالح كلا الإصدارين.

متى سنحصل على إجابة على السؤال: كيف بدأت الحياة؟

ويبدو أن النقاش لن يتوقف قريباً، ولن يتوصل العلماء على الفور إلى رأي مشترك. سيتم اتخاذ القرار بناءً على تجارب التفاعلات الكيميائية والخلايا الأولية. إذا تبين أن أحد الخيارات يفتقد مادة أساسية، أو يستخدم مادة تدمر الخلايا الأولية، فسيتم اعتباره غير صحيح.

وهذا يعني أنه لأول مرة في التاريخ، نحن على حافة التفسير الأكثر اكتمالا لكيفية بدء الحياة.

يقول ساذرلاند بتفاؤل: "لم تعد التحديات تبدو مستحيلة".

حتى الآن، ما يسمى بنهج "الكل في وقت واحد" من شوستاك وساذرلاند هو مجرد مخطط تقريبي. ولكن تم إثبات كل الحجج التي يقدمها هذا النهج من خلال عقود من التجارب.

يعتمد هذا المفهوم على جميع الأساليب السابقة. فهو يجمع بين جميع التطورات الناجحة، وفي نفس الوقت يحل المشاكل الفردية لكل نهج.

على سبيل المثال، فهو لا يدحض نظرية راسل حول الفتحات الحرارية المائية، ولكنه يستخدم عناصرها الأكثر نجاحًا.

ماذا حدث قبل 4 مليار سنة

لا نعرف على وجه اليقين ما حدث قبل 4 مليارات سنة.

وقال مارتن: "حتى لو قمت بإنشاء مفاعل تقفز فيه بكتيريا الإشريكية القولونية... لا يمكنك القول إن هذا إعادة إنتاج لتلك الحياة الأولى".

وأفضل ما يمكننا فعله هو أن نتخيل مسار الأحداث، وندعم رؤيتنا بالأدلة: التجارب في مجال الكيمياء، وكل ما نعرفه عن الأرض المبكرة، وكل ما يخبرنا به علم الأحياء عن أشكال الحياة المبكرة.

وفي نهاية المطاف، وبعد قرون من الجهود المكثفة، سنرى أن قصة المسار الفعلي للأحداث بدأت في الظهور.

وهذا يعني أننا نقترب من أعظم انقسام في تاريخ البشرية: الانقسام بين أولئك الذين يعرفون قصة أصل الحياة، وأولئك الذين لم يعشوا ليروا هذه اللحظة، وبالتالي لن يتمكنوا من معرفتها أبدًا.

كل أولئك الذين لم يعيشوا ليروا كتاب داروين أصل الأنواع الذي نُشر عام 1859 ماتوا دون أدنى فكرة عن أصل الإنسان، لأنهم لم يعرفوا شيئًا عن التطور. ولكن اليوم، يمكن للجميع، باستثناء عدد قليل من المجتمعات المعزولة، معرفة الحقيقة حول قرابتنا مع الممثلين الآخرين لعالم الحيوان.

وبنفس الطريقة، فإن كل من ولد بعد دخول يوري جاجارين إلى مدار الأرض أصبح أعضاء في مجتمع قادر على السفر إلى عوالم أخرى. وعلى الرغم من أنه لم يقم جميع سكان الكوكب بزيارة الكوكب، إلا أن السفر إلى الفضاء أصبح بالفعل حقيقة حديثة.

واقع جديد

هذه الحقائق تغير بمهارة تصورنا للعالم. إنهم يجعلوننا أكثر حكمة. يعلمنا التطور أن نقدر أي كائن حي، لأننا يمكن اعتبارنا جميعًا أقارب، وإن كانوا بعيدين. يعلمنا السفر إلى الفضاء أن ننظر إلى كوكبنا الأصلي من الخارج لنفهم مدى تفرده وهشاشته.

سيصبح بعض الأشخاص الذين يعيشون اليوم قريبًا أول من في التاريخ يتمكن من التحدث عن أصولهم. وسوف يعرفون عن سلفهم المشترك وأين عاش.

هذه المعرفة سوف تغيرنا. ومن وجهة نظر علمية بحتة، سيعطينا فكرة عن فرص ظهور الحياة في الكون وأين يمكننا البحث عنها. وسوف يكشف لنا أيضًا جوهر الحياة.

لكن لا يسعنا إلا أن نخمن الحكمة التي ستظهر أمامنا في اللحظة التي ينكشف فيها سر أصل الحياة. كل شهر وكل عام نقترب من حل اللغز الكبير حول أصل الحياة على كوكبنا. يتم الآن تحقيق اكتشافات جديدة أثناء قراءتك لهذه السطور.

إقرأ أيضاً:

حصة هذه المادة

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 المنخفضة، إلخ). يطلق عليهم اسم الكائنات المتطرفة (بما في ذلك البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة).

يسقطون في الحطام والغبار الذي يتم إلقاؤه في الفضاء بعد الحفاظ على الحياة بعد موت الأجسام الصغيرة في 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). فإذا وجد "الجنود الصامدون النائمون" ظروفًا مواتية في مكان جديد، فإنهم ينشطون. 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 بالنشوء التلقائي (النشوء الحيوي)، وهو ما يفسر كيف نشأت الحياة البيولوجية من مادة غير عضوية من خلال التحول الطبيعي. 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، مرر أحد العلماء الكهرباء عبر خليط من الغازات وحصل على العديد من الأحماض الأمينية في ظروف معملية تحاكي ظروف 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 أصحاب نظرية الأوتار يقولون إن الجسيمات الأولية تنشأ نتيجة لاهتزازات وتفاعلات الأوتار الكمومية، إلا أن أولئك الذين يدرسون أصل الانفجار الكبير وعواقبه (علم الكونيات الكمي الحلقي) لا يتفقون مع هذا الرأي. ويعتقدون أن لديهم صيغًا تسمح لهم بوصف 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.

يشير هذا إلى أن أشكالًا متعددة من البكتيريا دخلت في تكافل لتكوين خلية حقيقية النواة (حقيقيات النوى هي خلايا كائنات حية تحتوي على نواة). يتم أيضًا تسهيل النقل الأفقي للمادة الوراثية بين البكتيريا من خلال 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 تجد نفسها 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 موجودة معًا، ولكن في مرحلة معينة "تبعثرت".

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؛ فهو يؤثر على منطقة الأحماض النووية والريبونية 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 تنوع وتنوع جميع 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.

لأكثر من قرن من الزمان، يعذب العلماء بمسألة ما هو عمر البشرية على الأرض؟ وفي أوقات مختلفة، حاولت الأديان والعلوم والفلسفة الإجابة عليه. وهكذا، حتى في الأديان القديمة كانت هناك دائمًا أساطير حول خلق الآلهة للناس. وغالباً ما يتم تسمية تواريخ محددة لهذا الحدث.

قبيلة إسرائيل

تعطي المسيحية إجابة دقيقة إلى حد ما لسؤال عمر البشرية. وفقاً للكتاب المقدس، كان آدم وحواء أول إنسانين، مخلوقين على صورة الله ومثاله.

ومن الغريب أن المسيحيين لم يكونوا الأوائل في هذا المجال. جميع القصص الواردة في العهد القديم تقريبًا هي إعادة سرد لأساطير شيمية قديمة. والتوراة اليهودية، على عكس الفاتيكان، لا تخفي العمر الحقيقي لبنات أفكار الخالق المفضلة: حوالي 7000 سنة. 70 قرنا من التطور من حياة خالية من الهموم في جنة عدن واختراع المحراث إلى أول قنبلة ذرية وأقمار الاتصالات الفضائية.

من روريك إلى بطرس الأكبر

ليس عليك أن تفتح الكتاب المقدس لتجد إجابات للأسئلة الأبدية. لقد اعتدنا جميعًا، عندما نتحدث عن التاريخ الروسي أو العالمي، على استخدام مصطلحات "ميلاد المسيح" أو "عصرنا". 221 قبل الميلاد، 988 م... ومع ذلك، تم اعتماد هذا التسلسل الزمني وفقًا لمعايير الكوكب مؤخرًا. فقط في القرن الرابع. تحولت الإمبراطورية الرومانية رسميًا إلى تقويم جديد مرتبط بميلاد المسيح الجديد - يسوع. قامت روسيا بهذا التحول فقط في عام 1701، بأمر من بطرس الأكبر. كيف تم تحديد التواريخ قبل هذه الأحداث؟ دعونا نفتح السجل الأكثر شهرة لروسيا القديمة - "حكاية السنوات الماضية".

التاريخ المذكور هنا مذهل: صيف 6370. حسب التقويم المسيحي هو 861 سنة. هناك شيء للتفكير فيه. أسلافنا كانوا يحسبون الوقت من نقطة بعيدة عن أيامنا بأكثر من 7 آلاف ونصف سنة. هذا هو وقت ظهور الحضارات القديمة. بتعبير أدق، هذه هي الفترة التي لدينا فيها أول معلومات موثوقة إلى حد ما. وفي الوقت نفسه، تشير تواريخ المخطوطات القديمة إلى أنه في ذلك الوقت كان لدى السلاف مستوى من التطور مرتفع بما يكفي لفهم الحاجة إلى ترقيم السنوات وتخزين المعلومات المتعلقة بهم.

التطور ليحل محل الإرادة الإلهية

لفترة طويلة، كان الدين أحد المصادر الرئيسية للمعرفة الإنسانية حول العالم. تم تفسير التدخل الإلهي على أنه كل شيء بدءًا من الكوارث الطبيعية والدورات الزراعية السنوية وحتى انتصار أثينا على الفرس في معركة سلاميس. لكن مع مرور الوقت، أصبحت قوى الدين غير كافية لتفسير كل أسرار العالم. ومهما عاشت البشرية من سنوات، فإنها لا تزال تسعى دائمًا لتعلم أكثر مما هو معروف الآن، لفتح آفاق جديدة. في العصور الوسطى، تجلى هذا التعطش للمعرفة في صراع شرس بين العلوم الناشئة والكنيسة المسيحية. كوبرنيكوس، جاليليو، جيوردانو برونو - بدون هذه الأسماء لن يكون هناك علم الفلك والفيزياء والكيمياء والجيولوجيا الحديثة.

كان لغز أصل الإنسان يعتبر من أكثر الأمور إلحاحا بالنسبة للباحثين حول العالم. لقرون عديدة، لم يفكر أحد في العالم المسيحي في تحدي نسخة خلق آدم وحواء. ومع ذلك، في القرن التاسع عشر، تم تفجير المجتمع المستنير حرفيا من خلال الكتاب الفاضح لعالم الطبيعة الإنجليزي تشارلز داروين.

فرض كتابه "أصل الأنواع" نظرة مختلفة تمامًا على مسألة عدد سنوات وجود البشرية، وفصل المؤمنين والماديين إلى الأبد في معسكرات متحاربة. وهكذا، قارن داروين في عمله عدة عشرات الآلاف من أنواع الحيوانات والنباتات والطيور. لقد كان قادرًا على إثبات أن أوجه التشابه والاختلاف بين الكائنات الحية في أجزاء مختلفة من الأرض ترتبط بالانتقاء الطبيعي، حيث ظل الأفراد الأكثر تكيفًا مع الظروف على قيد الحياة، قرنًا بعد قرن. هو الذي خلق نظرية التطور. وقد حطم إلى قطع صغيرة ما ورد في العهد القديم عن حوالي 7000 عام من وجود العالم والإنسانية. فالانتقاء الطبيعي، في رأيه، يستغرق مئات الآلاف من السنين، مما يعني أن المعلومات الواردة في الكتاب المقدس غير صحيحة بالأساس.

أقارب القرد

في عام 1974، اكتشف عالم الآثار يوحنا أثناء الحفريات في إثيوبيا شظايا من الهيكل العظمي، والتي يمكن أن تنتمي إلى سلف قديم للإنسان الحديث. كان للجمجمة والعديد من الأضلاع والفقرات تشابه واضح مع البشر، لكن من الواضح أن مالكها كان في مرحلة أقل من التطور من سكان الأرض المعاصرين. أطلق العلماء على معرضهم اسم لوسي. أظهرت الأبحاث أن عمر هذا الاكتشاف يبلغ حوالي 3.5 مليون سنة! وهكذا زاد عمر حواء الأسطورية 500 مرة.

تم اكتشاف هذا النوع في أفريقيا، وتم تسميته بـ Australopithecus، وهو ما يعني "الرجل الجنوبي". لفترة طويلة كان يعتقد أنه الأقدم بين أسلاف البشر. ومع ذلك، في عام 2000، تبع ذلك اكتشاف أكثر إثارة للصدمة. وفي دولة تشاد الأفريقية، تم اكتشاف جمجمة مراهق يشبه الإنسان، ويبلغ عمره حوالي 8 ملايين سنة. وقد أدى هذا النوع - Sahelanthropus - إلى تعقيد الجدل الدائر حول عمر البشرية. إذا قبلنا حقيقة وجود الصبي التشادي كحقيقة، فإن أصل اللوحات الموجودة على الصخور التي تصور الماموث والسميلودون - النمور القديمة ذات الأسنان السيفية - يصبح واضحًا. لقد عاشت الإنسانية حقًا بجانب هؤلاء العمالقة. وتبين أنها قوية بما يكفي للفوز بالمنافسة من أجل بقاء هذا النوع.

الهراوة والحجر أم المحراث والسيف؟

لقد أدى الخلاف حول عمر البشرية إلى تقسيم العالم العلمي إلى عدة معسكرات لا يمكن التوفيق بينها. ومن بينها، يبرز اثنان، يلتقيان حول فكرة تطور جنسنا البشري، لكنهما يختلفان في تعريف نقطة البداية. إذا أحصينا عمر الجنس البشري منذ اللحظة التي نزلت فيها القرود القديمة لأول مرة عن الأشجار والتقطت عصا وحجرًا، فإن التاريخ هو نفسه. إذا أخذنا ظهور "الإنسان العاقل" باعتباره لحظة أصل تاريخنا، فإن العدد الإجمالي يتناقص بضع مئات من المرات. في هذه الحالة، لا يهم عدد السنوات التي تعيشها البشرية على الأرض، المهم هو متى بدأت في تنظيم عالمها بنشاط.

تم اكتشاف أول رجل حديث، لديه نفس الهيكل العظمي الذي لدينا، والذي يعرف كيفية إشعال النار واستخدام الأدوات المألوفة لدينا، في فرنسا، بالقرب من قرية كرومانيون. عمر هذا الاكتشاف هو 40 ألف سنة. قام Cro-Magnons بخياطة الملابس من جلود الحيوانات، وصنع الإبر والرماح والسكاكين من الحجر، وقد طور قدرات الرسم إلى حد ما وكان يؤمن بالحياة الآخرة. مع ظهور هذا النوع، بدأ العصر الحجري القديم، أي العصر الحجري القديم.

نكتة الطبيعة

يدعي أنصار النظرية الشاذة لنشوء الإنسان أن عمر جنسنا البشري يبلغ حوالي 15 مليون سنة. في هذا الوقت حدثت قفزة حادة في تطور العديد من أنواع عالم الحيوان. وبحسب المتحمسين فإن السبب كان تغيراً في النشاط الإشعاعي للشمس أو تدمير القشرة الأرضية فوق رواسب اليورانيوم. ونتيجة لهذه الكارثة، تعرض السكان القدامى للكوكب لأضرار إشعاعية، مما دفع التطور على طول طريق تطور المشي المستقيم والذكاء لدى القرود. ومما يؤسف له بشدة محبي هذه الفرضية أنها لا تصمد أمام أي اختبار علمي.

أطفال نجم آخر

هناك نظرية أخرى يدينها التاريخ الحديث وعلم الآثار، ولكنها مع ذلك يمكنها الإجابة على سؤال مدى عمر البشرية. يطلق عليه باليوفيزيت ويأتي من كلمتين لاتينيتين: "باليو" - "القديمة" و"زيارة" - "المجيء"، "الوصول". ووفقا لها، فإن الناس هم من نسل كائنات فضائية من كوكب آخر وصلوا إلى الأرض في زمن سحيق. تم دفع العلماء إلى هذه الفكرة من خلال الكتابة الهيروغليفية على جدران المعابد القديمة، حيث يمكنك، إذا رغبت في ذلك، رؤية طائرات الهليكوبتر وسفن الفضاء الحديثة تمامًا.

هناك العديد من الاختلافات في التولد البشري الفضائي. بدءًا من الأفكار القائلة بأننا جميعًا أحفاد رواد فضاء غرقى، إلى نظرية الإشعاع المكون للحياة الذي يأتي من الفضاء ويجبر الحياة على الكواكب الصغيرة على التطور وفقًا لسيناريو محدد بدقة. وإذا أخذنا الفكرة الأخيرة كفرضية فإن عمر الجنس البشري قد يتجاوز مئات الملايين من السنين.

ماذا يقول العلم غير الرسمي؟

لا تظهر جميع الاكتشافات الأثرية المتوفرة في الكتب المدرسية. بعض الاكتشافات مروعة لدرجة أن قادة العالم العلمي يفضلون نسيانها حتى لا يدمروا الصورة الحديثة للعالم بالكامل. ومع ذلك، فإن بعض علماء الآثار يجادلون بأن عمر البشرية أكبر بشكل غير متناسب ليس فقط من 7 آلاف سنة المشار إليها في التوراة، ولكن أيضا التاريخ الرسمي لظهور رجل كرومانيون. ويزعمون أن 40 ألف عام ليست سوى جزء من حياة الجنس البشري، والجزء ليس الأكبر. وهكذا، أعطت الحفريات في أمريكا الجنوبية العلم العديد من الاكتشافات الفريدة. جرار الديوريت من مدينة منقرضة لهنود الأولمك هي واحدة منها. أظهر التأريخ بالكربون المشع أن عمر هذه الأوعية الحجرية يبلغ حوالي نصف مليون سنة. ومع ذلك، فإن المواد التي يتم تصنيعها منها تعتبر من أكثر المواد متانة على وجه الأرض، وحتى التكنولوجيا الحديثة تواجه صعوبة في معالجتها. حقًا، منذ 500 ألف سنة كان الهنود متطورين بالفعل لدرجة أنهم أتقنوا هذه المهمة الصعبة؟! من الصعب تصديق ذلك، خاصة عند النظر إلى القرى الهندية المفقودة في الغابة، والتي لا يزال بعضها، مثل اليانومامي، في مستوى العصر الحجري المتأخر. ومع ذلك، لا يمكنك الجدال مع الحقيقة. وبعد ذلك، تمكن هنود المايا من إنشاء خرائط النجوم بدون التلسكوبات الإلكترونية قبل 5 آلاف عام.

اللغز الأبدي

إذن، كم عمر تاريخ البشرية؟ القصة الحقيقية، وليس تلك التي، كما قال كوزما بروتكوف، لا يمكنك إزالة كل الأكاذيب، وإلا فلن يبقى شيء على الإطلاق. ربما 40 ألف. ربما 8 ملايين. ومن الممكن أن يكون هناك المزيد. أود أن أصدق أن أحفادنا سيتمكنون أخيرًا من الإجابة على هذا السؤال الأبدي.