هناك العديد من النظريات المتعلقة بأصل البشر على كوكبنا. أكثر نظرية بسيطةمذكور في العهد القديم. إنه يصف ببساطة عملية تكوين الشخص.

في اليوم السابع ، فكر الله (القدير ، يهوه ، الله ، إلخ) بجدية في مشكلة زيادة تطور الأرض. نمت النباتات ، وأعطت ثمارًا لذيذة وصحية ، لكن تطورها توقف عند هذا الحد. سبحت مخلوقات البحر في أعماق البحر ولم ترغب في استكشاف الفضاء المفتوح. حتى الدلافين ، التي تتمتع أدمغتها بقوة كبيرة بحيث يمكنها حل المشكلات المنطقية ، بقيت في الماء.

لم تبذل الكلاب والقطط والخيول والأبقار أي جهد لبدء أي نوع من البناء ، للبدء في تطوير أحشاء الأرض ، وزرع الحقول ، وإنشاء الأدوات. يمكن للطيور فقط أن تطير وتختبئ في أوراق الشجر.

عندها قرر الله أنه بحاجة إلى خلق مخلوق على صورته ومثاله. جمع الطين وبدأ في التجربة. نحت الجذع والذراعين والساقين ، وفكر في ربط الرأس أيضًا. خلق بحكمة عينين على رأسه ، وقطع حفرة للفم ، وثقب اثنين من الثقوب في الأنف. القليل من الحماقة مع الأذنين. أضفت شيئًا إضافيًا بحيث كان الكائن الذكر المخلوق دائمًا منشغلاً بمشكلة وجود هذا "الشيء".

مادة الطين بلاستيكية تمامًا. لذلك ، في نهاية القوالب ، تم إرسال الجسم النهائي إلى موقد صغير لإطلاق النار وإضفاء بعض الصلابة.

بعد فحص ما فعله ، قرر الله أن يستنشق الروح. جعل فم المخلوق قريبًا من فمه وزفر بعمق ، مثل التنفس الاصطناعي. فتح الإنسان عينيه وبدأ ينظر حوله. دعا الله عمله آدم وبدأ يمنحه المعرفة.

تبين أن آدم لم يكن طالبًا مجتهدًا جدًا ، لذلك لم يستطع فهم العمق الكامل للمعرفة المعطاة له. نظر الله بحزن إلى آدم. أدرك أنه بحاجة إلى حافز إضافي. بعد بعض التفكير ، قرر مواصلة التجربة. لا يزال هناك بعض الطين المتبقي ، والذي خلق منه أيضًا حواء. لم يعد الله في عجلة من أمره لخلق مخلوق بديل ، لذا فقد ارتكب عدة "أخطاء" عمدًا - اتضح أن حواء جذابة ، واتضح أن عيناها أكبر بكثير وأكثر أناقة من عينا آدم. تبين أن شخصية حواء نفسها أكثر جاذبية وجاذبية من التصميم الخشن للذكور.

عند خلق حواء ، كان لدى الله فكرة أنه يجب أن يكون هناك نوع من الوحدة بين كلا الشعبين. لذلك ، بعد أن جعل آدم ينام لفترة وجيزة ، أجرى عملية جراحية على جسده ، وأزال أحد الأضلاع وأدخله في جسد حواء. لم يقض الله على عدد من الزخارف الإضافية للجسم المخلوق ، فربط صندوقًا جذابًا ، وخلق خصرًا رائعًا ، وزود الجسم بأرجل نحيلة وحوض عريض مستدير.

في خلق حواء ، برع الله من أعماق قلبه. لقد جسّد بالكامل رغباته المثيرة في حواء. أصبحت مخلوق "إلهي". في نهاية الصب ، لم يتعرض الجسم الجديد للمعالجة الحرارية المطولة. لذلك اتضح أن جلد آدم أرق وأرق من جلد آدم ، واحترق الشعر بدرجة أقل. نسي الله أن نمو الشعر يحتاج إلى تنظيم على الوجه ، لذلك تستطيع إيفا الاستغناء عن الحلاقة اليومية.

نفخ الله الروح في جسد حواء لفترة طويلة. بعد أن شعرت بمظهرها ، استلقيت لفترة طويلة دون أن تفتح عينيها. كانت تحب الشعور بوجود شفاه شخص آخر على شفتيها. لقد استمتعت أيضًا بحقيقة أن شخصًا ما كان يعتني بها ويعجن جسدها بالكامل.

أخيرًا ، فتحت حواء عينيها ونظرت حولها. كرهت آدم في البداية ، لكن الماكرة ولدت في نفس الوقت الذي ولدت فيه. قررت أن ترفع رفيقها من هذا المخلوق القاسي. لقد نجحت ، وبدأت تتظاهر بالضعف حتى بدأ آدم في مغامرتها. أعجبت حواء بالرجل ، لكنها قررت ألا تعطيه إجابة محددة على جميع الأسئلة المباشرة والصريحة.

ثم لم يكتشف آدم وحواء من هو الصديق ومن هو العدو ، فقد ارتكبوا أخطاء لا تغتفر. طردوا من الجنة. لم يجدوا أي شيء أكثر إثارة للاهتمام من البدء في ملء الأرض برجال صغار جدد.

ولدت هذه النظرية منذ زمن بعيد بحيث لم يتمكن أحد من حساب تاريخ بدايتها. بمقارنة تواريخ كتابة العهد القديم ، يمكننا أن نقول بثقة أن الشخص الأول ظهر قبل 42457 سنة و 118 يومًا (المؤلف يضمن الدقة ، وقضى الكثير من الوقت في تحديد التاريخ الدقيق). لكنه يعطينا بشيء من التفصيل إجابة السؤال: "كيف ومتى ظهر الرجل الأول؟"

تم استبدال الأجيال بأجيال ، ولم يفكر أحد حقًا في نظرية أصل الإنسان. لكن! ولد تشارلز داروين ، الذي لم يرغب في قبول نظرية العهد القديم كأساس. بدأ بحثه في الحياة البرية.

بحث داروين عن أقرب أقرباء الإنسان ووجده. في الوقت نفسه ، طور نظريته الخاصة حول هذه العملية. في ملخصيمكنك قول ما يلي.

في قطيع القرود الذي يتسلق الأشجار ، كان هناك قرد واحد يحب الاستلقاء في ظلال الأشجار والنظر إلى الغيوم والخدش خلف أذنه. كان الخدش المفرط خلف الأذنين له تأثير إضافي على الدماغ. بدأ الدم في العمل بشكل مكثف على القشرة الدماغية ، وظهرت أفكار معينة من هذا.

جاء القرد من هذه الأفكار إلى حد ما من البهجة - أصبح أكثر حكمة. لم تتسلق شجرة من أجل موزة ، لكنها أخذت عصا وألقتها. هناك ، في الجزء العلوي ، نمت أكبر وأحلى أنواع الموز ، ولكن كان من الصعب الوصول إليها - كانت الأغصان رفيعة جدًا. طارت العصا نحو الموز وأوقعتهما على الأرض.

التحفيز الإضافي للدماغ من المذاق الأكثر حلاوة لهذا الموز جعل رأسي حكة خارج أذني. لقد حكة في كل مكان. خدشها القرد طويلا وبقوة من جميع الجهات. نشأت أفكار جديدة - زاد العقل بشكل ملحوظ. من هذه الأفكار وعقل جديد ، بدأ القرد في العمل ، وبناء مسكن ، وحفر حديقة. أجبر العمل القرد على التكيف الأطراف العلويةمما تطلب منها الوقوف على رجليها الخلفيتين. شاركت أسماء الأطراف. ظهرت الذراعين والساقين.

كان المخاض هو الذي سمح للقرد بالوقوف على رجليه الخلفيتين. في هذه اللحظة فجر ريح شديدة. اجتاح البرد جسد القرد. لكنها كانت بالفعل ذكية بما يكفي لإيجاد مخرج في هذه الحالة أيضًا. بحث القرد بعينيه عن شيء مناسب ، ورأى أكوابًا كبيرة. كانت السراويل مصنوعة من هذه الأرقطيون التي لبسها القرد على نفسه. لبس القرد سرواله ، شعر بتفوقه على بقية القطيع. لقد وصفت نفسها بفخر بالإنسان.

وفقًا لداروين ، يتم الحصول على ما يلي. أطلق الرجل الأول على نفسه اسم رجل وليس قردًا منذ 45 ألف عام. تم خياطة البنطال الأول لفترة طويلة (لم تكن هناك مهارات في مثل هذا النشاط المثير للاهتمام) ، لذلك يصعب تحديد تاريخ أكثر دقة.

بدأ بقية القطيع في تقليد الرجل. كما حكّت القردة السابقة رؤوسها بشكل مكثف وعملت ووقفت على أرجلها الخلفية ثم ارتدت سراويلها بفخر. بعد ذلك ، أطلقوا على أنفسهم أيضًا اسم البشر.

هناك نظرية أخرى. يطلق عليه أحيانًا اسم رائع أو كوني. لقد توصلوا إليه في كاششينكو (توجد مؤسسة مثيرة للاهتمام). دعونا نحددها بإيجاز.

بطريقة ما نزل إلى كوكبنا سفينة فضائيةمع الرجال الخضر. استولوا على قطيع من القرود وزرعوا رقائق في أدمغتهم. تبين أن عمل CHIPs كان غير عادي. بدأت القرود في العمل ، والتفكير أكثر ، وأحيانًا تلبس وتمشي على أقدامها. لم تُمنح كل قطعان القرود مثل هذه السعادة ، لذلك بقي بعضها في حظيرتها البدائية.

منذ ذلك الحين غالبًا ما يزور الرجال الخضر كوكبنا ويشاهدون كيف تتطور تجربتهم. إنهم مهتمون بمراقبتنا ، فهم أحيانًا يصطادون بعض الأشخاص الذين يفقدون ثغراتهم ، ويسحبونهم إلى أطباق الفضاء الخاصة بهم ويكتشفون أسرار الناس. من حين لآخر ، يشاركون هم أنفسهم معرفتهم.

يمكن للقارئ الممتن أن يختار أي نظرية عن أصل الإنسان يحبها.

من الصعب العثور على شخص لا يتساءل كيف نشأت الحياة على الأرض. هناك الكثير من الأفكار حول هذا الموضوع ، من الكتاب المقدس وداروين إلى النظرية الحديثةالتطور ، الذي يخضع لتغييرات مستمرة وفقًا لأحدث اكتشافات العلماء.

بالطبع ، سمع الجميع عن الديناصورات ، وشاهدها في الأفلام والمتاحف ، وقليلون يشككون في وجودها التاريخي.

على الرغم من أنه حتى عام 1842 ، لم يدرك الجنس البشري حتى أن عظام الحيوانات العملاقة الموجودة في أماكن مختلفة على الكوكب تنتمي إلى نفس النوع ، يطلقون عليها اسم "التنانين" أو ينسبون البقايا إلى الجبابرة الذين قاتلوا في حرب طروادة. استغرق الأمر بصيرة العلماء الذين قارنوا البيانات وأعطوا الاسم لبقايا غريبة: الديناصورات. واليوم نحن نعرف جيدًا كيف بدت هذه السحالي العملاقة ، التي انقرضت منذ ملايين السنين ، ووصفت العديد من أنواعها ، وكل طفل يعرف من هم.

حقيقة أن هذه الزواحف العملاقة ظهرت على الأرض منذ 225-250 مليون سنة وانقرضت تمامًا قبل حوالي 66 مليون سنة من عصرنا لا تصدم غالبية الناس العاديين الذين لا يهتمون بتفاصيل العلم. بطبيعة الحال ، نتذكر أيضًا التماسيح ذات الصلة بالديناصورات ، والتي نشأت كنوع منذ 83 مليون سنة وتمكنت من البقاء على قيد الحياة منذ زمن سحيق. لكن نادرًا ما يتم ربط كل هذه الأرقام في أذهاننا على نطاق واسع.

كم عمر البشرية؟

لا يعرف الكثير من الناس عمر الأنواع الحديثة من الإنسان العاقل Homo Sapiens ، وهو ما يعني الشخص العاقل ، والذي يقدره العلماء بحوالي 200 ألف سنة فقط. أي أن عمر البشرية كنوع يقل بمقدار 1250 مرة عن عمر فئة الزواحف التي تنتمي إليها الديناصورات.

من الضروري التوافق مع الوعي وتنظيم هذه البيانات إذا أردنا أن نفهم كيف ظهرت الحياة في الأصل على كوكبنا. ومن أين أتى الناس أنفسهم ، والذين يحاولون اليوم فهم هذه الحياة؟

اليوم ، أصبحت المواد السرية للعلماء علنية. التاريخ الصادم للتجارب السنوات الأخيرة، الذي أعاد كتابة نظرية التطور وسلط الضوء على كيفية بدء الحياة على كوكبنا ، فجّر العقائد القديمة. أسرار علم الوراثة ، التي عادة ما تكون متاحة فقط لدائرة ضيقة من "المبتدئين" ، أعطت إجابة لا لبس فيها على افتراض داروين.

يبلغ عمر عقل الإنسان العاقل 200 ألف عام فقط. وكوكبنا 4.5 مليار!

مواد سرية

قبل بضعة قرون فقط ، كان من المتوقع أن يتم تنفيذ هذه الأفكار على المحك. تم حرق جيوردانو برونو بسبب الهرطقة منذ أكثر من 400 عام بقليل ، في فبراير 1600. لكن اليوم ، أصبح البحث السري للرواد الجريئين معرفة عامة.

حتى قبل 50 عامًا ، غالبًا ما قام الآباء الجهلاء بتربية أطفال رجال آخرين ، حتى الأم نفسها لم تكن تعرف الحقيقة دائمًا. اليوم ، إثبات الأبوة هو تحليل عادي. يمكن لكل منا أن يأمر بإجراء اختبار الحمض النووي ومعرفة من هم أسلافه ، والذين يتدفق دمهم في عروقهم. يتم طباعة أثر الأجيال إلى الأبد في الشفرة الوراثية.

في هذا القانون يتم احتواء إجابة السؤال الأكثر إلحاحًا الذي يشغل أذهان البشرية: كيف بدأت الحياة؟

تكشف المواد السرية للعلماء عن تاريخ الرغبة في العثور على الإجابة الصحيحة الوحيدة. إنها قصة مثابرة ومثابرة وإبداع مذهل ، تغطي أعظم اكتشافات العلم الحديث.

في سعيهم لفهم كيف بدأت الحياة ، ذهب الناس لاستكشاف أبعد أركان الكوكب. خلال عمليات البحث هذه ، تم تصنيف بعض العلماء على أنهم "شياطين" لتجاربهم ، بينما كان على آخرين إجرائها تحت إشراف النظام الشمولي.

كيف بدأت الحياة على الارض؟

ربما هذا هو أصعب الأسئلة الموجودة. لآلاف السنين ، أوضح الغالبية العظمى من الناس ذلك بأطروحة واحدة - "الحياة من صنع الآلهة". كانت التفسيرات الأخرى ببساطة غير واردة. لكن مع مرور الوقت ، تغير الوضع. على مدار القرن الماضي ، كان العلماء يحاولون معرفة بالضبط كيف نشأت الحياة الأولى على هذا الكوكب ، كما كتب مايكل مارشال لبي بي سي.

معظم العلماء المعاصرين الذين يدرسون أصل الحياة واثقون من أنهم يتحركون في الاتجاه الصحيح - والتجارب المستمرة تعزز ثقتهم فقط. أعادت اكتشافات نيوتن من علم الوراثة كتابة كتاب المعرفة من الصفحة الأولى إلى الصفحة الأخيرة.

• منذ وقت ليس ببعيد ، اكتشف العلماء أقدم سلف بشري عاش على هذا الكوكب منذ حوالي 540 مليون سنة. يقول الباحثون إن جميع الفقاريات نشأت من هذا "الحقيبة المسننة". كان حجم السلف المشترك مليمتر واحد فقط.
• تمكن الباحثون المعاصرون حتى من إنشاء أول كائن شبه اصطناعي مع تغييرات أساسية في الحمض النووي. نحن بالفعل قريبون جدًا من تخليق البروتينات الجديدة ، أي الحياة الاصطناعية بالكامل. في غضون قرنين من الزمان ، تمكنت البشرية من السيطرة على إنشاء نوع جديد من الكائنات الحية.
• لا نقوم فقط بإنشاء كائنات حية جديدة ، ولكننا نعدل أيضًا بثقة الكائنات الموجودة. حتى أن العلماء ابتكروا "برمجيات" تسمح لهم بتعديل خيط الحمض النووي باستخدام أدوات خلوية. بالمناسبة ، يقول الباحثون إن 1٪ فقط من الحمض النووي يحمل معلومات وراثية. ما هي نسبة الـ 99٪ الأخرى؟
• الحمض النووي متعدد الاستخدامات لدرجة أنه يمكنه تخزين المعلومات مثل القرص الصلب. لقد قاموا بالفعل بتسجيل فيلم على الحمض النووي وتمكنوا من تنزيل المعلومات مرة أخرى دون مشاكل ، حيث اعتادوا أخذ الملفات من قرص مرن.

هل تعتبر نفسك شخص مثقف وحديث؟ ثم عليك فقط أن تعرف.

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

إليكم قصة أصل الحياة على الأرض

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

يقدر عمر أقدم الحفريات بحوالي 3.5 مليار سنة. بمعنى آخر ، هم أكبر بـ14 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. هذا أكبر بـ 15 ألف مرة من الديناصورات!

الأرض نفسها ليست أقدم بكثير من هذه البكتيريا - لقد تشكل كوكبنا أخيرًا منذ حوالي 4.5 مليار سنة. وهذا يعني أن الحياة الأولى على الأرض نشأت "بسرعة" تمامًا ، بعد حوالي 800 مليون سنة من وجود البكتيريا على الكوكب - كائنات حية تمكنت ، وفقًا للعلماء ، من أن تصبح أكثر تعقيدًا بمرور الوقت وتسبب في ظهور كائنات حية بسيطة في المحيط في أولاً ، وفي النهاية ، والجنس البشري نفسه.

يؤكد تقرير حديث من كندا هذه البيانات: يقدر عمر أقدم البكتيريا بـ 3.770 إلى 4.300 مليار سنة. أي أن الحياة على كوكبنا ربما نشأت "حوالي" 200 مليون سنة بعد تكوينها. وجدت الكائنات الحية الدقيقة تعيش على الحديد. تم العثور على رفاتهم في صخور الكوارتز.

إذا افترضنا أن الحياة نشأت على الأرض - وهذا يبدو معقولًا ، نظرًا لأننا لم نعثر عليها بعد على أجسام كونية أخرى ، لا على الكواكب الأخرى ، ولا على أجزاء من النيازك التي تم إحضارها من الفضاء - إذن كان يجب أن يحدث هذا في تلك الفترة الزمنية ، التي تمتد لمليار سنة بين لحظة تشكل الكوكب أخيرًا وتاريخ ظهور الحفريات الموجودة في عصرنا.

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

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

كل كائن حي يتكون من خلايا (وأنت كذلك)

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

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

بالطبع ، ظاهريًا ، لا يبدو الشخص مثل الأسماك أو الديناصورات ، ولكن فقط انظر من خلال المجهر للتأكد من أن الناس يتكونون تقريبًا من نفس الخلايا مثل ممثلي عالم الحيوان. علاوة على ذلك ، فإن نفس الخلايا تكمن وراء النباتات والفطريات.

تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا ، بما في ذلك أنت.

أكثر أشكال الحياة عددًا هي البكتيريا وحيدة الخلية

حتى الآن ، يمكن تسمية أكثر أشكال الحياة عددًا بأمان الكائنات الحية الدقيقة ، ويتكون كل منها من خلية واحدة فقط.

أشهر 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 نوع من الكائنات الحية. الغالبية العظمى من "فروع" هذه الشجرة تحتلها البكتيريا. علاوة على ذلك ، يشير شكل الشجرة إلى أن سلف كل أشكال الحياة على الأرض كان جرثومة. بمعنى آخر ، كل تنوع الكائنات الحية (بما فيهم أنت) جاء من بكتيريا واحدة.

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

إذن ما مدى صعوبة ذلك؟

البكتيريا أحادية الخلية هي الشكل الأكثر شيوعًا للحياة على الأرض.

بداية التجارب

لعدة قرون ، كان السؤال "كيف بدأت الحياة؟" يكاد لا يؤخذ على محمل الجد. بعد كل شيء ، كما تذكرنا في البداية ، كانت الإجابة معروفة: الحياة خلقها الخالق.

حتى القرن التاسع عشر ، كان معظم الناس يؤمنون بـ "الحيوية". يعتمد هذا التعليم على فكرة أن جميع الكائنات الحية تتمتع بقوة خاصة وخارقة للطبيعة تميزها عن الأشياء غير الحية.

غالبًا ما رددت أفكار النزعة الحيوية المسلمات الدينية. يقول الكتاب المقدس أن الله ، بمساعدة "نسمة الحياة" ، أحيا الناس الأوائل ، وأن الروح الخالدة هي أحد مظاهر الحيوية.

ولكن هناك مشكلة واحدة. إن أفكار النزعة الحيوية خاطئة بشكل أساسي.

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

هذا الاكتشاف ، مع ذلك ، لم يتعارض مع مفهوم الحيوية. ظهرت اليوريا فقط في الكائنات الحية ، لذلك ربما كانت تتمتع بحيوية خاصة جعلتها فريدة من نوعها.

موت الحيوية

ولكن في عام 1828 ، تمكن الكيميائي الألماني فريدريش فولر من تصنيع اليوريا من مركب غير عضوي ، سيانات الأمونيوم ، والذي لا علاقة له بالكائنات الحية. تمكن علماء آخرون من تكرار تجربته ، وسرعان ما أصبح واضحًا أنه يمكن الحصول على جميع المركبات العضوية من مركبات أبسط - غير عضوية.

هذا يمثل نهاية الحيوية كمفهوم علمي.

لكن كان من الصعب جدًا على الناس التخلص من معتقداتهم. حقيقة أنه لا يوجد شيء مميز حقًا في المركبات العضوية التي تتميز فقط بالكائنات الحية ، بالنسبة للكثيرين ، يبدو أنها حرمت الحياة من عنصر سحري ، وتحولت الناس من مخلوقات إلهية تقريبًا إلى آلات. بالطبع ، كان هذا مخالفًا تمامًا للكتاب المقدس.

حتى أن بعض العلماء واصلوا الكفاح من أجل الحيوية. في عام 1913 ، كان عالم الكيمياء الحيوية الإنجليزي بنيامين مور يروج بحماسة لنظريته عن "الطاقة الحيوية" ، والتي كانت أساسًا نفس الحيوية ولكن بغلاف مختلف. وجدت فكرة النزعة الحيوية جذورًا قوية إلى حد ما في الروح البشرية على المستوى العاطفي.

اليوم ، يمكن العثور على انعكاساته في أكثر الأماكن غير المتوقعة. خذ ، على سبيل المثال ، عددًا من قصص الخيال العلمي التي يمكن فيها تجديد "طاقة حياة" الشخصية أو استنزافها. فكر في "طاقة التجديد" التي استخدمها سباق Time Lord من Doctor Who. يمكن تجديد هذه الطاقة إذا وصلت إلى نهايتها. على الرغم من أن الفكرة تبدو مستقبلية ، إلا أنها في الواقع انعكاس للنظريات القديمة.

وهكذا ، بعد عام 1828 ، كان العلماء أخيرا أسباب وجيهةالبحث عن تفسير جديد لأصل الحياة ، وهذه المرة نبذ التخمينات حول التدخل الإلهي.

لكنهم لم يبدأوا في البحث. يبدو أن موضوع البحث اقترح نفسه ، ولكن في الواقع ، لم يتم تناول لغز أصل الحياة لعدة عقود. ربما كان الجميع لا يزالون متعلقين بالحيوية بدرجة تمنعهم من المضي قدمًا.

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

داروين ونظرية التطور

كان الاختراق الكبير في البحث البيولوجي في القرن التاسع عشر هو نظرية التطور التي طورها تشارلز داروين واستمرها علماء آخرون.

أوضحت نظرية داروين ، المنصوص عليها في أصل الأنواع عام 1859 ، كيف ظهر التنوع الكامل لعالم الحيوان من سلف واحد.

جادل داروين بأن الله لم يخلق كل نوع من الكائنات الحية على حدة ، ولكن كل هذه الأنواع تنحدر من كائن بدائي ظهر منذ ملايين السنين ، والذي يُطلق عليه أيضًا آخر سلف مشترك عالمي.

كانت الفكرة مثيرة للجدل للغاية ، مرة أخرى لأنها دحضت المسلمات الكتابية. تعرضت نظرية داروين لانتقادات شديدة ، لا سيما من المسيحيين الغاضبين.

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

كيف ظهرت الحياة الأولى؟

لقد فهم داروين أن هذه قضية أساسية ، لكنه (ربما لا يريد الدخول في نزاع آخر مع رجال الدين) تطرق إليها فقط في خطاب عام 1871. أظهرت النبرة العاطفية للرسالة أن العالم كان على دراية بكل المعنى العميق هذه المسألة:

"... ولكن إذا كان الآن [آه ، يا له من أمر كبير!]في بعض الخزانات الدافئة التي تحتوي على جميع الأملاح الضرورية من الأمونيوم والفوسفور والتي يمكن الوصول إليها للضوء والحرارة والكهرباء وما إلى ذلك ، تم تكوين بروتين كيميائيًا قادرًا على إجراء المزيد والمزيد من التحولات المعقدة ... "

بمعنى آخر: تخيل مسطحًا مائيًا صغيرًا مليئًا بمركبات عضوية بسيطة وتحت أشعة الشمس. قد تبدأ بعض المركبات في التفاعل ، مكونة مواد أكثر تعقيدًا ، مثل البروتين ، والتي بدورها ستتفاعل وتتطور أيضًا.

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

لم يبتكر داروين 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 قد تتوقع. قد تعتقد أن مثل هذا البحث ، الذي يتضمن حرية الفكر ، كان يجب إجراؤه في المملكة المتحدة أو الولايات المتحدة ، على سبيل المثال. لكن في الواقع ، تم طرح الفرضيات الأولى حول أصل الحياة في المساحات الأصلية للاتحاد السوفيتي الستاليني ، من قبل عالم ربما لم تسمع باسمه مطلقًا.

من المعروف أن ستالين أغلق العديد من الدراسات في مجال علم الوراثة. بدلاً من ذلك ، روج لأفكار المهندس الزراعي تروفيم ليسينكو ، التي شعر أنها أكثر ملاءمة للأيديولوجية الشيوعية. اضطر العلماء الذين أجروا أبحاثًا في مجال علم الوراثة إلى دعم أفكار ليسينكو علنًا ، وإلا فقد ينتهي بهم الأمر في المعسكرات.

في مثل هذا الجو المتوتر ، اضطر عالم الكيمياء الحيوية ألكسندر إيفانوفيتش أوبارين إلى إجراء تجاربه. كان هذا ممكنًا لأنه أثبت أنه شيوعي موثوق: لقد دعم أفكار ليسينكو وحتى حصل على وسام لينين ، وهو أشرف جائزة من بين كل ما كان موجودًا في ذلك الوقت.

اقترح عالم الكيمياء الحيوية السوفيتي ألكسندر أوبارين أن الكائنات الحية الأولى تشكلت على شكل كائنات حية.

نظرية جديدة لأصل الحياة الأولى على الأرض

وصف أوبارين كيف كانت الأرض في الأيام الأولى بعد تكوينها. كان للكوكب سطح شديد الحرارة وجذب النيازك الصغيرة. في كل مكان كانت عبارة عن أحجار نصف منصهرة فقط ، والتي تحتوي على طيف ضخم مواد كيميائية، والعديد منها يعتمد على الكربون.

في النهاية ، بردت الأرض بدرجة كافية ، وتحول التبخر لأول مرة إلى الماء السائلوبالتالي خلق المطر الأول. بعد مرور بعض الوقت ، ظهرت المحيطات الساخنة على الكوكب ، والتي كانت غنية بالمواد الكيميائية القائمة على الكربون. يمكن أن تتطور الأحداث الأخرى وفقًا لسيناريوهين.

الأول يعني تفاعل المواد ، حيث تظهر مركبات أكثر تعقيدًا. اقترح أوبارين أن السكر والأحماض الأمينية المهمة للكائنات الحية يمكن أن تكون قد تشكلت في حوض الماء على كوكب الأرض.

في السيناريو الثاني ، بدأت بعض المواد ، عند التفاعل ، في تكوين هياكل مجهرية. 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 "تتساقط" ، يصل قطرها إلى 0.01 سم (أو 0.004 بوصة).

من خلال مراقبة الكواكب تحت المجهر ، يمكن للمرء أن يلاحظ تشابهها مع الخلايا الحية. إنها تنمو وتغير شكلها وتنقسم أحيانًا إلى قسمين. تتفاعل أيضًا مع المركبات المحيطة بحيث يمكن تركيز المواد الأخرى داخلها. اقترح Oparin أن coacervates كانوا أسلاف الخلايا الحديثة.

نظرية الحياة الأولى لجون هالدين

بعد خمس سنوات ، في عام 1929 ، طرح عالم الأحياء الإنجليزي جون بوردون ساندرسون هالدين بشكل مستقل نظريته بأفكار مماثلة ، والتي نُشرت في الجريدة العقلانية السنوية.

بحلول ذلك الوقت ، كان هالدين قد قدم بالفعل مساهمة كبيرة في تطوير نظرية التطور ، مما 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 عنه لاحقًا ما يلي: "الغشاء يلتئم بالفعل ، وحتى إذا بقيت فتحة فيه ، فعندئذ ، على الرغم من الصمم ، سيكون من الممكن إطلاق حلقات من دخان التبغ بشكل مدروس من هناك ، وهو ما أعتقد أنه إنجاز مهم ".

مثل أوبارين ، اقترح هالدين بالضبط كيف يمكن أن تتفاعل المركبات العضوية في الماء: "(سابقًا) وصلت المحيطات الأولى إلى قوام المرق الساخن". هذا خلق الظروف لظهور "الكائنات الحية أو شبه الحية الأولى". في ظل نفس الظروف ، يمكن أن تكون أبسط الكائنات الحية داخل "فيلم النفط".

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

فرضية أوبارين هالدين

وهكذا ، فإن أول علماء الأحياء الذين طرحوا هذه النظرية هم أوبارين وهالدين. لكن فكرة أن الله أو حتى بعض "قوة الحياة" المجردة لم تشارك في تكوين الكائنات الحية كانت فكرة راديكالية. مثل نظرية التطور لداروين ، كان هذا الفكر صفعة على وجه المسيحية.

كانت سلطات الاتحاد السوفياتي راضية تمامًا عن هذه الحقيقة. في ظل النظام السوفياتي ، ساد الإلحاد في البلاد ، ودعمت السلطات بسعادة التفسيرات المادية لمثل هذه الظواهر المعقدة مثل الحياة. بالمناسبة ، هالدين كان أيضًا ملحدًا وشيوعيًا.

يقول أرمين مولكيدزانيان ، الخبير في أصل الحياة في جامعة أوسنابروك في ألمانيا. "في الاتحاد السوفياتي ، تم قبول هذه الفكرة بفرح ، لأنهم لم يكونوا بحاجة إلى الله. وفي الغرب ، تمت مشاركته من قبل نفس مؤيدي وجهات النظر اليسارية والشيوعيين ، إلخ. "

مفهوم أن الحياة تكونت في "حساء بدائي" من المركبات العضوية يسمى فرضية أوبارين هالدين. بدت مقنعة بما فيه الكفاية ، لكن كانت هناك مشكلة واحدة. في ذلك الوقت ، لم تكن هناك تجربة عملية واحدة تثبت صحة هذه الفرضية.

بدأت مثل هذه التجارب فقط بعد ما يقرب من ربع قرن.

التجارب الأولى لخلق الحياة "في أنبوب اختبار"

أصبح هارولد أوري ، العالم المشهور الذي حصل بالفعل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1934 وحتى شارك في صنع القنبلة الذرية ، مهتمًا بمسألة أصل الحياة.

خلال الحرب العالمية الثانية ، شارك أوري في مشروع مانهاتن ، وجمع اليورانيوم 235 غير المستقر اللازم لصنع قلب قنبلة. بعد نهاية الحرب ، دعا أوري إلى السيطرة المدنية على التكنولوجيا النووية.

أصبح يوري مهتمًا بالظواهر الكيميائية التي تحدث في الفضاء الخارجي. وكان الاهتمام الأكبر بالنسبة له هو العمليات التي حدثت أثناء تشكيل النظام الشمسي. في إحدى محاضراته ، أشار إلى أنه في الأيام الأولى لم يكن هناك على الأرجح أكسجين على الأرض. وكانت هذه الظروف مثالية لتكوين "الحساء البدائي" الذي تحدث عنه Oparin و Haldane ، حيث أن بعض المواد الضرورية كانت ضعيفة جدًا لدرجة أنها ستذوب عند ملامستها للأكسجين.

حضر المحاضرة طالب دكتوراه يدعى ستانلي ميلر ، الذي اقترب من أوري باقتراح لإجراء تجربة بناءً على هذه الفكرة. كان يوري متشككًا في البداية ، لكن ميلر تمكن لاحقًا من إقناعه.

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

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

أشهر تجربة عن أصل الحياة على الأرض

لم يستغرق التحضير وقتًا طويلاً. قام ميلر بتوصيل سلسلة من القوارير الزجاجية التي عممت 4 مواد من المفترض أنها كانت موجودة على الأرض المبكرة: الماء المغلي والهيدروجين والأمونيا والميثان. تعرضت الغازات لتفريغ شرارات منهجي - كانت هذه محاكاة لضربات الصواعق ، والتي كانت تحدث بشكل شائع على الأرض في وقت مبكر.

وجد ميلر أن "الماء في القارورة تحول إلى اللون الوردي بشكل واضح بعد اليوم الأول ، وبعد الأسبوع الأول تحول المحلول إلى غائم ولونه أحمر داكن". كان تكوين مركبات كيميائية جديدة واضحًا.

عندما حلل ميلر تركيبة المحلول ، وجد أنه يحتوي على نوعين من الأحماض الأمينية: الجلايسين والألانين. كما تعلم ، غالبًا ما توصف الأحماض الأمينية بأنها اللبنات الأساسية للحياة. تستخدم هذه الأحماض الأمينية في تكوين البروتينات التي تتحكم في معظم العمليات الكيميائية الحيوية في أجسامنا. ابتكر ميلر حرفيا من الصفر أهم مكونين للكائن الحي.

في عام 1953 ، نُشرت نتائج التجربة في مجلة Science المرموقة. يوري ، في دور مشرف ، وإن لم يكن معهودًا لعالم في عصره ، أزال اسمه من العنوان ، تاركًا كل المجد لميلر. على الرغم من ذلك ، يشار إلى الدراسة عمومًا باسم "تجربة ميلر-أوري".

أهمية تجربة ميلر أوري

يقول جون ساذرلاند ، العالم في مختبر كامبريدج للبيولوجيا الجزيئية: "تكمن قيمة تجربة ميلر-أوري في أنها تُظهر أنه حتى في جو بسيط ، يمكن تكوين العديد من الجزيئات البيولوجية".

لم تكن كل تفاصيل التجربة دقيقة ، كما اتضح لاحقًا. في الواقع ، أظهرت الأبحاث وجود غازات أخرى في الغلاف الجوي المبكر للأرض. لكن هذا لا ينتقص من أهمية التجربة.

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

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

ولكن بعد ذلك اتضح أن الحياة أكثر تعقيدًا مما قد تتخيله. الخلايا الحية ، كما اتضح فيما بعد ، ليست مجرد مجموعة من المركبات الكيميائية ، ولكنها آليات صغيرة معقدة. فجأة ، أصبح تكوين الخلايا الحية من الصفر مشكلة أكبر بكثير مما توقع العلماء.

دراسة الجينات والحمض النووي

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

بدلاً من ذلك ، بدأوا في دراسة إمكانية وجود أصل طبيعي وعفوي للحياة على الأرض المبكرة - وبفضل تجربة ستانلي ميلر التاريخية ، بدأت تظهر الأدلة على هذه الفكرة.

بينما كان ميلر يحاول خلق الحياة من الصفر ، كان علماء آخرون يكتشفون ماهية الجينات.

عند هذه النقطة ، كانت معظم الجزيئات البيولوجية قد خضعت للدراسة بالفعل. وتشمل هذه السكر والدهون والبروتينات والأحماض النووية مثل "ديوكسيريبو" حمض نووي"إنها حمض نووي.

اليوم ، يعلم الجميع أن الحمض النووي يحتوي على جيناتنا ، لكن بالنسبة لعلماء الأحياء في الخمسينيات ، كانت هذه صدمة حقيقية.

كان للبروتينات بنية أكثر تعقيدًا ، ولهذا السبب اعتقد العلماء أن المعلومات الجينية متضمنة فيها.

تم فضح النظرية في عام 1952 من قبل علماء معهد كارنيجي ألفريد هيرشي ومارثا تشيس. لقد درسوا فيروسات بسيطة ، مكونة من بروتين و DNA ، تتكاثر عن طريق إصابة بكتيريا أخرى. وجد العلماء أن الحمض النووي الفيروسي ، وليس البروتين ، يخترق البكتيريا. من هذا استنتج أن الحمض النووي هو المادة الجينية.

كان اكتشاف هيرشي وتشيس بداية سباق لدراسة بنية الحمض النووي وكيف يعمل.

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

يعتبر التركيب الحلزوني للحمض النووي من أهم الاكتشافات في القرن العشرين.

كان فرانسيس كريك وجيمس واتسون أول من تناول هذه القضية. جامعة كامبريدج، ليس بدون مساعدة غير مقدرة من زميلتها روزاليند فرانكلين. حدث هذا بعد عام من تجارب Hershey و Chase.

أصبح اكتشافهم أحد أهم الاكتشافات في القرن العشرين. غير هذا الاكتشاف الطريقة التي ننظر بها إلى أصول الحياة ، وكشف عن البنية المعقدة بشكل لا يصدق للخلايا الحية.

اكتشف Watson and Crick أن الحمض النووي عبارة عن حلزون مزدوج (برغي مزدوج) يشبه سلمًا منحنيًا. يتكون كل من "قطبي" هذا السلم من جزيئات تسمى النيوكليوتيدات.

توضح هذه البنية كيف تنسخ الخلايا حمضها النووي. بمعنى آخر ، يتضح كيف ينقل الآباء نسخًا من جيناتهم إلى الأطفال.

من المهم أن نفهم أن اللولب المزدوج يمكن أن يكون "غير مقيد". سيؤدي هذا إلى فتح الوصول إلى الشفرة الجينية ، والتي تتكون من سلسلة من القواعد الجينية (A و T و C و G) ، والتي توجد عادة ضمن "درجات" سلم الحمض النووي. ثم يتم استخدام كل خيط كقالب لإنشاء نسخة من الآخر.

تسمح هذه الآلية بتوريث الجينات من بداية الحياة. ينتهي الأمر بجيناتك الخاصة من بكتيريا قديمة — وقد تم نقل كل منها باستخدام نفس الآلية التي اكتشفها كريك وواتسون.

لأول مرة ، تم الكشف عن أحد أكثر أسرار الحياة سرية للجمهور.

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

تحدي الحمض النووي

كما اتضح ، فإن للحمض النووي مهمة واحدة فقط. يخبر الحمض النووي الخاص بك الخلايا في جسمك كيف تصنع البروتينات (البروتينات) ، وهي جزيئات تؤدي العديد من المهام المهمة.

بدون البروتين ، لن تكون قادرًا على هضم طعامك ، وسيتوقف قلبك عن النبض ، وسيتوقف تنفسك.

لكن إعادة تكوين عملية تكوين البروتين بالحمض النووي أثبتت بالفعل أنها مهمة شاقة. كل من حاول شرح أصل الحياة لم يستطع ببساطة أن يفهم كيف يمكن لشيء بهذا التعقيد أن يظهر ويتطور من تلقاء نفسه.

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

يتم ترميز هذه المعلومات في تسلسل قاعدة الحمض النووي. لذلك ، عندما تحتاج الخلية إلى صنع بروتين معين ، فإنها تقرأ الجين المقابل في الحمض النووي لبناء تسلسل معين من الأحماض الأمينية.

ما هو الحمض النووي الريبي؟

هناك تحذير واحد في عملية استخدام الحمض النووي بواسطة الخلايا.

• الحمض النووي هو أثمن مورد للخلية. لذلك ، تفضل الخلايا عدم الإشارة إلى الحمض النووي مع كل إجراء.
• بدلاً من ذلك ، تنسخ الخلايا المعلومات من الحمض النووي إلى جزيئات صغيرة من مادة أخرى تسمى الحمض النووي الريبي (حمض نووي الريبي).
• الحمض النووي الريبي مشابه للحمض النووي ، لكن له خيط واحد فقط.

إذا رسمنا تشابهًا بين الحمض النووي وكتاب مكتبة ، فسيبدو الحمض النووي الريبي هنا كصفحة بها ملخصالكتب.

تكتمل عملية تحويل المعلومات من خلال خيط من الحمض النووي الريبي إلى بروتين بواسطة جزيء شديد التعقيد يسمى الريبوسوم.

تحدث هذه العملية في كل خلية حية ، حتى في أبسط أنواع البكتيريا. إنه مهم للحياة مثل الطعام والتنفس.

وبالتالي ، فإن أي تفسير لظهور الحياة يجب أن يوضح كيف ظهر الثلاثي المعقد وكيف بدأ العمل ، وهو ما يشمل DNA و RNA و ribosomes.

الفرق بين DNA و RNA.

كل شيء أكثر تعقيدًا

بدت نظريات Oparin و Haldane الآن ساذجة وبسيطة ، في حين أن تجربة Miller ، التي خلقت العديد من الأحماض الأمينية اللازمة لتكوين البروتين ، بدت غير تقليدية. في رحلته الطويلة نحو خلق الحياة ، من الواضح أن بحثه ، مهما كان مثمرًا ، لم يكن سوى الخطوة الأولى.

يقول جون ساذرلاند: "يتسبب الحمض النووي الريبي في إنتاج البروتين ، كل ذلك في كيس مغلق من المواد الكيميائية". "تنظر إليها وتندهش من مدى صعوبة الأمر. ما الذي يمكننا فعله لإيجاد مركب عضوي يقوم بكل هذا دفعة واحدة؟ "

ربما بدأت الحياة مع الحمض النووي الريبي؟

كان أول من أجاب على هذا السؤال كيميائيًا بريطانيًا يُدعى ليزلي أورجيل. كان من أوائل الذين رأوا نموذج الحمض النووي الذي أنشأه كريك وواتسون ، ثم ساعد ناسا لاحقًا كجزء من برنامج فايكنغ ، الذي تم خلاله إرسال مركبات الإنزال إلى المريخ.

Orgel ينوي تبسيط المهمة. في عام 1968 ، وبدعم من كريك ، اقترح أن الخلايا الحية الأولى لا تحتوي على بروتينات ولا دنا. على العكس من ذلك ، كانت تتألف بالكامل تقريبًا من RNA. في هذه الحالة ، يجب 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) تأثير مذهل على جميع الأبحاث المستقبلية. وأصبحت سبب نقاش حاد في المجتمع العلمي ، والذي لم يهدأ حتى يومنا هذا.

بافتراض أن الحياة بدأت مع RNA وبعض العناصر الأخرى ، اقترح Orgel أن أحد أهم جوانب الحياة - القدرة على إعادة إنتاج نفسها - ظهر في وقت أبكر من الآخرين. يمكننا أن نقول إنه كان يفكر ليس فقط في كيفية ظهور الحياة لأول مرة ، بل تحدث عن جوهر الحياة.

يتفق العديد من علماء الأحياء مع فكرة Orgel بأن "التكاثر هو الأول". في نظرية التطور لداروين ، تكون القدرة على الإنجاب في المقدمة: هذه هي الطريقة الوحيدة لكائن حي "للفوز" بهذا السباق - أي أن يترك وراءه العديد من الأطفال.

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

التقسيم إلى 3 معسكرات

لكن الحياة تتميز أيضًا بسمات أخرى لا تقل أهمية.

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

بالنسبة للعديد من علماء الأحياء ، فإن التمثيل الغذائي هو السمة المميزة للحياة ، وتأتي القدرة على التكاثر في المرتبة الثانية.

لذلك ، ابتداءً من الستينيات ، بدأ العلماء الذين يعانون من لغز أصل الحياة ينقسمون إلى معسكرين.

يوضح ساذرلاند: "قال الأول إن التمثيل الغذائي يأتي قبل علم الوراثة ، والثاني كان من الرأي المعاكس".

كانت هناك مجموعة ثالثة ، جادلت بأنه يجب أولاً أن يكون هناك وعاء للجزيئات الرئيسية التي لن تسمح لها بالتحلل.

يشرح ساذرلاند: "يجب أن يأتي التقسيم أولاً ، لأنه بدونه ، سيكون أيض الخلية بلا معنى".

بعبارة أخرى ، يجب أن تكون الخلية في أصل الحياة ، كما أكد Oparin و Haldane بالفعل منذ عدة عقود ، وربما يجب أن تكون هذه الخلية مغطاة بدهون ودهون بسيطة.

اكتسبت كل فكرة من الأفكار الثلاثة مؤيدين لها وبقيت على قيد الحياة حتى يومنا هذا. نسي العلماء أحيانًا الاحتراف بدم بارد ودعموا بشكل أعمى إحدى الأفكار الثلاثة.

ونتيجة لذلك ، غالبًا ما كانت المؤتمرات العلمية حول هذه القضية مصحوبة بفضائح ، وغالبًا ما كان الصحفيون الذين يغطون هذه الأحداث يسمعون مراجعات قاسية لعلماء من أحد المعسكرات حول عمل زملائهم من المعسكرين الآخرين.

بفضل Orgel ، فإن فكرة أن الحياة بدأت مع RNA جعلت الجمهور أقرب خطوة إلى اللغز.

وفي الثمانينيات ، حدث اكتشاف مذهل أكد بالفعل فرضية Orgel.

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

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

1. الأول كان على يقين من أن الحياة بدأت بتكوين نسخ بدائية من الخلايا البيولوجية.
2. والثاني يعتقد أن الخطوة الأولى والرئيسية كانت نظام التمثيل الغذائي.
3. لا يزال البعض الآخر يركز على أهمية علم الوراثة والتكاثر (النسخ المتماثل).

كان هذا المعسكر الثالث يحاول اكتشاف الشكل الذي يمكن أن يبدو عليه أول مُضاعِف ، مع الأخذ في الاعتبار فكرة أن المضاعف يجب أن يكون مصنوعًا من الحمض النووي الريبي.

وجوه عديدة من الحمض النووي الريبي

بحلول الستينيات ، كان لدى العلماء سبب كاف للاعتقاد بأن الحمض النووي الريبي هو مصدر كل أشكال الحياة.

تضمنت هذه الأسباب حقيقة أن الحمض النووي الريبي يمكنه القيام بأشياء لا يستطيع الحمض النووي القيام بها.

نظرًا لكونه جزيءًا أحادي الخيط ، يمكن أن ينحني الحمض النووي الريبي إلى أشكال مختلفة ، وهو ما لم يكن ممكنًا مع الحمض النووي المزدوج الشريطة الصلب.

إن الحمض النووي الريبي ، الذي ينثني مثل الأوريجامي ، يشبه البروتينات بشدة في سلوكه. بعد كل شيء ، البروتينات هي في الأساس نفس السلاسل الطويلة ، ولكنها تتكون من الأحماض الأمينية ، وليس النيوكليوتيدات ، مما يسمح لها بإنشاء هياكل أكثر تعقيدًا.

هذا هو مفتاح القدرة المدهشة للبروتينات. يمكن لبعض البروتينات تسريع أو "تحفيز" التفاعلات الكيميائية. تسمى هذه البروتينات بالإنزيمات.

على سبيل المثال ، تحتوي الأمعاء البشرية على العديد من الإنزيمات التي تكسر جزيئات الطعام المعقدة إلى جزيئات بسيطة (مثل السكر) - أي تلك التي تستخدمها خلايانا بشكل أكبر. سيكون من المستحيل ببساطة العيش بدون إنزيمات. على سبيل المثال ، كانت وفاة الأخ غير الشقيق للزعيم الكوري في المطار الماليزي بسبب حقيقة أن إنزيم (إنزيم) توقف عن العمل في جسده ، مما يؤدي إلى تثبيط كاشف الأعصاب VX - نتيجة لذلك ، الجهاز التنفسي مشلول ويموت شخص في غضون دقائق قليلة. الإنزيمات مهمة جدًا لعمل أجسامنا.

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

إذا اتضح أن هذا هو الحال ، فيمكن أن يكون الحمض النووي الريبي (RNA) هو الجزيء الحي الأصلي - والمتعدد الاستخدامات - الذي يخزن المعلومات (كما يفعل الدنا) ويحفز التفاعلات ، كما تفعل بعض البروتينات.

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

إنزيمات الحمض النووي الريبي

ولد توماس تشيك ونشأ في ولاية أيوا. حتى عندما كان طفلاً ، كان شغفه بالحجارة والمعادن. وبالفعل في المدرسة الثانوية ، كان ضيفًا منتظمًا في الجيولوجيين بالجامعة المحلية ، الذين أطلعوه على نماذج من الهياكل المعدنية. أصبح في النهاية عالم كيمياء حيوية ، مع التركيز على دراسة الحمض النووي الريبي.

في أوائل الثمانينيات من القرن الماضي ، كان تشيك وزملاؤه في جامعة كولورادو في بولدر يدرسون كائنًا وحيد الخلية يسمى رباعي الغشاء الحراري. جزء منه الكائن الخلويوشملت خيوط RNA. لاحظ تشيك أن أحد أجزاء الحمض النووي الريبي يفصل أحيانًا عن الأجزاء الأخرى ، كما لو كان قد تم فصله بالمقص.

عندما تخلص فريقه من جميع الإنزيمات والجزيئات الأخرى التي يمكن أن تعمل كمقص جزيئي ، استمر الحمض النووي الريبي في عزل هذا الجزء. في الوقت نفسه ، تم اكتشاف أول إنزيم RNA: جزء صغير من RNA يمكن أن ينفصل بشكل مستقل عن السلسلة الكبيرة التي تم توصيله بها.

نظرًا لأنه تم العثور على إنزيمين RNA بسرعة نسبيًا ، فقد تكهن العلماء أنه قد يكون هناك بالفعل الكثير. الآن المزيد والمزيد من الأدلة لصالح حقيقة أن الحياة بدأت مع الحمض النووي الريبي.

وجد توماس تشيك أول إنزيم RNA.

عالم RNA

كان والتر جيلبرت أول من أعطى اسمًا لهذا المفهوم.

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

في مقال نُشر عام 1986 في مجلة Nature ، اقترح جيلبرت أن الحياة بدأت فيما يسمى "عالم RNA".

تتكون المرحلة الأولى من التطور ، وفقًا لجيلبرت ، من "عملية تعمل فيها جزيئات الحمض النووي الريبي كمحفزات ، وتجمع نفسها في حساء من النيوكليوتيدات".

من خلال نسخ ولصق أجزاء مختلفة من الحمض النووي الريبي في سلسلة مشتركة ، أنشأت جزيئات الحمض النووي الريبي سلاسل أكثر فائدة بناءً على السلاسل الموجودة. في النهاية ، جاءت اللحظة التي تعلموا فيها كيفية إنشاء البروتينات والإنزيمات البروتينية التي تبين أنها أكثر فائدة بكثير من نسخ الحمض النووي الريبي ، حيث استبدلتهم إلى حد كبير وأدت إلى الحياة التي نراها اليوم.

RNA World هي طريقة رائعة إلى حد ما لتكوين كائنات حية معقدة من الصفر.

في هذا المفهوم ، لا يحتاج المرء إلى الاعتماد على التكوين المتزامن لعشرات الجزيئات البيولوجية في "الحساء البدائي" ، فسيكون ذلك كافيًا لجزيء واحد بدأ به كل شيء.

دليل

في عام 2000 ، اكتسبت فرضية "عالم الحمض النووي الريبي" أدلة قوية.

قضى توماس ستيتز 30 عامًا في دراسة هياكل الجزيئات في الخلايا الحية. في التسعينيات ، شرع في الدراسة الرئيسية لحياته: دراسة بنية الريبوسوم.

كل خلية حية لها ريبوسوم. يقرأ هذا الجزيء الكبير التعليمات من RNA ويجمع الأحماض الأمينية معًا لصنع البروتينات. تصطف الريبوسومات في الخلايا البشرية كل قطعة من الجسم تقريبًا.

بحلول ذلك الوقت ، كان من المعروف بالفعل أن الريبوسوم يحتوي على RNA. لكن في عام 2000 ، قدم فريق Steitz نموذجًا تفصيليًا لهيكل الريبوسوم ، حيث ظهر RNA كنواة تحفيز للريبوسوم.

كان هذا الاكتشاف خطيرًا ، لا سيما بالنظر إلى مدى قدم الريبوسوم وأهميته الأساسية للحياة. حقيقة أن مثل هذه الآلية المهمة كانت قائمة على الحمض النووي الريبي (RNA) جعلت نظرية "عالم الحمض النووي الريبي" أكثر قبولًا في الأوساط العلمية. ابتهج مؤيدو مفهوم RNA World أكثر من أي شيء آخر ، وحصل Steitz على جائزة نوبل في عام 2009.

لكن بعد ذلك ، بدأت الشكوك تساور العلماء.

مشاكل نظرية "عالم الحمض النووي الريبي"

واجهت نظرية عالم الحمض النووي الريبي في البداية مشكلتين.

أولًا ، هل يمكن للحمض النووي الريبي أن يؤدي جميع الوظائف الحيوية؟ وهل يمكن أن تكون قد تشكلت في ظل ظروف الأرض المبكرة؟

لقد مرت 30 عامًا منذ أن ابتكر جيلبرت نظرية "عالم الحمض النووي الريبي" ، وما زلنا لا نملك دليلًا قاطعًا على أن الحمض النووي الريبي قادر حقًا على كل ما هو موصوف في النظرية. نعم ، إنه جزيء وظيفي بشكل مثير للدهشة ، لكن هل يكفي الحمض النووي الريبي لجميع الوظائف المنسوبة إليه؟

لفت انتباهي تناقض واحد. إذا بدأت الحياة بجزيء RNA ، فيمكن للحمض النووي الريبي إنشاء نسخ منه أو نسخ متماثلة.

لكن لا توجد هذه القدرة على الإطلاق بين جميع الرناوات المعروفة. لإنشاء نسخة دقيقة من جزء من الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي ، هناك حاجة إلى العديد من الإنزيمات والجزيئات الأخرى.

لذلك ، في أواخر الثمانينيات ، بدأت مجموعة من علماء الأحياء بحثًا يائسًا إلى حد ما. شرعوا في إنشاء RNA قادر على التكرار الذاتي.

محاولات لإنشاء RNA ذاتي التكرار

كان جاك زوستاك من كلية الطب بجامعة هارفارد أول هؤلاء الباحثين. منذ الطفولة المبكرة ، كان شغوفًا بالكيمياء لدرجة أنه حوّل قبو منزله إلى مختبر. لقد عامل سلامته بازدراء ، مما أدى ذات مرة إلى انفجار أدى إلى تثبيت لمبة زجاجية في السقف.

في أوائل الثمانينيات ، أوضح شوستاك كيف تحمي الجينات البشرية نفسها من عملية الشيخوخة. هذا البحث المبكر قاده لاحقًا إلى الحائز على جائزة جائزة نوبل.

لكنه سرعان ما أصبح مفتونًا بأبحاث تشيك حول إنزيمات الحمض النووي الريبي. يقول شوستاك: "أعتقد أنها وظيفة رائعة". "من حيث المبدأ ، من المحتمل جدًا أن يعمل الحمض النووي الريبي كمحفز لعمل نسخ منه."

في عام 1988 ، اكتشف Chek إنزيم RNA قادر على تكوين جزيء RNA صغير بطول 10 نيوكليوتيدات.

قرر شوستاك أن يذهب أبعد من ذلك ويصنع إنزيمات RNA جديدة في المختبر. أنشأ فريقه مجموعة من المتواليات العشوائية واختبر كل منها للعثور على واحد على الأقل لديه قدرة العامل الحفاز. ثم تغيرت التسلسلات ، واستمر الاختبار.

بعد 10 محاولات ، نجح شوستاك في تكوين إنزيم الحمض النووي الريبي ، والذي قام بدور المحفز بتسريع التفاعل بمعدل 7 ملايين مرة أسرع مما يحدث في البيئة الطبيعية.

أثبت فريق Shostak أن إنزيمات RNA يمكن أن تكون قوية للغاية. لكن إنزيمهم لا يستطيع إنشاء نسخ طبق الأصل الخاصة به. لقد كان طريق مسدود لشوستاك.

إنزيم R18

في عام 2001 ، تم تحقيق الاختراق التالي من قبل الطالب السابق في Shostak ، ديفيد بارثيل من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في كامبريدج.

ابتكر بارتل إنزيم RNA يسمى R18 يمكنه إضافة نيوكليوتيدات جديدة إلى سلسلة RNA بناءً على تلك الموجودة.

بعبارة أخرى ، لم يقم الإنزيم بإضافة نيوكليوتيدات عشوائية فحسب ، بل قام بنسخ التسلسل بالضبط.

كانت جزيئات التكاثر الذاتي لا تزال بعيدة ، لكن الاتجاه كان صحيحًا.

يتألف إنزيم R18 من سلسلة تحتوي على 189 نيوكليوتيد ، ويمكن أن تضيف 11 أخرى إليها - أي 6٪ من طولها. كان الباحثون يأملون أنه بعد تجارب قليلة أخرى ، يمكن تحويل هذه الـ 6٪ إلى 100٪.

كان الأكثر نجاحًا في هذا المجال هو Philip Holliger من مختبر البيولوجيا الجزيئية في كامبريدج. في عام 2011 ، قام فريقه بتعديل إنزيم R18 ، وخلق إنزيم tC19Z ، والذي يمكنه نسخ سلسلة تصل إلى 95 نيوكليوتيد. كان هذا 48٪ من طوله - أكثر من R18 ، لكن من الواضح أنه ليس 100٪ الضروري.

قدم جيرالد جويس وتريسي لينكولن من معهد سكريبس للأبحاث في لا جولا مقاربة بديلة لهذه القضية. في عام 2009 ، ابتكروا إنزيم RNA الذي يخلق نسخته المتماثلة بشكل غير مباشر.

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

بالنظر إلى المواد الخام ، يمكن أن تستمر هذه الدورة البسيطة إلى أجل غير مسمى. لكن الإنزيمات لا تعمل بشكل صحيح إلا إذا كانت خيوط الحمض النووي الريبي الصحيحة ، التي أنشأتها جويس ولينكولن ، موجودة في مكانها الصحيح.

بالنسبة للعديد من العلماء الذين يشككون في فكرة "RNA World" ، فإن الافتقار إلى تكرار RNA مستقل هو سبب رئيسيشك. الحمض النووي الريبي ببساطة ليس على مستوى مهمة أن تكون خالق كل أشكال الحياة.

لا تضف التفاؤل وفشل الكيميائيين في تكوين الحمض النووي الريبي من الصفر. وعلى الرغم من أن الحمض النووي الريبي هو جزيء أبسط بكثير من الحمض النووي ، فقد ثبت أن تكوينه يمثل تحديًا لا يُصدق.

من المحتمل أن تكون الخلايا الأولى مضروبة في الانقسام.

المشكلة هي السكر

الأمر كله يتعلق بالسكر الموجود في كل نوكليوتيد والعمود الفقري للنيوكليوتيدات. من الممكن إنشاؤها بشكل منفصل ، لكن لا يمكن ربطها معًا.

بحلول أوائل التسعينيات ، كانت هذه المشكلة واضحة بالفعل. لقد أقنعت العديد من علماء الأحياء بأن فرضية RNA World ، بغض النظر عن مدى جاذبيتها ، لا تزال مجرد فرضية.

• ربما كان هناك جزيء آخر موجود أصلاً على الأرض المبكرة: أبسط من الحمض النووي الريبي ، وقادر على التجمع من "الحساء البدائي" ، ثم يبدأ في إعادة إنتاج نفسه فيما بعد.
• ربما كان هذا الجزيء هو الأول ، وبعده ظهر الحمض النووي الريبي والحمض النووي وغيرها.

حمض نووي بولي أميد (PNA)

في عام 1991 ، بدا أن بيتر نيلسن من جامعة كوبنهاغن في الدنمارك قد وجد مرشحًا مناسبًا لدور المكرر الأساسي.

في الواقع ، كانت نسخة محسنة بشكل كبير من الحمض النووي. ترك نيلسن القاعدة دون تغيير - المعيار A و T و C و G - ولكن بدلاً من جزيئات السكر ، استخدم جزيئات تسمى بولي أميدات.

أطلق على الجزيء الناتج حمض نووي بولي أميد ، أو PNA. ومع ذلك ، بمرور الوقت ، تحول فك الاختصار لسبب ما إلى "حمض نووي ببتيد".

لا يحدث PNA في الطبيعة. لكن سلوكها يشبه إلى حد كبير سلوك الحمض النووي. يمكن أن يحل خيط PNA محل خيط في جزيء DNA ، وزوج القواعد كالمعتاد. علاوة على ذلك ، يمكن للسلطة الوطنية الفلسطينية أن تكون حلزونًا مزدوجًا مثل الحمض النووي.

كان ستانلي ميلر مفتونًا. متشككًا بعمق في مفهوم "عالم RNA" ، وأعرب عن اعتقاده أن السلطة الوطنية الفلسطينية هي الأنسب لدور الأول المادة الوراثية.

في عام 2000 ، دعم رأيه بالأدلة. بحلول ذلك الوقت ، كان قد بلغ من العمر 70 عامًا وتعرض لعدة سكتات دماغية ، وبعد ذلك كان من الممكن أن ينتهي به المطاف في دار لرعاية المسنين ، لكنه لن يستسلم.

كرر ميلر تجربته الكلاسيكية الموصوفة سابقًا ، وهذه المرة باستخدام الميثان والنيتروجين والأمونيا والماء ، وانتهى الأمر بعمود فقري بولي أميد من PNA.

من هذا تبع ذلك أنه في الأرض المبكرة كان من الممكن أن تكون هناك ظروف لظهور PNA ، على عكس الحمض النووي الريبي.

تتصرف السلطة الوطنية الفلسطينية مثل الحمض النووي.

حمض نووي ثريوز (TNA)

في غضون ذلك ، ابتكر كيميائيون آخرون أحماضهم النووية.

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

في الواقع ، كان نفس الحمض النووي ، ولكن بنوع مختلف من السكر في القاعدة. يمكن أن تشكل سلاسل الشركات عبر الوطنية حلزونًا مزدوجًا ، ويمكن نقل المعلومات من RNA إلى الشركات عبر الوطنية والعكس بالعكس.

علاوة على ذلك ، يمكن أن يشكل TNA أيضًا أشكالًا معقدة ، بما في ذلك شكل البروتين. هذا ألمح إلى أن TNA يمكن أن يعمل كإنزيم ، تمامًا مثل RNA.

حمض الجليكول النووي (GNA)

في عام 2005 ، ابتكر إريك ميججرز حمض نووي جليكول يمكنه أيضًا تكوين حلزون.

كان لكل من هذه الأحماض النووية مؤيدون لها: عادة هم منشئو الأحماض أنفسهم.

لكن في الطبيعة لا يوجد أي أثر لمثل هذه الأحماض النووية ، لذلك حتى لو افترضنا أنها استخدمت في الحياة الأولى ، فقد كان عليها في مرحلة ما التخلي عنها لصالح الحمض النووي الريبي والحمض النووي.

يبدو معقولاً ، لكن غير مدعوم بالأدلة.

كان المفهوم جيدًا ، لكن ...

وهكذا ، بحلول منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، وجد مؤيدو مفهوم "RNA World" أنفسهم في موقف صعب.

من ناحية أخرى ، توجد إنزيمات الحمض النووي الريبي في الطبيعة وتضمنت واحدة من أهم شظايا الآليات البيولوجية - الريبوسوم. ليس سيئا.

ولكن ، من ناحية أخرى ، لم يتم العثور على الحمض النووي الريبي (RNA) ذاتي التكاثر في الطبيعة ، ولم يتمكن أحد من شرح كيفية تشكل الحمض النووي الريبي بالضبط في "الحساء البدائي". يمكن تفسير هذا الأخير من خلال الأحماض النووية البديلة ، لكنها موجودة بالفعل (أو لم تكن موجودة) في الطبيعة. هذا سيء.

كان الحكم على مفهوم RNA World بأكمله واضحًا: المفهوم جيد ، لكنه ليس شاملاً.

في غضون ذلك ، منذ منتصف الثمانينيات ، كانت نظرية أخرى تتطور ببطء. ادعى مؤيدوها أن الحياة لم تبدأ بـ RNA أو DNA أو أي مادة وراثية أخرى. وفقًا لهم ، نشأت الحياة كآلية لاستخدام الطاقة.

الطاقة اولا؟

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

كان ممثلو الأول مقتنعين بأن الحياة بدأت بجزيء من الحمض النووي الريبي ، لكنهم لم يتمكنوا من معرفة كيف تمكنت جزيئات الحمض النووي الريبي أو ما شابهها من الظهور تلقائيًا على الأرض المبكرة والبدء في إعادة إنتاج نفسها. حظيت نجاحات العلماء بالإعجاب في البداية ، ولكن في النهاية توقف الباحثون. ومع ذلك ، حتى عندما كانت هذه الدراسات على قدم وساق ، كان هناك بالفعل أولئك الذين كانوا متأكدين من أن الحياة نشأت بشكل مختلف تمامًا.

تستند نظرية عالم الحمض النووي الريبي على فكرة بسيطة: أهم وظيفة للكائن الحي هي القدرة على الإنجاب. يتفق معظم علماء الأحياء مع هذا. جميع الكائنات الحية ، من البكتيريا إلى الحيتان الزرقاء ، تسعى جاهدة للتكاثر.

ومع ذلك ، لا يتفق العديد من الباحثين في هذه المسألة على أن الوظيفة الإنجابية تأتي أولاً. يقولون أن الكائن الحي يجب أن يصبح مكتفيًا ذاتيًا قبل أن يبدأ التكاثر. يجب أن يكون قادرًا على إبقاء نفسه على قيد الحياة. بعد كل شيء ، لا يمكنك إنجاب الأطفال إذا ماتت أولاً.

نحافظ على الحياة بالطعام ، بينما تمتص النباتات الطاقة من ضوء الشمس.

نعم ، من الواضح أن الرجل الذي يأكل قطعة من العصير ليس مثل بلوط عمره قرن من الزمان ، لكن في الواقع ، كلاهما يمتص الطاقة.

إن امتصاص الطاقة هو أساس الحياة.

الاسْتِقْلاب

بالحديث عن طاقة الكائنات الحية ، نحن نتعامل مع 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.

تعتبر عملية استخدام الطاقة في غاية الأهمية ، ويعتقد العديد من الباحثين أنه هو الذي أصبح بداية الحياة.

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

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

اقترح Wachtershauser أن الكائنات الحية الأولى "كانت مختلفة بشكل مذهل عن أي شيء نعرفه". لم يكونوا مكونين من خلايا. لم يكن لديهم إنزيمات أو دنا أو رنا.

من أجل الوضوح ، وصف Wachtershauser تدفق الماء الساخن المتدفق من البركان. كانت 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.

دورة التمثيل الغذائي

كانت نقطة التحول هي إنشاء الدورة الأيضية الأولى.

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

أثناء هذه العملية ، يقوم النظام بأكمله الذي يشارك في عملية التمثيل الغذائي بتجميع الطاقة التي يمكن استخدامها لإعادة تشغيل الدورة أو بدء عملية جديدة.

كل شيء آخر موهوب الكائنات الحية الحديثة(الحمض النووي ، الخلايا ، المخ) ، ظهر لاحقًا ، وعلى أساس هذه الدورات الكيميائية.

دورات التمثيل الغذائي ليست مشابهة جدا للحياة. لذلك ، أطلق واتشترهاوزر على اختراعاته اسم "الكائنات السليفة" وكتب أنها "بالكاد يمكن تسميتها حية".

لكن دورات التمثيل الغذائي التي وصفها Wachtershauser هي دائمًا مركز أي كائن حي.

خلاياك هي في الواقع مصانع مجهرية ، تحلل باستمرار مادة إلى أخرى.

دورات التمثيل الغذائي ، على الرغم من أنها ميكانيكية ، إلا أنها أساسية للحياة.

كرّس Wachtershauser العقدين الأخيرين من القرن العشرين لنظريته ، وعمل عليها بالتفصيل. ووصف المعادن الأكثر ملاءمة والدورات الكيميائية التي يمكن أن تحدث. بدأت حججه في كسب المؤيدين.

تأكيد تجريبي

في عام 1977 ، قام فريق جاك كورليس من جامعة أوريغون بالغطس في المياه الشرقية المحيط الهاديإلى عمق 2.5 كيلومتر (1.5 ميل). درس العلماء ينبوع غالاباغوس الحار في مكان ترتفع فيه تلال الصخور من القاع. عُرفت النطاقات بأنها نشطة بركانيًا في البداية.

وجد Corliss أن التلال كانت مبعثرة عمليا بالينابيع الساخنة. ارتفعت المياه الساخنة المحملة بالمواد الكيميائية من تحت قاع البحر وتدفقت من خلال ثقوب في الصخور.

والمثير للدهشة أن هذه "الفتحات الحرارية المائية" كانت مكتظة بكائنات غريبة. كانت هذه الرخويات ضخمة من عدة أنواع ، بلح البحر والحلقيات.

كان الماء مليئًا أيضًا بالبكتيريا. عاشت كل هذه الكائنات الحية على الطاقة من الفتحات الحرارية المائية.

أعطى اكتشاف الفتحات الحرارية المائية لشركة Corliss سمعة ممتازة. كما جعله يفكر.

توفر الفتحات الحرارية المائية في المحيط الحياة للكائنات الحية اليوم. ربما أصبحوا مصدرها الأساسي؟

الفتحات الحرارية المائية

في عام 1981 ، اقترح جاك كورليس أن مثل هذه الفتحات كانت موجودة على الأرض منذ 4 مليارات سنة وأن الحياة نشأت حولها. كرس حياته المهنية كلها لتطوير هذه الفكرة.

اقترح Corliss أن الفتحات الحرارية المائية يمكن أن تخلق مزيجًا من المواد الكيميائية. وقال إن كل فتحة هي نوع من رذاذ "الحساء البدائي".

• مع تدفق الماء الساخن عبر الصخور ، دفعت الحرارة والضغط أبسط المركبات العضوية إلى مركبات أكثر تعقيدًا ، مثل الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات والسكر.
• بالقرب من مخرج المحيط ، حيث لم يعد الماء شديد السخونة ، بدأوا في تكوين سلاسل مكونة الكربوهيدرات والبروتينات والنيوكليوتيدات مثل الحمض النووي.
• ثم ، بالفعل في المحيط نفسه ، حيث برد الماء بشكل كبير ، تتجمع هذه الجزيئات في خلايا بسيطة.

بدت النظرية معقولة وجذبت الانتباه.

لكن ستانلي ميلر ، الذي نوقشت تجربته في وقت سابق ، لم يشارك الحماس. في عام 1988 ، كتب أن الفتحات كانت شديدة الحرارة بحيث لا يمكن أن تتشكل فيها الحياة.

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

يمكن أن تدوم المركبات الرئيسية مثل السكر بضع ثوانٍ فقط على الأكثر.

علاوة على ذلك ، فإن هذه الجزيئات البسيطة لن تكون قادرة على تكوين سلاسل ، لأن المياه المحيطة بها سوف تكسرها على الفور تقريبًا.

دافئ ، حتى أكثر دفئا ...

في هذه المرحلة ، دخل الجيولوجي مايك راسل في المناقشة. كان يعتقد أن نظرية التنفيس تتناسب تمامًا مع افتراضات Wachtershauser حول الكائنات السليفة. قادته هذه الأفكار إلى إنشاء واحدة من أكثر الأشياء النظريات الشعبيةعن أصل الحياة.

أمضى شباب راسل في صنع الأسبرين ودراسة المعادن الثمينة. وأثناء ثوران بركاني محتمل في الستينيات ، نجح في تنسيق خطة استجابة دون أي خبرة وراءه. لكنه كان مهتمًا بدراسة كيفية تغير سطح الأرض على مدى عصور مختلفة. فرصة للنظر إلى التاريخ من منظور جيولوجي وتشكيل نظريته حول أصل الحياة.

في الثمانينيات ، وجد حفريات تظهر أنه في العصور القديمة كانت هناك فتحات حرارية لا تتجاوز درجة الحرارة فيها 150 درجة مئوية. وقال إن درجات الحرارة المعتدلة هذه يمكن أن تسمح للجزيئات بالبقاء لفترة أطول بكثير مما كان يعتقد ميللر.

علاوة على ذلك ، هناك شيء مثير للفضول في حفريات هذه الفتحات الأقل سخونة. معدن يسمى البيريت ويتكون من الحديد والكبريت على شكل أنابيب طولها 1 ملليمتر.

اكتشف راسل في مختبره أن البيريت يمكن أن يشكل أيضًا قطرات كروية. اقترح أن أول جزيئات عضوية معقدة تشكلت على وجه التحديد داخل هياكل البيريت.

في نفس الوقت تقريبًا ، بدأ Wachtershauser في نشر نظرياته ، بناءً على حقيقة أن تدفق المياه ، الغني بالمواد الكيميائية ، يتفاعل مع بعض المعادن. حتى أنه اقترح أن هذا المعدن يمكن أن يكون البيريت.

2+2=?

كان على راسل فقط إضافة 2 و 2.

واقترح أن الكائنات الأولية لـ Wachtershauser تكونت داخل الفتحات الحرارية المائية الدافئة في أعماق البحار ، حيث يمكن أن تكونت هياكل البيريت. إذا لم يكن راسل مخطئًا ، فقد نشأت الحياة في أعماق البحر ، وظهر التمثيل الغذائي لأول مرة.

تم وضع كل هذا في ورقة بحثية كتبها راسل عام 1993 ، بعد 40 عامًا من تجربة ميلر الكلاسيكية.

نشأ صدى في الصحافة أقل من ذلك بكثير ، لكن هذا لا ينتقص من أهمية الاكتشاف. جمع راسل فكرتين مختلفتين (دورات Wachtershauser الأيضية وفتحات Corliss الحرارية المائية) في مفهوم واحد مقنع إلى حد ما.

أصبح هذا المفهوم أكثر إثارة للإعجاب عندما شارك راسل أفكاره حول كيفية امتصاص الكائنات الحية الأولى للطاقة. بعبارة أخرى ، أوضح كيف يمكن لعملية التمثيل الغذائي أن تعمل. استندت فكرته إلى عمل أحد عباقرة العلم الحديث المنسيين.

تجارب ميتشل "السخيفة"

في الستينيات ، أُجبر عالم الكيمياء الحيوية بيتر ميتشل على مغادرة جامعة إدنبرة بسبب المرض.

قام بتحويل قصر في كورنوال إلى مختبر شخصي. انقطع عن المجتمع العلمي ، وقام بتمويل عمله عن طريق بيع الحليب من أبقاره المحلية. يعتقد العديد من علماء الكيمياء الحيوية ، بما في ذلك ليزلي أورجيل ، التي نوقشت أبحاثها عن الحمض النووي الريبي سابقًا ، أن عمل ميتشل كان سخيفًا للغاية.

بعد ما يقرب من عقدين من الزمان ، فاز ميتشل بجائزة نوبل في الكيمياء عام 1978. لم يصبح مشهورًا أبدًا ، لكن أفكاره يمكن تتبعها في أي كتاب علم أحياء.

كرس ميتشل حياته لدراسة كيفية استخدام الكائنات الحية للطاقة التي تحصل عليها من الطعام. بعبارة أخرى ، كان مهتمًا بكيفية بقائنا على قيد الحياة من الثانية إلى الثانية.

حصل عالم الكيمياء الحيوية البريطاني بيتر ميتشل على جائزة نوبل في الكيمياء لعمله على آلية تخليق ATP.

كيف يخزن الجسم الطاقة

عرف ميتشل أن جميع الخلايا تخزن الطاقة في جزيء معين ، وهو الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). الشيء المهم هو أن سلسلة من ثلاثة فوسفات مرتبطة بالأدينوزين. يتطلب إرفاق الفوسفات الثالث الكثير من الطاقة ، والذي يتم تخزينه لاحقًا في ATP.

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

أراد ميتشل أن يفهم كيف تمكنت الخلايا من تكوين ATP في المقام الأول. كيف ركزوا طاقة كافية في ADP لربط فوسفات ثالث؟

عرف ميتشل أن الإنزيم الذي يصنع ATP يقع على الغشاء. وخلص إلى أن الخلية تضخ جسيمات مشحونة تسمى البروتونات عبر الغشاء ، وبالتالي يمكن رؤية العديد من البروتونات على جانب واحد ، بينما لا يوجد أي منها تقريبًا على الجانب الآخر.

ثم تحاول البروتونات العودة إلى الغشاء للحفاظ على التوازن في كل جانب ، لكن يمكنها فقط الوصول إلى الإنزيم. إن تدفق البروتونات السريعة هو ما يمنح الإنزيم الطاقة التي يحتاجها لإنتاج ATP.

جاء ميتشل بهذه الفكرة لأول مرة في عام 1961. لمدة 15 عامًا ، دافع عن نظريته من الهجوم ، على الرغم من الأدلة الدامغة.

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

كانت الحياة بحاجة إلى الفصل الطبيعي للبروتونات

بناء على نظريته في الحياة ، لفت راسل الانتباه إلى تقسيم البروتونات الذي أظهره ميتشل: العديد من البروتونات على جانب واحد من الغشاء وقليل منها فقط على الجانب الآخر.

تحتاج جميع الخلايا إلى فصل البروتونات هذا 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.

لذلك توصل راسل إلى نتيجة منطقية أخرى: تتكون الحياة حيث يوجد فصل طبيعي للبروتونات.

في مكان ما بالقرب من الفتحات الحرارية المائية. لكن يجب أن تكون الفتحة من نوع معين.

كان للأرض في وقت مبكر بحار حمضية ، والمياه الحمضية مشبعة بالبروتونات. لفصل البروتونات ، يجب أن يكون الماء في الفتحات الحرارية المائية فقيرًا في البروتونات: بمعنى آخر ، يجب أن يكون قلويًا.

لم تتناسب فتحات Corliss الحرارية المائية مع هذا الشرط. لم تكن ساخنة جدًا فحسب ، بل كانت أيضًا مشبعة جدًا بالأحماض.

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

الدكتورة ديبورا كيلي.

فتحات حرارية قلوية وباردة

تمكن كيلي بصعوبة كبيرة من أن يصبح عالما. توفي والدها عندما كانت في المدرسة الثانوية ، واضطرت للعمل بعد المحاضرات لدفع تكاليف تعليمها الجامعي.

لكنها نجحت ، وتحمست فيما بعد لفكرة دراسة البراكين تحت الماء والفتحات الحرارية المائية الساخنة. قادها شغفها بدراسة البراكين والفتحات الساخنة تحت الماء إلى قلبها المحيط الأطلسي. كان هناك في الأعماق سلسلة جبال مهيبة ترتفع من قاع المحيط.

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

تدفقت المياه منها عند درجة حرارة 40-75 درجة مئوية وكمية صغيرة من القلويات. شكلت المعادن الكربونية من هذه المياه أعمدة شديدة الانحدار ، تشبه أعمدة الدخان وتتصاعد من القاع مثل أنابيب الأعضاء. على الرغم من مظهرها المخيف و "الشبحي" ، كانت هذه الأعمدة في الواقع موطنًا لمستعمرات ميكروبات الماء الدافئ.

تناسب هذه الفتحات القلوية نظرية راسل تمامًا. كان على يقين من أن الحياة بدأت في فتحات مماثلة لتلك الموجودة في المدينة المفقودة.

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

أشمل نظرية حول أصل الحياة على الأرض

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

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

بفضل كيلي ، عرفوا أن صخور الفتحات القلوية كانت مسامية: كانت منقطة بثقوب صغيرة مملوءة بالماء. اقترح العلماء أن هذه الثقوب لعبت دور "الخلايا". كل واحد منهم يحتوي على مواد مهمة ، مثل المعادن مثل البيريت. تخلص من الانشطار الطبيعي للبروتونات التي توفرها الفتحات ، وسيكون لديك المكان المثالي لبدء عملية التمثيل الغذائي.

اقترح راسل ومارتن أنه بمجرد أن بدأت الحياة في استخدام الطاقة الكيميائية للمياه من الفتحات ، بدأت في تكوين جزيئات مثل الحمض النووي الريبي. في النهاية ، صنعت غشاءها الخاص ، وأصبح خلية حقيقية ، وتركت الصخور المسامية متجهة إلى المياه المفتوحة.

اليوم هي واحدة من الفرضيات الرائدة فيما يتعلق بأصل الحياة.

الاكتشافات الحديثة

تلقت هذه النظرية دعماً قوياً في يوليو 2016 ، عندما نشر مارتن دراسات أعادت بناء بعض سمات "آخر سلف مشترك عالمي" (LCU). هذا هو الاسم الشرطي للكائن الحي الذي كان موجودًا منذ بلايين السنين ، والذي أدى إلى ظهور كل تنوع الحياة الحديثة.

ربما لم نعد قادرين على العثور على أحافير لهذا الكائن الحي ، ولكن بناءً على جميع البيانات المتاحة ، يمكننا تخمين شكله وما هي خصائصه من خلال دراسة الكائنات الحية الدقيقة الحديثة.

هذا بالضبط ما فعله مارتن. درس الحمض النووي للكائنات الدقيقة الحديثة عام 1930 وحدد 355 جينًا كانت موجودة في كل منها تقريبًا.

يمكن الافتراض أن هذه الجينات الـ 355 قد تم تناقلها من جيل إلى جيل ، حيث أن كل هذه الميكروبات في عام 1930 كان لها سلف مشترك - على الأرجح من الوقت الذي كان فيه PUOP لا يزال موجودًا.

من بين هذه الجينات تلك التي كانت مسؤولة عن استخدام تقسيم البروتونات ، لكنها لم تكن مسؤولة عن خلق هذا الانقسام - تمامًا كما في نظرية راسل ومارتن.

علاوة على ذلك ، بدا أن PUOP قادرة على التكيف مع مواد مثل الميثان ، مما يعني وجود بيئة نشطة بركانيًا حولها. وهذا هو ، تنفيس حراري مائي.

ليس بسيط جدا

ومع ذلك ، وجد مؤيدو فكرة RNA World مشكلتين في مفهوم Russell-Martin. لا يزال من الممكن تصحيح أحدهما ، لكن الآخر قد يعني انهيار النظرية بأكملها.

المشكلة الأولى هي عدم وجود دليل تجريبي على أن العمليات التي وصفها راسل ومارتن قد حدثت بالفعل.

نعم ، لقد بنى العلماء النظرية خطوة بخطوة ، لكن لم يتم إعادة إنتاج أي من الخطوات في المختبر بعد.

أنصار فكرة المظهر الأساسي تكرارتقدم نتائج الاختبارات بانتظام "، كما يقول أرمين مولكيدزانيان ، الخبير في أصل الحياة. أنصار فكرة المظهر الأساسي الاسْتِقْلابلا يفعلون ذلك ".

لكن هذا قد يتغير قريبًا بفضل زميل مارتن ، نيك لين من جامعة كوليدج لندن. صمم لين "مفاعل أصل الحياة" الذي يحاكي الظروف داخل فتحات التهوية القلوية. إنه يأمل في إعادة إنشاء دورات التمثيل الغذائي وربما حتى الحمض النووي الريبي. لكن من السابق لأوانه الحديث عن ذلك.

المشكلة الثانية هي أن الفتحات تقع في أعماق المياه. كما أشار ميلر في عام 1988 ، لا يمكن أن تتشكل الجزيئات طويلة السلسلة مثل الحمض النووي الريبي والبروتينات في الماء بدون إنزيمات لمنعها من الانهيار.

بالنسبة للعديد من الباحثين ، أصبحت هذه الحجة حاسمة.

يقول مولكيدزانيان: "بخلفية في الكيمياء ، لا يمكنك الإيمان بنظرية فتحات أعماق البحار لأنك تعرف الكيمياء وتفهم أن كل هذه الجزيئات لا تتوافق مع الماء".

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

لكن في العقد الماضي ، برز نهج ثالث في المقدمة ، مصحوبًا بسلسلة من التجارب المثيرة للفضول.

على عكس نظريات "عالم الحمض النووي الريبي" والفتحات الحرارية المائية ، فإن هذا النهج ، إذا نجح ، يعد بما لا يمكن تصوره - تكوين خلية حية من الصفر.

كيف تصنع خلية؟

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

1. أنصار "عالم RNA"ادعى أن الحياة بدأت بجزيء ذاتي التكاثر.
2. أنصار نفس النظرية حول " التمثيل الغذائي الأولي "خلق فهمًا تفصيليًا لكيفية نشأة الحياة في المخارج الحرارية المائية في أعماق البحار.

ومع ذلك ، ظهرت نظرية ثالثة في المقدمة.

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

مهمة الخلية هي احتواء جميع العناصر الحيوية بداخلها. إذا تمزق الجدار الخارجي ، فسوف تتساقط الدواخل ، وتموت الخلية بالفعل - مثل شخص منزوع الأحشاء.

الجدار الخارجي للخلية مهم للغاية لدرجة أن بعض العلماء يعتقدون أنه كان يجب أن يظهر أولاً. إنهم على يقين من أن نظرية "الجينات الأولية" ونظرية "التمثيل الغذائي الأولي" خاطئة بشكل أساسي.

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

نظرية الخلية الأولية

حجج لويس بسيطة ومقنعة. كيف يمكنك أن تتخيل عملية التمثيل الغذائي أو الحمض النووي الريبي ذاتي التكاثر ، حيث تحتاج إلى الكثير من المواد في مكان واحد ، إذا لم يكن هناك حاوية آمنة للجزيئات؟

الاستنتاج من هذا هو ما يلي: هناك نسخة واحدة فقط من أصل الحياة.

بطريقة ما ، في خضم حرارة وعواصف الأرض المبكرة ، شكلت بعض المواد الخام خلايا بدائية ، أو "خلايا أولية".

لإثبات هذه النظرية ، من الضروري إجراء تجارب في المختبر - حاول إنشاء نموذج بسيط خلية حية.

تعود جذور أفكار لويس إلى أعمال العالم السوفيتي ألكسندر أوبارين ، والتي نوقشت سابقًا. وأكد أوبارين أن بعض المواد تشكل فقاعات تسمى يتلاحم، والتي يمكن أن تحمل مواد أخرى في مركزها.

اقترح لويزي أن هذه الخلايا المصاحبة كانت أول الخلايا الأولية.

قد تكون Coacervates هي الخلايا الأولية الأولى.

عالم الدهون

أي مادة دهنية أو زيتية تشكل فقاعات أو غشاء على الماء. هذه المجموعة من المواد تسمى الدهون ، والنظرية التي أدت إلى نشوء الحياة تسمى "عالم الدهون".

لكن تشكيل الفقاعات وحده لا يكفي. يجب أن تكون مستقرة وقادرة على الانقسام لتكوين فقاعات "ابنة" ، ولديها على الأقل بعض التحكم في تدفق المواد داخلها وخارجها - كل هذا بدون البروتينات المسؤولة عن هذه الوظائف في الخلايا الحديثة.

لذلك ، كان من الضروري إنشاء خلايا أولية من المواد المناسبة. هذا بالضبط ما فعله لويزي لعدة عقود ، لكنه لم يقدم شيئًا مقنعًا.

بروتوسيل مع الحمض النووي الريبي

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

كان هذا الافتراض يعني رفض "التجزئة الأولية" البحتة ، لكن لويس كان لديه سبب وجيه للقيام بذلك.

فالخلية ذات الجدار الخارجي ولكن لا توجد جينات بداخلها تخلو من العديد من الوظائف. كان عليها أن تكون قادرة على الانقسام إلى خلايا ابنة ، لكنها لم تستطع نقل المعلومات عن نفسها إلى نسلها. يمكن أن تبدأ الخلية في التطور وتصبح أكثر تعقيدًا فقط إذا كان هناك عدد قليل من الجينات على الأقل.

سرعان ما اكتسبت النظرية مؤيدًا قويًا في Jack Szostak ، الذي نوقش عمله على فرضية RNA World في وقت سابق. لسنوات عديدة ، كان هؤلاء العلماء على جوانب مختلفة من المجتمع العلمي - أيد لويس فكرة "التقسيم الأولي" ، وشوستاك - "علم الوراثة الأولية".

يتذكر شوستاك: "في المؤتمرات حول أصل الحياة ، دخلنا دائمًا في نقاشات طويلة حول ما هو أكثر أهمية وما الذي يأتي أولاً". "في النهاية ، أدركنا أن الخلايا تحتاج إلى كليهما. لقد توصلنا إلى استنتاج مفاده أنه بدون التقسيم والنظام الجيني ، لا يمكن أن تتشكل الحياة الأولى ".

في عام 2001 ، تضافرت جهود شوستاك ولويزي وواصلتا بحثهما. في مقال في مجلة Nature ، جادلوا أنه من أجل تكوين خلية حية من الصفر ، من الضروري وضع الحمض النووي الريبي المتكاثر ذاتيًا في قطرة بسيطة من الدهون.

كانت الفكرة جريئة ، وسرعان ما كرس شوستاك نفسه بالكامل لتنفيذها. بعد أن حكم بحق أنه "من المستحيل رسم نظرية بدون دليل عملي" ، قرر أن يبدأ تجارب على الخلايا الأولية.

حويصلات

بعد ذلك بعامين ، أعلن شوستاك واثنان من زملائه عن اختراق علمي كبير.

أجريت التجارب على حويصلات: قطرات كروية بطبقتين من الأحماض الدهنية من الخارج ولب سائل بالداخل.

في محاولة لتسريع تكوين الحويصلات ، أضاف العلماء جزيئات من معدن طيني يسمى مونتموريلونيت. أدى هذا إلى تسريع تكوين الحويصلات بمقدار 100 مرة. خدم سطح الطين كمحفز ، يؤدي بشكل أساسي مهمة الإنزيم.

علاوة على ذلك ، يمكن للحويصلات أن تمتص جسيمات المونتموريلونيت وسلاسل الحمض النووي الريبي من سطح الطين.

من خلال الإضافة البسيطة للطين ، انتهى الأمر بالخلايا الأولية التي تحتوي على كل من الجينات والمحفز.

لم يكن قرار إضافة المونتموريلونيت بدون سبب. أظهرت عقود من البحث أن المونتموريلونيت والمعادن الطينية الأخرى كانت مهمة جدًا في أصل الحياة.

المونتموريلونيت هو طين شائع. الآن يستخدم على نطاق واسع في الحياة اليومية ، على سبيل المثال ، كحشو لفضلات القطط. يتكون أثناء انقسام الرماد البركاني تحت تأثير احوال الطقس. نظرًا لوجود العديد من البراكين على الأرض المبكرة ، فمن المنطقي افتراض أن المونتموريلونايت كان بكثرة.

في عام 1986 ، أثبت الكيميائي جيمس فيريس أن المونتموريلونايت هو عامل حفاز يعزز تكوين الجزيئات العضوية. اكتشف لاحقًا أيضًا أن هذا المعدن يسرع من تكوين الحمض النووي الريبي الصغير.

قاد هذا فيريس إلى الاعتقاد بأن الطين غير المثير للإعجاب كان في يوم من الأيام مكان ولادة الحياة. التقط Shostak هذه الفكرة واستخدم montmorillonite لإنشاء خلايا أولية.

حدث تكوين الحويصلات بمشاركة الطين أسرع بمئات المرات.

تطوير الخلايا الأولية وتقسيمها

بعد عام ، اكتشف فريق Szostak أن خلاياهم الأولية تنمو من تلقاء نفسها.

مع إضافة جزيئات RNA جديدة إلى الخلية الأولية ، تراجع الجدار الخارجي تحت الضغط المتزايد. بدا الأمر كما لو أن الخلية الأولية قد حشو معدتها وكانت على وشك الانفجار.

للتعويض عن الضغط ، اختارت الخلايا الأولية أكثر الأحماض الدهنية ودمجتها في الجدار حتى تتمكن من الاستمرار في النفخ بأمان إلى أحجام كبيرة.

لكن الشيء المهم هو أن الأحماض الدهنية مأخوذة من خلايا أولية أخرى ذات محتوى أقل من الحمض النووي الريبي ، مما تسبب في تقلصها. وهذا يعني أن الخلايا الأولية تنافست ، وأن الخلايا التي تحتوي على المزيد من RNA فازت.

أدى هذا إلى استنتاجات مثيرة للإعجاب. إذا كان من الممكن أن تنمو الخلايا الأولية ، فهل يمكن أن تنقسم؟ هل سيكون Shostak قادرًا على إجبار الخلايا الأولية على التكاثر بمفردها؟

أظهرت تجارب Shostak الأولى إحدى طرق تقسيم الخلايا الأولية. عندما تم دفع الخلايا الأولية من خلال ثقوب صغيرة ، فإنها تتقلص في شكل نبيبات ، والتي تنقسم بعد ذلك إلى خلايا أولية "ابنة".

كان هذا رائعًا ، لأنه لم تكن هناك آليات خلوية متورطة في العملية ، فقط الضغط الميكانيكي العادي.

ولكن كانت هناك أيضًا عيوب ، لأنه أثناء التجربة فقدت الخلايا الأولية جزءًا من محتوياتها. كما اتضح أن الخلايا الأولى لا يمكن أن تنقسم إلا تحت ضغط قوى خارجية تدفعها عبر فتحات ضيقة.

توجد طرق عديدة لإجبار الحويصلات على الانقسام ، مثل إضافة تيار قوي من الماء. ولكن كان من الضروري إيجاد طريقة تنقسم بها الخلايا الأولية دون أن تفقد محتوياتها.

مبدأ اللمبة

في عام 2009 ، وجد Shostak وطالبه Tin Zhu حلاً. لقد صنعوا خلايا أولية أكثر تعقيدًا قليلاً بجدران متعددة ، تشبه إلى حد ما طبقات البصل. على الرغم من التعقيد الواضح ، كان من السهل جدًا إنشاء مثل هذه الخلايا الأولية.

عندما قام Zhu بإطعامهم بالأحماض الدهنية ، نمت الخلايا الأولية وتغير شكلها ، واستطالت واكتسبت شكلًا خيطيًا. عندما أصبحت الخلية الأولية كبيرة بما يكفي ، لم يستغرق الأمر سوى قدر ضئيل من القوة لتفكيكها إلى خلايا أولية صغيرة.

احتوت كل خلية أولية على الحمض النووي الريبي من الخلية الأصلية ، ولم يُفقد أي من الحمض النووي الريبي تقريبًا. علاوة على ذلك ، يمكن أن تستمر الخلايا الأولية في هذه الدورة أكثر - نمت الخلايا الأولية البنت وانقسمت من تلقاء نفسها.

في سياق تجارب أخرى ، وجد Zhu و Shostak طريقة لإجبار الخلايا الأولية على الانقسام. يبدو أنه قد تم حل جزء من المشكلة.

الحاجة إلى تكرار الحمض النووي الريبي ذاتيًا

ومع ذلك ، لا تزال الخلايا الأولية لا تعمل بشكل صحيح. رأى لويزي الخلايا الأولية كحاملات للـ RNAs ذاتية التكاثر ، ولكن حتى الآن كانت RNAs داخلها فقط ولم تؤثر على أي شيء.

لإثبات أن الخلايا الأولية كانت بالفعل أول حياة على الأرض ، احتاج شوستاك إلى الحصول على الحمض النووي الريبي لصنع نسخ من نفسه.

لم تكن المهمة سهلة ، لأن عقودًا من تجارب العلماء ، والتي كتبنا عنها سابقًا ، لم تؤد إلى إنشاء RNA ذاتي التكاثر.

واجه Shostak نفسه نفس المشكلة في سياق عمله المبكر على نظرية RNA World. منذ ذلك الحين ، لا يبدو أن أحدًا قد حلها.

قضى Orgel السبعينيات والثمانينيات في دراسة مبدأ نسخ خيوط RNA.

جوهرها بسيط. تحتاج إلى أخذ خيط واحد من الحمض النووي الريبي ووضعه في وعاء به نيوكليوتيدات. ثم استخدم هذه النيوكليوتيدات لإنشاء خيط RNA ثانٍ يكمل الأول.

على سبيل المثال ، ستشكل خصلة RNA لنمط "CGC" خصلة إضافية من نمط "GCG". النسخة التالية ستعيد إنشاء دائرة "CGC" الأصلية.

لاحظ Orgel ذلك شروط معينةيتم نسخ خيوط الحمض النووي الريبي بهذه الطريقة دون مساعدة الإنزيمات. من الممكن أن تكون الحياة الأولى قد نسخت جيناتها بهذه الطريقة.

بحلول عام 1987 ، تمكن Orgel من إنشاء 14 خيطًا إضافيًا من النوكليوتيدات في خيوط RNA ، والتي كانت أيضًا بطول 14 نيوكليوتيد.

عنصر مفقود

وجد Adamala و Szostak أن المغنيسيوم ضروري للتفاعل. كان هذا مشكلة لأن المغنيسيوم دمر الخلايا الأولية. ولكن كان هناك مخرج: استخدام السترات ، وهي مطابقة تقريبًا لحمض الستريك الموجود في الليمون والبرتقال ، والموجود في أي خلية حية.

في ورقة بحثية نُشرت في عام 2013 ، وصف Adamala و Szostak دراسة تمت فيها إضافة سترات إلى الخلايا الأولية ، متداخلة مع المغنيسيوم وحماية الخلايا الأولية دون التدخل في نسخ السلسلة.

بعبارة أخرى ، حققوا ما تحدث عنه لويزي عام 1994. يقول زوستاك: "لقد أطلقنا التكاثر الذاتي للحمض النووي الريبي داخل حويصلات الأحماض الدهنية".

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

• ابتكر العلماء خلايا أولية تحتفظ بجيناتها بينما تمتص الجزيئات المفيدة من البيئة.
• يمكن أن تنمو الخلايا الأولية وتنقسم بل وتتنافس مع بعضها البعض.
• أنها تحتوي على RNAs التي تكرر نفسها.
• من جميع النواحي ، تشبه الخلايا الأولية التي تم إنشاؤها في المختبر الحياة بشكل ملحوظ.

كانوا أيضا صامدين. في عام 2008 ، اكتشف فريق زوستاك أن الخلايا الأولية يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 100 درجة مئوية ، وهي درجة الحرارة التي تموت عندها معظم الخلايا الحديثة. عزز هذا فقط الاعتقاد بأن الخلايا الأولية تشبه الحياة الأولى ، والتي كان عليها أن تعيش بطريقة ما في ظروف زخات النيازك المستمرة.

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

ومع ذلك ، للوهلة الأولى ، يختلف نهج Shostak تمامًا عن الدراسات الأخرى حول أصل الحياة التي استمرت طوال الأربعين عامًا الماضية. بدلاً من التركيز على "التكاثر الذاتي الأولي" أو "التجزئة الأولية" ، وجد طريقة للجمع بين هذه النظريات.

كان هذا هو سبب إنشاء نهج موحد جديد لدراسة مسألة أصل الحياة على الأرض.

يشير هذا النهج إلى أن الحياة الأولى لم يكن لها خاصية ظهرت قبل الآخرين. إن فكرة "مجموعة الخصائص الأولية" لديها بالفعل الكثير من الأدلة العملية ويمكنها افتراضيًا أن تحل جميع مشاكل النظريات الموجودة.

التوحيد الكبير

بحثًا عن إجابة لسؤال أصل الحياة ، تم تقسيم علماء القرن العشرين إلى 3 معسكرات. تمسك كل واحد بفرضياته الخاصة وأشاد بعمل الاثنين الآخرين. كان هذا النهج فعالاً بالتأكيد ، لكن واجه كل من المعسكرات في النهاية مشاكل مستعصية. لذلك ، في أيامنا هذه ، قرر العديد من العلماء تجربة نهج موحد لهذه المشكلة.

تعود جذور فكرة التوحيد إلى اكتشاف حديث يثبت النظرية التقليدية "للتكاثر الذاتي الأولي" لـ "عالم الحمض النووي الريبي" ، ولكن للوهلة الأولى فقط.

في عام 2009 ، واجه أنصار نظرية "عالم RNA" مشكلة كبيرة. لم يتمكنوا من تكوين النيوكليوتيدات ، اللبنات الأساسية للحمض النووي الريبي ، بطريقة تمكنوا من تكوينها ذاتيًا في ظل ظروف الأرض المبكرة.

كما رأينا سابقًا ، أدى هذا بالعديد من الباحثين إلى الاعتقاد بأن الحياة الأولى لم تكن قائمة على الحمض النووي الريبي على الإطلاق.

كان جون ساذرلاند يفكر في هذا منذ الثمانينيات. يقول: "سيكون أمرًا رائعًا أن يتمكن شخص ما من إثبات كيفية تجميع الحمض النووي الريبي من تلقاء نفسه".

لحسن حظ ساذرلاند ، عمل في مختبر كامبريدج للبيولوجيا الجزيئية (LMB). تبقي معظم المعاهد البحثية موظفيها مشغولين في انتظار اكتشافات جديدة ، لكن LMB سمحت للموظفين بالعمل بجدية على حل المشكلة. لذلك كان ساذرلاند قادرًا على التفكير بهدوء في سبب صعوبة تكوين نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي ، وعلى مدار عدة سنوات طور نهجًا بديلًا.

نتيجة لذلك ، توصل ساذرلاند إلى رؤية جديدة تمامًا لأصل الحياة ، والتي تتمثل في حقيقة أن جميع المكونات الأساسية للحياة يمكن أن تكون قد تشكلت في نفس الوقت.

المبنى المتواضع لمختبر كامبريدج للبيولوجيا الجزيئية.

مصادفة سعيدة للجزيئات والظروف

يوضح ساذرلاند قائلاً: "لم تنجح عدة جوانب رئيسية في كيمياء الحمض النووي الريبي في آنٍ واحد". يتكون كل نيوكليوتيد RNA من سكر وقاعدة وفوسفات. لكن من الناحية العملية ، كان من المستحيل إجبار السكر والقاعدة على التفاعل. ببساطة لم تكن الجزيئات بالشكل الصحيح.

لذلك بدأ ساذرلاند بتجربة مواد أخرى. ونتيجة لذلك ، ابتكر فريقه 5 جزيئات بسيطة ، تتكون من نوع مختلف من السكر والسياناميد ، والتي ، كما يوحي الاسم ، مرتبطة بالسيانيد. تم تمرير هذه المواد من خلال سلسلة تفاعلات كيميائية، مما أدى في النهاية إلى تكوين اثنين من النيوكليوتيدات الأربعة.

مما لا شك فيه أن النجاح أدى على الفور إلى رفع سمعة ساذرلاند.

بدا للعديد من المراقبين أن هذا دليل آخر لصالح نظرية "عالم RNA". لكن ساذرلاند نفسه رأى الأمر بشكل مختلف.

ركزت الفرضية "الكلاسيكية" لـ "عالم الحمض النووي الريبي" على حقيقة أن الحمض النووي الريبي في الكائنات الحية الأولى كان مسؤولاً عن جميع وظائف الحياة. لكن ساذرلاند يصف هذا الادعاء بأنه "متفائل بشكل ميؤوس منه". وهو يعتقد أن RNA شارك فيها ، لكنه لم يكن المكون الوحيد المهم للبقاء.

مستوحاة من ساذرلاند اخر الاعمالجاك شوستاك ، الذي جمع مفهوم "التكرار الذاتي الأولي" لـ "عالم الحمض النووي الريبي" مع أفكار بيير لويجي لويزي عن "التجزئة الأولية".

كيف تصنع خلية حية من الصفر

تم لفت انتباه ساذرلاند إلى التفاصيل الغريبة في تركيب النيوكليوتيدات ، والتي بدت في البداية عرضية.

كانت الخطوة الأخيرة في تجارب ساذرلاند دائمًا إضافة الفوسفات إلى النيوكليوتيدات. لكنه أدرك لاحقًا أنه يجب إضافتها منذ البدايةلأن الفوسفات يسرع التفاعلات في المراحل المبكرة.

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

هذا جعله يعتقد ذلك يجب أن تكون عمليات المزج عشوائية. في بداية كوكب الأرض ، على الأرجح ، طفت الكثير من المواد الكيميائية في بركة واحدة. بالطبع ، يجب ألا تشبه الخلائط مياه المستنقعات ، لأنك تحتاج إلى إيجاد المستوى الأمثل للعشوائية.

تم إنشاؤها في عام 1950 ، خلطات ستانلي ميلر ، والتي تم ذكرها سابقًا ، كانت أكثر فوضوية من خليط ساذرلاند. كانت تحتوي على جزيئات بيولوجية ، ولكن ، كما يقول ساذرلاند ، "كان هناك القليل منها ، وكان مصحوبًا بعدد أكبر بكثير من المركبات غير البيولوجية".

شعر ساذرلاند أن ظروف تجربة ميلر لم تكن نظيفة بما فيه الكفاية. كان الخليط فوضويًا للغاية ، مما أدى إلى فقدان المواد الضرورية فيه.

لذلك قرر ساذرلاند أن يلتقط "كيمياء غولديلوكس": غير المحملة بشكل زائد مواد مختلفةلتصبح عديمة الفائدة ، ولكن ليس بهذه البساطة بحيث تكون محدودة في قدراتها.

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

البركة البدائية وتكوين الحياة في دقائق قليلة

ببساطة ، تخيل أنه قبل 4 مليارات سنة كانت هناك بركة صغيرة على الأرض. لسنوات عديدة ، تم تشكيل المواد اللازمة فيه ، حتى اكتسب الخليط التركيب الكيميائي، وهو أمر ضروري لبدء العملية. ثم تشكلت الخلية الأولى ، ربما في غضون دقائق قليلة.

قد يبدو هذا رائعًا ، مثل ادعاءات الخيميائيين في العصور الوسطى. لكن ساذرلاند بدأ في الحصول على أدلة.

منذ عام 2009 ، كان يبرهن على أنه يمكن استخدام نفس المواد التي تشكلت منها أول نكليوتيدات من الحمض النووي الريبي (RNA) في تكوين جزيئات أخرى مهمة لأي كائن حي.

كانت الخطوة التالية الواضحة هي إنشاء نيوكليوتيدات RNA أخرى. مع هذا ، لم يتأقلم ساذرلاند بعد ، ولكن في عام 2010 أظهر جزيئات قريبة من ذلك ، والتي يمكن أن تتحول إلى نيوكليوتيدات.

وفي عام 2013 ، جمع سلائف الأحماض الأمينية. هذه المرة ، أضاف سيانيد النحاس لخلق التفاعل اللازم.

كانت المواد القائمة على السيانيد موجودة في العديد من التجارب ، وفي عام 2015 استخدمها ساذرلاند مرة أخرى. أظهر أنه باستخدام نفس مجموعة المواد ، يمكن تكوين سلائف دهنية - الجزيئات التي تشكل جدران الخلايا. حدث التفاعل تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية ، وشارك فيه الكبريت والنحاس ، مما ساعد على تسريع العملية.

"كل اللبنات [تشكلت] من النواة المشتركةالتفاعلات الكيميائية "، يشرح شوستاك.

إذا كان ساذرلاند على حق ، فإن نظرتنا إلى أصل الحياة كانت خاطئة بشكل أساسي خلال الأربعين عامًا الماضية.

منذ اللحظة التي رأى فيها العلماء مدى تعقيد بناء الخلية ، ركز الجميع على فكرة أن الخلايا الأولى قد تم تجميعها معًا. تدريجيا ، عنصر بعد عنصر.

منذ أن توصلت ليزلي أورجيل إلى فكرة أن الحمض النووي الريبي يأتي أولاً ، كان الباحثون "يحاولون البدء بعنصر 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 تحدنا فكرة أن الخلية معقدة جدًا بحيث لا يمكن أن تظهر دفعة واحدة". "كما ترى ، يمكنك إنشاء وحدات بناء لجميع الأنظمة في نفس الوقت."

حتى أن شوستاك يشتبه في أن معظم محاولات تكوين جزيئات الحياة وتجميعها في خلايا حية قد فشلت لنفس السبب: ظروف تجريبية شديدة التعقيم.

أخذ العلماء المواد الضرورية ونسوا تمامًا تلك التي ربما كانت موجودة أيضًا على الأرض المبكرة. لكن عمل ساذرلاند يظهر أن إضافة مواد جديدة إلى خليط ينتج مركبات أكثر تعقيدًا.

واجه شوستاك هذا الأمر بنفسه في عام 2005 عندما حاول إدخال إنزيم الحمض النووي الريبي في خلاياه الأولية. احتاج الإنزيم إلى المغنيسيوم الذي دمر غشاء الخلايا الأولية.

كان الحل أنيقًا. بدلاً من تكوين حويصلات من حمض دهني واحد فقط ، قم بتكوينها من خليط من حمضين. يمكن أن تتعامل الحويصلات الناتجة مع المغنيسيوم ، مما يعني أنها يمكن أن تكون بمثابة "حوامل" لإنزيمات الحمض النووي الريبي.

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

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

في عام 2012 ، أظهر Szostak أن مثل هذا المزيج يمكن أن يتجمع في جزيئات "فسيفساء" تبدو وتتصرف مثل الحمض النووي الريبي النقي. وهذا يثبت أن نظرية جزيئات الحمض النووي الريبي المختلط لها الحق في الوجود.

تحدثت هذه التجارب عن ما يلي - لا يهم ما إذا كان يمكن أن يكون للكائنات الحية الأولى RNA نقي أو DNA نقي.

يقول زوستاك: "لقد عدت بالفعل إلى فكرة أن البوليمر الأول كان مشابهًا للـ RNA ، لكنه بدا أكثر فوضوية قليلاً".

بدائل الحمض النووي الريبي

من الممكن أن يكون هناك الآن المزيد من البدائل للحمض النووي الريبي ، بالإضافة إلى الشركات عبر الوطنية الموجودة بالفعل والسلطات الوطنية الفلسطينية ، والتي تمت مناقشتها سابقًا. لا نعرف ما إذا كانت موجودة على الأرض في وقت مبكر ، ولكن حتى لو كانت موجودة ، فمن المحتمل أن تكون الكائنات الحية الأولى قد استخدمتها مع الحمض النووي الريبي.

لم يعد "عالم الحمض النووي الريبي" ، بل "عالم الشيء الوحيد ليس كذلك".

يمكن استخلاص الدرس التالي من كل هذا - لم يكن الخلق الذاتي للخلية الحية الأولى صعبًا على الإطلاق كما بدا لنا من قبل. نعم ، الخلايا هي آلات معقدة. لكن ، كما اتضح ، سيعملون ، وإن لم يكن بشكل مثالي ، حتى لو كانوا "معميون عشوائياً" من مواد مرتجلة.

بعد أن ظهروا ، بهذه الخشونة من حيث بنية الخلية ، يبدو أن لديهم فرصة ضئيلة للبقاء على قيد الحياة على الأرض المبكرة. من ناحية أخرى ، لم يكن لديهم أي منافسة ، ولم يتعرضوا للتهديد من قبل أي مفترس ، لذلك من نواح كثيرة ، كانت الحياة على الأرض البدائية أسهل مما هي عليه الآن.

ولكن هناك واحدة "لكن"

لكن هناك مشكلة واحدة لا يستطيع ساذرلاند ولا شوستاك حلها ، وهي مشكلة خطيرة للغاية.

يجب أن يكون الكائن الحي الأول لديه شكل من أشكال التمثيل الغذائي. منذ البداية ، كان يجب أن تتمتع الحياة بالقدرة على تلقي الطاقة ، وإلا ستهلك هذه الحياة.

في هذه المرحلة ، وافق ساذرلاند على أفكار مايك راسل ، وبيل مارتن ، وأنصار "الأيض الأساسي" الآخرين.

"مؤيدو النظريات حول" عالم RNA "و" التمثيل الغذائي الأولي "جادلوا مع بعضهم البعض عبثًا. كان لدى كلا الجانبين حجج جيدة "، يشرح ساذرلاند.

كتب شوستاك: "بدأ التمثيل الغذائي بطريقة ما في مكان ما". "لكن ما أصبح مصدرًا للطاقة الكيميائية هو سؤال كبير."

حتى لو كان مارتن ورسل مخطئين في أن الحياة بدأت في فتحات أعماق البحار ، فإن أجزاء كثيرة من نظريتهم قريبة من الحقيقة. اول واحد هو دور مهمالمعادن في أصل الحياة.

تحتوي العديد من الإنزيمات في الطبيعة على ذرة معدنية في نواتها. عادة ما يكون هذا هو الجزء "النشط" من الإنزيم ، بينما يكون باقي الجزيء هو الهيكل الداعم.

في الحياة الأولى ، لا يمكن أن توجد الإنزيمات المعقدة ، لذلك من المرجح أن تستخدم المعادن "العارية" كمحفزات.

المحفزات والإنزيمات

تحدث غونتر واشتينهاوزر أيضًا عن نفس الشيء عندما اقترح أن الحياة تتشكل على بيريت الحديد. يؤكد راسل أيضًا على أن الماء في الفتحات الحرارية المائية غني بالمعادن التي يمكن أن تكون محفزات ، ويشير بحث مارتن حول آخر سلف مشترك عالمي في البكتيريا الحديثة إلى وجود العديد من الإنزيمات القائمة على الحديد فيه.

يشير كل هذا إلى أن العديد من التفاعلات الكيميائية لساذرلاند استمرت بنجاح فقط على حساب النحاس (والكبريت ، كما أكد Wachtershauser) ، وأن الحمض النووي الريبي في خلايا Shostak الأولية يحتاج إلى المغنيسيوم.

قد يتضح أن الفتحات الحرارية المائية مهمة أيضًا لخلق الحياة.

يوضح شوستاك: "إذا نظرت إلى التمثيل الغذائي الحديث ، يمكنك أن ترى العناصر التي تتحدث عن نفسها ، مثل مجموعات الحديد والكبريت". "يتناسب هذا مع فكرة أن الحياة نشأت في فتحة تهوية أو بالقرب منها حيث الماء مشبع بالحديد والكبريت."

مع ذلك ، هناك شيء واحد لإضافته. إذا كان ساذرلاند وشوستاك على المسار الصحيح ، فإن أحد جوانب نظرية التنفيس مضلل بالتأكيد: لا يمكن أن تبدأ الحياة في أعماق البحر.

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

المصدر الوحيد لمثل هذا الإشعاع هو الشمس ، لذلك يجب أن تحدث ردود الفعل مباشرة تحت أشعة الشمس. هذا يشطب النسخة مع فتحات أعماق البحار.

يوافق شوستاك على أن أعماق البحار لا يمكن اعتبارها مهد الحياة. "أسوأ شيء هو أنها معزولة عن التفاعل مع الغلاف الجوي ، وهو مصدر لمواد غنية بالطاقة مثل السيانيد."

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

لم تنشأ الحياة في المحيط ، بل نشأت على اليابسة

اقترح أرمين مولكيدزانيان بديلاً. ماذا لو نشأت الحياة من الماء ، ولكن ليس في المحيط ، بل على اليابسة؟ وهي - في بركة بركانية.

لفت Mulkidzhanian الانتباه إلى التركيب الكيميائي للخلايا: على وجه الخصوص ، ما هي المواد التي تقبلها والتي ترفضها. اتضح أن خلايا أي كائن حي تحتوي على الكثير من الفوسفات والبوتاسيوم ومعادن أخرى باستثناء الصوديوم.

تحافظ الخلايا الحديثة على توازن المعادن عن طريق ضخها خارج البيئة ، لكن الخلايا الأولى لم يكن لديها مثل هذه الفرصة - لم يتم تطوير آلية الضخ بعد. لذلك ، اقترح مولكيدزانيان أن الخلايا الأولى ظهرت حيث توجد مجموعة تقريبية من المواد التي تشكل خلايا اليوم.

هذا يعبر المحيط على الفور من قائمة مهد الحياة المحتملة. تحتوي الخلايا الحية على كمية أكبر من البوتاسيوم والفوسفات وأقل بكثير من الصوديوم مما تحتويه المحيطات.

وفقًا لهذه النظرية ، تعد مصادر الطاقة الحرارية الأرضية بالقرب من البراكين أكثر ملاءمة. تحتوي هذه البرك على نفس خليط المعادن مثل الأقفاص.

يدعم Shostak الفكرة بحرارة. ويؤكد: "يبدو لي أن المكان المثالي لجميع الظروف سيكون بحيرة أو بركة ضحلة في منطقة نشطة حراريًا". "نحن بحاجة إلى فتحات مائية حرارية ، ولكن ليس المياه العميقة ، بل تشبه تلك الموجودة في المناطق النشطة بركانيًا مثل يلوستون".

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

علاوة على ذلك ، يقول شوستاك إن مثل هذه البرك رائعة لخلاياها الأولية.

يقول زوستاك: "تحافظ الخلايا الأولية عمومًا على درجة حرارة منخفضة ، وهو أمر جيد لنسخ الحمض النووي الريبي وأنواع أخرى من التمثيل الغذائي البسيط". "ولكن بين الحين والآخر تسخن لفترة وجيزة ، مما يساعد على فصل خيوط RNA ويجهزها لمزيد من التكاثر الذاتي." يمكن أن تساعد تدفقات الماء البارد أو الساخن أيضًا على انقسام الخلايا الأولية.

يمكن أن تصبح الينابيع الحرارية الأرضية بالقرب من البراكين مهد الحياة.

يمكن أن تساعد النيازك الحياة

بناءً على جميع الحجج الحالية ، يقدم Sutherland أيضًا خيارًا ثالثًا - المكان الذي سقط فيه النيزك.

تعرضت الأرض بانتظام لزخات النيازك في أول 500 مليون سنة من وجودها - فهي تسقط حتى يومنا هذا ، ولكن بشكل أقل تكرارًا. يمكن لموقع اصطدام نيزكي بحجم مناسب أن يخلق نفس الظروف مثل البرك التي تحدث عنها مولكيدزانيان.

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

يصف ساذرلاند الأنهار والجداول الصغيرة التي تنساب على جوانب الفوهات حديثة التكوين التي تسحب المواد القائمة على السيانيد من الصخور ، وكلها تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية. يحمل كل مجداف مزيجًا مختلفًا قليلاً من المواد ، بحيث تحدث تفاعلات مختلفة في النهاية ويتم إنتاج مجموعة كاملة من المواد العضوية.

في النهاية ، يتم دمج الجداول في بركة بركانية في قاع الحفرة. ربما في مثل هذه البركة تم جمع جميع المواد الضرورية في وقت واحد ، والتي تشكلت منها أول الخلايا الأولية.

يوافق ساذرلاند على ذلك بقوله: "إنه مسار محدد جدًا للأحداث". لكنه يميل نحوها على أساس التفاعلات الكيميائية الموجودة: "هذا هو المسار الوحيد للأحداث حيث يمكن أن تحدث جميع التفاعلات الموضحة في تجاربي".

لا يزال شوستاك غير متأكد تمامًا من هذا ، لكنه يوافق على أن أفكار ساذرلاند تستحق اهتمامًا وثيقًا: "يبدو لي أن هذه الأحداث يمكن أن تحدث في موقع سقوط نيزك. لكنني أيضًا أحب فكرة الأنظمة البركانية. هناك حجج قوية لصالح كلا الإصدارين.

متى نحصل على إجابة على السؤال: كيف نشأت الحياة؟

يبدو أن الجدل لن يتوقف قريبًا ، ولن يتوصل العلماء إلى رأي مشترك على الفور. سيتم اتخاذ القرار على أساس التجارب مع التفاعلات الكيميائية والخلايا الأولية. إذا اتضح أن أحد الخيارات يفتقر إلى مادة أساسية ، أو تم استخدام مادة تدمر الخلايا الأولية ، فسيتم التعرف عليها على أنها غير صحيحة.

هذا يعني أنه لأول مرة في التاريخ ، نحن على وشك تقديم شرح كامل لكيفية بدء الحياة.

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

حتى الآن ، فإن نهج "الكل دفعة واحدة" الذي اتبعه شوستاك وساذرلاند ليس سوى رسم تقريبي. لكن كل حجج من هذا النهج أثبتت من خلال عقود من التجارب.

يعتمد هذا المفهوم على جميع الأساليب التي كانت موجودة من قبل. فهو يجمع بين جميع التطورات الناجحة ، بينما يحل في نفس الوقت المشكلات الفردية لكل نهج.

على سبيل المثال ، لم يدحض نظرية راسل عن الفتحات الحرارية المائية ، ولكنه يستخدم أكثر عناصرها نجاحًا.

ما حدث قبل 4 مليارات سنة

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

يقول مارتن: "حتى لو قمت بإنشاء مفاعل تقفز منه الإشريكية القولونية ... لا يمكنك القول إن هذا استنساخ لتلك الحياة الأولى".

أفضل ما يمكننا فعله هو تخيل مسار الأحداث ، ودعم رؤيتنا بالأدلة: تجارب في الكيمياء ، كل المعرفة عن الأرض المبكرة ، وكل ما يقوله علم الأحياء عن أشكال الحياة المبكرة.

في النهاية ، وبعد قرون من الجهد المكثف ، سنرى كيف تبدأ قصة المسار الحقيقي للأحداث في الظهور.

هذا يعني أننا نقترب من أعظم انقسام في تاريخ البشرية: الانقسام إلى أولئك الذين يعرفون تاريخ أصل الحياة ، وأولئك الذين لم يرقوا إلى هذه اللحظة ، وبالتالي لن يتمكنوا من معرفتها أبدًا.

كل أولئك الذين لم يعيشوا ليروا نشر كتاب داروين حول أصل الأنواع عام 1859 ماتوا دون أدنى فكرة عن أصل الإنسان ، لأنهم لم يعرفوا شيئًا عن التطور. لكن اليوم يمكن للجميع ، باستثناء بعض المجتمعات المعزولة ، معرفة حقيقة علاقتنا مع ممثلين آخرين لعالم الحيوان.

بنفس الطريقة ، أصبح كل من ولد بعد أن دخل يوري جاجارين في مدار الأرض أعضاء في مجتمع قادر على السفر إلى عوالم أخرى. وعلى الرغم من عدم زيارة كل سكان الكوكب ، فقد أصبح السفر عبر الفضاء بالفعل حقيقة معاصرة.

واقع جديد

هذه الحقائق تغير بشكل غير محسوس تصورنا للعالم. يجعلوننا أكثر حكمة. يعلمنا التطور أن نقدر أي كائن حي ، حيث يمكن اعتبارنا جميعًا أقارب ، وإن كانوا بعيدًا. يعلمنا السفر عبر الفضاء أن ننظر إلى كوكبنا الأصلي من الخارج لفهم مدى تميزه وهشاشته.

سيكون بعض الأشخاص الذين يعيشون الآن قريبًا أول من يستطيع التحدث عن أصلهم في التاريخ. سيعرفون عن سلفهم المشترك وأين عاش.

هذه المعرفة ستغيرنا. من وجهة نظر علمية بحتة ، سوف يعطينا فكرة عن فرص نشأة الحياة في الكون ومكان البحث عنها. سيكشف لنا أيضًا جوهر الحياة.

لكن لا يسعنا إلا أن نخمن ما هي الحكمة التي ستظهر أمامنا في الوقت الذي سيتم فيه الكشف عن سر أصل الحياة. مع كل شهر وسنة نقترب من كشف الغموض الكبير عن أصل الحياة على كوكبنا. يتم إجراء اكتشافات جديدة الآن وأنت تقرأ هذه السطور.

اقرأ أيضا:

حصة هذه المادة

من أرشيف "القارة"

من المعروف أن كوننا قد تشكل منذ حوالي 14 مليار سنة نتيجة انفجار عملاق ، عُرف في العلم بالانفجار العظيم. إن ظهور الكون "من لا شيء" لا يتعارض مع قوانين الفيزياء المعروفة: الطاقة الإيجابية للمادة المتكونة بعد الانفجار تساوي تمامًا الطاقة السلبية للجاذبية ، وبالتالي فإن الطاقة الإجمالية لهذه العملية هي صفر. في الآونة الأخيرة ، ناقش العلماء أيضًا إمكانية تكوين أكوان أخرى - "فقاعات". العالم ، وفقًا لهذه النظريات ، يتكون من عدد لا حصر له من الأكوان التي ما زلنا لا نعرف شيئًا عنها. ومن المثير للاهتمام ، أنه في لحظة الانفجار ، لم يتشكل الفضاء ثلاثي الأبعاد فحسب ، بل وما هو مهم جدًا هو الوقت المرتبط بالفضاء. الوقت هو سبب كل التغييرات التي حدثت في الكون منذ الانفجار العظيم. حدثت هذه التغييرات بالتتابع ، خطوة بخطوة ، مع زيادة سهم الوقت ، وتشمل تكوين عدد ضخم من المجرات (بترتيب 100 مليار) ، والنجوم (عدد المجرات مضروبة في 100 مليار) ، وأنظمة الكواكب ، و في نهاية المطاف الحياة نفسها ، بما في ذلك الحياة الذكية. لتخيل عدد النجوم الموجودة في الكون ، أجرى علماء الفلك هذه المقارنة الغريبة: عدد النجوم في كوننا يمكن مقارنته بعدد حبات الرمال على جميع شواطئ الأرض ، بما في ذلك البحار والأنهار والمحيطات. الكون المتجمد في الزمن لن يتغير ولن يكون ذا فائدة تذكر ، ولن يكون هناك تطور فيه ، أي. كل تلك التغييرات التي حدثت لاحقًا وأدت في النهاية إلى الصورة الحالية للعالم.

مجرتنا عمرها 12.4 مليار سنة ونظامنا الشمسي يبلغ 4.6 مليار سنة. عمر النيازك وأقدم الصخور على الأرض أقل بقليل من 3.8-4.4 مليار سنة. أولاً الكائنات الحية وحيدة الخلية، خالية من نوى بدائيات النوى والبكتيريا الخضراء المزرقة ، ظهرت منذ 3.0-3.5 مليار سنة. هذه هي أبسط الأنظمة البيولوجية القادرة على تكوين البروتينات ، وسلاسل الأحماض الأمينية ، التي تتكون من العناصر الأساسية للحياة C ، و H ، و O ، و N ، و S ، وقيادة أسلوب حياة مستقل. "الطحالب" الخضراء والزرقاء البسيطة ، أي نباتات مائية خالية من أنسجة الأوعية الدموية و "البكتيريا البدائية" أو البكتيريا القديمة (المستخدمة في صناعة الأدوية) اليوم جزء مهممحيطنا الحيوي. هذه البكتيريا هي أول تكيف ناجح للحياة على الأرض. ومن المثير للاهتمام ، أن البكتيريا ذات اللون الأزرق والأخضر وبدائيات النوى الأخرى قد تغيرت بصعوبة لمليارات السنين ، بينما في الوقت نفسه ، لا يمكن أن تولد الديناصورات والأنواع الأخرى من جديد مرة أخرى. لقد تغيرت الظروف على الأرض كثيرًا ، ولم يعد بإمكانهم المرور بجميع مراحل التطور التي مروا بها في تلك السنوات البعيدة. إذا توقفت الحياة على الأرض ، لسبب أو لآخر (بسبب اصطدام نيزك عملاق ، نتيجة لانفجار مستعر أعظم مجاور للنظام الشمسي ، أو تدميرنا الذاتي) ، فلا يمكن أن تبدأ مرة أخرى في نفس الشكل ، لأن الظروف الحالية تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك التي كانت قبل حوالي أربعة مليارات سنة (على سبيل المثال ، وجود الأكسجين الحر في الغلاف الجوي ، وكذلك التغيرات في حيوانات الأرض). التطور ، الفريد من نوعه في جوهره ، لم يعد قادرًا على تكرار نفسه بنفس الشكل والمرور بجميع المراحل التي مر بها على مدى مليارات السنين الماضية. أعرب الدكتور بايسون من مختبر لوس ألاموس الوطني بالولايات المتحدة الأمريكية عن فكرة مثيرة للغاية حول دور التطور في تنظيم نظام الهياكل الحية: "الحياة عبارة عن سلسلة من التفاعلات الجزيئية. إذا اكتشفنا في علم الأحياء مبدأً آخر غير التطور ، فسوف نتعلم كيفية إنشاء أنظمة حية في المختبر وبالتالي فهم آلية تكوين الحياة. السبب في عدم قدرتنا على اختبار تحول الأنواع (على سبيل المثال ، ذبابة الفاكهة إلى بعض الأنواع الأخرى) هو أنه في ظل الظروف الطبيعية استغرق الأمر ملايين السنين ، واليوم لا نعرف أي مبدأ آخر عن كيفية إحداث مثل هذا التحول.

مع زيادة عدد بدائيات النوى ، "اخترعوا" ظاهرة التمثيل الضوئي ، أي سلسلة معقدة من التفاعلات الكيميائية يتم فيها تحويل طاقة ضوء الشمس مع ثاني أكسيد الكربون والماء إلى أكسجين وجلوكوز. في النباتات ، يحدث التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء الموجودة في أوراقها ، مما ينتج عنه الأكسجين في الغلاف الجوي. ظهر الغلاف الجوي المشبع بالأكسجين منذ 2-2.5 مليار سنة. حقيقيات النوى ، خلايا متعددة الخلايا تحتوي على نواة بها معلومات وراثية ، وكذلك عضيات ، تشكلت منذ 1-2 مليار سنة. تم العثور على العضيات في الخلايا بدائية النواة ، وكذلك في الخلايا الحيوانية والنباتية. الحمض النووي هو المادة الجينية لأي خلية حية تحتوي على معلومات وراثية. الجينات الوراثيةتقع على الكروموسومات التي تحتوي على بروتينات مرتبطة بالحمض النووي. جميع الكائنات الحية - البكتيريا والنباتات والحيوانات - على الرغم من التنوع الهائل للأنواع ، لديها الأصل المشترك، أي. لديهم سلف مشترك (سلف مشترك). تتكون شجرة الحياة من ثلاثة فروع رئيسية - البكتيريا ، والعتائق ، واليوكاريا. المجموعة الأخيرة تشمل جميع النباتات والحيوانات. تشكل جميع الكائنات الحية المعروفة بروتينات باستخدام 20 حمضًا أمينيًا أساسيًا فقط (على الرغم من أن العدد الإجمالي للأحماض الأمينية في الطبيعة هو 70) ، وتستخدم أيضًا جزيء طاقة ATP نفسه لتخزين الطاقة في الخلايا. كما أنهم يستخدمون جزيئات الحمض النووي لتمرير الجينات من جيل إلى آخر. الجين هو الوحدة الأساسية للوراثة ، قطعة من الحمض النووي تحتوي على المعلومات اللازمة لتخليق البروتين. كائنات مختلفةلديهم جينات مماثلة يمكن أن تتحور أو تتحسن على مدى فترة طويلة من التطور. من البكتيريا إلى الأميبات ومن الأميبات إلى البشر) ، فإن الجينات مسؤولة عن خصائص الكائنات الحية وتحسين الأنواع ، بينما تحافظ البروتينات على الحياة. تستخدم جميع الكائنات الحية الحمض النووي لتمرير جيناتها إلى الجيل التالي. يتم نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى البروتين من خلال سلسلة معقدة من التحولات من خلال الحمض النووي الريبي ، والتي تشبه الحمض النووي ، ولكنها تختلف عنها في بنيتها. في سلسلة التحولات chemistry®biology®life ، يتم تصنيع جزيء عضوي. يدرك علماء الأحياء جيدًا كل هذه التحولات. أكثرها إثارة للدهشة هو فك الشفرة الجينية (مشروع الجينوم البشري) ، الذي يذهل الخيال بكل من التعقيد والكمال. الشفرة الوراثية عالمية لجميع الفروع الثلاثة لشجرة الحياة.

السؤال الأكثر إثارة للاهتمام ، الذي كان بعض البشر يبحثون عن إجابة طوال تاريخهم ، هو كيف نشأت الحياة الأولى ، وعلى وجه الخصوص ، ما إذا كانت نشأت على الأرض أو تم إحضارها من الوسط النجمي بمساعدة النيازك. تم العثور أيضًا على جميع جزيئات الحياة الأساسية ، بما في ذلك الأحماض الأمينية والحمض النووي ، في النيازك. تشير نظرية البانسبيرميا الموجه (panspermia) إلى أن الحياة نشأت في الفضاء بين النجوم (أتساءل أين؟) ، تهاجر عبر الفضاء الشاسع ، لكن هذه النظرية لا يمكنها تفسير كيف يمكن للحياة أن تعيش في ظروف الفضاء القاسية (إشعاع خطير ، درجات حرارة منخفضة ، نقص من جو وما إلى ذلك). يعتقد العلماء أن الظروف الطبيعية ، وإن كانت بدائية على الأرض ، أدت إلى تكوين جزيئات عضوية بسيطة ، فضلاً عن تطوير أشكال من الأنشطة الكيميائية المختلفة ، والتي أطلقت في النهاية شجرة الحياة. في تجربة شيقة للغاية ، أجراها ميلر وأوري ، في عام 1953 ، أثبتا تكوين جزيئات عضوية معقدة (الألدهيدات والكربوكسيل والأحماض الأمينية) عن طريق تمرير تفريغ كهربائي قوي - مماثل للبرق في الظروف الطبيعية - من خلال خليط من الغازات CH4 ، NH3 ، H2O ، H2 ، والتي كانت موجودة في الغلاف الجوي الأساسي للأرض. أظهرت هذه التجربة أن المكونات الكيميائية الأساسية للحياة ، أي يمكن أن تتشكل الجزيئات البيولوجية بشكل طبيعي عن طريق محاكاة الظروف البدائية على الأرض. ومع ذلك ، لم يتم اكتشاف أي شكل من أشكال الحياة ، بما في ذلك بلمرة جزيئات الحمض النووي ، والتي ، على ما يبدو ، يمكن أن تنشأ فقط نتيجة للتطور الطويل.

في هذه الأثناء ، بدأت تظهر هياكل أكثر تعقيدًا ، خلايا ضخمة - أعضاء وتشكيلات حية كبيرة ، تتكون من ملايين ومليارات من الخلايا (على سبيل المثال ، يتكون الشخص من عشرة تريليونات خلية). يعتمد تعقيد النظام على الوقت المنقضي وعمق الانتقاء الطبيعي ، مما حافظ على الأنواع الأكثر تكيفًا مع الظروف المعيشية الجديدة. على الرغم من أن جميع حقيقيات النوى البسيطة تتكاثر عن طريق الانشطار ، إلا أن الأنظمة الأكثر تعقيدًا تشكلت جنسيًا. في الحالة الأخيرة ، تأخذ كل خلية جديدة نصف الجينات من أحد الوالدين والنصف الآخر من الآخر.

كانت الحياة خلال فترة طويلة جدًا من تاريخها (حوالي 90 ٪) موجودة في أشكال مجهرية وغير مرئية. منذ ما يقرب من 540 مليون سنة ، بدأت فترة ثورية جديدة تمامًا ، عُرفت في العلم باسم العصر الكمبري. هذه فترة ظهور سريع لعدد كبير من الأنواع متعددة الخلايا ذات القشرة الصلبة والهيكل العظمي والصدفة القوية. ظهرت الأسماك والفقاريات الأولى ، وبدأت النباتات من المحيطات في الهجرة في جميع أنحاء الأرض. ساهمت الحشرات الأولى ونسلها في انتشار الأرض وعالم الحيوان. على التوالي ، بدأت الحشرات ذات الأجنحة والبرمائيات والأشجار الأولى والزواحف والديناصورات والماموث ، تظهر الطيور الأولى والزهور الأولى (اختفت الديناصورات منذ 65 مليون سنة ، على ما يبدو بسبب اصطدام عملاق للأرض مع نيزك هائل ). ثم جاءت فترة الدلافين والحيتان وأسماك القرش والقرود ، أسلاف القرود. منذ ما يقرب من 3 ملايين سنة ، ظهرت كائنات ذات دماغ كبير بشكل غير عادي ومتطور للغاية ، أسلاف البشر (أسلاف البشر الأوائل). ظهور الرجل الأول الانسان العاقل) قبل 200.000 سنة. وفقًا لبعض النظريات ، قد يكون ظهور الإنسان الأول ، والذي يختلف نوعياً عن جميع الأنواع الأخرى في عالم الحيوان ، نتيجة طفرة قوية في البشر ، والتي كانت مصدر تكوين أليل جديد (أليل). - شكل متغير لأحد الجينات. مظهر الإنسان المعاصريعود تاريخها إلى ما يقرب من 100000 عام ، ولا يتجاوز الدليل التاريخي والثقافي لتاريخنا 3000-74000 عام ، لكننا أصبحنا حضارة متقدمة تقنيًا مؤخرًا ، منذ 200 عام فقط!

الحياة على الأرض منتج التطور البيولوجي، يبلغ عددها ما يقرب من 3.5 مليار سنة. إن ظهور الحياة على الأرض هو نتيجة لعدد كبير من الظروف المواتية - الفلكية والجيولوجية والكيميائية والبيولوجية. جميع الكائنات الحية من البكتيريا إلى البشر لها سلف مشترك وتتكون من عدة جزيئات أساسية متأصلة في جميع كائنات الكون. الخصائص الرئيسية للكائنات الحية هي أنها تتفاعل وتنمو وتتكاثر وتنقل المعلومات من جيل إلى آخر. نحن ، الحضارة الأرضية ، على الرغم من سن الشباب ، حققنا الكثير: لقد أتقننا الطاقة الذرية ، وفك الشفرة الوراثية البشرية ، وابتكرنا تقنيات معقدة ، وبدأنا التجربة في مجال الهندسة الوراثية (الحياة الاصطناعية) ، ونشارك في الاستنساخ ، نعمل على زيادة متوسط ​​العمر المتوقع (يناقش العلماء اليوم بالفعل إمكانية زيادة متوسط ​​العمر المتوقع إلى 800 عام أو أكثر) ، وبدأوا في الطيران إلى الفضاء ، واخترعوا أجهزة الكمبيوتر ، ويحاولون حتى الاتصال بحضارة خارج كوكب الأرض (برنامج SETI ، البحث عن ذكاء خارج الأرض). لأن سوف تمر حضارة أخرى في مسار مختلف تمامًا من التطور ، وستكون مختلفة تمامًا عن حضارتنا. بهذا المعنى ، كل حضارة فريدة بطريقتها الخاصة - ربما - هذا هو أحد أسباب فشل برنامج SETI. بدأنا نتدخل في قدس الأقداس ، أي. في عمليات تستغرق ملايين وملايين السنين في البيئة الطبيعية.

لفهم مدى شبابنا بشكل أفضل ، دعنا نفترض أن تاريخ الأرض بأكمله هو عام واحد وأن تاريخنا بدأ في الأول من يناير. ظهرت بدائيات النوى والبكتيريا الزرقاء والخضراء على هذا المقياس في وقت مبكر من 1 يونيو ، مما أدى قريبًا إلى جو غني بالأكسجين. بدأ عهد كامبريون في 13 نوفمبر. عاشت الديناصورات على الأرض من 13 إلى 26 ديسمبر ، وظهر الإنسان الأول بعد ظهر يوم 31 ديسمبر. بحلول العام الجديد ، نحن الناس المعاصرين، أرسل الرسالة الأولى إلى الفضاء - إلى جزء آخر من مجرتنا. لن يمر 100000 عام (أو 15 دقيقة على مقياسنا) حتى تترك رسالتنا (التي لم يقرأها أحد بعد) مجرتنا وتتجه نحو مجرات أخرى. هل ستُقرأ؟ لن نعرف. على الأرجح لا.

لن يستغرق الأمر مليارات السنين فقط حتى تظهر حضارة مثل حضارتنا في جزء آخر من الكون. من المهم أن يكون لمثل هذه الحضارة الوقت الكافي لتطورها وتحولها إلى حضارة تكنولوجية ، والأهم من ذلك أنها لا تدمر نفسها (وهذا سبب آخر لعدم تمكننا من العثور على حضارة أخرى ، على الرغم من أننا كنا نبحث عنها لأكثر من 50 عامًا: قد يموت قبل أن يصبح تكنولوجيًا). يمكن أن يكون لتقنيتنا تأثير ضار على الغلاف الجوي. نحن اليوم قلقون بالفعل بشأن ظهور ثقوب الأوزون في غلافنا الجوي ، والتي زادت بشكل كبير على مدار الخمسين عامًا الماضية (الأوزون هو جزيء أكسجين ثلاثي الذرات ، وهو بشكل عام سم). هذا هو نتيجة نشاطنا التكنولوجي. طبقة الأوزون تحمينا من الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة من الشمس. مثل هذا الإشعاع ، في وجود ثقوب الأوزون ، سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الأرض ، ونتيجة لذلك ، إلى الاحتباس الحراري. سطح المريخ اليوم عقيم بسبب عدم وجود طبقة الأوزون. على مدى العشرين عامًا الماضية ، نما ثقب الأوزون في الغلاف الجوي للأرض إلى حجم قارة كبيرة. زيادة درجة الحرارة حتى بمقدار درجتين ستؤدي إلى ذوبان الجليد ، وزيادة مستوى المحيطات ، وكذلك إلى تبخرها وزيادة خطيرة في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ثم سيكون هناك ارتفاع جديد في درجة حرارة الغلاف الجوي ، وستستمر هذه العملية حتى تتبخر كل البحار والمحيطات (يطلق العلماء على هذه الظاهرة تأثير الاحتباس الحراري الجامح). بعد تبخر المحيطات ، ستزداد كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنحو 100000 مرة وستكون حوالي 100٪ ، مما سيؤدي إلى تدمير كامل وغير قابل للإصلاح ليس فقط لطبقة الأوزون من الغلاف الجوي للأرض ، ولكن أيضًا كل الحياة على الأرض. لقد حدث هذا التطور بالفعل في تاريخ نظامنا الشمسي على كوكب الزهرة. قبل 4 مليارات سنة ، كانت الظروف على كوكب الزهرة قريبة من تلك الموجودة على الأرض ، وربما كانت هناك حياة هناك ، لأن. لم تكن الشمس في تلك الأوقات البعيدة مشرقة جدًا (من المعروف أن شدة إشعاع الشمس تزداد تدريجياً). من الممكن أن تكون الحياة من كوكب الزهرة قد هاجرت إلى الأرض ، ومن الأرض ، مع زيادة الإشعاع الشمسي ، تهاجر إلى المريخ ، على الرغم من أن تطور الأحداث هذا غير مرجح على ما يبدو بسبب مشاكل هجرة الخلية الحية عبر الفضاء. تبلغ كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة اليوم 98٪ ، و الضغط الجويما يقرب من مائة مرة أعلى من الأرض. ربما يكون هذا نتيجة للاحتباس الحراري وتبخر محيطات الزهرة. يعلمنا كوكب الزهرة والمريخ درسًا مهمًا ، أي نحن نعلم اليوم ما يمكن أن يحدث لكوكبنا إذا لم يتم اتخاذ أي إجراء. هناك مشكلة أخرى تتعلق بزيادة الإشعاع الشمسي ، والتي ستؤدي في النهاية إلى ظاهرة الاحتباس الحراري الجامحة على الأرض بنتيجة معروفة.

تطورنا أسي ومتسارع. يتضاعف عدد سكان العالم كل 40 عامًا وقد ارتفع من حوالي 200000 إلى 6 مليارات في 2000 عام الماضية. لكن ألا يحتوي هذا التطور السريع على بذور الخطر على وجودنا؟ هل ندمر حضارتنا؟ هل سيكون لدينا الوقت لنصبح حضارة عالية التطور ونفهم تاريخنا؟ هل سنكون قادرين على الطيران إلى أعماق الفضاء والعثور على حضارة أخرى مثل حضارتنا؟ وفقًا لأينشتاين ، فإن أكثر الأشياء المدهشة في العالم هو أن العالم يمكن معرفته. ربما تكون هذه واحدة من أكثر سمات الحضارة الإنسانية إثارة للاهتمام - القدرة على الكشف عن أسرار العالم. يمكننا أن نفهم العالم الذي نعيش فيه ونفهم القوانين التي تحكمه. ومع ذلك ، لماذا توجد هذه القوانين؟ لماذا سرعة الضوء ، على سبيل المثال ، تساوي 300000 كم / ثانية ، أو لماذا الرقم المعروف في الرياضيات (نسبة محيط الدائرة إلى قطرها) يساوي بالضبط 3.14159 ...؟ حصل الفيزيائي الأمريكي A. 8 دقائق ، وفي وسط المجرة في 28000 سنة). مثال آخر هو فك الشفرة الجينية ، التي تتكون من 30 مليون قطعة ، كل منها يتراوح طولها بين 500 و 600 حرف ، وتطلبت 15 عامًا من العمل باستخدام برامج وأجهزة كمبيوتر معقدة. اتضح أن طول الكود بأكمله يساوي طول 100 مليون حرف. تم إجراء هذا الاكتشاف في مطلع ألفي عام وأظهر أنه ، ربما ، سنتعلم كيفية علاج الأمراض بأي تعقيد عن طريق تصحيح الأخطاء في القسم المقابل من الجين التالف. قام علماء الرياضيات ، بمساعدة أجهزة الكمبيوتر السريعة ، بحساب الرقم i بدقة لا تصدق تصل إلى تريليون منزل عشري من أجل معرفة قيمته الدقيقة ووصف هذا الرقم باستخدام بعض المعادلات البسيطة. من جاء بهذه الأرقام ولماذا هي على ما هي عليه؟ كيف يمكن أن تكون الشفرة الجينية بهذا الكمال؟ كيف ترتبط الثوابت الفيزيائية بكوننا؟ بالطبع ، إنها تعكس التركيب الهندسي لكوننا ، وعلى ما يبدو ، لها معاني مختلفة لأكوان مختلفة. لا نعرف هذا اليوم كما نعرف أشياء أخرى كثيرة. لكننا نسعى جاهدين للعثور على القوانين العامة لعالمنا ، أو حتى قانون واحد يمكن من خلاله اشتقاق جميع القوانين الأخرى في حالة معينة ، وأيضًا ، وهو أمر مهم للغاية ، لفهم معنى الثوابت العالمية. كما أننا لا نعرف ما إذا كان وجودنا مرتبطًا بتحقيق بعض المهام.

لكن العودة إلى تاريخنا وتطورنا. هل انتهت وما هو معناها؟ ماذا سيحدث لنا في ملايين السنين ، إذا تمكنا بالطبع من حل مشاكلنا التكنولوجية وعدم تدمير أنفسنا؟ ما معنى الظهور في تاريخنا لشخصيات لامعة مثل أينشتاين أو شكسبير أو موتسارت؟ هل من الممكن حدوث طفرة جديدة وخلق نوع آخر أكثر كمالا من الإنسان؟ هل تستطيع هذه الأنواع الجديدة حل مشاكل الكون وفهم معنى تاريخنا؟ لقد اكتشفنا القوانين وقمنا بقياس ثوابت العالم بدقة مذهلة ، لكننا لا نفهم سبب وجودها وما هو دورها في الكون. إذا قمنا بتغيير هذه الثوابت قليلاً ، فإن تاريخنا بأكمله سيبدو مختلفًا. على الرغم من تعقيد وغموض الشفرة الجينية ، فإن ألغاز الكون نفسه تبدو بلا نهاية. ما هو جوهر هذه الألغاز وهل سنتمكن من فك شفرتها؟ سوف نتغير بالتأكيد. ولكن كيف؟ هل نحن الحلقة الأعلى والأخيرة في تاريخ تطورنا الطويل؟ هل تاريخنا هو نتيجة خطة بارعة ، أم أنه ببساطة نتيجة مئات وآلاف من الظروف المواتية التي أتاحها الزمن والتطور الطويل؟ لا شك أن تطورنا ليس له حدود وهو أيضًا لانهائي ، تمامًا كما أن العالم لانهائي ، يتكون من ملايين وملايين من الأكوان ، والتي يتم تدميرها وتشكيلها باستمرار.

إيليا جولكاروف ، أستاذ ، دكتوراه في العلوم الفيزيائية والرياضية ، شيكاغو
18 يونيو 2005

العيش على الأرض - من أين نحن؟ لا يوجد نقص في الإصدارات - من العلمية البحتة إلى الأكثر روعة. كانت البشرية تبحث عن إجابة لهذا السؤال منذ آلاف السنين. حاول عالم الفيزياء الحيوية الروسي المعروف فسيفولود تفيرديسلوف الإجابة عليه خلال محاضرة عقدت في مركز تعليمي"سيريوس". وأوضح سبب وجود كائن حي واحد على الأرض ، وما هو مشترك بين عفن الوحل و السكك الحديديةفي طوكيو وكيفية البحث عن الأجانب. يعطي "Lenta.ru" الأطروحات الرئيسية لخطابه.

ثلاثة أسئلة

في العلم ، بالنسبة للإنسانية المستنيرة ، هناك ثلاثة أسئلة فقط: كيف ظهر الكون ، وكيف نشأت الحياة فيه ، وكيف تعلمت الكائنات الحية التفكير. لفهم مثل هذه الموضوعات العالمية ، تحتاج إلى التفكير على نطاق واسع ، وليس في إطار أي علم بعينه.

يمكن تفسير العديد من العمليات بمساعدة مفهوم مثل "التنظيم الذاتي لوسائل الإعلام النشطة". يجمع الوسيط النشط بقوة وإعلام بين العمليات غير المتجانسة في المكان والزمان. يتم شرح هذه الظواهر التي تبدو مختلفة مثل انتشار النار في حريق السهوب ، وانتشار الشائعات والالتهابات ، والعملات أو اللغات بنفس الطريقة ، إذا أخذناها في الاعتبار من وجهة نظر الفيزياء الحيوية.

الفيزياء الحيوية هي فرع من فروع علم الأحياء يدرس الجوانب الفيزيائية لوجود الطبيعة الحية على جميع مستوياتها ، من الجزيئات والخلايا إلى المحيط الحيوي ككل ، وكذلك علم العمليات الفيزيائية التي تحدث في الأنظمة البيولوجية على مستويات مختلفة من التنظيم وتأثير العوامل الفيزيائية المختلفة على الأشياء البيولوجية. تم تصميم الفيزياء الحيوية للكشف عن الروابط بين الآليات الفيزيائيةأساس تنظيم الكائنات الحية ، والخصائص البيولوجية لحياتهم.

بمعنى آخر ، يمكن اعتبار آليات التنظيم الذاتي في الأنظمة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية والإيكولوجية والاجتماعية من وجهة نظر عامة. من خلال فهم التنظيم الذاتي للوسائط النشطة ، من الممكن إنشاء نماذج تصف عمليات تبدو غير متشابهة مثل تشغيل الليزر ، أو تخثر الدم ، أو التفاعلات الكيميائية ، أو ضربات القلب ، أو ظهور الحلقات السنوية في الشجرة.

حتى أرسطو قال: "من الصواب في الفلسفة النظر في أوجه التشابه حتى في الأشياء البعيدة عن بعضها البعض". العلم الحديثينطلق من حقيقة أن هذا البيان ليس صحيحًا بالنسبة للفلسفة فقط.

نحن محليين

كم عدد الكائنات الحية الموجودة على الأرض؟ الأول: المحيط الحيوي. هذا هو الكائن الوحيد الذي يتمتع بالاكتفاء الذاتي ، حيث يوجد تحت قدميه الجدول الدوري ، حيث يسقط الرماد نو من الأعلى ، أي الكوانتا الخفيفة. حسنًا ، يجب أن تؤخذ ظروف الأرض في الاعتبار بالطبع.

الوسط النشط ينظم نفسه بنفس المبادئ ، بغض النظر عن حجمه. كمثال ، ضع في اعتبارك كيف ينتشر العفن اللزج على طول لحاء شجرة البلوط. أبسط كائن حي، خلية حجمها نصف ملليمتر ، قطعة من الوحل يمكن أن تنمو بشكل كبير بحيث تغطي أمتار من الخشب.

أجرى العلماء تجربة بناءً على الخريطة الجغرافية لطوكيو وضواحيها. حول العفن اللزج ، الذي يقع ، كما كان ، في موقع العاصمة اليابانية ، وضعوا الطعام في تلك الأماكن التي تقع فيها المدن والبلدات المجاورة لطوكيو. بدأ العفن اللزج في التحرك نحو الطعام ، ووضع قنوات له - "المسارات". عندما قارن الباحثون نمط حركة الكائن التجريبي والخريطة الحقيقية لشرايين النقل اليابانية ، تطابقوا. جميع وسائل الإعلام النشطة تنظم نفسها بنفسها ، وتخضع لنفس القوانين.

التنظيم الذاتي هو أساس كل أشكال الحياة على الأرض. في الوقت نفسه ، من المهم أن نأخذ في الاعتبار أن هذا التنظيم الذاتي تحدده بشكل أساسي القوانين الفيزيائية - حتى في علم الأحياء ، على الرغم من اعتياد الناس على تفسير علم الأحياء من خلال المركبات الكيميائية. إذا كنا نتحدث عن الوراثة ، فتذكر الحمض النووي. عندما نتحدث عن أدوات العمل البيولوجية ، فإنها تعني البروتينات والإنزيمات. إذا سمعت عن غشاء الخلية ، فإن الأغشية الدهنية تتبادر إلى الذهن.

نتيجة لذلك ، يبحث حتى علماء الفلك عن مركبات الكربون التي تشبه الأحماض الأمينية عند البحث عن الحياة في الكون. إذا تمت مصادفة شيء يشبه الأحماض النووية ، فسيتم افتراض وجود أشكال الحياة هناك. لكن ليس من الواضح على الإطلاق أنه خارج الأرض سيكون هناك نفس الحمض النووي الموجود هنا.

كيف يحدث ذلك الانتقاء الطبيعيعلى الأرض؟ تفضل الطبيعة بعض الأحماض وترفض غيرها ليس لأنها تحبها أو تكرهها. وحتى الأحماض الأمينية نفسها لا يتم اختيارها - فالطبيعة تختار مبادئ الكفاءة بين الأشكال الفيزيائية المختلفة: أكثر المكاسب فعالية. هذا يعني أنه يجب البحث عن الحضارات خارج كوكب الأرض ليس من خلال الحمض النووي الذي يتكون منه البشر ، ولكن من خلال الأشكال المادية لاستهلاك الطاقة.

هذا هو أساس مفهوم كرة دايسون ، الذي طوره عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي فريمان دايسون. بالمناسبة ، استعار الفكرة من كتاب "The Starmaker" لكاتب الخيال العلمي أولاف ستابلدون. كيف اقترح البحث عن ذكاء فضائي؟ من الضروري إنشاء غلاف كروي رفيع في الفضاء بنصف قطر كبير ، يمكن مقارنته بنصف قطر مدارات الكواكب ، مع وجود نجم في المركز. من المفترض أن الحضارة المتقدمة للأجانب يمكنها استخدام الكرة للاستفادة الكاملة من طاقة النجم أو لحل مشكلة مساحة المعيشة. وفقًا لتقلبات الطاقة ، سيتم اكتشاف الأجانب.

حتى الآن ، لم يتم العثور حتى على أكثر المركبات بدائية خارج الأرض ، والتي لا يمكن تصنيعها على كوكبنا. كل شيء موجود في الفضاء أنتجته الأرض نفسها الآن. بمعنى آخر ، لا يوجد دليل على أن الحياة على الأرض جاءت من الخارج. هذا يدحض فرضية البانسبيرميا ، التي تشير إلى أن جرثومة الحياة (على سبيل المثال ، أبواغ الكائنات الحية الدقيقة) قد تم إحضارها إلى كوكبنا من الفضاء ، على سبيل المثال ، عن طريق نيزك.

إذا وصلت خمسة أحماض أمينية على نيزك ، فلا تزال بحاجة إلى تكوين خلية منها. تخيل أن لديك كمانًا وطبلًا وباسونًا ، لكن مجرد امتلاكك لهذه الآلات الموسيقية لا يعني أن لديك أوركسترا. هذا هو السر الرئيسي لأصل الحياة. لم يحضر أحد هذه الأوركسترا إلينا على الأرض. يتم أيضًا إنتاج جميع المركبات الموجودة في الفضاء على الأرض - بمساعدة البرق والمحفزات الطبيعية.

تجنب التوازن

يمكنك في كثير من الأحيان سماع عبارة "هذا الكائن الحي في حالة توازن مع بيئة". يفسر الفيزيائي هذه العبارة بشكل لا لبس فيه: "هذا الكائن الحي ميت". نحن في الأساس غير متوازنين ومبعدين من التوازن الديناميكي الحراري ، وإذا تحدثنا عن علاقاتنا مع البيئة ، فنحن في الديناميكا الحرارية وتوازن الطاقة والمواد. يمكن أن تكون علاقات ثابتة أو غير ثابتة ، لكن ليس توازنًا. لا يمكننا تحقيق التوازن إلا في المقبرة.

جوهر الحياة هو تفاعل الاختلافات في الإمكانات الكيميائية والكهربائية والتركيزات وما إلى ذلك. فقط في حالة عدم المساواة وعدم التوازن يمكن أن تحدث عملية كيميائية. من وجهة نظر عالم الفيزياء الحيوية ، فإن حياة الطاقة هي قطع مكافئ. في القاع ، تتوقف الحياة ، بمعنى أنها ليست هناك. تبدأ عمليات التنظيم الذاتي للوسيط النشط عندما ينتهي التوازن ويبتعد النظام عنه.

إذا أخذنا نظامين لهما نفس الجهد الكهربائي - بغض النظر عن حجمه - فلن تكون هناك حركة للشحنات. نحن بحاجة إلى عدم التماثل. هذا هو الشرط الرئيسي لبدء العمليات. الفيزياء تقود العمليات الكيميائية. تم بناء بيولوجيا الأنظمة الحديثة والفيزياء الحيوية على هذا الأساس. والآن واحدة من أكثر اتجاهات واعدةهو علم ، من ناحية ، يشمل الفيزياء الحيوية ، ومن ناحية أخرى ، التآزر.

التآزر ، أو نظرية الأنظمة المعقدة ، هي مجال متعدد التخصصات من العلوم التي تدرس الأنماط العامة للظواهر والعمليات في أنظمة معقدة غير متوازنة (الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية والبيئية والاجتماعية ، وغيرها) على أساس المتأصلة فيها. مبادئ التنظيم الذاتي. التآزر هو نهج متعدد التخصصات ، حيث يبدو أن المبادئ التي تحكم عمليات التنظيم الذاتي هي نفسها بغض النظر عن طبيعة الأنظمة ، ويجب أن يكون الجهاز الرياضي المشترك مناسبًا لوصفها.

قال الفيزيائي الفرنسي الشهير ، بيير كوري ، الحائز على جائزة نوبل ، إن الطبيعة مدفوعة بانتهاك التناظر ، والحركة نفسها هي في الأساس تشويه للتماثل ، لأن التناظر ثابت.

يجب ألا يغيب عن البال أن الطبيعة في كثير من الأحيان لا تطيع ما يسميه الفيزيائيون تقليديًا "القانون". على سبيل المثال ، قانون هوك هو بيان يفيد بأن التشوه الذي يحدث في الجسم المرن يتناسب طرديًا مع القوة المطبقة عليه. لكن هذا القانون لا ينطبق على التشوهات الكبيرة - من المستحيل تمديد الربيع ، على سبيل المثال ، بمقدار 10 كيلومترات. لذلك ، ليس كل قانون من قوانين الفيزياء هو قانون الطبيعة. من الضروري فهم التبعيات الخطية المتناسبة. يتضح هنا أن الأنظمة البعيدة عن التوازن يمكن أن تمر عبر أقسام سلسة وتندرج في ما يسمى بنقاط التشعب - أي التشعبات.

في كثير من الأحيان (خاصة السياسيين) يقولون إن التنمية يجب أن تتبع مسار التطور وليس الثورة. لكن التطور ، بما في ذلك التطور البيولوجي ، بعد التطور السلس يمر عبر التشعب ، ومن الصعب للغاية التنبؤ بما سيكون عليه الحال بعد اجتياز نقطة التشعب. درجة دقة التنبؤ هي نفسها تقريبًا مثل درجة متنبئي الطقس. احتمال تطابق 100٪ أمر غير محتمل ، لأن حتى الطبيعة نفسها لا تعرف كيف ستتصرف بعد اجتياز نقطة التشعب.

تبسيطًا للغاية ، يمكننا القول أن الحياة على الأرض عبارة عن نظام يتكون من نظامين فرعيين مترافقين - المحيط الحيوي و "الاقتصاد" البشري. كل واحد منهم عبارة عن بيئة نشطة منظمة بشكل هرمي ، ولا يمكن لأي منها أن يوجد بمفرده.

في هذا الاتجاه يتطور علم الأحياء الآن - في البحث عن علاقة بين تدفقات الطاقة للمادة والمعلومات والتنظيم الذاتي المكاني والزماني. على سبيل المثال ، لماذا تسبح الأسماك غالبًا في المدارس الكبيرة؟ وبهذه الطريقة تقلل مقاومة الماء لكل سمكة متحركة. ولكن فجأة يظهر سمكة قرش ، وينهار المفصل. إنها وظيفية ، لكنها أيضًا تغيير في التناظر. وإذا نظرت إلى ما حدث من وجهة نظر عالم الفيزياء الحيوية ، فهذا تشعب.

على وشك اختراق جديد

بحلول بداية القرن العشرين ، بدا أن معظم العلوم الأساسية الكلاسيكية قد اكتملت. الاكتشافات الجغرافيةانتهى ، وصف علماء الفلك جميع الأبراج الأقرب وهيكل النظام الشمسي ، واستكشف الجيولوجيون كل شيء ، وتم الانتهاء من الفيزياء والكيمياء ، وتمت كتابة معادلات ماكسويل ، وتم فهم الكهرومغناطيسية ، وتم إتقان الميكانيكا النظرية ، وهناك دورية دورية الجدول ، يفهم الناس كيف يتم ترتيب المركبات العضوية. بدا كل شيء وكأنه معروف - لم يكن هناك مكان للذهاب إلى أبعد من ذلك.

وفجأة حدث اختراق: تظهر ميكانيكا الكم ، تظهر نظرية النسبية ، تأتي ميكانيكا الكم إلى الكيمياء وتعطيها دفعة قوية جديدة. بحلول منتصف القرن العشرين ، كان للعلوم الكلاسيكية عدد كبير من الفروع: الفيزياء جسم صلب، الفيزياء الجزيئية ، فيزياء الفضاء وما إلى ذلك. تنتشر العلوم في عدد كبير من المجالات التطبيقية. كتب فلاديمير إيفانوفيتش فيرنادسكي ، عالم الطبيعة الروسي والسوفيتي الشهير: "إن نمو المعرفة العلمية في القرن العشرين يطمس بسرعة الخطوط الفاصلة بين العلوم الفردية. نحن متخصصون بشكل متزايد ليس في العلوم ، ولكن في المشاكل ".

بفضل هذا ، كان هناك اختراق قوي للحضارة ، واختراق قوي. لكن البشرية ، التي تبتهج ببداية قوية ، أمضت النصف الثاني من القرن العشرين وبداية القرن الحادي والعشرين متواضعا للغاية. لم تعط مجالات العلوم التطبيقية للعالم أي شيء جديد بشكل أساسي ، فهي تعمل باستمرار على تحديث غلاف الأفكار القديمة. على سبيل المثال ، أصبحت محطات الطاقة النووية أكثر موثوقية ، لكن مبدأ تشغيلها لم يتغير منذ الخمسينيات. أصبحت الأدوات أقل سمكًا ، ونقول إنها أكثر حداثة ، لكن مبادئ تشغيلها تظل كما هي.

من أجل اختراق حضاري جديد ، حان الوقت للتركيز ليس على مجالات العلوم التطبيقية ، ولكن على المجالات الأساسية ، من أجل إعطاء العالم طفرة جديدة ، والتي ستستغلها المجالات التطبيقية بعد ذلك لمدة مائة عام أخرى.

مزيج جديد من العلوم يحدث. بدأت الفيزياء في ربط جناحيها المتطرفين ، بدمج الأفكار حول أصغر وأكبر ، أي الجسيمات الأولية والكون. يشارك العلماء عن كثب في نظرية الانفجار العظيم. نفس العمليات تحدث في علم الأحياء. يعمل الباحثون على توحيد معرفتهم حول (المحيط الحيوي) الكبير والصغير (الجينوم).

بالمناسبة ، عدم القدرة على التدريس لرؤية صورة العالم ككل هو أحد نقاط الضعف و التعليم الحديث: يتلقى التلاميذ والطلاب الكثير من المعلومات المتباينة الموجودة بشكل منفصل في الأذهان ، دون التحول إلى معرفة واحدة. يصف التعبير "التفكير باستخدام القصاصات" هذا الموقف بأفضل طريقة ممكنة.

ماذا سيعطي توحيد العلوم؟ سنكتشف ذلك قريبًا وربما نتفاجأ. صاغ الكاتب الإنجليزي الشهير آرثر كلارك ، أحد من يسمون بـ "كتاب الخيال العلمي الثلاثة الكبار" والذين لم يقتصر تأثيرهم على الأدب ، في كتابه "ملامح المستقبل" (1962) ، صاغ "قوانين كلارك" ، ويقرأ أولهم : "إذا كان مستحقًا ، يقول العالم الحكيم أن شيئًا ما في العلم ممكن ، فمن شبه المؤكد أنه على حق. إذا قال أن شيئًا ما مستحيل ، فمن شبه المؤكد أنه مخطئ ".

كيف نشأت الحياة على الأرض؟ التفاصيل غير معروفة للبشرية ، ولكن تم وضع مبادئ حجر الأساس. هناك نوعان من النظريات الرئيسية والعديد من النظريات الثانوية. لذلك ، وفقًا للإصدار الرئيسي ، جاءت المكونات العضوية إلى الأرض من الفضاء الخارجي ، وفقًا لآخر ، حدث كل شيء على الأرض. فيما يلي بعض أشهر التعاليم.

بانسبيرميا

كيف نشأت أرضنا؟ سيرة الكوكب فريدة من نوعها ، ويحاول الناس كشفها بطرق مختلفة. هناك فرضية مفادها أن الحياة الموجودة في الكون يتم توزيعها بمساعدة النيازك (الأجرام السماوية متوسطة الحجم بين الغبار بين الكواكب والكويكب) والكويكبات والكواكب. من المفترض أن توجد أشكال حياة يمكنها تحمل التعرض (الإشعاع ، الفراغ ، درجات الحرارة المنخفضة ، إلخ). يطلق عليهم اسم المتطرفين (بما في ذلك البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة).

يدخلون في الحطام والغبار ، والتي يتم إلقاؤها في الفضاء بعد إنقاذ ، وبالتالي ، الحياة بعد موت أجسام صغيرة من النظام الشمسي. يمكن أن تنتقل البكتيريا في حالة الراحة لفترات طويلة من الزمن قبل الاصطدام العشوائي بكواكب أخرى.

يمكنهم أيضًا الاختلاط بأقراص الكواكب الأولية (سحابة غاز كثيفة حول كوكب صغير). إذا كان في مكان جديد يقع فيه "جنود مثابرون ولكن نائمون" الظروف المواتية، ثم تصبح نشطة. تبدأ عملية التطور. تم كشف التاريخ بمساعدة المسابير. تشير البيانات المأخوذة من الأجهزة التي كانت موجودة داخل المذنبات إلى أنه في الغالبية العظمى من الحالات ، تم تأكيد الاحتمالية بأننا جميعًا "غرباء قليلًا" ، لأن مهد الحياة هو الفضاء.

التكوُّن الحيوي

وهنا رأي آخر حول كيفية نشأة الحياة. على الأرض هناك أحياء وغير حية. ترحب بعض العلوم بالتولد الذاتي (biopoesis) ، وهو ما يفسر كيف ، في سياق التحول الطبيعي ، نشأت الحياة البيولوجية من مادة غير عضوية. يمكن تكوين معظم الأحماض الأمينية (وتسمى أيضًا اللبنات الأساسية لجميع الكائنات الحية) باستخدام تفاعلات كيميائية طبيعية لا علاقة لها بالحياة.

تم تأكيد ذلك من خلال تجربة مولر-أوري. في عام 1953 ، قام عالم بتشغيل الكهرباء من خلال مزيج من الغازات وأنتج العديد من الأحماض الأمينية في ظروف معملية تحاكي تلك التي كانت موجودة في الأرض المبكرة. في جميع الكائنات الحية ، يتم تحويل الأحماض الأمينية إلى بروتينات تحت تأثير الأحماض النووية ، أوصياء الذاكرة الجينية.

يتم تصنيع هذا الأخير بشكل مستقل عن طريق الوسائل البيوكيميائية ، والبروتينات تسرع (تحفز) العملية. أي من الجزيئات العضوية هو الأول؟ وكيف تفاعلوا؟ التولد الذاتي في طور البحث عن إجابة.

اتجاهات نشأة الكون

هذه هي عقيدة الفضاء. في سياق معين لعلوم الفضاء وعلم الفلك ، يشير المصطلح إلى نظرية خلق (ودراسة) النظام الشمسي. محاولات الانجذاب نحو نشأة الكون الطبيعية لا تصمد أمام التدقيق. أولا ، القائمة النظريات العلميةلا يمكن تفسير الشيء الرئيسي: كيف ظهر الكون نفسه؟

ثانيًا ، لا يوجد نموذج مادي يفسر اللحظات الأولى لوجود الكون. في النظرية المذكورة ، لا يوجد مفهوم للجاذبية الكمية. على الرغم من أن منظري الأوتار يقولون إن الجسيمات الأولية تنشأ من اهتزازات وتفاعلات الأوتار الكمومية) ، فإن أولئك الذين يدرسون أصل وعواقب الانفجار العظيم (علم الكونيات الكمومي الحلقي) لا يتفقون مع هذا. يعتقدون أن لديهم معادلات لوصف النموذج من حيث معادلات المجال.

بمساعدة الفرضيات الكونية ، شرح الناس توحيد حركة وتكوين الأجرام السماوية. قبل وقت طويل من ظهور الحياة على الأرض ، ملأت المادة كل الفضاء ثم تطورت.

التعايش الداخلي

تمت صياغة النسخة التعايش الداخلي لأول مرة من قبل عالم النبات الروسي كونستانتين ميريزكوفسكي في عام 1905. وكان يعتقد أن بعض العضيات نشأت كبكتيريا تعيش بحرية وتم أخذها إلى خلية أخرى باعتبارها متعايشات داخلية. تطورت الميتوكوندريا من البكتريا البروتينية (على وجه التحديد الريكيتسيال أو الأقارب) والبلاستيدات الخضراء من البكتيريا الزرقاء.

يشير هذا إلى أن أشكالًا متعددة من البكتيريا دخلت في التعايش مع تكوين خلية حقيقية النواة (حقيقيات النوى هي خلايا الكائنات الحية التي تحتوي على نواة). يتم أيضًا تسهيل النقل الأفقي للمادة الوراثية بين البكتيريا من خلال العلاقات التكافلية.

قد يكون ظهور مجموعة متنوعة من أشكال الحياة قد سبقه الأخير سلف مشترك(LUA) من الكائنات الحية الحديثة.

ولادة عفوية

حتى أوائل القرن التاسع عشر ، كان الناس يرفضون بشكل عام "المفاجأة" كتفسير لكيفية بدء الحياة على الأرض. بدا التوليد 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 التوليد التلقائي في ما يلي: ظهرت بعض الكائنات الحية المعقدة بسبب تحلل المواد العضوية.

وفقًا لأرسطو ، كانت هذه حقيقة يمكن ملاحظتها بسهولة: ينشأ المن من الندى الذي يسقط على النباتات ؛ الذباب - من الطعام الفاسد ، والفئران - من التبن المتسخ ، والتماسيح - من جذوع الأشجار المتعفنة في قاع الخزانات ، وما إلى ذلك. كانت نظرية التولد التلقائي (التي دحضتها المسيحية) موجودة سرًا لعدة قرون.

من المقبول عمومًا أن النظرية تم دحضها أخيرًا في القرن التاسع عشر من خلال تجارب لويس باستير. لم يدرس العالم أصل الحياة ، بل درس ظهور الميكروبات ليتمكن من محاربة الأمراض المعدية. ومع ذلك ، لم تعد أدلة باستير مثيرة للجدل ، لكنها علمية بحتة.

نظرية الطين والخلق المتسلسل

نشأة الحياة على أساس الطين؟ هل هو ممكن؟ عالم كيميائي اسكتلندي يُدعى AJ Kearns-Smith من جامعة غلاسكو عام 1985 هو مؤلف مثل هذه النظرية. بناءً على افتراضات مماثلة من قبل علماء آخرين ، جادل بأن الجسيمات العضوية ، بين طبقات الطين وتتفاعل معها ، تتبنى طريقة تخزين المعلومات والنمو. وهكذا ، اعتبر العالم أن "جين الطين" أساسي. في البداية ، كان المعدن والحياة الوليدة موجودين معًا ، لكن في مرحلة معينة "ركضوا".

مهدت فكرة التدمير (الفوضى) في العالم الناشئ الطريق لنظرية الكارثة كواحدة من رواد نظرية التطور. يعتقد مؤيدوها أن الأرض قد تأثرت بأحداث مفاجئة قصيرة العمر مضطربة في الماضي ، وأن الحاضر هو مفتاح الماضي. كل كارثة تالية دمرت الحياة الموجودة. أعاد الخلق اللاحق إحياءه بشكل مختلف بالفعل عن السابق.

عقيدة مادية

وهنا نسخة أخرى لكيفية نشأة الحياة على الأرض. تم طرحه من قبل الماديين. وهم يعتقدون أن الحياة ظهرت نتيجة للتحولات الكيميائية التدريجية الممتدة في الزمان والمكان ، والتي ، على الأرجح ، حدثت منذ ما يقرب من 3.8 مليار سنة. يسمى هذا التطور الجزيئي ، ويؤثر على منطقة الحمض النووي الريبي والأحماض والبروتينات (البروتينات).

كإتجاه علمي ، نشأت العقيدة في الستينيات ، عندما تم إجراء بحث نشط يؤثر على البيولوجيا الجزيئية والتطورية ، وعلم الوراثة السكانية. حاول العلماء بعد ذلك فهم الاكتشافات الحديثة المتعلقة بالأحماض النووية والبروتينات والتحقق من صحتها.

كان أحد الموضوعات الرئيسية التي حفزت تطوير هذا المجال من المعرفة هو تطور الوظيفة الأنزيمية ، واستخدام تباين الحمض النووي كـ "ساعة جزيئية". ساهم الكشف عنها في دراسة أعمق لتباعد (تفرع) الأنواع.

أصل عضوي

حول كيفية ظهور الحياة على الأرض ، يجادل مؤيدو هذه العقيدة على النحو التالي. بدأ تكوين الأنواع منذ وقت طويل - منذ أكثر من 3.5 مليار سنة (يشير الرقم إلى الفترة التي توجد فيها الحياة). ربما ، في البداية كانت هناك عملية تحول بطيئة وتدريجية ، ثم بدأت مرحلة تحسين سريعة (في إطار الكون) ، الانتقال من حالة ثابتة إلى أخرى تحت تأثير الظروف الحالية.

التطور ، المعروف بالبيولوجي أو العضوي ، هو عملية التغيير بمرور الوقت لواحدة أو أكثر من السمات الموروثة الموجودة في مجموعات الكائنات الحية. الصفات الوراثية - خاص سمات، بما في ذلك التشريحية والكيمياء الحيوية والسلوكية ، والتي تنتقل من جيل إلى آخر.

أدى التطور إلى تنوع وتنويع جميع الكائنات الحية (التنويع). وصف تشارلز داروين عالمنا الملون بأنه "أشكال لا نهاية لها ، أجمل وأجمل." لدى المرء انطباع بأن أصل الحياة هو قصة ليس لها بداية أو نهاية.

إبداع خاص

وفقًا لهذه النظرية ، فإن جميع أشكال الحياة الموجودة اليوم على كوكب الأرض هي من صنع الله. كان آدم وحواء أول رجل وامرأة خلقهما الله تعالى. بدأت الحياة على الأرض معهم ، يؤمنون بالمسيحيين والمسلمين واليهود. اتفقت ثلاث ديانات على أن الله خلق الكون في غضون سبعة أيام ، جاعلاً اليوم السادس ذروة العمل: خلق آدم من تراب الأرض وحواء من ضلعه.

في اليوم السابع استراح الله. ثم نفخ الحياة في الناس وأرسلهم لرعاية الجنة المسماة عدن. في الوسط نمت شجرة الحياة وشجرة معرفة الخير. سمح الله بأكل ثمار جميع الأشجار في الحديقة ، باستثناء شجرة المعرفة ("لأنك في اليوم الذي تأكلها فيه تموت").

لكن الشعب عصى. يقول القرآن أن آدم عرض تذوق التفاحة. غفر الله للخطاة وأرسل كلاهما إلى الأرض كممثلين له. ومع ذلك ... من أين أتت الحياة على الأرض؟ كما ترى ، لا توجد إجابة واحدة. على الرغم من أن العلماء المعاصرين يميلون بشكل متزايد نحو النظرية غير العضوية (غير العضوية) لأصل جميع الكائنات الحية.