النظرية التطورية لأصل الحياة على الأرض. فرضيات حول أصل الحياة على الأرض

من المعروف أن المجلات العلمية تحاول عدم قبول المقالات المخصصة للمشاكل التي تجذب الاهتمام العام للنشر، ولكن ليس لديها حل واضح - لن ينشر منشور جاد عن الفيزياء مشروعًا لآلة الحركة الدائمة. وكان هذا الموضوع أصل الحياة على الأرض. إن مسألة ظهور الطبيعة الحية، وظهور الإنسان، كانت تقلق الناس المفكرين لآلاف السنين، ولم يجد إجابة محددة إلا أنصار الخلق - أنصار الأصل الإلهي لكل الأشياء -، لكن هذه النظرية ليست علمية لأنه لا يمكن أن تكون كذلك. تم التحقق منها.

آراء القدماء

تحكي المخطوطات الصينية والهندية القديمة عن ظهور الكائنات الحية من الماء والبقايا المتعفنة؛ إن ولادة الكائنات البرمائية في الرواسب الموحلة للأنهار الكبيرة مكتوبة بالكتابة الهيروغليفية المصرية القديمة والخط المسماري لبابل القديمة. كانت فرضيات أصل الحياة على الأرض من خلال التوالد التلقائي واضحة لحكماء الماضي البعيد.

كما أعطى الفلاسفة القدماء أمثلة على نشوء الحيوانات من مادة غير حية، لكن مبرراتهم النظرية كانت ذات طبيعة مختلفة: مادية ومثالية. وجد ديموقريطس (460-370 قبل الميلاد) سبب ظهور الحياة في التفاعل الخاص بين الجزيئات الأصغر والأبدية وغير القابلة للتجزئة - الذرات. شرح أفلاطون (428-347 قبل الميلاد) وأرسطو (384-322 قبل الميلاد) أصل الحياة على الأرض من خلال التأثير المعجزي لمبدأ أعلى على المادة الميتة، حيث غرس الأرواح في الأشياء الطبيعية.

لقد ثبت أن فكرة وجود نوع من "قوة الحياة" التي تساهم في ظهور الكائنات الحية، هي فكرة ثابتة للغاية. لقد شكلت وجهات النظر حول أصل الحياة على الأرض بين العديد من العلماء الذين عاشوا في العصور الوسطى وما بعدها حتى نهاية القرن التاسع عشر.

نظرية التوليد التلقائي

أنتوني فان ليوينهوك (1632-1723)، مع اختراع المجهر، صنع أصغر الكائنات الحية الدقيقة التي اكتشفها، الموضوع الرئيسي للخلاف بين العلماء الذين شاركوا نظريتين رئيسيتين حول أصل الحياة على الأرض - النشوء الحيوي والنشوء التلقائي. اعتقد الأول أن جميع الكائنات الحية يمكن أن تكون نتاج كائنات حية فقط، بينما اعتقد الثاني أن التولد التلقائي للمواد العضوية في محاليل موضوعة تحت ظروف خاصة أمر ممكن. جوهر هذا النزاع لم يتغير حتى يومنا هذا.

أثبتت تجارب بعض علماء الطبيعة إمكانية الظهور التلقائي لأبسط الكائنات الحية الدقيقة؛ وقد نفى أنصار النشوء الحيوي هذا الاحتمال تمامًا. أثبت لويس باستور (1822-1895)، باستخدام الأساليب العلمية الصارمة والصحة العالية لتجاربه، عدم وجود قوة حيوية أسطورية تنتقل عبر الهواء وتولد البكتيريا الحية. ومع ذلك، فقد سمح في أعماله بإمكانية التولد التلقائي في بعض الظروف الخاصة، والتي كان على علماء الأجيال القادمة اكتشافها.

نظرية التطور

لقد هزت أعمال العظيم تشارلز داروين (1809-1882) أسس العديد من العلوم الطبيعية. إن ظهور التنوع الهائل للأنواع البيولوجية من سلف مشترك واحد، الذي أعلنه، جعل مرة أخرى أصل الحياة على الأرض أهم مسألة علمية. لقد واجهت نظرية الانتقاء الطبيعي صعوبة في العثور على مؤيدين لها في البداية، وهي الآن تتعرض لهجمات انتقادية تبدو معقولة تمامًا، لكن الداروينية هي التي تكمن في أساس العلوم الطبيعية الحديثة.

وبعد داروين، لم يتمكن علم الأحياء من النظر إلى أصل الحياة على الأرض من مواقعه السابقة. كان العلماء من العديد من فروع العلوم البيولوجية مقتنعين بحقيقة المسار التطوري لتطور الكائنات الحية. على الرغم من أن وجهات النظر الحديثة حول السلف المشترك الذي وضعه داروين في قاعدة شجرة الحياة قد تغيرت في كثير من النواحي، إلا أن حقيقة المفهوم العام لا تتزعزع.

نظرية الحالة المستقرة

كان للدحض المختبري للجيل التلقائي للبكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى، والوعي بالتركيب الكيميائي الحيوي المعقد للخلية، إلى جانب أفكار الداروينية، تأثير خاص على ظهور إصدارات بديلة لنظرية أصل الحياة على الأرض. في عام 1880، اقترح ويليام براير (1841-1897) أحد الأحكام الجديدة. كان يعتقد أنه ليست هناك حاجة للحديث عن ولادة الحياة على كوكبنا، لأنها موجودة إلى الأبد، ولم يكن لها بداية على هذا النحو، فهي ثابتة وجاهزة باستمرار لإعادة الميلاد في أي ظروف مناسبة.

إن أفكار براير وأتباعه ذات أهمية تاريخية وفلسفية بحتة، لأن علماء الفلك والفيزيائيين اللاحقين قاموا بحساب توقيت الوجود النهائي للأنظمة الكوكبية، وسجلوا التوسع المستمر ولكن الثابت للكون، أي أنه لم يكن أبدًا أبديًا أو ثابتًا.

إن الرغبة في النظر إلى العالم ككيان حي عالمي واحد رددت آراء العالم والفيلسوف الكبير من روسيا فلاديمير إيفانوفيتش فيرنادسكي (1863-1945)، الذي كان لديه أيضًا فكرته الخاصة عن أصل الحياة على الأرض. لقد استند إلى فهم الحياة باعتبارها سمة متكاملة للكون، الكون. وفقا لفيرنادسكي، فإن حقيقة أن العلم لم يتمكن من العثور على طبقات لا تحتوي على آثار للمواد العضوية تتحدث عن الخلود الجيولوجي للحياة. إحدى الطرق التي ظهرت بها الحياة على الكوكب الشاب، دعا فيرنادسكي اتصالاتها مع الأجسام الفضائية - المذنبات والكويكبات والنيازك. وهنا اندمجت نظريته مع نسخة أخرى تشرح أصل الحياة على الأرض بطريقة البانسبرميا.

مهد الحياة هو الفضاء

Panspermia (اليونانية - "خليط البذور"، "البذور في كل مكان") تعتبر الحياة خاصية أساسية للمادة ولا تشرح طرق نشأتها، ولكنها تسمي الكون مصدر جراثيم الحياة التي تسقط على الأجرام السماوية مع الظروف المناسبة "لإنباتهم".

يمكن العثور على أول ذكر للمفاهيم الأساسية للتبذر الشامل في كتابات الفيلسوف اليوناني القديم أناكساجوراس (500-428 قبل الميلاد)، وفي القرن الثامن عشر تحدث عنها الدبلوماسي والجيولوجي الفرنسي بينوا دي ماييه (1656-1738). تم إحياء هذه الأفكار من قبل سفانتي أوغست أرهينيوس (1859-1927)، واللورد كلفن ويليام طومسون (1824-1907)، وهيرمان فون هيلمهولتز (1821-1894).

إن دراسة التأثير القاسي للإشعاع الكوني وظروف درجة حرارة الفضاء بين الكواكب على الكائنات الحية جعلت مثل هذه الفرضيات حول أصل الحياة على الأرض ليست ذات صلة كبيرة، ولكن مع بداية عصر الفضاء، زاد الاهتمام بالبانسبيرميا.

في عام 1973، عبر فرانسيس كريك (1916-2004) الحائز على جائزة نوبل عن فكرة إنتاج أنظمة حية جزيئية خارج كوكب الأرض ووصولها إلى الأرض بالنيازك والمذنبات. في الوقت نفسه، قام بتقييم فرص التولد التلقائي على كوكبنا بأنها منخفضة للغاية. لم يعتبر العالم البارز أن أصل الحياة وتطورها على الأرض من خلال طريقة التجميع الذاتي للمادة العضوية عالية المستوى حقيقة واقعة.

تم العثور على هياكل بيولوجية متحجرة في النيازك في جميع أنحاء الكوكب، كما تم العثور على آثار مماثلة في عينات التربة التي تم جلبها من القمر والمريخ. ومن ناحية أخرى، تجرى تجارب عديدة لمعالجة البنى البيولوجية ذات التأثيرات الممكنة عندما تكون في الفضاء الخارجي وعند مرورها بأجواء مشابهة لجو الأرض.

تم إجراء تجربة مهمة في عام 2006 كجزء من مهمة Deep Impact. تم صدم المذنب تمبل بواسطة مسبار تصادم خاص تم إطلاقه بواسطة جهاز أوتوماتيكي. وأظهر تحليل المادة المذنبية التي تم إطلاقها نتيجة الاصطدام وجود الماء والمركبات العضوية المختلفة فيها.

الخلاصة: منذ بدايتها، تغيرت نظرية البانسبرميا بشكل كبير. يفسر العلم الحديث بشكل مختلف تلك العناصر الأساسية للحياة التي كان من الممكن أن تصل إلى كوكبنا الشاب عن طريق الأجسام الفضائية. تثبت الأبحاث والتجارب صلاحية الخلايا الحية أثناء السفر بين الكواكب. كل هذا يجعل فكرة أصل الحياة الأرضية خارج كوكب الأرض ذات صلة. المفاهيم الرئيسية لأصل الحياة على الأرض هي النظريات التي تتضمن البانسبرميا إما كجزء رئيسي أو كوسيلة لإيصال المكونات إلى الأرض لتكوين مادة حية.

نظرية أوبارين هالدين للتطور الكيميائي الحيوي

ظلت فكرة التوليد التلقائي للكائنات الحية من مواد غير عضوية دائمًا هي البديل الوحيد للخلقية، وفي عام 1924 نُشرت دراسة مؤلفة من 70 صفحة، مما أعطى هذه الفكرة قوة نظرية متطورة وراسخة. كان هذا العمل يسمى "أصل الحياة"، وكان مؤلفه عالما روسيا - ألكسندر إيفانوفيتش أوبارين (1894-1980). في عام 1929، عندما لم تكن أعمال أوبارين قد تُرجمت بعد إلى اللغة الإنجليزية، عبّر عالم الأحياء الإنجليزي جون هالدين (1860-1936) عن مفاهيم مماثلة حول أصل الحياة على الأرض.

اقترح أوبارين أنه إذا كان الغلاف الجوي البدائي لكوكب الأرض الفتي يتضاءل (أي لا يحتوي على أكسجين)، فإن انفجارًا قويًا للطاقة (مثل البرق أو الأشعة فوق البنفسجية) يمكن أن يعزز تخليق المركبات العضوية من المواد غير العضوية. بعد ذلك، يمكن أن تشكل هذه الجزيئات جلطات ومجموعات - قطرات متماسكة، وهي كائنات أولية، تتشكل حولها سترات مائية - أساسيات غشاء القشرة، ويحدث التقسيم الطبقي، مما يولد فرق الشحن، مما يعني الحركة - بداية عملية التمثيل الغذائي ، أساسيات عملية التمثيل الغذائي، وما إلى ذلك. تم اعتبار Coacervates أساسًا لبداية العمليات التطورية التي أدت إلى إنشاء أشكال الحياة الأولى.

قدم هالدين مفهوم "الحساء البدائي" - محيط الأرض الأولي، والذي أصبح مختبرًا كيميائيًا ضخمًا مرتبطًا بمصدر طاقة قوي - ضوء الشمس. أدى الجمع بين ثاني أكسيد الكربون والأمونيا والأشعة فوق البنفسجية إلى تجمع مكثف للمونومرات والبوليمرات العضوية. بعد ذلك، تم دمج هذه التكوينات مع ظهور غشاء دهني حولها، وأدى تطورها إلى تكوين خلية حية.

المراحل الرئيسية لنشأة الحياة على الأرض (حسب أوبارين هالدين)

ووفقا لنظرية نشوء الكون من جلطة طاقة، فقد حدث الانفجار الكبير قبل حوالي 14 مليار سنة، وقبل حوالي 4.6 مليار سنة تم الانتهاء من خلق كواكب النظام الشمسي.

اكتسبت الأرض الفتية، التي تبرد تدريجيًا، قشرة صلبة يتكون حولها غلاف جوي. احتوى الغلاف الجوي الأولي على بخار الماء والغازات، والتي كانت فيما بعد بمثابة المواد الخام للتخليق العضوي: أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، وكبريتيد الهيدروجين، والميثان، والأمونيا، ومركبات السيانيد.

أدى قصف الأجسام الفضائية التي تحتوي على مياه متجمدة وتكثيف بخار الماء في الغلاف الجوي إلى تكوين المحيط العالمي، الذي ذابت فيه مركبات كيميائية مختلفة. ورافقت العواصف الرعدية القوية تكوين جو تخترق من خلاله الأشعة فوق البنفسجية القوية. في ظل هذه الظروف، حدث تخليق الأحماض الأمينية والسكريات وغيرها من المواد العضوية البسيطة.

في نهاية المليار سنة الأولى من وجود الأرض، بدأت عملية بلمرة أبسط المونومرات في الماء إلى بروتينات (عديدات الببتيدات) وأحماض نووية (عديدات النيوكليوتيدات). بدأوا في تكوين مركبات ما قبل البيولوجيا - المتحدرات (مع أساسيات النواة والتمثيل الغذائي والغشاء).

3.5-3 مليار سنة قبل الميلاد - مرحلة تكوين البروتوبيونت مع التكاثر الذاتي والتمثيل الغذائي المنظم والغشاء ذو ​​النفاذية المتغيرة.

3 مليار سنة قبل الميلاد ه. - ظهور الكائنات الخلوية والأحماض النووية والبكتيريا الأولية وبداية التطور البيولوجي.

دليل تجريبي لفرضية أوبارين-هالدين

قام العديد من العلماء بتقييم المفاهيم الأساسية لأصل الحياة على الأرض بشكل إيجابي على أساس التولد التلقائي، على الرغم من أنهم وجدوا منذ البداية اختناقات وتناقضات في نظرية أوبارين-هالدين. وفي بلدان مختلفة، بدأ العمل على إجراء دراسات اختبارية للفرضية، وأشهرها التجربة الكلاسيكية التي أجراها عام 1953 العالمان الأمريكيان ستانلي ميلر (1930-2007) وهارولد أوري (1893-1981).

كان جوهر التجربة هو محاكاة ظروف الأرض المبكرة في المختبر، حيث يمكن أن يحدث تخليق أبسط المركبات العضوية. يتم تداول خليط غازي مشابه في تركيبه للغلاف الجوي الأرضي الأساسي في الجهاز. وقد قدم تصميم الجهاز تقليدًا للنشاط البركاني، كما أن التفريغات الكهربائية التي تمر عبر الخليط خلقت تأثير البرق.

وبعد تعميم الخليط عبر النظام لمدة أسبوع، لوحظ تحول عُشر الكربون إلى مركبات عضوية، وتم اكتشاف الأحماض الأمينية والسكريات والدهون والمركبات التي تسبق الأحماض الأمينية. أكدت التجارب المتكررة والمعدلة بشكل كامل إمكانية التولد التلقائي في ظل ظروف محاكاة للأرض المبكرة. وفي السنوات اللاحقة، تم إجراء تجارب متكررة في مختبرات أخرى. تمت إضافة كبريتيد الهيدروجين إلى تركيبة خليط الغاز كعنصر محتمل للانبعاثات البركانية، وتم إجراء تغييرات أخرى غير جذرية. في معظم الحالات، كانت تجربة تصنيع المركبات العضوية ناجحة، على الرغم من أن محاولات المضي قدمًا والحصول على عناصر أكثر تعقيدًا تقترب من تكوين الخلية الحية باءت بالفشل.

عالم الحمض النووي الريبوزي

بحلول نهاية القرن العشرين، أصبح العديد من العلماء الذين لم يتوقفوا أبدًا عن الاهتمام بمشكلة أصل الحياة على الأرض، أصبح من الواضح أنه على الرغم من كل انسجام البنى النظرية والتأكيد التجريبي الواضح، فإن نظرية أوبارين هالدين قد عيوب واضحة، وربما لا يمكن التغلب عليها. كان السبب الرئيسي هو استحالة تفسير ظهور الخصائص التي تحدد الكائن الحي في البروتوبيونت - التكاثر مع الحفاظ على الخصائص الوراثية. ومع اكتشاف الهياكل الخلوية الجينية، ومع تحديد وظيفة وبنية الحمض النووي، ومع تطور علم الأحياء الدقيقة، ظهر مرشح جديد لدور جزيء الحياة البدائية.

لقد أصبح جزيء حمض الريبونوكلييك - RNA. هذا الجزيء الكبير، الذي يعد جزءًا من جميع الخلايا الحية، عبارة عن سلسلة من النيوكليوتيدات - أبسط الوحدات العضوية التي تتكون من ذرات النيتروجين والسكريات الأحادية - الريبوز ومجموعة الفوسفات. إن تسلسل النيوكليوتيدات هو رمز المعلومات الوراثية، وفي الفيروسات، على سبيل المثال، يلعب الحمض النووي الريبي (RNA) الدور الذي يلعبه الحمض النووي (DNA) في الهياكل الخلوية المعقدة.

بالإضافة إلى ذلك، اكتشف العلماء القدرة الفريدة لبعض جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) على إحداث فواصل في سلاسل أخرى أو لصق عناصر فردية من الحمض النووي الريبي (RNA)، ويلعب بعضها دور المحفزات الذاتية - أي أنها تساهم في التكاثر الذاتي السريع. إن الحجم الصغير نسبيًا لجزيء الحمض النووي الريبي (RNA) الكبير وبنيته المبسطة مقارنة بالحمض النووي (شريط واحد) جعل الحمض النووي الريبي المرشح الرئيسي لدور العنصر الرئيسي في الأنظمة ما قبل البيولوجية.

تمت صياغة النظرية الجديدة لنشوء المادة الحية على الكوكب أخيرًا في عام 1986 من قبل والتر جيلبرت (من مواليد 1932)، وهو عالم فيزياء وعالم ميكروبيولوجي وكيميائي حيوي أمريكي. ولم يتفق جميع الخبراء مع وجهة النظر هذه حول أصل الحياة على الأرض. تسمى باختصار "عالم الحمض النووي الريبوزي" (RNA World)، وهي نظرية بنية عالم ما قبل البيولوجيا لكوكبنا لا يمكنها الإجابة على السؤال البسيط حول كيفية ظهور أول جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) بالخصائص المعطاة، حتى لو كانت كمية هائلة من "مواد البناء" موجودة في العالم. شكل النيوكليوتيدات، الخ.

العالم الهيئة العامة للإسكان

حاول سيمون نيكولاس بلاتس العثور على الإجابة في مايو 2004، وفي عام 2006 قامت مجموعة من العلماء بقيادة باسكال إهرنفروند. تم اقتراح الهيدروكربونات متعددة العطريات كمواد أولية للحمض النووي الريبي (RNA) ذات الخصائص التحفيزية.

كان عالم الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات يعتمد على الوفرة العالية لهذه المركبات في الفضاء المرئي (من المحتمل أنها كانت موجودة في "الحساء البدائي" للأرض الفتية) وخصائص بنيتها ذات الشكل الدائري، والتي تسهل الاندماج السريع مع القواعد النيتروجينية. المكونات الرئيسية للحمض النووي الريبي. تتحدث نظرية PAH مرة أخرى عن أهمية بعض أحكام البانسبيرميا.

حياة فريدة على كوكب فريد

وإلى أن تتاح للعلماء فرصة العودة إلى ما قبل 3 مليارات سنة، لن يتم الكشف عن سر أصل الحياة على كوكبنا - وهذا هو الاستنتاج الذي توصل إليه العديد من الذين درسوا هذه المشكلة. المفاهيم الرئيسية لأصل الحياة على الأرض هي: نظرية التولد التلقائي ونظرية البانسبيرميا. قد تتداخل في نواحٍ عديدة، لكن على الأرجح لن يتمكنوا من الإجابة: كيف ظهر نظام متوازن بدقة مذهلة للأرض وقمرها القمري، في وسط الكون الشاسع، وكيف نشأت الحياة عليه ...

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

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

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

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

كم عمر الإنسانية؟

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

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

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

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

ملفات X

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

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

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

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

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

كيف بدأت الحياة على الأرض؟

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

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

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

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

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

إليكم قصة أصل الحياة على الأرض

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

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

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

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

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

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

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

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

كل كائن حي يتكون من خلايا (وأنت كذلك)

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

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

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

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

الشكل الأكثر عددًا للحياة هو البكتيريا وحيدة الخلية.

اليوم، يمكن أن نطلق على أكثر أشكال الحياة عددًا من الكائنات الحية الدقيقة، والتي يتكون كل منها من خلية واحدة فقط.

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

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

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

إذن ما مدى صعوبة الأمر؟

البكتيريا وحيدة الخلية هي أكثر أشكال الحياة شيوعًا على الأرض.

بداية التجارب

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

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

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

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

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

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

موت الحيوية

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

كان هذا بمثابة نهاية للحيوية كمفهوم علمي.

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

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

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

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

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

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

داروين ونظرية التطور

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

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

جادل داروين بأن الله لم يخلق كل نوع من الكائنات الحية على حدة، بل أن كل هذه الأنواع تنحدر من كائن بدائي ظهر منذ ملايين السنين، ويسمى أيضًا السلف المشترك العالمي الأخير.

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

لكن نظرية التطور لم تذكر كلمة واحدة عن كيفية ظهور أول كائن حي.

كيف ظهرت الحياة الأولى؟

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

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

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

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

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

الأفكار الثورية لألكسندر أوبارين

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

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

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

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

نظرية جديدة لأصل الحياة الأولى على الأرض

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

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

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

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

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

نظرية الحياة الأولى لجون هالدين

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

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

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

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

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

حدسية أوبارين-هالدين

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

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

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

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

ولم تبدأ مثل هذه التجارب إلا بعد ربع قرن تقريبًا.

أولى التجارب لخلق الحياة "في المختبر"

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

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

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

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

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

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

أشهر تجربة عن أصل الحياة على الأرض

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

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

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

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

أهمية تجربة ميلر-يوري

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

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

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

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

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

دراسة الجينات والحمض النووي

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

تحدي الحمض النووي

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

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

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

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

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

ما هو الحمض النووي الريبي؟

هناك فارق بسيط في عملية استخدام الحمض النووي بواسطة الخلايا.

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

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

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

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

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

الفرق بين الحمض النووي والحمض النووي الريبي.

كل شيء أكثر تعقيدًا

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

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

ربما بدأت الحياة مع الحمض النووي الريبي (RNA)؟

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

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

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

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

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

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

التقسيم إلى 3 معسكرات

لكن للحياة سمات أخرى لا تقل أهمية.

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

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

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

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

وكانت هناك مجموعة ثالثة جادلت بأنه لا بد أن يكون هناك أولاً نوع من الحاوية للجزيئات الرئيسية التي لا تسمح لها بالتحلل.

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

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

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

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

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

وفي الثمانينات، حدث اكتشاف مذهل أكد بالفعل فرضية أورجيل.

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

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

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

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

الوجوه المتعددة للـ RNA

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

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

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

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

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

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

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

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

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

إنزيمات الحمض النووي الريبي

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

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

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

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

اكتشف توماس تشيك أول إنزيم RNA.

عالم الحمض النووي الريبوزي

أول من أطلق على هذا المفهوم اسم والتر جيلبرت.

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

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

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

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

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

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

دليل

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

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

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

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

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

ولكن بعد ذلك، بدأت الشكوك تساور العلماء.

مشاكل نظرية "عالم الحمض النووي الريبي".

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

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

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

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

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

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

محاولات إنشاء RNA ذاتي التضاعف

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

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

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

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

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

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

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

انزيم R18

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

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

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

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

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

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

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

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

وبالنظر إلى المواد الأولية، يمكن لهذه الدورة البسيطة أن تستمر إلى أجل غير مسمى. لكن الإنزيمات تعمل بشكل صحيح فقط في حالة وجود خيوط الحمض النووي الريبوزي (RNA) الصحيحة، كما أنشأها جويس ولينكولن.

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

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

من المرجح أن الخلايا الأولى تتكاثر بالانقسام.

المشكلة هي السكر

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

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

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

حمض البولياميد النووي (PNA)

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

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

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

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

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

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

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

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

يتصرف الحمض النووي مثل الحمض النووي.

حمض ثروس النووي (TNA)

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

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

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

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

حمض الجليكول النووي (GNA)

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

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

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

يبدو معقولا، ولكن ليس مدعوما بالأدلة.

لقد كانت فكرة جيدة، ولكن...

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

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

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

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

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

الطاقة أولاً؟

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

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

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

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

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

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

امتصاص الطاقة هو أساس الحياة.

الاسْتِقْلاب

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

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

إن عملية استخدام الطاقة مهمة للغاية، ويعتقد العديد من الباحثين أن هذا هو المكان الذي بدأت فيه الحياة.

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

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

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

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

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

الدورة الأيضية

كانت نقطة التحول هي إنشاء أول دورة استقلابية.

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

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

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

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

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

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

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

كرّس واخترزهاوزر العقدين الأخيرين من القرن العشرين لنظريته، وعمل عليها بالتفصيل. ووصف المعادن التي من شأنها أن تعمل بشكل أفضل وما هي الدورات الكيميائية التي قد تحدث. بدأ منطقه في كسب المؤيدين.

التأكيد التجريبي

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

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

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

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

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

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

الفتحات الحرارية المائية

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

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

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

بدت النظرية معقولة وجذبت الانتباه.

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

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

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

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

دافئًا، بل وأكثر دفئًا..

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

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

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

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

اكتشف راسل في مختبره أن البيريت يمكنه أيضًا تكوين قطرات كروية. واقترح أن أول جزيئات عضوية معقدة تشكلت داخل هياكل البيريت.

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

2+2=?

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

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

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

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

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

تجارب ميتشل "السخيفة".

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

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

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

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

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

كيف يخزن الجسم الطاقة

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

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

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

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

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

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

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

كان الفصل الطبيعي للبروتونات ضروريًا للحياة

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

تحتاج جميع الخلايا إلى مشاركة البروتونات لتخزين الطاقة.

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

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

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

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

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

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

دكتور ديبورا كيلي.

الفتحات القلوية والحرارية الباردة

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

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

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

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

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

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

النظرية الأكثر شمولاً لأصل الحياة على الأرض

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

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

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

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

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

أحدث الاكتشافات

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

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

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

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

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

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

الأمر ليس بهذه البساطة

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

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

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

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

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

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

بالنسبة للعديد من الباحثين، أصبحت هذه الحجة حاسمة.

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

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

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

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

كيفية إنشاء خلية؟

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

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

ومع ذلك، ظهرت نظرية ثالثة إلى الواجهة.

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

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

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

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

نظرية الخلية الأولية

إن حجج لويزي بسيطة ومقنعة. كيف يمكنك أن تتخيل عملية التمثيل الغذائي أو الحمض النووي الريبوزي (RNA) ذاتي التكاثر الذي يتطلب الكثير من المواد في مكان واحد إذا لم يكن هناك وعاء حيث تكون الجزيئات آمنة؟

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

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

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

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

اقترح لويزي أن هذه الخلايا المتضافرة كانت أول الخلايا الأولية.

ربما كانت Coacervates هي الخلايا الأولية الأولى.

عالم الدهون

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

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

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

الخلية الأولية مع الحمض النووي الريبي (RNA).

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

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

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

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

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

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

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

الحويصلات

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

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

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

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

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

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

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

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

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

حدث تكوين الحويصلات بمشاركة الطين بشكل أسرع بمئات المرات.

تطوير وتقسيم الخلايا الأولية

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

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

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

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

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

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

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

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

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

مبدأ البصل

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

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

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

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

ضرورة النسخ الذاتي للـ RNA

ومع ذلك، لا تزال الخلايا الأولية لا تعمل بشكل صحيح. رأى لويزي أن الخلايا الأولية هي حاملات لجزيئات RNA ذاتية التكاثر، لكن حتى الآن كانت RNAs موجودة داخلها ببساطة ولم تؤثر على أي شيء.

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

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

واجه شوستاك نفسه هذه المشكلة أثناء عمله المبكر على نظرية عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA World). ومنذ ذلك الحين، يبدو أن أحداً لم يتمكن من حلها.

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

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

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

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

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

العنصر المفقود

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

التوحيد الكبير

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

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

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

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

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

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

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

المبنى المتواضع لمختبر كامبريدج للبيولوجيا الجزيئية.

صدفة سعيدة للجزيئات والظروف

يوضح ساذرلاند: "لقد تم كسر العديد من الجوانب الرئيسية لكيمياء الحمض النووي الريبي". يتكون كل نيوكليوتيد RNA من سكر وقاعدة وفوسفات. ولكن في الممارسة العملية، اتضح أنه من المستحيل إجبار السكر والقاعدة على التفاعل. كانت الجزيئات ببساطة ذات شكل خاطئ.

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

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

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

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

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

كيفية إنشاء خلية حية من الصفر

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

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

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

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

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

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

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

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

البركة البدائية وتشكيل الحياة في دقائق معدودة

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

الفوضى شرط ضروري للحياة

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

بدائل للحمض النووي الريبوزي

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

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

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

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

ولكن هناك واحدة "لكن"

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

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

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

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

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

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

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

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

المحفزات والإنزيمات

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

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

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

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

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

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

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

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

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

الحياة لم تنشأ في المحيط، بل على الأرض

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

كان من الممكن أن تساعد النيازك في الحياة

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

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

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

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

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

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

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

متى سنحصل على إجابة على السؤال: كيف بدأت الحياة؟

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

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

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

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

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

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

ماذا حدث قبل 4 مليار سنة

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

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

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

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

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

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

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

واقع جديد

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

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

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

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

إقرأ أيضاً:

شارك هذه المقالة

مقدمة القسم 1. النظريات الأساسية لأصل الحياة على الأرض.

1.1 الخلقية.

1.2 فرضية التوليد التلقائي.

1.3 نظرية الحالة المستقرة.

1.4 فرضية البانسبرميا.

القسم 2. نظرية البروتين المتماسك أوبارين.

2.1 جوهر النظرية.

2.2 ألكسندر إيفانوفيتش أوبارين.

2.3 أصول التطور الكيميائي "الحساء البدائي".

2.4 مراحل عملية أصل الحياة.

القسم 3. الحاجة إلى البحث في أصل الحياة.

القسم 4. وجهات النظر الحديثة حول أصول الحياة.

خاتمة.

الأدب.

مقدمة

إن مسألة أصل الحياة على الأرض واحتمال وجودها على كواكب أخرى في الكون قد جذبت منذ فترة طويلة اهتمام العلماء والفلاسفة والناس العاديين. في السنوات الأخيرة، زاد الاهتمام بهذه "المشكلة الأبدية" بشكل ملحوظ.

ويرجع ذلك إلى ظرفين: أولا، التقدم الكبير في النمذجة المعملية لبعض مراحل تطور المادة التي أدت إلى أصل الحياة، وثانيا، التطور السريع لأبحاث الفضاء، مما جعل البحث الفعلي عن أي شكل من أشكال الحياة على الأرض. كواكب النظام الشمسي أكثر وأكثر واقعية، وفي المستقبل بعده.

يعد أصل الحياة أحد الأسئلة الأكثر غموضا، وهي إجابة شاملة من غير المرجح أن يتم الإجابة عليها على الإطلاق. العديد من الفرضيات وحتى النظريات حول أصل الحياة، التي تشرح الجوانب المختلفة لهذه الظاهرة، غير قادرة حتى الآن على التغلب على الظروف الأساسية - تؤكد تجريبيًا حقيقة ظهور الحياة. ليس لدى العلم الحديث دليل مباشر على كيف وأين نشأت الحياة. لا يوجد سوى إنشاءات منطقية وأدلة غير مباشرة يتم الحصول عليها من خلال التجارب النموذجية، والبيانات في مجال علم الحفريات والجيولوجيا وعلم الفلك وما إلى ذلك.

ومع ذلك، فإن مسألة أصل الحياة لم يتم حلها بشكل نهائي بعد. هناك العديد من الفرضيات حول أصل الحياة.

تم النظر في الأفكار التالية في أوقات مختلفة وفي ثقافات مختلفة:

الخلق (الحياة خلقها الخالق)؛

التولد التلقائي (التولد التلقائي؛ نشأت الحياة بشكل متكرر من مادة غير حية)؛

فرضية الحالة المستقرة (الحياة كانت موجودة دائمًا)؛

فرضية Panspermia (جلبت الحياة إلى الأرض من كواكب أخرى)؛

فرضيات الكيمياء الحيوية (نشأت الحياة في الظروف الأرضية أثناء العمليات التي تخضع للقوانين الفيزيائية والكيميائية، أي نتيجة للتطور الكيميائي الحيوي)؛

الغرض من العمل هو النظر في النظريات الرئيسية لأصل الحياة على الأرض.

من المهم ملاحظة أنه لتحقيق الهدف يتم أخذ المهام التالية بعين الاعتبار:

مراجعة النظريات الرئيسية

الخلق

نظرية التوليد التلقائي للحياة

نظرية الحالة المستقرة

فرضية البانسرميا

اكتشف النظرية الأساسية للبروتين المتراكب في الذكاء الاصطناعي. أوبارينا

اقرأ السيرة الذاتية لـ A.I. أوبارينا

وصف أصول التطور الكيميائي "الحساء البدائي"

تحديد مراحل عملية نشوء الحياة على الأرض

ضرورة دراسة أصل الحياة على الأرض

وجهات النظر الحديثة حول أصل الحياة

عند تنفيذ العمل، تم استخدام الأساليب التالية: الجغرافية المقارنة، تحليل المصادر الأدبية، التاريخية.

تم كتابة العمل بناءً على المواد التالية: دراسات، منشورات مترجمة، مقالات من مجموعة الأعمال العلمية، مكونات الكتب، الأدب من الإنترنت.

القسم 1. النظريات الأساسية لأصل الحياة على الأرض

1.1الخلق

الخلق (من الخلق الإنجليزي - الخلق) هو مفهوم ديني وفلسفي يعتبر فيه التنوع الكامل للعالم العضوي، والإنسانية، وكوكب الأرض، وكذلك العالم ككل، قد تم إنشاؤه عمدًا بواسطة كائن أعلى أو كائن أعلى. إله. إن نظرية الخلق، التي ترجع إجابة سؤال أصل الحياة إلى الدين (خلق الله للحياة)، وفق معيار بوبر، هي خارج مجال البحث العلمي (لأنها غير قابلة للدحض: من المستحيل إثباتها بواسطة الطرق العلمية (أن الله خلق الحياة وأن الله خلقها). بالإضافة إلى ذلك، لا تقدم هذه النظرية إجابة مرضية لسؤال أسباب ظهور ووجود الكائن الأسمى نفسه، وعادةً ما تفترض ببساطة عدم بدايته.

1.2فرضية الجيل التلقائي

وانتشرت هذه النظرية على نطاق واسع في الصين القديمة وبابل ومصر كبديل لنظرية الخلق التي تعايشت معها. عادةً ما تنسب التعاليم الدينية في جميع الأوقات وجميع الشعوب ظهور الحياة إلى عمل إبداعي أو آخر للإله. كما قام الباحثون الأوائل في الطبيعة بحل هذه المشكلة بسذاجة شديدة. أرسطو (384-322 قبل الميلاد)، الذي غالبًا ما يُشيد به باعتباره مؤسس علم الأحياء، التزم بنظرية الأصل التلقائي للحياة. حتى بالنسبة لهذا العقل المتميز في العصور القديمة، والذي كان أرسطو، لم يكن من الصعب بشكل خاص قبول فكرة أن الحيوانات - الديدان والحشرات وحتى الأسماك - يمكن أن تنشأ من الطمي. على العكس من ذلك، قال هذا الفيلسوف أن كل جسد جاف، يصبح رطبا، وعلى العكس من ذلك، كل جسد رطب، يصبح جافا، سوف تلد الحيوانات.

وفقًا لفرضية أرسطو حول التولد التلقائي، تحتوي بعض "جسيمات" المادة على "مبدأ نشط" معين يمكنه، في ظل ظروف مناسبة، إنشاء كائن حي. وكان أرسطو على حق في اعتقاده أن هذا المبدأ الفعال موجود في البويضة المخصبة، لكنه اعتقد خطأً أنه موجود أيضًا في رياح الشمس والطين واللحوم الفاسدة.

"هذه هي الحقائق: الكائنات الحية يمكن أن تنشأ ليس فقط من خلال تزاوج الحيوانات، ولكن أيضًا من خلال تحلل التربة. وكذلك الأمر بالنسبة للنباتات: بعضها يتطور من البذور، والبعض الآخر يبدو أنه ينشأ تلقائيًا تحت تأثير الطبيعة بأكملها، وينشأ من تحلل الأرض أو أجزاء معينة من النباتات” (أرسطو).

كان لسلطة أرسطو تأثير استثنائي على آراء علماء العصور الوسطى. كان رأي هذا الفيلسوف في أذهانهم متشابكًا بشكل معقد مع المفاهيم الدينية، وغالبًا ما كان يقدم استنتاجات سخيفة وحتى غبية تمامًا في وجهة النظر الحديثة. تحضير شخص حي أو ما يشبهه، "القزم"، في دورق، عن طريق خلط وتقطير مواد كيميائية مختلفة، كان يعتبر في العصور الوسطى، على الرغم من أنه صعب للغاية وغير قانوني، ولكنه بلا شك قابل للتنفيذ. بدا إنتاج الحيوانات من مواد غير حية بسيطًا جدًا وشائعًا بالنسبة للعلماء في ذلك الوقت لدرجة أن الكيميائي والطبيب الشهير فان هيلمونت (1577-1644) يقدم مباشرة وصفة يمكنك من خلالها تحضير الفئران بشكل مصطنع عن طريق تغطية وعاء بالحبوب بالخرق الرطبة والقذرة. وصف هذا العالم الناجح للغاية تجربة يُزعم أنه قام فيها بإنشاء الفئران في ثلاثة أسابيع. كل ما تحتاجه هو قميص متسخ، وخزانة داكنة وحفنة من القمح. اعتبر فان هيلمونت أن العرق البشري هو العنصر النشط في عملية الفأر.

يصف عدد من المصادر التي يرجع تاريخها إلى القرنين السادس عشر والسابع عشر بالتفصيل تحول الماء والحجارة والأشياء غير الحية الأخرى إلى زواحف وطيور وحيوانات. حتى أن غريندل فون آش يظهر صورة لضفادع من المفترض أنها تخرج من ندى مايو، ويصور ألدروفاند عملية ولادة الطيور والحشرات من أغصان الأشجار وثمارها.

كلما تطورت العلوم الطبيعية، كلما زادت أهمية الملاحظة والخبرة الدقيقة، وليس مجرد التفكير والفلسفة، المكتسبة في معرفة الطبيعة، كلما ضاقت نطاق تطبيق نظرية التولد التلقائي. بالفعل في عام 1688، تناول عالم الأحياء والطبيب الإيطالي فرانشيسكو ريدي، الذي عاش في فلورنسا، مشكلة أصل الحياة بشكل أكثر صرامة وشكك في نظرية الجيل التلقائي. أثبت الدكتور ريدي من خلال تجارب بسيطة عدم أساس الآراء حول النشوء التلقائي للديدان في اللحوم المتعفنة. وثبت أن الديدان البيضاء الصغيرة هي يرقات الذباب. وبعد إجراء سلسلة من التجارب، حصل على بيانات تدعم فكرة أن الحياة لا يمكن أن تنشأ إلا من حياة سابقة (مفهوم النشوء الحيوي).

"إن الإدانة ستكون عديمة الجدوى إذا لم يتم تأكيدها بالتجربة. لذلك، في منتصف شهر يوليو، أخذت أربع أوعية كبيرة ذات فوهات واسعة، ووضعت التراب في إحداها، وبعض الأسماك في الأخرى، وثعابين البحر من نهر أرنو في الثالثة، وقطعة من لحم العجل في الرابعة، وأغلقتها بإحكام و مختومة لهم. ثم وضعت نفس الشيء في أربع أوعية أخرى وتركتها مفتوحة... وسرعان ما أصبحت اللحوم والأسماك الموجودة في الأوعية غير المغلقة دودة؛ يمكن للمرء أن يرى الذباب يطير بحرية داخل وخارج السفن. لكنني لم أر دودة واحدة في الأوعية المغلقة، مع مرور أيام عديدة منذ وضع السمك الميت فيها” (ريدي).

وهكذا، فيما يتعلق بالكائنات الحية التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة، فقد تبين أن افتراض النشوء التلقائي لا يمكن الدفاع عنه. ولكن في نهاية القرن السابع عشر. اكتشف كيرشر وليوينهوك عالمًا من المخلوقات الصغيرة، غير المرئية بالعين المجردة، ولا يمكن رؤيتها إلا من خلال المجهر. يمكن العثور على هذه "أصغر الحيوانات الحية" (كما أطلق ليفينهوك على البكتيريا والأهداب التي اكتشفها) أينما حدث التسوس، في غليان ونقيع النباتات طويلة الأمد، في اللحوم المتعفنة، في المرق، في اللبن الحامض، في البراز، في لوحة الأسنان . وكتب ليفينهوك: "هناك عدد أكبر من هذه (الميكروبات) في فمي، أكثر من عدد الأشخاص في المملكة المتحدة". على المرء فقط أن يضع لفترة من الوقت المواد القابلة للتلف والمتعفنة بسهولة في مكان دافئ، وتتطور فيها على الفور كائنات حية مجهرية لم تكن موجودة من قبل. من أين تأتي هذه المخلوقات؟ هل أتت حقًا من أجنة سقطت عن طريق الخطأ في سائل متعفن؟ كم من هذه الأجنة يجب أن تكون موجودة في كل مكان! ظهرت الفكرة بشكل لا إرادي أنه هنا، في المغلي والحقن المتعفنة، حدث التوليد التلقائي للميكروبات الحية من مادة غير حية. تم تأكيد هذا الرأي بقوة في منتصف القرن الثامن عشر من خلال تجارب الكاهن الاسكتلندي نيدهام. أخذ نيدهام مرق اللحم أو مغلي المواد النباتية، ووضعها في أوعية محكمة الغلق وقام بغليها لفترة قصيرة. في هذه الحالة، وفقًا لنيدهام، كان من المفترض أن تموت جميع الأجنة، لكن لم تتمكن الأجنة الجديدة من الدخول من الخارج، لأن الأوعية كانت مغلقة بإحكام. ومع ذلك، بعد مرور بعض الوقت، ظهرت الميكروبات في السوائل. ومن هذا استنتج العالم المذكور أنه موجود أثناء ظاهرة التولد التلقائي.

وفي الوقت نفسه عارض هذا الرأي عالم آخر هو الإيطالي سبالانزاني. وبتكرار تجارب نيدهام، أصبح مقتنعًا بأن التسخين الأطول للأوعية التي تحتوي على سوائل عضوية يؤدي إلى تعطيلها تمامًا. في عام 1765، أجرى لازارو سبالانزاني التجربة التالية: بعد غليان مرق اللحم والخضروات لعدة ساعات، أغلقها على الفور ثم أبعدها عن النار. وبعد فحص السوائل بعد بضعة أيام، لم يجد سبالانزاني أي علامات للحياة فيها. ومن هنا استنتج أن درجات الحرارة المرتفعة تقضي على جميع أشكال الكائنات الحية، وأنه بدونها لا يمكن أن تنشأ أي حياة.

اندلع نزاع عنيف بين ممثلي وجهتي نظر متعارضتين. جادل سبالانزاني بأن السوائل في تجارب نيدهام لم يتم تسخينها بشكل كافٍ وبقيت أجنة الكائنات الحية هناك. اعترض نيدهام على ذلك قائلاً إنه لم يكن هو من قام بتسخين السوائل قليلًا جدًا، ولكن على العكس من ذلك، قام سبالانزاني بتسخينها كثيرًا وبمثل هذه الطريقة الفجة دمر "القوة التوليدية" للحقن العضوية، وهي متقلبة للغاية ومتقلبة. .

ونتيجة لذلك، بقي كل من المتنازعين في مواقعهم الأصلية، ولم يتم حل مسألة التولد التلقائي للميكروبات في السوائل المتعفنة في أي من الاتجاهين لمدة قرن كامل. خلال هذا الوقت، تم إجراء العديد من المحاولات لإثبات أو دحض التولد التلقائي تجريبيًا، لكن لم تؤد أي منها إلى نتائج محددة.

أصبح السؤال مرتبكًا بشكل متزايد، وفقط في منتصف القرن التاسع عشر تم حله أخيرًا بفضل البحث الرائع الذي أجراه العالم الفرنسي اللامع.

تناول لويس باستور مشكلة أصل الحياة في عام 1860. بحلول هذا الوقت، كان قد فعل الكثير بالفعل في مجال علم الأحياء الدقيقة وتمكن من حل المشكلات التي تهدد تربية دودة القز وصناعة النبيذ. كما أثبت أن البكتيريا موجودة في كل مكان وأن المواد غير الحية يمكن أن تتلوث بسهولة بالكائنات الحية إذا لم يتم تعقيمها بشكل صحيح. ومن خلال سلسلة من التجارب، أظهر أنه في كل مكان، وخاصة بالقرب من مساكن الإنسان، تطفو أجنة صغيرة في الهواء. فهي خفيفة جدًا لدرجة أنها تطفو بحرية في الهواء، ولا تسقط إلا ببطء شديد وتدريجيًا على الأرض.

ونتيجة لسلسلة من التجارب المبنية على أساليب سبالانزاني، أثبت باستير صحة نظرية التولد الحيوي وأخيرًا دحض نظرية التولد التلقائي.

وقد فسر باستور الظهور الغامض للكائنات الحية الدقيقة في تجارب الباحثين السابقين إما عن طريق إزالة التلوث غير الكامل للبيئة، أو عن طريق الحماية غير الكافية للسوائل من اختراق الجراثيم. إذا قمت بغلي محتويات القارورة جيدًا ثم قمت بحمايتها من الجراثيم التي يمكن أن تدخل مع تدفق الهواء إلى القارورة، ففي مائة حالة من أصل مائة، لن يحدث تعفن السائل وتكوين الميكروبات.

من المهم أن نلاحظ أنه لإزالة الهواء المتدفق إلى الدورق، استخدم باستور مجموعة واسعة من التقنيات: إما قام بتكليس الهواء في أنابيب زجاجية ومعدنية، أو قام بحماية عنق الدورق بسدادة قطنية، حيث يتم وضع كل الهواء في القارورة. تم الاحتفاظ بأصغر الجزيئات المعلقة في الهواء، أو أخيرًا تمرير الهواء عبر أنبوب زجاجي رفيع منحني على شكل الحرف S - في هذه الحالة، تم الاحتفاظ بجميع الأجنة ميكانيكيًا على الأسطح الرطبة لثنيات الأنبوب.

وحيثما كانت الحماية موثوقة بدرجة كافية، لم يتم ملاحظة ظهور الميكروبات في السائل. ولكن ربما أدى التسخين المطول إلى تغيير البيئة كيميائيًا وجعلها غير صالحة لدعم الحياة؟ وقد دحض باستور هذا الاعتراض بسهولة أيضًا. ألقى سدادة قطنية في السائل، منزعجًا من التسخين، الذي يمر من خلاله الهواء، وبالتالي يحتوي على أجنة - فسد السائل بسرعة. وبالتالي، فإن الحقن المسلوقة هي تربة مناسبة تماما لتطوير الميكروبات. لا يحدث هذا التطور لمجرد عدم وجود جنين. بمجرد دخول الجنين إلى السائل، فإنه ينبت على الفور وينتج حصادًا وفيرًا.

أظهرت تجارب باستور بما لا يدع مجالاً للشك أن التولد التلقائي للميكروبات لا يحدث في الحقن العضوية. جميع الكائنات الحية تتطور من الأجنة، أي. تنشأ من كائنات حية أخرى. وفي الوقت نفسه، أدى تأكيد نظرية النشوء الحيوي إلى ظهور مشكلة أخرى. وبما أن وجود كائن حي آخر ضروري لنشوء كائن حي، فمن أين أتى أول كائن حي؟ فقط نظرية الحالة المستقرة لا تحتاج إلى إجابة على هذا السؤال، وجميع النظريات الأخرى تشير ضمنا إلى أنه في مرحلة ما من تاريخ الحياة كان هناك انتقال من غير حي إلى حي.

1.3نظرية الحالة المستقرة.

ووفقاً لهذه النظرية، فإن الأرض لم تظهر إلى الوجود أبداً، بل كانت موجودة إلى الأبد؛ فهو كان دائمًا قادرًا على دعم الحياة، وإذا تغير فهو قليل جدًا. وفقًا لهذا الإصدار، لم تظهر الأنواع أبدًا، وكانت موجودة دائمًا، ولكل نوع احتمالان فقط - إما التغيير في الأرقام أو الانقراض.

في الوقت نفسه، تتناقض فرضية الحالة الثابتة بشكل أساسي مع بيانات علم الفلك الحديث، والتي تشير إلى العمر المحدود لأي نجوم، وبالتالي أنظمة الكواكب حول النجوم. وفقًا للتقديرات الحديثة، استنادًا إلى معدلات الاضمحلال الإشعاعي، يُقدر عمر الأرض والشمس والنظام الشمسي بحوالي 4.6 مليار سنة. ولذلك، فإن هذه الفرضية لا تؤخذ بعين الاعتبار عادة من قبل العلوم الأكاديمية.

لا يدرك أنصار هذه النظرية أن وجود أو عدم وجود بقايا أحفورية معينة قد يشير إلى وقت ظهور أو انقراض نوع معين، ويستشهدون كمثال بممثل الأسماك ذات الزعانف الفصية - السيلكانث (السيلكانث). وفقًا لبيانات علم الحفريات، انقرضت الحيوانات ذات الزعانف الفصية في نهاية العصر الطباشيري. ومع ذلك، كان لا بد من مراجعة هذا الاستنتاج عندما تم العثور على ممثلين أحياء للزعانف المفصصة في منطقة مدغشقر. يجادل أنصار نظرية الحالة المستقرة بأنه فقط من خلال دراسة الأنواع الحية ومقارنتها بالبقايا الأحفورية يمكن استخلاص استنتاج حول الانقراض، وحتى في هذه الحالة فمن المحتمل جدًا أن يكون هذا الاستنتاج غير صحيح. باستخدام بيانات الحفريات لدعم نظرية الحالة المستقرة، يفسر أنصارها ظهور الحفريات من الناحية البيئية. على سبيل المثال، يفسرون الظهور المفاجئ لأنواع أحفورية في طبقة معينة من خلال زيادة عدد سكانها أو انتقالها إلى أماكن مناسبة للحفاظ على بقاياها.

1.4فرضية البانسرميا

تسمى الفرضية حول ظهور الحياة على الأرض بسبب نقل أجنة معينة من الحياة من كواكب أخرى نظرية بانسيرميا (من اليونانية παν - الكل والجميع و σπερμα - البذور). هذه الفرضية مجاورة لفرضية الحالة الثابتة. ويؤيد أتباعها فكرة الوجود الأبدي للحياة ويطرحون فكرة أصلها المفاجئ. من أوائل من عبروا عن فكرة الأصل الكوني (المفاجئ) للحياة كان العالم الألماني ج. ريختر عام 1865. ووفقا لريختر، فإن الحياة على الأرض لم تنشأ من مواد غير عضوية، بل جاءت من كواكب أخرى. وفي هذا الصدد، أثيرت أسئلة حول مدى إمكانية مثل هذا النقل من كوكب إلى آخر وكيف يمكن تحقيقه. تم البحث عن الإجابات في المقام الأول في الفيزياء، وليس من المستغرب أن يكون أول المدافعين عن هذه الآراء ممثلين لهذا العلم، وهم العلماء البارزون ج. هيلمهولتز، س. أرهينيوس، ج. طومسون، ب. لازاريف وآخرون.

وفقًا لأفكار طومسون وهيلمهولتز، من الممكن أن تكون جراثيم البكتيريا والكائنات الحية الأخرى قد وصلت إلى الأرض باستخدام النيازك. تؤكد الدراسات المخبرية المقاومة العالية للكائنات الحية للتأثيرات الضارة، وخاصة درجات الحرارة المنخفضة. على سبيل المثال، لم تموت أبواغ وبذور النباتات حتى بعد التعرض لفترة طويلة للأكسجين السائل أو النيتروجين.

يعتقد أتباع مفهوم بانسيرميا المعاصرين (بما في ذلك عالم الفيزياء الحيوية الإنجليزي ف. كريك الحائز على جائزة نوبل) أن الحياة قد تم إحضارها إلى الأرض إما عن طريق الخطأ أو عن قصد عن طريق كائنات فضائية في الفضاء. وجهة نظر علماء الفلك Ch.Wickramasinghe (سريلانكا) وF. Hoyle (بريطانيا العظمى) مجاورة لفرضية بانسيرميا. ويعتقدون أن الكائنات الحية الدقيقة موجودة بأعداد كبيرة في الفضاء الخارجي، خاصة في سحب الغاز والغبار، حيث تتشكل، بحسب العلماء. وبعد ذلك، تلتقط المذنبات هذه الكائنات الحية الدقيقة، والتي بعد ذلك، عند مرورها بالقرب من الكواكب، «تزرع بذور الحياة».

القسم 2. نظرية البروتين المتماسك أوبارينا

2.1جوهر النظرية

تم إنشاء أول نظرية علمية فيما يتعلق بأصل الكائنات الحية على الأرض من قبل عالم الكيمياء الحيوية السوفيتي أ. أوبارين (1894-1980). في عام 1924، نشر أعمالًا أوجز فيها أفكارًا حول كيفية نشوء الحياة على الأرض. وبحسب هذه النظرية فإن الحياة نشأت في الظروف المحددة للأرض القديمة، ويعتبرها أوبارين نتيجة طبيعية للتطور الكيميائي لمركبات الكربون في الكون.

وبحسب أوبارين، يمكن تقسيم العملية التي أدت إلى ظهور الحياة على الأرض إلى ثلاث مراحل:

ظهور المواد العضوية.

تكوين البوليمرات الحيوية (البروتينات، والأحماض النووية، والسكريات، والدهون، وما إلى ذلك) من مواد عضوية أبسط.

ظهور كائنات بدائية ذاتية التكاثر.

تحظى نظرية التطور الكيميائي الحيوي بأكبر عدد من المؤيدين بين العلماء المعاصرين. نشأت الأرض منذ حوالي خمسة مليارات سنة؛ في البداية، كانت درجة حرارة سطحه مرتفعة للغاية (تصل إلى عدة آلاف من الدرجات). وأثناء تبريده يتكون سطح صلب (القشرة الأرضية - الغلاف الصخري).

الغلاف الجوي، الذي يتكون في الأصل من غازات خفيفة (الهيدروجين والهيليوم)، لا يمكن احتواؤه بشكل فعال بواسطة الأرض غير الكثيفة بما فيه الكفاية، وتم استبدال هذه الغازات بغازات أثقل: بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والأمونيا والميثان. عندما انخفضت درجة حرارة الأرض إلى أقل من 100 درجة مئوية، بدأ بخار الماء في التكثف، مكونًا محيطات العالم. في هذا الوقت، وفقًا لأفكار أ. تم تخليق الأوبارين، أي في محيطات الأرض الأولية، المشبعة بمركبات كيميائية بسيطة مختلفة، "في المرق الأولي" تحت تأثير الحرارة البركانية، وتصريفات البرق، والأشعة فوق البنفسجية المكثفة والعوامل البيئية الأخرى، تم تخليق الأوبارين. وبدأت المركبات العضوية الأكثر تعقيدًا، ومن ثم البوليمرات الحيوية. تم تسهيل تكوين المواد العضوية بسبب غياب الكائنات الحية - مستهلكات المواد العضوية - وعامل الأكسدة الرئيسي - الأكسجين. تم دمج جزيئات الأحماض الأمينية المعقدة بشكل عشوائي لتكوين الببتيدات، والتي بدورها خلقت البروتينات الأصلية. ومن هذه البروتينات تم تصنيع الكائنات الحية الأولية ذات الحجم المجهري.

إن أصعب مشكلة في نظرية التطور الحديثة هي تحول المواد العضوية المعقدة إلى كائنات حية بسيطة. ويرى أوبارين أن الدور الحاسم في تحول الكائنات غير الحية إلى كائنات حية يعود إلى البروتينات. على ما يبدو، فإن جزيئات البروتين، التي تجتذب جزيئات الماء، شكلت مجمعات غروانية محبة للماء. أدى المزيد من اندماج هذه المجمعات مع بعضها البعض إلى فصل الغرويات عن الوسط المائي (التحجر). عند الحدود بين Coacervate (من اللاتينية Coacervus - جلطة، كومة) والبيئة، تم بناء جزيئات الدهون - غشاء الخلية البدائية -. من المفترض أن الغرويات يمكنها تبادل الجزيئات مع البيئة (نموذج أولي للتغذية غير المتجانسة) وتراكم مواد معينة. نوع آخر من الجزيء يوفر القدرة على إعادة إنتاج نفسه. نظام وجهات نظر الذكاء الاصطناعي أطلق على أوبارين اسم "فرضية التفاقم".

كانت فرضية أوبارين مجرد خطوة أولى في تطوير الأفكار البيوكيميائية حول أصل الحياة. وكانت الخطوة التالية هي تجارب L.S. ميلر، الذي أظهر في عام 1953 كيف يمكن تشكيل الأحماض الأمينية والجزيئات العضوية الأخرى من المكونات غير العضوية للغلاف الجوي الأساسي للأرض تحت تأثير التفريغ الكهربائي والأشعة فوق البنفسجية.

أكاديمي الأكاديمية الروسية للعلوم ف.ن. يقترح بارمون وعدد من العلماء الآخرين نماذج مختلفة لشرح كيفية حدوث عمليات التحفيز الذاتي في بيئة مشبعة بالجزيئات العضوية، مما يؤدي إلى تكرار بعض هذه الجزيئات. تتكاثر بعض الجزيئات بنجاح أكبر، والبعض الآخر بشكل أقل جودة. وهذا يبدأ عملية التطور الكيميائي، الذي يسبق التطور البيولوجي.

اليوم، الفرضية السائدة بين علماء الأحياء هي فرضية عالم RNA، والتي تنص على أنه بين التطور الكيميائي، الذي تتكاثر فيه الجزيئات الفردية وتتنافس، والحياة الكاملة، استنادا إلى نموذج البروتين DNA-RNA، كانت هناك مرحلة وسيطة يتواجد فيها الفرد تكاثرت الجزيئات وتنافست مع بعضها البعض. هناك بالفعل دراسات توضح أن بعض جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) لها خصائص تحفيزية ذاتية ويمكنها ضمان التكاثر الذاتي دون مشاركة جزيئات البروتين المعقدة.

لا يزال العلم الحديث بعيدًا عن التفسير الشامل لكيفية وصول المادة غير العضوية إلى المستوى العالي من التنظيم المميز لعمليات الحياة. ومع ذلك، فمن الواضح أن هذه كانت عملية متعددة المراحل، ارتفع خلالها مستوى تنظيم المادة خطوة بخطوة. إن استعادة الآليات المحددة لهذا التعقيد التدريجي هي مهمة البحث العلمي المستقبلي. وتسير هذه الدراسات في اتجاهين رئيسيين:

من الأعلى إلى الأسفل: تحليل الكائنات البيولوجية ودراسة الآليات الممكنة لتشكيل عناصرها الفردية؛

من الأسفل إلى الأعلى: تعقيد "الكيمياء" - دراسة المركبات الكيميائية المتزايدة التعقيد.

وحتى الآن، لم يكن من الممكن تحقيق مزيج كامل من هذين النهجين. ومع ذلك، فقد تمكن المهندسون الحيويون بالفعل من تجميع أبسط كائن حي - وهو الفيروس - من أبسط الجزيئات البيولوجية "من المخططات"، أي من الشفرة الوراثية المعروفة وبنية القشرة البروتينية. وهذا يثبت أنه لا يشترط وجود تأثير خارق للطبيعة لخلق كائن حي من مادة جامدة. لذلك من الضروري فقط الإجابة على سؤال كيف يمكن أن تتم هذه العملية دون مشاركة الإنسان في البيئة الطبيعية.

هناك اعتراض "إحصائي" واسع النطاق على الآلية اللاحيوية لأصل الحياة. على سبيل المثال، في عام 1996، حسب عالم الكيمياء الحيوية الألماني شرام أن احتمال وجود مزيج عشوائي من 6000 نيوكليوتيدات في فيروس فسيفساء التبغ RNA هو فرصة واحدة من 102000، وهذا احتمال منخفض للغاية، مما يشير إلى الاستحالة الكاملة للتكوين العشوائي مثل هذا الحمض النووي الريبي. ومع ذلك، في الواقع تم بناء هذا الاعتراض بشكل غير صحيح. ويستند إلى افتراض أن جزيء الحمض النووي الريبي الفيروسي يجب أن يتكون "من الصفر" من أحماض أمينية متباينة. في حالة المضاعفات التدريجية للأنظمة الكيميائية والكيميائية الحيوية، يتم حساب الاحتمال بشكل مختلف تمامًا. بالإضافة إلى ذلك، ليست هناك حاجة للإصابة بهذا الفيروس وليس بفيروس آخر. وبأخذ هذه الاعتراضات بعين الاعتبار، يتبين أن تقديرات احتمالية تخليق نشوء الحمض النووي الريبي الفيروسي تم التقليل من شأنها إلى حد القصور التام ولا يمكن اعتبارها اعتراضا مقنعا على النظرية اللاحيوية لأصل الحياة.

2.2 ألكسندر إيفانوفيتش أوبارين ونظريته عن أصل الحياة

منذ بداية عام 1935، بدأ معهد الكيمياء الحيوية التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، الذي أسسه أوبارين مع أ.ن.، عمله. باخ. منذ تأسيس المعهد، ترأس أوبارين مختبر علم الإنزيمات، والذي تحول في المستقبل إلى مختبر للكيمياء الحيوية التطورية والهياكل التحت خلوية. حتى عام 1946 كان نائب المدير بعد وفاة أ.ن. باخ - مدير هذا المعهد.

في 3 مايو 1924، في اجتماع لجمعية النباتات الروسية، قدم تقريرًا بعنوان "أصل الحياة"، والذي اقترح فيه نظرية أصل الحياة من مرق المواد العضوية. وفي منتصف القرن العشرين، تم الحصول تجريبيًا على مواد عضوية معقدة عن طريق تمرير شحنات كهربائية عبر خليط من الغازات والأبخرة، وهو ما يتزامن افتراضيًا مع تكوين الغلاف الجوي للأرض القديمة. اعتبر أوبارين التواسيرفات - وهي هياكل عضوية محاطة بأغشية دهنية - بمثابة خلايا بروسيل.

بعد وفاته في عام 1951، S.I. فافيلوفا أ. أصبح أوبارين الرئيس الثاني لمجلس إدارة الجمعية التعليمية لعموم الاتحاد "زناني". وبقي في هذا المنصب حتى عام 1956، عندما تم انتخاب م.ب. ميتين.

وفي عام 1970، تم تنظيم الجمعية الدولية لدراسة أصل الحياة، وانتخب أوبارين أول رئيس لها ثم رئيسًا فخريًا. أنشأت اللجنة التنفيذية لـ ISSOL في عام 1977 الميدالية الذهبية التي تحمل اسم A.I. وسام أوبارين، ويُمنح لأهم الأبحاث التجريبية في هذا المجال.

2.3 أصول التطور الكيميائي "الحساء البدائي"

على الرغم من وجود بعض الثغرات في معرفتنا حول المرحلة الأولى من أصل الحياة، إلا أننا قادرون على استخلاص استنتاجات محددة إلى حد ما. بعد كل شيء، نحن نعلم أنه داخل النظام الشمسي من الممكن تصنيع مركبات تحتوي على ما يصل إلى 24 ذرة كربون ونيتروجين. قد يكون من الممكن أيضًا تصنيع مركبات أكثر تعقيدًا، بما في ذلك البوليمرات، على الرغم من عدم وجود بيانات حول وجود البوليمرات بتسلسل منظم. هذا كل ما يمكننا قوله فيما يتعلق بتركيبة الوسط المعروف باسم "المرق البدائي".

ومع تراكم المعلومات الجديدة، يصبح من الواضح بشكل متزايد أن منتجات التخليق الأولي من جزيئات الهجينة البسيطة ستتشكل بالضرورة في ظل ظروف مناسبة. يمكن أن تكون هذه الشروط متنوعة للغاية، وبالتالي فإن التوليفات قيد النظر غير مرتبطة بأي وقت ومكان محدد بدقة.

تشير الحقائق والتجارب والملاحظات إلى إمكانية تصنيع مركبات كيميائية معقدة للغاية بالقرب من أي نجم في وجود كمية كافية من "المواد الخام" - الغبار والغازات. وبالتالي، فإن المرحلة الأولى ليست ظهور الحياة بقدر ما هي الإعداد لها. يبدأ كل شيء بمواد تشكلت من خلال عمليات فيزيائية فلكية عادية؛ يتم إجراء المزيد من التحولات بما يتوافق تمامًا مع قوانين الكيمياء، دون إشراك أي مبادئ جديدة. في الوقت نفسه، يوجد بالفعل في هذه المرحلة اختيار أولي معين لتلك الأنواع من المركبات التي سيتم استخدامها لاحقًا لبناء الكائنات الحية. وبالتالي، نظرا لأن العمليات التي تحدث في هذه المرحلة الأولى تؤثر على المسار اللاحق بأكمله للتخليق الحيوي، فإنها تعتمد على الظروف المحددة الموجودة على الكواكب. ولهذا السبب تبين أن الأرض، الكوكب الوحيد في النظام الشمسي الذي توجد على سطحه محيطات، هي الكوكب الوحيد الذي توجد به حياة متطورة.

2.4 مراحل عملية نشأة الحياة

المرحلة 1. تتوافق هذه المرحلة مع التعقيد المتزايد للجزيئات والأنظمة الجزيئية التي كان من المقرر أن يتم دمجها في النهاية في الأنظمة الحية. في المرحلة الأولى، حدث تكوين جزيئات ما قبل الكائنات الحية من هجينة الكربون والنيتروجين والأكسجين (أي من الميثان والأمونيا والماء). لا تزال هذه الغازات موجودة في شكل جزيئي في الفضاء الخارجي (في الأجزاء الباردة من الكون). ويبدو من الواضح أن المرحلة الأولى يمكن أن تحدث في العديد من الأماكن - منها فقط الأرض والنيازك ذات الأصل الكويكبي المعروفة لنا على وجه اليقين. كان من الممكن أن تكون السحابة الميدانية الأساسية مكانًا كهذا. كما تبين أنه من الممكن محاكاة هذه العمليات في المختبر، وهو ما قام به ميلر وأتباعه. وفي هذه التجارب تم الحصول على أهم الجزيئات البيولوجية: بعض القواعد العضوية (مثل الأدينين)، وهي جزء من البروتينات؛ بعض السكريات، على وجه الخصوص، الرابوزي وفوسفاته، وأخيرًا بعض المركبات المحتوية على النيتروجين الأكثر تعقيدًا، مثل البورفيرينات، والتي تعمل كعنصر مهم في الإنزيمات المؤكسدة وحاملات الطاقة.

المرحلة 2. في المرحلة الثانية، تم تشكيل البوليمرات من مكونات “الحساء الأولي” للأوبارين، والذي يتكون بشكل رئيسي من الجزيئات المذكورة للتو، بالإضافة إلى جزيئات أكثر تعقيدا، من خلال الجمع بين المونومرات أو الجزيئات الفرعية المتشابهة أو المتطابقة في ترتيب خطي . وفي مرحلة ما حاسمة من تطور مثل هذه البوليمرات، والتي تبدو نظيرًا أبسط للأحماض النووية والبروتينات الموجودة، لا بد أن تكون قد نشأت آلية التكاثر والتضاعف الصارمة، والتي يعتبرها العديد من علماء الأحياء سمة مميزة مهمة للحياة نفسها. حتى الآن، يمكننا فقط إعادة بناء العمليات التي يمكن أن تؤدي إلى ذلك بشكل منطقي في ظل الظروف التي كانت موجودة على الأرض في ذلك الوقت، أي. في وجود الماء الحر وكذلك جزيئات الغاز وأيونات المعادن في المحلول. من الصعب أن نتخيل أن كل هذا يمكن أن يحدث على الأجرام السماوية اللامائية مثل القمر، وحتى أكثر من ذلك على النيازك ذات الأصل الكويكبي التي تحتوي على الماء فقط في حالة مقيدة - في شكل هيدرات أو جليد.

القسم 3. الحاجة إلى البحث في أصل الحياة

إن الدافع العملي الرئيسي لدراسة أصل الحياة هو أننا بدونها لن نتمكن من فهم الحياة الحديثة، وبالتالي لن نتمكن من السيطرة عليها. ومن الضروري دراسة أصل الحياة لفهم جوهرها وقدراتها وحدودها، ثم من أجل تطوير الأولى والتغلب على الثانية. بمعنى أوسع، تمثل دراسة أصل الحياة محاولة أخرى للبحث عن معنى الحياة. منذ العصور القديمة، تم رؤية معنى الحياة في مجموعة متنوعة من الأشياء، ولكن مع مرور الوقت، أصبح زيف المسارات المختلفة لمعنى الحياة، وتناقضها النهائي، واضحًا بشكل متزايد. حتى العصور الوسطى وحتى وقت لاحق، كان الغرض من الحياة في النظام العام للنظام العالمي معروفا. لقد قام أشخاص مختلفون في حضارات مختلفة بحل هذا السؤال بطرق مختلفة، لكن هذه الحلول كانت متشابهة جدًا لدرجة أنه يمكن اعتبارها متغيرات لنفس الإجابة؛ وكانت أبسط إجابة هي أن الحياة لها معنى في خطط الله كلي المعرفة والقدرة. يجب أن تتحقق إرادة الرب، وإذا كان من الصعب في بعض الأحيان فهم ما هو عليه، فيسمح بتفسيرات مختلفة. ولكن من بين كل هذه الإجابات، هناك واحدة فقط يمكن أن تكون صحيحة. وهذا الجواب لا يُعطى للجميع، بل للمؤمنين الحقيقيين فقط.

إن الثورة العلمية التي بدأت في القرن السابع عشر قوضت تدريجياً أسس الإيمان. ولكن حتى في أذهان أولئك الذين، بطريقة أو بأخرى، باكتشافاتهم ورؤاهم الفكرية دمروا معقل الإيمان (أحيانًا دون وعي تمامًا)، ظل الإيمان موجودًا. ومن المفارقة أنه كلما كان الهجوم أقوى، كلما زاد تشبث عقول الناس بهذا الاعتقاد. ومن هنا جاءت مقاومة المزيد من الباحثين الذين اضطروا بطبيعة الحال إلى وضع حد لوجهات النظر الدينية حول الكون. على الرغم من أن مقاومة الأفكار الجديدة لم تعد شرسة كما كانت في زمن كوبرنيكوس وحتى داروين، إلا أنها لا تزال موجودة. وفي الوقت نفسه، فإن القليل الذي نعرفه عن الأصل المحتمل للحياة يكفي لزعزعة أسس الإيمان بشكل أعمق بكثير مما استطاع أي اكتشاف آخر في الماضي أن يفعله. إن هيكل الكون ككل والعمليات التي تحدث فيه بدأت تصبح أكثر وضوحا بالنسبة لنا، حتى لو كان ذلك فقط في شكل تقريبي، وبعد ذلك لا يمكن أن يبقى أي شيء دون تغيير.

نشأت الحاجة إلى الأساطير التي تشرح أصل الإنسان ومصيره في فجر التاريخ، وقد عرف عدد كبير من هذه الأساطير منذ العصور القديمة، ولكن لم يظهر حتى الآن ما يرضي العقل والقلب بشكل متساوٍ. فمن ناحية، كان الإيمان مدعواً لتصحيح عيوب العقل البشري وملاحظاته، ومن ناحية أخرى، بدأ ما كان يعتبر صورة علمية للكون يبدو بلا معنى، جافاً وغير مرضي. والآن، أخيراً، بدأنا نرى المعنى المطلوب، وهذا ليس بفضل خلق "الفلسفة المطمئنة"، بل عملياً بسبب تقليل مصاعب الحياة وزيادة قدرات الإنسان.

القسم 4. وجهات النظر الحديثة حول أصل الحياة على الأرض

نظرية أ. لدى أوبارين وغيرها من الفرضيات المماثلة عيب واحد مهم: لا توجد حقيقة واحدة من شأنها أن تؤكد إمكانية التوليف اللاحيوي على الأرض حتى لأبسط الكائنات الحية من مركبات هامدة. تم إجراء آلاف المحاولات لمثل هذا التوليف في العديد من المختبرات حول العالم. على سبيل المثال، قام العالم الأمريكي س. ميلر، بناء على افتراضات تتعلق بتكوين الغلاف الجوي الأولي للأرض، بتمرير تفريغ كهربائي عبر خليط من الميثان والأمونيا والهيدروجين وبخار الماء في جهاز خاص. تمكن من الحصول على جزيئات الأحماض الأمينية - تلك "اللبنات الأساسية" التي تشكل أساس الحياة - البروتينات. تكررت هذه التجارب عدة مرات، وتمكن بعض العلماء من الحصول على سلاسل طويلة إلى حد ما من الببتيدات (بروتينات بسيطة). وهذا كل شيء! لم يكن أحد محظوظا بما فيه الكفاية لتجميع حتى أبسط الكائنات الحية. في أيامنا هذه، يحظى مبدأ ريدي بشعبية كبيرة بين العلماء: "الكائن الحي لا يأتي إلا من الكائن الحي".

لكن لنفترض أن مثل هذه المحاولات ستتكلل بالنجاح ذات يوم. ماذا ستثبت مثل هذه التجربة؟ فقط أن تركيب الحياة يتطلب العقل البشري والعلوم المعقدة والمتطورة والتكنولوجيا الحديثة. لم يكن أي من هذا موجودًا على الأرض الأصلية. علاوة على ذلك، فإن تخليق المركبات العضوية المعقدة من مركبات بسيطة يتناقض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية، الذي يمنع انتقال أنظمة المواد من حالة الاحتمال الأكبر إلى حالة الاحتمال الأقل، وتطورها من مركبات عضوية بسيطة إلى مركبات معقدة، ثم من البكتيريا إلى البشر، حدث بالتحديد في هذا الاتجاه. هنا لا نلاحظ شيئا أكثر من عملية إبداعية. القانون الثاني للديناميكا الحرارية هو قانون ثابت، وهو القانون الوحيد الذي لم يتم التشكيك فيه أو انتهاكه أو دحضه. ولذلك فإن النظام (المعلومات الجينية) لا يمكن أن ينشأ تلقائيا من اضطراب العمليات العشوائية، وهو ما تؤكده نظرية الاحتمالية.

في الآونة الأخيرة، وجهت الأبحاث الرياضية ضربة ساحقة لفرضية التخليق اللاحيوي. لقد حسب علماء الرياضيات أن احتمال النشوء التلقائي لكائن حي من كتل هامدة هو صفر تقريبًا. وهكذا، أثبت L. Blumenfeld أن احتمال التكوين العشوائي لجزيء DNA واحد على الأقل (حمض الديوكسي ريبونوكلييك - أحد أهم مكونات الكود الوراثي) خلال وجود الأرض بأكمله هو 1/10800. فكر في الحجم الضئيل لهذا الرقم! بعد كل شيء، يوجد في مقامه رقم يوجد فيه صف من 800 صفر بعد الواحد، وهذا الرقم أكبر بعدد لا يصدق من المرات من العدد الإجمالي لجميع الذرات في الكون. أعرب عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي المعاصر سي. ويكراماسينغ عن استحالة التوليف اللاحيوي بالطريقة التالية: "من الأسرع بالنسبة لإعصار يجتاح مقبرة للطائرات القديمة أن يجمع خطًا فائقًا جديدًا من قطع الخردة بدلاً من ظهور الحياة من مكوناته كمركبة". نتيجة لعملية عشوائية."

تتناقض نظريات التوليف اللاحيوي والبيانات الجيولوجية. ومهما توغلنا في أعماق التاريخ الجيولوجي، فإننا لا نجد أي أثر لـ«العصر الآزوي»، أي الفترة التي لم تكن فيها الحياة موجودة على الأرض.

الآن اكتشف علماء الحفريات في الصخور التي يصل عمرها إلى 3.8 مليار سنة، أي بالقرب من وقت تكوين الأرض (قبل 4-4.5 مليار سنة وفقًا للتقديرات الأخيرة)، بقايا أحفورية لمخلوقات منظمة بشكل معقد إلى حد ما - البكتيريا، الطحالب الخضراء المزرقة والفطريات البسيطة. كان V. Vernadsky متأكدا من أن الحياة أبدية جيولوجية، أي في التاريخ الجيولوجي لم يكن هناك عصر عندما كان كوكبنا هامدا. كتب العالم في عام 1938: "إن مشكلة التولد التلقائي (التوليد التلقائي للكائنات الحية) لا تزال غير مثمرة وتشل العمل العلمي العاجل حقًا".

الآن يرتبط شكل الحياة ارتباطًا وثيقًا بالغلاف المائي. ويتجلى ذلك من خلال حقيقة أن الماء هو الجزء الرئيسي من كتلة أي كائن بري (الشخص، على سبيل المثال، يتكون من أكثر من 70٪ ماء، والكائنات الحية مثل قنديل البحر - 97-98٪). من الواضح أن الحياة على الأرض تشكلت فقط عندما ظهر الغلاف المائي عليها، وهذا، وفقا للبيانات الجيولوجية، حدث تقريبا منذ بداية وجود كوكبنا. يتم تحديد العديد من خصائص الكائنات الحية بدقة من خلال خصائص الماء، في حين أن الماء نفسه مركب هائل. وبالتالي، وفقا ل P. Privalov، فإن الماء هو نظام تعاوني، حيث يتم توزيع كل عمل بطريقة "سباق التتابع"، أي أن "العمل لمسافات طويلة" يحدث.

يعتقد بعض العلماء أن الغلاف المائي للأرض بأكمله هو في جوهره "جزيء" عملاق واحد من الماء. لقد ثبت أنه يمكن تنشيط الماء بواسطة المجالات الكهرومغناطيسية الطبيعية ذات الأصل الأرضي والكوني (خاصة الاصطناعية). كان اكتشاف العلماء الفرنسيين الأخير لـ "ذاكرة الماء" مثيرًا للاهتمام للغاية. ولعل حقيقة أن المحيط الحيوي للأرض عبارة عن كائن حي فائق واحد يرجع إلى خصائص الماء هذه؟ بعد كل شيء، الكائنات الحية هي مكونات، "قطرات" من هذا الجزيء الفائق من الماء الأرضي.

على الرغم من أننا لا نعرف سوى الحياة الأرضية البروتينية والحمض النووي والماء، إلا أن هذا لا يعني أن أشكالًا أخرى لا يمكن أن توجد في الكون اللامحدود. بعض العلماء، ولا سيما العلماء الأمريكيين، ج. فاينبرج و ر. شابيرو، يضعون نموذجًا للخيارات الممكنة افتراضيًا التالية:

البلازمويدات - الحياة في الأجواء النجمية بسبب القوى المغناطيسية المرتبطة بمجموعات من التفريغات الكهربائية المتحركة؛

Radiobs - الحياة في السحب بين النجوم على أساس مجموعات الذرات الموجودة في حالات مختلفة من الإثارة؛

لافوبس هي حياة تعتمد على مركبات السيليكون، والتي يمكن أن تتواجد في بحيرات من الحمم المنصهرة على الكواكب شديدة الحرارة؛

الهيدروجين عبارة عن حياة يمكن أن توجد في درجات حرارة منخفضة على كواكب مغطاة بـ "برك" من الميثان السائل، وتستمد الطاقة من تحول أورثوهيدروجين إلى باراهيدروجين؛

Thermophages هي نوع من الحياة الفضائية التي تحصل على الطاقة من التدرج الحراري في الغلاف الجوي أو محيطات الكواكب.

وبطبيعة الحال، فإن مثل هذه الأشكال الغريبة من الحياة لا توجد حاليا إلا في مخيلة العلماء وكتاب الخيال العلمي. ومع ذلك، لا يمكن استبعاد إمكانية الوجود الحقيقي لبعضها، وخاصة البلازمويدات. هناك سبب ما للاعتقاد بأنه على الأرض، بالتوازي مع شكل الحياة "لدينا"، هناك نوع آخر من الحياة، على غرار البلازمويدات المذكورة. وتشمل هذه بعض أنواع الأجسام الطائرة المجهولة (أجسام طائرة مجهولة الهوية)، وتكوينات تشبه كرة البرق، بالإضافة إلى "تكتلات" الطاقة التي تطير في الغلاف الجوي غير المرئية للعين، ولكن يتم تسجيلها بواسطة فيلم فوتوغرافي ملون، والتي أظهرت في بعض الحالات سلوكًا ذكيًا.

وبالتالي، هناك الآن سبب للتأكيد على أن الحياة على الأرض ظهرت منذ بداية وجودها، وأنها نشأت، على حد تعبير تش. ويكراماسينغ، "من نظام حي شامل في المجرة".

خاتمة

هل لدينا الحق المنطقي في الاعتراف بالفرق الأساسي بين الحي وغير الحي؟ هل هناك حقائق في الطبيعة من حولنا تقنعنا بأن الحياة موجودة إلى الأبد وليس لديها سوى القليل من القواسم المشتركة مع الطبيعة غير الحية بحيث لا يمكن بأي حال من الأحوال أن تتشكل أو تنفصل عنها؟ هل يمكننا التعرف على الكائنات الحية ككيانات مختلفة تمامًا عن بقية العالم؟

عمّق علم الأحياء في القرن العشرين فهم السمات الأساسية للكائنات الحية، وكشف عن الأساس الجزيئي للحياة. تعتمد الصورة البيولوجية الحديثة للعالم على فكرة أن العالم الحي هو نظام فخم من أنظمة عالية التنظيم.

مما لا شك فيه أن المعرفة الجديدة سيتم تضمينها في نماذج أصل الحياة، وسوف تصبح صالحة بشكل متزايد. ولكن كلما زاد اختلاف النوعية الجديدة عن القديم، كلما أصبح من الصعب تفسير ظهورها.

ومن الضروري دراسة أصل الحياة لفهم جوهرها وقدراتها وحدودها، ثم من أجل تطوير الأولى والتغلب على الثانية.

الحياة هي واحدة من أكثر الظواهر الطبيعية تعقيدا. منذ العصور القديمة، كان يُنظر إليها على أنها غامضة وغير معروفة - ولهذا السبب كان هناك دائمًا صراع حاد بين الماديين والمثاليين فيما يتعلق بأصلها. يعتبر بعض أتباع وجهات النظر المثالية أن الحياة مبدأ روحي غير مادي نشأ نتيجة للخلق الإلهي. وعلى العكس من ذلك، يعتقد الماديون أن الحياة على الأرض نشأت من مادة غير حية من خلال التولد التلقائي (التولد التلقائي) أو جاءت من عوالم أخرى، أي من عوالم أخرى. هو نتاج الكائنات الحية الأخرى (النشوء الحيوي).

الحياة حسب المفاهيم العلمية الحديثة هي عملية وجود أنظمة معقدة تتكون من جزيئات عضوية كبيرة ومواد غير عضوية قادرة على التكاثر الذاتي والتنمية الذاتية والحفاظ على وجودها نتيجة تبادل الطاقة والمادة مع الجسم. بيئة. وهكذا يتخذ علم الأحياء موقفا ماديا.

وفي الوقت نفسه، لم يتم حل مسألة أصل الحياة بشكل نهائي بعد.

الأدب

1. Oparin A. I. ظهور الحياة على الأرض. - تبليسي: وزارة تسبراري، 1985. - 270 ثانية.

2. برنال د. أصل الحياة، الملحق رقم 1: Oparin A. I. أصل الحياة. - موسكو: مير، 1969. - 365 ثانية.

3. فيرنادسكي ف. I. المادة الحية. - موسكو: العلوم، 1978. - 407 ثانية.

4. نايديش ف. م. مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة – موسكو: العلوم، 1999. - 215 ثانية.

5. علم الأحياء العام. إد. إن دي ليسوفا. - مينسك، 1999 - 190s.

6. بونامبيروما س. أصل الحياة. - موسكو: مير، 1977. - 234 ثانية.

7. فولوغودين إيه جي أصل الحياة على الأرض. - موسكو: المعرفة، 1970. - 345 ثانية.

8. إجناتوف أ.آي مشكلة أصل الحياة. - موسكو: روسيا السوفييتية، 1962. - 538 ثانية.

9. برنال ج. ظهور الحياة. - موسكو: مير، 1969. - 650 ثانية.

أصل الحياة هو مشكلة علمية واسعة النطاق. كان هناك ثروة من البيانات والأبحاث الجديدة المتاحة على مدى السنوات العشر الماضية. واليوم، لا تزال هناك أسئلة لم يتم حلها، ولكن الصورة العامة لكيفية نشوء الحياة من مادة غير حية أصبحت أكثر وضوحًا بسرعة كبيرة. ولكن، كما تعلمون، في العلم، كل إجابة تثير 10 أسئلة جديدة.

إن نماذج التطور التدريجي من المركبات غير العضوية إلى الكائنات الحية الأولى أصبحت الآن متطورة بشكل جيد. لكن تاريخ هذه القضية يعود إلى المؤلف الشهير .

عالم الطبيعة والباحث الإنجليزي لم يكتب شيئًا عن هذا في أعماله العلمية ولم يدرس بجدية النظريات والفرضيات حول أصل الحياة. كان هذا الموضوع خارج نطاق فهم العلوم في القرن التاسع عشر. كان تشارلز يتحدث فقط عن كيف أدت الكائنات الحية الأولى التي كانت موجودة بالفعل إلى ظهور كل تنوع الأشكال البيولوجية التي نراها.

فقط من رسائله إلى أفضل أصدقائه نعرف أن داروين حاول التفكير في هذا الموضوع، ولكن بالطبع، على هذا المستوى من المعرفة، لم يستطع افتراض أي شيء على وجه التحديد، باستثناء الأفكار الأكثر عمومية التي لا يزال بإمكانهم بطريقة ما استخدام المواد غير العضوية فيها. الكيمياء، أملاح الأمونيوم، الفوسفور مع استخدام الكهرباء، يتم توليد المواد العضوية في بركة صغيرة دافئة.

ولكن تجدر الإشارة إلى أنه حتى في هذه الرسالة خمن كثيرًا بدقة شديدة. على سبيل المثال، اكتشف الكيميائيون طريقًا معقولًا للتخليق اللاحيوي للنيوكليوتيدات، وهي اللبنات الأساسية للحمض النووي الريبوزي (RNA). وتبين أن هذه النيوكليوتيدات يمكن تصنيعها تلقائيًا في ظل ظروف مشابهة لظروف بركة صغيرة دافئة.

تم اختراع عدد كبير من الإصدارات حول أصل كل أشكال الحياة على الأرض. تم اختراع العديد منها من قبل منظري المؤامرة والعلماء الزائفين. ولكن لا يزال الجزء الأكبر من النظريات يعتمد على حقائق وأبحاث حقيقية.

النظريات الرئيسية لأصل الحياة:

- الخلق.

- التبذر الشامل.

- نظرية الحالة المستقرة.

- التوليد التلقائي؛

- التطور البيوكيميائي.

الفرضية الخلقيةيلتزم بها الأشخاص الذين يعتقدون أن الحياة قد خلقها الخالق، الله، العقل الكوني. ليس لديها أي دليل، ويتم الترويج لها ليس من قبل العلماء، ولكن من قبل الصحفيين واللاهوتيين واللاهوتيين. وينضم إليهم أيضًا الأشخاص الذين يرغبون في كسب أموال إضافية من خلال الخداع.

يستمر هؤلاء الخلقيون أنفسهم في القول بأن هناك لغزًا في مسألة أصل الناس، حيث لا يستطيع علماء الآثار العثور على أي حلقة مفقودة، أي شكل انتقالي من رجل الكرومانيون القديم إلى الإنسان العاقل الحديث. مقالات مهمة للغاية لفهمها:

» أصول الإنسان 100%: نظريات وفرضيات

نظرية الحالة المستقرةهو أن الكائنات الحية، مع الكون، وبالتالي العالم كله، كانت موجودة وستظل موجودة دائمًا، بغض النظر عن الزمن. إلى جانب ذلك، فإن الأجسام والتكوينات المشتقة من الكون، مثل النجوم وأنظمة الكواكب والكائنات الحية، محدودة زمنيًا: فهي تولد وتموت.

في الوقت الحالي، هذه الفرضية لها أهمية تاريخية فقط، ولم تتم مناقشتها في الأوساط العلمية لفترة طويلة، حيث تم دحضها من قبل العلم الحديث في نقطة أساسية: نشأ الكون بفضل الانفجار الأعظم وتوسعه اللاحق. مقالة مهمة حول هذا الموضوع بلغة بسيطة ومفهومة: 100% أصل الكون وتطوره.

نظرية البانسرميابالفعل أكثر علمية. ويفترض ما يلي: جلبت الكائنات الحية الأجسام الكونية مثل النيازك أو المذنبات إلى كوكبنا. بعض المؤيدين الحالمين بشكل خاص على يقين من أن الأجسام الطائرة المجهولة والأجانب فعلوا ذلك عمداً لتحقيق أهدافهم.

في نظامنا الشمسي، احتمال العثور على كائنات حية في أي مكان آخر ضئيل للغاية، لكن من الممكن أن تكون الحياة قد انتقلت إلينا من نظام نجمي آخر. تشير البيانات الفلكية إلى أنه وفقًا للتركيب الكيميائي الحيوي للنيازك والنيازك والمذنبات، غالبًا ما توجد فيها مركبات عضوية، على سبيل المثال، الأحماض الأمينية. لقد كانوا هم الذين يمكن أن يصبحوا بذورًا عندما يتلامس جسم كوني مع الأرض، تمامًا كما تنتشر بذور الهندباء حولها مئات الأمتار.

إن الموازنة الرئيسية لتصريحات نظرية الحركة الشاملة هي السؤال المنطقي حول من أين جاءت الحياة على الكواكب الأخرى التي انطلق منها نفس الكويكب أو المذنب. وبالتالي، فإن الفرضية الشاملة للأصل الغريب للكائنات الحية لا يمكن إلا أن تكمل النسخة الرئيسية - الكيمياء الحيوية.

نظرية التولد التلقائيمن خلال التطور الكيميائي الحيوي، يدرس ويثبت بنجاح تكوين الهياكل العضوية من المواد غير العضوية، خارج الجسم ودون استخدام إنزيمات خاصة.

يمكن أن يتم تخليق أبسط المركبات العضوية من المواد غير العضوية في مجموعة واسعة من الظروف الطبيعية: على الكوكب أو في الفضاء (على سبيل المثال، في قرص كوكبي أولي - بروبليد). في عام 1953، تم إجراء تجربة ميلر-يوري الكلاسيكية الشهيرة، والتي أثبتت أن المواد العضوية مثل الأحماض الأمينية يمكن أن تظهر في خليط من الغازات المختلفة التي من شأنها أن تحاكي تكوين الغلاف الجوي للكوكب.

في الطبيعة، مع مرور الوقت، تشكلت واكتسبت القدرة على ذلك (بالمناسبة، اليوم تركيبه من قبل البشر صعب للغاية). ولكن هذه هي اللبنة الأساسية، وفيها تكمن الإجابة على سؤال أصل الحياة على الأرض.

أصبح من الواضح تمامًا الآن كيف نشأ جزيء الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين. في البداية، كانت الكائنات البيولوجية تعتمد على جزيء آخر مشابه يسمى RNA. لفترة طويلة، كان هناك عالم حي آخر تمتلك فيه الكائنات الحية معلومات وراثية على شكل جزيء حمض الريبونوكلييك الذي يعمل كبروتينات. هذا الجزيء قادر على تخزين المعلومات الوراثية مثل الحمض النووي وأداء العمل النشط مثل البروتينات.

في الخلايا الحديثة، يتم فصل هذه الوظائف - يقوم الحمض النووي بتخزين المعلومات الوراثية، وتقوم البروتينات بهذا العمل، ويعمل الحمض النووي الريبي (RNA) كنوع من الوسيط بينهما. في الكائنات الحية القديمة الأولى، لم يكن هناك سوى الحمض النووي الريبي (RNA)، الذي كان يتعامل مع كلتا المهمتين بمفرده.

أحد الأنماط المثيرة للاهتمام في مسألة أصل جميع الكائنات الحية هو أنه خلال السنوات القليلة الماضية ظهرت عشرات المقالات العلمية الجديدة التي تقربنا قدر الإمكان من حل اللغز، ولا توجد نظريات أو فرضيات أخرى حول أصل الكائنات الحية. هناك حاجة حاليًا إلى حياة أخرى غير الحياة اللاأحيائية.

المؤسسة التعليمية البلدية

المدرسة الثانوية رقم 45

نظريات أصل الحياة على الأرض

مكتمل : طالب في الصف الحادي عشر "ب"

نيجماتولينا ماريا

بروفيلا : مدرس علم الأحياء

ترابويفا إل إس.

تشيليابينسك

2010

1. مقدمة

2. فرضيات حول أصل الحياة

3. الجينوبيوسيس وهولوبيوسيس

4. نظرية أوبارين-هالدين

5. عالم الحمض النووي الريبوزي (RNA) كمقدمة للحياة الحديثة

6. التبذر الشامل

7. التوليد التلقائي للحياة

8. نظرية الحالة المستقرة

9. الخلق

10. نظرية التطور

11. النظرية الداروينية

12. الاستنتاج

مقدمة

إن النظريات المتعلقة بأصل الأرض والحياة عليها، بل والكون بأكمله، متنوعة وبعيدة عن الموثوقية. وفقا لنظرية الحالة المستقرة، فإن الكون موجود إلى الأبد. وبحسب فرضيات أخرى، فمن الممكن أن يكون الكون قد نشأ من مجموعة من النيوترونات نتيجة "الانفجار الكبير"، أو ولد في أحد الثقوب السوداء، أو تم خلقه من قبل الخالق. وخلافًا للاعتقاد الشائع، لا يستطيع العلم دحض فرضية الخلق الإلهي للكون، تمامًا كما لا ترفض وجهات النظر اللاهوتية بالضرورة احتمال أن الحياة في عملية تطورها اكتسبت سمات يمكن تفسيرها على أساس قوانين الطبيعة. .

فرضيات حول أصل الحياة

في أوقات مختلفة، تم طرح الفرضيات التالية فيما يتعلق بأصل الحياة على الأرض:

• فرضية التطور البيوكيميائي
• فرضية البانسبرميا
• فرضية الحالة الثابتة للحياة
• فرضية الجيل التلقائي

نظريات جيل عفويو حالة مستقرةذات أهمية تاريخية أو فلسفية فقط، لأن نتائج البحث العلمي تتعارض مع استنتاجات هذه النظريات.

نظرية بانسبيرميالا يحل السؤال الأساسي حول أصل الحياة، بل يدفعها فقط إلى ماضي الكون الأكثر غموضًا، على الرغم من أنه لا يمكن استبعاده كفرضية حول بداية الحياة على الأرض.

الجينوبيوسيس وهولوبيوسيس

اعتمادا على ما يعتبر أساسيا، هناك نهجان منهجيان لمسألة أصل الحياة:

جينوبيوزيس- مقاربة منهجية لمسألة أصل الحياة، تقوم على الإيمان بأولوية النظام الجزيئي بخصائص الشفرة الوراثية الأولية.

هولوبيوسيس- منهج منهجي لمسألة أصل الحياة، يعتمد على فكرة أسبقية الهياكل التي تتمتع بالقدرة على التمثيل الغذائي الأولي بمشاركة الآلية الأنزيمية.

نظرية أوبارين-هالدين

في عام 1924، نشر الأكاديمي المستقبلي أوبارين مقالًا بعنوان "أصل الحياة"، والذي تُرجم إلى اللغة الإنجليزية عام 1938 وأحيا الاهتمام بنظرية التوليد التلقائي. اقترح أوبارين أن ذلك ممكن في محاليل المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي بشكل عفوييتم تشكيل مناطق ذات تركيز متزايد، وهي منفصلة نسبيًا عن البيئة الخارجية ويمكنها الحفاظ على التبادل معها. دعاهم قطرات كوسيرفات، أو فقط يتفاقم .

وبحسب نظريته يمكن تقسيم العملية التي أدت إلى ظهور الحياة على الأرض إلى ثلاث مراحل:

• ظهور المواد العضوية
• ظهور البروتينات
• ظهور الأجسام البروتينية

تظهر الدراسات الفلكية أن النجوم وأنظمة الكواكب نشأت من مادة الغاز والغبار. جنبا إلى جنب مع المعادن وأكاسيدها، كان يحتوي على الهيدروجين والأمونيا والماء وأبسط الهيدروكربون - الميثان.

تم تحديد الظروف اللازمة لبدء عملية تكوين الهياكل البروتينية منذ لحظة ظهور المحيط الأساسي. وفي البيئة المائية، يمكن أن تخضع المشتقات الهيدروكربونية لتغيرات وتحولات كيميائية معقدة. ونتيجة لهذا التعقيد للجزيئات، يمكن أن تتشكل مواد عضوية أكثر تعقيدا، وهي الكربوهيدرات.

لقد أثبت العلم أنه نتيجة لاستخدام الأشعة فوق البنفسجية، من الممكن تصنيع ليس فقط الأحماض الأمينية بشكل مصطنع، ولكن أيضًا مواد كيميائية حيوية أخرى. وفقًا لنظرية أوبارين، يمكن أن تكون الخطوة الأخرى نحو ظهور الأجسام البروتينية هي تكوين قطيرات متضافرة. في ظل ظروف معينة، اكتسب الغلاف المائي للجزيئات العضوية حدودًا واضحة وفصل الجزيء عن المحلول المحيط به. تتحد الجزيئات المحاطة بقشرة مائية لتشكل مجمعات متعددة الجزيئات - تتجمع.

يمكن أيضًا أن تنشأ قطرات Coacervate من خلط بوليمرات مختلفة. في هذه الحالة، حدث التجميع الذاتي لجزيئات البوليمر في تكوينات متعددة الجزيئات - قطرات مرئية تحت المجهر الضوئي.

وكانت القطرات قادرة على امتصاص المواد من الخارج مثل الأنظمة المفتوحة. عندما تم تضمين محفزات مختلفة (بما في ذلك الإنزيمات) في قطرات التضافر، حدثت تفاعلات مختلفة فيها، ولا سيما بلمرة المونومرات القادمة من البيئة الخارجية. نتيجة لهذا، يمكن أن تزيد القطرات في الحجم والوزن، ثم تنقسم إلى تكوينات ابنة. وبالتالي، يمكن أن تنمو الكوسرفات، وتتكاثر، وتقوم بعملية التمثيل الغذائي.

كما أعرب عالم الأحياء البريطاني جون هالدين عن آراء مماثلة.

تم اختبار النظرية من قبل ستانلي ميلر في عام 1953 في تجربة ميلر-يوري. وضع خليطًا من H 2 O، NH 3، CH 4، CO 2، CO في وعاء مغلق (الشكل 1) وبدأ في تمرير التفريغ الكهربائي من خلاله. اتضح أن الأحماض الأمينية تتشكل. وفي وقت لاحق، تم الحصول على السكريات والنيوكليوتيدات الأخرى في ظل ظروف مختلفة. وخلص إلى أن التطور يمكن أن يحدث في حالة فصل الطور عن المحلول (التحمض). ومع ذلك، فإن مثل هذا النظام لا يمكنه إعادة إنتاج نفسه.

كانت النظرية مبررة، باستثناء مشكلة واحدة، والتي غض عنها منذ فترة طويلة جميع الخبراء في مجال أصل الحياة تقريبا. إذا نشأت بشكل عفوي، من خلال تركيبات عشوائية خالية من القوالب، تصميمات فردية ناجحة لجزيئات البروتين في التضافر (على سبيل المثال، المحفزات الفعالة التي توفر ميزة لتركيز معين في النمو والتكاثر)، فكيف يمكن نسخها للتوزيع داخل المجتمع؟ تتفاقم، وحتى أكثر من ذلك بالنسبة لانتقالها إلى تتفاقم السليل؟ وتبين أن النظرية غير قادرة على تقديم حل لمشكلة التكاثر الدقيق - داخل الترابط وعلى مدى أجيال - لهياكل بروتينية فعالة مفردة تظهر بشكل عشوائي. ومع ذلك، فقد تبين أن التضافرات الأولى يمكن أن تتشكل تلقائيًا من الدهون التي يتم تصنيعها بطريقة لا ذاتية المنشأ، ويمكن أن تدخل في تكافل مع "المحاليل الحية" - مستعمرات من جزيئات الحمض النووي الريبي ذاتية التكاثر، ومن بينها الريبوزيمات التي تحفز تخليق الدهون، و مثل هذا المجتمع ممكن بالفعل أن نسميه كائنًا حيًا.

ألكسندر أوبارين (يمين) في المختبر

عالم الحمض النووي الريبي (RNA) كمقدمة للحياة الحديثة

بحلول القرن الحادي والعشرين، أفسحت نظرية أوبارين-هالدين، التي تفترض الظهور الأولي للبروتينات، المجال عمليًا لنظرية أكثر حداثة. كان الدافع وراء تطورها هو اكتشاف الريبوزيمات - جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) ذات النشاط الأنزيمي وبالتالي فهي قادرة على الجمع بين الوظائف التي يتم تنفيذها بشكل منفصل في الخلايا الحقيقية بواسطة البروتينات والحمض النووي (DNA)، أي تحفيز التفاعلات الكيميائية الحيوية وتخزين المعلومات الوراثية. وبالتالي، فمن المفترض أن الكائنات الحية الأولى كانت عبارة عن كائنات RNA بدون بروتينات وDNA، ويمكن أن يكون نموذجها الأولي عبارة عن دورة تحفيز ذاتي تتكون من تلك الريبوزيمات ذاتها القادرة على تحفيز تخليق نسخها الخاصة.

التبذر الشامل

وفقًا لنظرية Panspermia، التي اقترحها العالم الألماني ج. ريختر عام 1865 والتي صاغها أخيرًا العالم السويدي أرينيوس عام 1895، فمن الممكن أن تكون الحياة قد وصلت إلى الأرض من الفضاء. من المرجح أن تدخل الكائنات الحية من أصل خارج كوكب الأرض مع النيازك والغبار الكوني. يعتمد هذا الافتراض على بيانات حول المقاومة العالية لبعض الكائنات الحية وجراثيمها للإشعاع والفراغ العالي ودرجات الحرارة المنخفضة والمؤثرات الأخرى. ومع ذلك، لا توجد حتى الآن حقائق موثوقة تؤكد الأصل خارج كوكب الأرض للكائنات الحية الدقيقة الموجودة في النيازك. ولكن حتى لو وصلوا إلى الأرض ونشأت الحياة على كوكبنا، فإن مسألة الأصل الأصلي للحياة ستبقى دون إجابة.

اقترح فرانسيس كريك وليزلي أورجيل خيارًا آخر في عام 1973 - التحكم في التبذر الشامل، أي "الإصابة" المتعمدة للأرض (جنبًا إلى جنب مع أنظمة الكواكب الأخرى) بالكائنات الحية الدقيقة التي يتم تسليمها على متن مركبات فضائية غير مأهولة بواسطة حضارة غريبة متقدمة، والتي ربما كانت تواجه خطرًا كبيرًا. كارثة عالمية أو كان يأمل ببساطة في إعادة تأهيل الكواكب الأخرى للاستعمار في المستقبل. لقد قدموا حجتين رئيسيتين لصالح نظريتهم - عالمية الشفرة الوراثية (يتم استخدام الاختلافات الأخرى المعروفة في الكود بشكل أقل تكرارًا في المحيط الحيوي وتختلف قليلًا عن تلك العالمية) والدور الهام للموليبدينوم في بعض الإنزيمات. الموليبدينوم عنصر نادر جدًا في جميع أنحاء النظام الشمسي. ووفقا للمؤلفين، ربما عاشت الحضارة الأصلية بالقرب من نجم غني بالموليبدينوم.

ضد الاعتراض القائل بأن نظرية البانسبرميا (بما في ذلك الخاضعة للرقابة) لا تحل مسألة أصل الحياة، فقد طرحوا الحجة التالية: على كواكب من نوع آخر غير معروف لنا، قد يكون احتمال أصل الحياة كثيرًا في البداية أعلى مما هي عليه على الأرض، على سبيل المثال، بسبب وجود معادن خاصة ذات نشاط تحفيزي مرتفع.

في عام 1981، كتب ف. كريك كتاب "الحياة نفسها: أصلها وطبيعتها"، والذي يحدد فيه فرضية البانسبيرميا الخاضعة للرقابة بمزيد من التفصيل مما كانت عليه في المقالة وفي شكل شعبي.