پیدایش حیات

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

این نوشتار به نگرش علوم طبیعی درباره پیدایش حیات می‌پردازد. برای آگاهی از سایر نگرش‌ها در این باره، به نوشتار اسطوره‌های آفرینش رجوع کنید.

حیات‌شناسی (به انگلیسی: abiogenesis) عبارت است از:

  • علمی که به مطالعهٔ چگونگی و چرایی به وجود آمدن موجودات زنده از مواد غیر زنده می‌پردازد.[۱]
  • علم مطالعهٔ فرایند پدید آمدن زندگی[۱]

در علوم طبیعی، تئوری تشریح کننده چگونگی ایجاد حیات در زمین از مواد بی جان را پیدایش حیات یا حیات‌زایی (آبیوژنز یا بیوپویز) گویند. نباید این تئوری را با تکامل یا فرگشت که به مطالعه روند تغییرات ایجاد شده در موجودات زنده با گذشت زمان می‌پردازد و یا کیهان‌زایی که به دنبال توضیح چگونگی آغاز دنیاست، اشتباه گرفت.

بیشتر اسیدهای آمینه که گاه آنها را آجرهای سازنده حیات می‌نامند، می‌توانند در اثر فرایندهای شیمیایی طبیعی نامربوط با حیات نیز ایجاد گردند. این مطلب را میلر و یوری و دیگر دانشمندان در طی آزمایش‌هایی در آزمایشگاه، با ایجاد شرایط مشابه با زمان بوجود آمدن حیات در زمین نشان دادند. در تمامی موجودات زنده این اسیدهای آمینه به شکل پروتئین سازماندهی شده‌اند و ساخت چنین پروتئین‌هایی بواسطه اسیدهای نوکلئیک ممکن می‌گردد. تئوری پیدایش حیات به این نکته که کدامیک از این مولکول‌های زیستی ابتدا پیدا گشته‌اند و چگونه نخستین اشکال حیات را تشکیل داده‌اند می‌پردازد.
دو ویژگی با اهمیت حیات باید در تمامی تئوری‌های آبیوژنز مورد توجه قرار گیرند. این ویژگی‌ها همانندسازی و سوخت و ساز هستند. این پرسش که کدامیک از این دو در ابتدا بوجود آمده‌است، سبب ایجاد دو نظریه متفاوت در این زمینه گردید. ابتدا فرضیه پیشنهاد کننده اولویت پیدایش سوخت و ساز (متابولیسم) مطرح گردید. مدتی بعد از آن فرضیه ایجاد اولیه همانندسازها نیز مورد توجه قرار گرفت.

در درک مدرن در مورد ایجاد نخستین اشکال موجودات زنده، احتمال آن مطرح می‌گردد که این موجودات پروکاریوت‌های تک سلولی (فاقد هسته سلولی) بوده باشند. این تک سلولی‌ها خود می‌توانند از پروتوبیونت‌ها (مولکول‌های آلی که توسط پوششی شبه غشایی پوشیده شده‌اند) بوجود آمده باشند. قدیمی‌ترین سنگواره شبه میکرب بدست آمده حدود سه ونیم میلیارد سال قدمت دارد که خود تقریبا یک میلیارد سال پس از تشکیل کره زمین است. در حدود ۲٫۴ میلیارد سال قبل نسبت ایزوتوپ‌های پایدارکربن، آهن و گوگرد نشانگر اثرگذاری موجودات زنده بروی مواد معدنی و رسوبات هستند. دیگر نشانگرهای مولکولی نیز بیانگر وجود فتوسنتز در آن دوران هستند که این خود نمایانگر پراکندگی وسیع حیات در آن دوره در زمین است. سلسله وقایع شیمیایی که منجر به ایجاد نخستین اسید نوکلئیک گردید هنوز به طور کامل شناخته نشده‌اند. چندین فرضیه در رابطه با حیات اولیه پیشنهاد گردیده‌است که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به نظریه جهان آهن- گوگرد (سوخت و ساز بدون وجود توارث) و نظریه جهان آران‌ای اشاره کرد.

نازیست‌زایی[ویرایش]

نازیست‌زایی،[۲] پیدایش خود به خود یا آبیوژنز به نظریه‌ای می‌گویند که معتقد است موجودات زنده از مواد بی‌جان نشأت می‌گیرند.[۳]

تاریخچهٔ این نظریه به دوران یونان باستان بر می‌گردد، در آن دوران اعتقاد عامه بر این بود که کرم از گوشت گندیده و مگس و قورباقه از گل‌ولای شکل می‌گیرند.[۳] خلق الساعه حداقل از زمان ارسطو که در سال ۳۸۴ تا ۳۲۲ پش از میلاد می‌زیست، وجود داشت. دلایلی که ارسطو برای خلق الساعه نوشته‌است قرن‌ها مورد توجه بود.[۴]

در سده هفدهم دانشمندی ون هلمونت که به نظریه خلق الساعهٔ حیوانات معتقد بود یک پیراهن کثیف را با چند دانه گندم در گوشه‌ای قرار داد، پس از۲۱ روز تعدادی موش در اطراف آنها مشاهده کرد او به این نتیجه رسید که موش‌ها خود به خود از پیراهن کثیف و دانه‌های گندم پدید آمده‌اند.[۴]

جان نیدهم در سال ۱۷۴۹ (میلادی) آزمایشی که روی گوشت پخته انجام داد به این نتیجه رسید که گوشت از ابتدا به ریزاندامگان‌ها آلوده است پس آنها از گوشت ناشی می‌شوند ولی لازارو اسپالانزانی گوشتی را به مدت یک ساعت در ظرف در بسته‌ای جوشانید و آن را به همانگونه نگهداری کرد و متوجه شد که در آن هیچ تغییری روی نمی‌دهد با این حال نیدهم متقاعد نگشت چون عقیده داشت در آزمایش اسپالانزانی هوا که یکی از نیازهای ریزاندامگان‌های تولید شده از گوشت است تامین نگشته‌است.

بالنی که لویی پاستور در رد نظریه نازیست‌زایی از آن بهره جست

حدود ۸۰ سال بعد فرنز شولز و تئودور شوان[فرنز با رد کردن هوا از محلول اسید و شوان با داغ کردن هوا] هوا را در یک محیط حاوی گوشت جوشیده وارد کردند و در آن هیچ تغییری روی نداد با این حال منتقدین آن بر این بودند که داغ کردن و اسید قدرت زایندگی اکسیژن را گرفته‌است.[۳]

تا این که لوئی پاستور در آزمایشی مشابه شولز اما در دهانه بالن حاوی آبگوشت از لوله دارای انحنا استفاده نمود در این صورت محیط همچنان سترون باقی می‌ماند ولی زمانی که محتویات را با خمیدگی لوله تماس می‌دادند و دوباره به محیط بازمی‌گرداندن ریزاندامگان‌ها در محیط پدیدار می‌گشتند که این آزمایش باعث رد کامل نظریه نازیست‌زایی شد.[۳]

نظریه پیدایش خود به خودی[ویرایش]

تا اوایل قرن ۱۹، مردم به پیدایش خود به خودی اشکال حیات از مواد بی جان معتقد بودند. این عقیده همراه با اعتقاد به گوناگونی بود که به ایجاد نوعی از حیات از نوعی دیگر می‌پرداخت (مثلا زنبور عسل از گل). تصور کلاسیک آبیوجنسیس که امروزه با نام پیدایش خود به خودی نامیده می‌شود به این موضوع اشاره می‌کرد که مواد پیچیده ارگانیک از تجزیه مواد غیر ارگانیک ایجاد می‌شوند.ارسطو معتقد بود که شپش از قطرات شبنم که بر روی برگ ریخته می‌شوند ایجاد می‌شوند. او همچنین معتقد بود مگس از مواد متعفن، موش از علفهای کثیف و کروکودیل از کنده‌های درخت در حال فساد در اعماق آب ایجاد می‌شود.

در قرن ۱۷، در فرضیات پیداش خود به خودی تردیدهایی به وجود آمد. در سال ۱۶۴۶، سر توماس براون، کتابی تحت عنوان شیوع باورهای غلط تالیف نمود که حمله‌ای به عقاید غلط و اشتباهات عامیانه رایج بین مردم داشت. استدلالات براون نتوانست به طور گسترده‌ای پذیرفته شود. الکساندر راس که معاصر توماس براون بود در نوشته‌ای در خصوص توماس براون نوشت

تردید کردن در اصل پیدایش خود به خودی، تردید کردن در برهان، تجربه و منطق است. اگر توماس در این مورد شک دارد، بگذارید تا به مصر سفر کند و در آنجا با میدان‌هایی که مملو از موش است مواجه خواهد شد که از لجن رود نیل به وجود آمده‌اند که مصیبتی بزرگ برای ساکنان آن دیار می‌باشند.

در سال ۱۶۶۵، رابرت هوک، اولین نقاشی از میکروارگانیسم‌ها را ارائه کرد. در سال ۱۶۷۶ آنتوان فن لونهوک توصیف دقیق‌تری از میکروارگانیسم‌هایی که امروزه با نام باکتری وتک یاخته شناخته می‌شوند ارائه داد. بسیاری در آن زمان گمان می‌کردند که وجود میکروارگانیسم‌ها دلیلی بر نظریه پیدایش خود به خودی‌است چون میکروارگانیسم‌ها بیش از آن ساده بودند که تولیدمثل جنسی برایشان متصور باشد و در آن زمان هنوز امکان تولید مثل غیرجنسی از طریق تقسیم سلولی ناشناخته بود.

اولین دلیل محکم بر خلاف نظریه پیدایش خود به خودی در سال ۱۶۶۸ توسط فرانسیسکو ردی بیان شد. او نشان داد که چنانچه از تخم‌گذاری مگس روی گوشت جلوگیری شود هیچ تخم مگسی روی گوشت مشاهده نخواهد شد. تدریچا در مورد سایر مواد زنده بزرگتر نیز نشان داده شد که نظریه پیدایش خود به خودی نمی‌تواند درست باشد. بدین نحو نظریه جایگزین با نام بیوژنز به وجود آمد که پیدایش هر موجود زنده‌ای را از موجود زنده قبلی اش می‌پندارد.

پاستور و داروین[ویرایش]

تئوری بیوژنز در میانه قرن نوزدهم بدنبال شواهد فراوانی که از سوی پاستور و دیگران ارائه گردید چنان جای خود را گشود که نظریه پیدایش خودبه‌خود در عمل کنار گذاشته شد. پاستور پس از یافته‌هایش در سال ۱۸۶۴ گفت: «نظریه پیدایش خودبخود هرگز از ضربه کشنده‌ای که این آزمایش ساده بر پیکره اش وارد کرده‌است بهبود نخواهد یافت.» از سوی دیگر فروپاشی نظریه پیدایش خودبخودی خود سبب ایجاد خلآ در پاسخ به دلیل علمی چگونگی پیدایش حیات در ابتدا گردید. داروین در نامه‌ای درسال ۱۸۷۱ ذکر می‌کند که حیات ممکن است در حوضچه گرم کوچکی که حاوی آمونیاک، نمک‌های فسفره، نور، حرارت، الکتریسیته وسایر عوامل بوده‌است آغاز شده باشد. این شرایط ایجاد ترکیبات پروتئینی که خود آماده تغییرات پیچیده تری بوده‌اند را ممکن می‌ساخته‌است. چنین ترکیباتی امروزه به سرعت تجزیه شده یا خورده می‌شوند ولی این تجزیه و نابودی هنگامی که هنوز موجودات زنده وجود نداشته‌اند رخ نمی‌داد.

مدل‌های امروزی[ویرایش]

نمایی از آزمایش میلر-یوری

در واقع هیچ مدل استانداردی در مورد پیدایش حیات وجود ندارد. در مدل‌های جدیدتر در بیشتر موارد خطوطی از فرضیه اپارین-هالدین به چشم می‌خورد. آن چه در زیر می‌آید بر پایه یافته‌ها و نظرات متنوعی است که در این مورد وجود دارد.

  1. یکی از مدل‌های پیشنهادی مدل حباب بود که فرآیندهای کلیدی مواد شیمیایی مورد نیاز برای ایجاد حیات را فضای درون حبابی موجود در سطح اقیانوس‌ها می‌دانست. این مدل شامل پنج مرحله اصلی است؛ آمونیاک، متان و دیگر گازهای حاصل از انفجارهای آتشفشانی زیر دریایی در حباب‌های زیر دریا محبوس می‌شدند. متان و آمونیاک‌های مورد نیاز برای تشکیل آمینو اسیدها درون حباب‌ها در مقابل صدمات حاصل از اشعه ماورای بنفش محفوظ می‌ماندند. حباب‌ها به سطح اقیانوس‌ها می‌آمدند و و پس از ترکیدن د ملکول‌های آلی ساده آزاد می‌کردند. ملکول‌های آلی ساده ضمن انتقال توسط باد و حرکت به سمت بالا در معرض اشعه ماورای بنفش نور خورشید و رعد و برق قرار می گرفته‌اند و در نتیجه نیروی لازم برای واکنش‌های بعدی برایشان فراهم می‌شد. باران بسیاری از این ملکول‌های آلی را که به تازگی تشکیل شده بودند به درون اقیانوس می‌برد و چرخه دیگری را شروع می‌کردند.
  2. برخی تئوری‌ها ذکر می‌کنند که اتمسفر زمین در ابتدا بازی بوده‌است و در آن ترکیباتی چون متان، آمونیاک، سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن، منوکسید کربن و فسفات وجود داشته‌است. در چنین اتمسفری اکسیژن و اوزون نایاب بوده‌است و یا وجود نداشته‌است.
  3. در چنین اتمسفری فعالیت‌های الکتریکی توان تسهیل و تسریع ایجاد مولکول‌های حیاتی ساده را داشته‌اند. در سال ۱۹۵۳ این واقعیت در آزمایش میلر- یوری نشان داده شده‌است.
  4. فسفولیپیدها (در صورتی که به اندازه کافی بلند باشند) توان تشکیل خود بخودی لیپید دو لایه که یکی از اجزای بنیادین غشای سلولی است را دارند.
  5. یکی از پرسش‌های اساسی در این باره، ماهیت نخستین همانندساز است. در سلول‌های امروزی همانند سازی در اثر تعامل و همکاری پروتئین و اسیدهای نوکلئیک رخ می‌دهد. بر اساس دیدگاه اندیشمندان در مورد اولویت تشکیل پروتئین یا اسید نوکلئیک نظرات به دو دسته تقسیم می‌گردند. یک دسته معتقد به پیدایش نخستین پروتئین هستند و گروه دیگر به اولویت ایجاد اسید نوکلئیک اعتقاد دارند. نظریه مربوط به اولویت ایجاد اسید نوکلئیک به موارد زیر اشاره دارد
    • بر اساس نظریه جهان ار ان آ، پلی مریزه شدن نوکلئوتیدها ممکن است منجر به ایجاد ریبوزیم‌ها ی (مولکول‌های آران آ با خصوصیات آنزیمی) همانندساز شده باشند.
    • از آن رو که الیگوپپتیدها توان اتصال به آران آ و ایجاد کاتالیزورهای بهتری را دارند، ممکن است بر اساس فشارهای انتخابی برای گزینش عملکرد آنزیمی، پپتیدیل ترانسفرازها از این راه بوجود آمده باشند. پروتئین‌ها ی کوچک خود می‌توانند در نتیجه این گزینش ایجاد شده باشند.
    • پروتئین‌های ایجاد شده خود توان رقابت با ریبوزیم‌ها به عنوان کاتالیزور را دارند و از این راه می‌توانند به عنوان بیوپلیمر غالب در تنظیم فعالیت‌های نوین اسیدهای نوکلئیک که بیشتر انتقال اطلاعات ژنتیکی است، انتخاب شوند.

منشا مولکول‌های آلی[ویرایش]

دو احتمال برای منشا مولکول‌های آلی اولیه بروی کره زمین مطرح است.

  • منشا زمینی- مولکول‌های آلی با کمک انرژی ناشی از تصادف اجرام آسمانی و سایر منابع انرژی (مانند انرژی الکتریکی) در زمین بوجود آمده‌اند
  • منشا برون زمینی-مولکول‌های آلی توسط اجرام آسمانی چون کندریت‌های کربنه (سنگ‌های آسمانی بدون نشانه‌ای از ذوب شدن یا تغییر) و یا به طور مستقیم و به شکل مولکول‌ها ی آلی یا اشکال اولیه حیات ازفضا بوسیله جاذبه زمین، به کره زمین راه یافته‌اند.

مشاهدات انجام شده در سایر اجرام سماوی جای هیچ شکی باقی نگذاشته است که آمینواسیدها در جاهای دیگری از منظومه شمسی غیر از زمین نیز بوفور یافت می‌شوند. اولین نشانه‌ها از شهاب سنگ‌هایی به دست آمد که گرفتار میدان گرانشی زمین شده و بر سطح این سیاره سقوط کرده‌اند. ابتدا گمان بر این بود که شاید یافته‌های فوق ناشی از رسوخ آمینواسیدهای زمینی به دل این سنگ‌های آسمانی بوده است. اما خیلی زود و با کشف ساختار متفاوت این آمینواسیدهای کشف شده، مشخص شد که آمینواسیدهای کشف شده قطعا منشا فرازمینی دارند.[۵]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ فرهنگ روانشناسی و روانپزشکی پورافکاری - نشر فرهنگ معاصر- چاپ ششم 1386
  2. برابرنهاده فرهنگستان زبان فارسی، بازدید: نوامبر ۲۰۱۲.
  3. ۳٫۰ ۳٫۱ ۳٫۲ ۳٫۳ مینا افسری نژاد، شایسته سپهر. «گفتار اول». در میکروبیولوژی عمومی. چاپ نهم. انتشارات دانشگاه پیام‌نور، ۱۳۸۸. ۴۸۸صفحه. شابک ‎۹۷۸-۹۶۴-۴۵۵-۵۹۷-۸. 
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ «اول». در علوم زیستی و بهداشت اول دبیرستان. 
  5. آیا حیات زمینی منشاء کیهانی دارد؟، در: وب‌گاه دانش فضایی، بازدید: ۲۶ آذر ۱۳۹۰