منشا حیات

خاستگاه زندگی ما از کجا بوده است؟ منشا حیات چه چیزی بوده است؟

منشأ حیات موضوعی دیرینه و بحث برانگیز است و برای این‌موضوع فرآیندهای مختلفی ارائه شده است. نظریه‌های مختلفی که طی میلیون‌ها سال بیان شده است و به مرور زمان پیشرفته‌تر و کامل‌تر شده است. بیگ بنگ یکی از انفجارات بحث برانگیز در این‌زمینه است. با پیشرفت مرزهای دانش، دانشمندان یکی پس از دیگری سؤالات خلقت را حل کرده اند. ما اکنون درک نسبتاً خوبی از منشأ خورشید و زمین داریم و کیهان شناسان می توانند ما را در کسری از ثانیه به آغاز کیهان ببرند.

منشا حیات

منشا حیات روی زمین و احتمالاً در سیارات دیگر نتیجه تکامل شیمیایی جهان است. چندین نسل از ستارگان، محیط بین ستاره‌ای “ISM” را با عناصر اتمی غنی کرده‌اند که می‌توانند مولکول‌های ساده را حتی در شرایط عجیب و غریب موجود در فضای بیرونی تشکیل دهند. اصطلاح تکامل به‌طور معمول به تکامل بیولوژیکی موجودات زنده اشاره دارد اما فرآیندهایی که سیارات، ستارگان، کهکشان‌ها و جهان در طول زمان شکل می‌گیرند و تغییر می‌کنند نیز از انواع تکامل هستند. در همه‌ی این‌موارد در طول زمان تغییراتی وجود دارد اگرچه فرآیندهای درگیر کاملاً متفاوت هستند.

در اواخر دهه‌ی 1920، ستاره شناس آمریکایی، ادوین هابل، کشف بسیار جالب و مهمی کرد. هابل مشاهداتی را انجام داد که او این مشاهدات را به این‌صورت تعبیر کرد که نشان می‌دهد ستارگان و کهکشان‌های دوردست از هر جهت از زمین دور می‌شوند. علاوه بر این، سرعت رکود به نسبت مسافت افزایش می‌یابد، کشفی که از زمان هابل با اندازه گیری‌های متعدد و مکرر تایید شده است. مفهوم این یافته‌ها این است که جهان در حال انبساط است.

فرضیه هابل در مورد جهان درحال انبساط منجر به استنتاج‌های خاصی می‌شود. یکی این است که جهان در زمان قبلی متراکم تر بود؛ از این‌پیشنهاد نتیجه حاصل شد که تمام ماده و انرژی مشاهده شده کنونی در جهان در ابتدا در یک جرم بسیار‌کوچک و بی نهایت داغ متراکم شده است. یک انفجار بزرگ، معروف به بیگ بنگ، ماده و انرژی را در همه‌ی جهات گسترش داد.

این‌فرضیه‌ی بیگ بنگ منجر به استنتاج‌های قابل آزمایش بیشتری شد. یکی از این نتیجه‌ها این بود که دمای امروز در اعماق فضا باید چندین درجه بالاتر از صفر مطلق باشد. مشاهدات نشان داد که این استنباط صحیح است. در واقع، ماهواره کاوشگر پس‌زمینه مایکروویو کیهانی “COBE” که در سال 1991 به فضا پرتاب شد، تأیید کرد که میدان تابش پس‌زمینه دقیقاً طیفی را دارد که منشأ بیگ بنگ برای جهان پیش‌بینی کرده بود.

با انبساط جهان، طبق درک علمی کنونی، ماده به شکل ابرهایی جمع شد که شروع به متراکم شدن و چرخش کردند و پیشروهای کهکشان‌ها را تشکیل دادند. در داخل کهکشان‌ها، از جمله کهکشان راه شیری خودمان، تغییرات فشار باعث شد که گاز و غبار و ابرهای متمایز تشکیل دهند. در برخی از این ابرها که جرم کافی و نیروهای مناسب وجود داشت، جاذبه گرانشی باعث فروپاشی ابر شد. اگر توده‌ی مواد موجود در ابر به اندازه کافی فشرده می‌شد، واکنش‌های هسته‌ای شروع شد و ستاره‌ای متولد شد.

تصویر1: منشا زمین

سن جهان

سن جهان، کهکشان ما، منظومه شمسی و زمین را می‌توان با استفاده از روش‌های علمی مدرن تخمین زد. سن جهان را می‌توان از رابطه‌ی مشاهده شده‌ی بین سرعت و فواصل جداکننده‌ی کهکشان‌ها به دست آورد. سرعت کهکشان‌های دور را می‌توان بسیاردقیق اندازه‌گیری کرد اما اندازه‌گیری فاصله‌ها نامشخص تر است. در طول چند دهه گذشته، اندازه‌گیری‌های انبساط هابل به سن تخمینی برای جهان بین 7 تا 20 میلیارد سال منجر شده است که جدیدترین و بهترین اندازه‌گیری‌ها در محدوده 10 تا 15 میلیارد سال است.

فرضیه‌های منشا زمین

فرض بر این است که حیات در حدود 5-6 میلیارد سال پیش به وجود آمده است.

دو فرضیه برای پیدایش زمین ارائه شده است:

• فرضیه‌ی سیاره‌ی کوچک

این‌فرضیه پیشنهاد می‌کند که منشاء زمین به عنوان بخشی جدا شده از توده‌ی مذاب خورشید رخ داده است.

• فرضیه‌ی سحابی

رایج‌ترین فرضیه منشأ زمین که پذیرفته شده است. این‌فرضیه پیشنهاد می‌کند که زمین از تراکم تدریجی غبار بین ستاره‌ای یا غبار کیهانی به نام سحابی به وجود آمده است. حدود 10000-20000 میلیون سال پیش، توده‌ای بسیار متراکم از مواد کیهانی به نام” ylem” وجود داشت که شامل نوترون، پروتون و ذرات شبیه الکترون بود. انفجار مواد کیهانی منجر به تولید قطعات متعددی به نام سحابی شد. این‌انفجار مواد کیهانی را بیگ بنگ نامیدند که اصطلاحا به آن نظریه‌ی انفجار بزرگ می‌گویند.

بر اساس فرضیه سحابی در ابتدا، زمین یک توپ درحال چرخش از گازهای داغ و بخارات عناصر بود. با این‌حال، به دلیل سرد شدن تدریجی، تراکم گازها به شکل جامد و طبقه بندی با توجه به چگالی آنها رخ می‌دهد. عناصری مانند فلزات سنگین نیکل، آهن، روی و غیره برای تشکیل هسته به مرکز رفتند. عناصر سبک تر مانند آلومینیوم، سیلیکون، گوگرد و غیره، گوشته و پوسته زمین را تشکیل می‌دادند. سبک‌ترین و گازی‌ترین مواد مانند هیدروژن، هلیوم، کربن، نیتروژن، اکسیژن جو را تشکیل دادند.

تصویر2: origin of life

نظریه‌های پیدایش حیات

• نظریه‌ی خلقت خاص

این‌نظریه بیان می‌کند که کل جهان توسط قدرت فوق طبیعی خدا شکل گرفته است. این‌نظریه توسط عبری و همکاران پیشنهاد شد و تا حد زیادی توسط پدر سوارز حمایت می‌شد. بر اساس مسیحیت، خداوند کل جهان را در شش روز آفرید. زمین و آسمان در روز اول، آسمان در روز دوم، زمین و گیاهان در روز سوم، خورشید، ماه و ستارگان در روز چهارم، ماهی‌ها و پرندگان در روز پنجم و حیوانات از جمله انسان به وجود آمدند. در روز ششم آدم اولین مرد و اولین زن حوا بود. براساس اساطیر هندو، خداوند زندگی را در یک حرکت آفرید. اولین مرد مانو و شرادا اولین زن بود. به دلیل عدم ارائه‌ی توضیحات علمی، این‌نظریه رد شد.

• نظریه تولید خود به خود (ابیوژنز)

این نظریه پیشنهاد می‌کند که شکل زنده به طور خود به خود از مواد غیر زنده مانند سرگین، گل، خاک و غیره بوجود آمده است. فون هلمونت این‌نظریه را مطرح کرد و آناکسیمنس و ارسطو از آن حمایت کردند.

بر اساس این‌نظریه، منشأ حشرات از شبنم، قورباغه‌ها و وزغ‌ها و از کف گل آلود حوضچه‌ها، حشرات از گوشت در حال پوسیدگی، کرم‌های نواری از فضولات حیوانات و میکروارگانیسم‌ها از هوا یا آب بوده است.

با این حال، فرانسیسکو ردی (1668)، لوئی پاستور (1864) و اسپالانزانی (1765) مفهوم زیست‌زایی را به طور تجربی رد کردند.

• نظریه بیوژنز

پیشنهاد می‌کرد که زندگی فقط از زندگی که از پیش موجود بوده است برمی خیزد. این‌مفهوم با آزمایش‌های زیر پشتیبانی می‌شود.

• آزمایشات ردی (Redi’s Experiments)

فرانسیسکو ردی (1668)، یک پزشک ایتالیایی بود که یک تکه گوشت آب پز را در هر یک از سه شیشه جداگانه قرار داد. یک کوزه را با کاغذ روغنی پوشانده بودند، دیگری را با پارچه خراطین پوشانده بودند و یکی را باز گذاشته بودند. او متوجه شد که فقط در یک کوزه باز انگل‌ها رشد می‌کنند. فقط در کوزه باز شده، مگس‌ها به هم پیوستند و تخم‌هایی گذاشتند که تبدیل به حشره شده بودند. ردی بر اساس آزمایش فوق به این‌نتیجه رسید که حیات تنها می‌تواند از زندگی که از پیش موجود بوده است ناشی شود، نه از مواد غیر زنده.

• آزمایشات اسپالانزانی (Spallanzani’s experiments)

در هشت بطری، لازارو اسپالانزانی ایتالیایی دم کرده یونجه ریخته و سپس آن را جوشانده تا عقیم شود.

او چهار بطری را دربسته نگه داشت و چهار بطری دیگر آن را با چوب پنبه‌ای شل نگه داشت. پس از چند روز، رشد متراکم میکروارگانیسم‌ها در بطری‌های بدون چوب پنبه‌دار یافت شد، درحالی که هیچ موجود زنده‌ای در بطری‌های دربسته یافت نشد. نتیجه گیری شد که هوا از میکروارگانیسم تشکیل شده و منبع آلودگی است.

• آزمایشات پاستور

در سال 1864، آزمایشی توسط بیوشیمیدان فرانسوی لوئی پاستور به نفع ایده آل بیوژنز انجام شد. او از فلاسکی استفاده کرد که گردن آن از طریق حرارت به شکل S خم شده بود و تقریباً نیمی از فلاسک را با محلول غذایی پر کرد. سپس به مدت چند ساعت جوشانده شد تا همه‌ی میکروارگانیسم‌ها از بین بروند. او لوله را آب بندی کرد و دستگاه را برای روزهای مختلف بدون مزاحمت رها کرد. هیچ نشانه‌ای از زندگی در فلاسک دیده نشد. با این حال، هنگامی که گردن فلاسک شکسته شد، میکروارگانیسم‌ها ظاهر شدند. از این‌بابت لویی پاستور به این‌نتیجه رسید که زندگی فقط از زندگی از پیش موجود می‌تواند پدید آید.

• نظریه کیهان زائیک (Cosmozoic theory)

این‌نظریه بیان می‌کند که حیات به شکل هاگ یا دانه‌هایی به نام پانسپرمیا از سیاره‌ی دیگری روی زمین سرچشمه می‌گیرد. ریشتر (1865) این ایده را مطرح کرد و آرنیوس از آن حمایت کرد. اما این‌فرضیه قادر به درک این نیست که چرا پان اسپرمی، از جمله دمای بالا و بسیاری از تشعشعات مضر، می‌تواند در شرایط نامطلوب روی زمین در آن‌زمان زنده بماند.

• نظریه مدرن یا کموسنتزی منشأ حیات (فرضیه علمی) (Chemosynthetic Theory)

اکنون دانشمندان پذیرفته‌اند که امکان ایجاد زندگی خود به خود وجود ندارد. الزامات خاص برای ظاهر زندگی ضروری است. تی هاکسلی و جان تیندال اظهار داشتند که مواد شیمیایی معدنی می‌توانند حیات تولید کنند.

اما از آنجایی که دانش بیوشیمی در آن زمان در دسترس نبود، ایده‌های آنها مبهم بود. این‌ایده توسط بیوشیمیدان روسی” AI Oparin 1923″ و با کمک “JBS Haldane” ارائه شد. در کتاب خود منشاء حیات بر روی زمین در سال 1936، آنها توصیف گسترده‌ای از منشا حیات بر اساس تکامل یا مواد شیمیایی ارائه کردند. بنابراین، اغلب نظریه‌ی اوپارین و هالدان نامیده می‌شود. بر اساس این‌نظریه، طی یک سری واکنش‌های شیمیایی در حدود 4.2 میلیارد سال پیش، حیات در آب بر روی زمین اولیه از مواد شیمیایی پدید آمد، بنابراین نظریه بیوشیمیایی منشأ حیات نامیده می‌شود. اغلب از آن به عنوان نظریه‌ی مصنوعی مدرن منشاء حیات یاد می‌شود. این‌نظریه را در سه مرحله‌ی اصلی می‌توان تشریح کرد:

• شیمی زایی،
• زیست زایی،
• شناخت زایی.

تصویر3: پیدایش حیات

اولین موجوداتی که روی زمین بودند!

پروکاریوت‌ها اولیه‌ترین اشکال حیات بودند. موجودات ساده‌ای که از ترکیبات کربنی که در اقیانوس‌های اولیه‌ی زمین انباشته شده بودند تغذیه می‌کردند. به آرامی موجودات دیگری تکامل یافتند که از انرژی خورشید به همراه ترکیباتی مانند سولفیدها برای تولید انرژی خود استفاده کردند.

برای مطالعه بیشتر:کیهان

نویسنده: ستاره رهبر

منابع:

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK230211/