فرضیه «پیدایش غیرزیستی» درباره پیدایش حیات در زمین چه می‌گوید

یکی از فرضیه‌های جاافتاده درباره‌ پیدایش حیات در زمین abiogenesis یا «پیدایش غیرزیستی» نام دارد. جان‌مایه‌ این ایده این است که مولکول‌های آلی و حیات ساده‌ای که بعد از آن در زمین شکل‌ گرفتند از مواد غیرآلی پیدایش یافته‌اند. در اصطلاح‌شناسی واژه  abiogenesis از سه بخش A و Bio و Genesis تشکیل شده است که در کنار یکدیگر معنای «پیدایش غیرزیستی» را می‌دهد.

در سال ۱۸۷۰، توماس هاکسلی در مقاله‌ مهمی واژه abiogenesis یا «پیدایش غیرزیستی» حیات را به ‌کار برد.هاکسلی بین «پیدایش خودبه‌خودی» حیات که ابدا آن را پذیرفتنی نمی‌دانست و احتمال تکامل مواد از بی‌جان به جاندار بدون تأثیرگرفتن از حیات، قویا تفاوت قائل بود. از اواخر قرن نوزدهم، فرضیه‌ تکامل‌یافته «پیدایش غیرزیستی» حیات به‌معنای افزایش پیچیدگی مواد از بی‌جان به حالت زنده در یک بستر غیرزیستی از تکامل، در زمین اولیه بوده است. abiogenesis در یک کلام می‌گوید حیات روی زمین بیش از ۳.۵ ‌میلیارد سال قبل از مواد غیرآلی تشکیل شده و تأکید می‌کند که اشکال اولیه حیات بسیار ساده بوده‌اند و رفته‌رفته رو به پیچیدگی گذاشته‌اند.

از سوی دیگر Biogenesis فرایندی را مطرح می‌کند که در آن حیات با زادآوری یا تولیدمثل از دیگر اشکال حیات به‌وجود می‌آید؛ به‌این‌ترتیب، پس از abiogenesis روی داده است. برخی به اشتباه abiogenesis را با فرضیه قدیمی «پیدایش خودبه‌خودی» حیات یکی می‌دانند در حالی که این دو ایده کاملا متفاوت هستند. مبنای دیدگاه پیدایش خودبه‌خودی حیات این است که موجودات زنده مثل موش به‌صورت خودبه‌خود و از مواد بی‌جان پدیدار شده‌اند. درحالی‌که این فرضیه در قرن هفدهم مردود شد، در قرن نوزدهم قاطعانه کنار گذاشته شد.

اما abiogenesis همچنان نه رد شده است و نه اثبات. در دهه ۱۹۲۰، دانشمند انگلیسی، هالدین و بیوشیمی‌دان روسی، اُپارین به‌صورت هم‌زمان اما مستقل از یکدیگر ایده‌هایی را درباره شرایط زمین هنگام پیدایش حیات اولیه ارائه کردند. هر دو معتقد بودند که با وجود یک منبع انرژی بیرونی همچون پرتوهای فرابنفش، مولکول‌های آلی می‌توانستند از مواد غیرزیستی ساخته شده باشند و اینکه اتمسفر اولیه زمین به‌علت مقدار بسیار اندک اکسیژن آزاد، کاهنده بود و در خود آمونیاک، بخار آب و دیگر گازها را داشته است.

از سوی دیگر، هر دو احتمال می‌دادند که اشکال اولیه حیات درحالی‌که هتروتروف (میکروارگانیسم‌هایی که مواد مغذی محیط اطرافشان را متابولیسم یا مصرف می‌کنند) بوده‌اند و نه اتوتروف (میکروارگانیسم‌هایی که با نور خورشید و ترکیبات معدنی، ترکیبات آلی و مغذی تولید می‌کنند)، در اقیانوس گرم اولیه پدیدار شده باشند. اپارین معتقد بود که حیات از کواسروات‌ها تشکیل شده است. کواسروات، کیسه‌های کروی و میکروسکوپی هستند که از مولکول‌های چربی و به‌صورت خودبه‌خودی تشکیل می‌شوند، با نیروهای الکترواستاتیک در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و احتمالا پیش‌ماده‌ سلول بوده‌اند.

کار اپارین با کواسروات‌ها تأیید می‌کرد که آنزیم‌های اساسی برای واکنش‌های بیوشیمیایی مرتبط با متابولیسم، زمانی که داخل غشای کروی محصور باشد نسبت به زمانی که آزادانه داخل حلال آبی است عملکرد مؤثرتری دارد.هالدین، بی‌خبر از کواسروات‌های اپارین، تصور می‌کرد که ابتدا مولکول‌های آلی ساده شکل گرفته‌اند، در حضور پرتوهای فرابنفش به‌طور فزاینده‌ای پیچیده شده‌اند و درنهایت این روند به تشکیل نخستین سلول‌ها انجامیده است.ایده‌ اپارین و هالدین بنیان بسیاری از پژوهش‌هایی را پایه‌ریزی کرد که در دهه‌های بعدی روی «پیدایش غیرزیستی» حیات رخ‌ داد.

آزمایش میلر  و  یوری

در سال ۱۹۵۳ دو شیمی‌دان آمریکایی به نام‌های هارولد یوری و ستنلی میلر با گذاشتن فرضیه‌ اپارین-هالدین به بوته آزمایش، با موفقیت مولکول‌های آلی را از ترکیبات غیرآلی که تصور می‌شد در زمین پیش‌زیستی وجود داشته، تولید کردند. این دو دانشمند برای این طراحی آزمایش، آب گرم را با مخلوطی از چهار گاز بخارآب، متان، آمونیاک و هیدروژن مولکولی به‌کار گرفتند و رعدوبرق را با تخليه‌های الکتریکی به آزمایش افزودند. فرض بر این بود که هر یک از اجزای متفاوت این آزمایش یکی از موارد مرتبط با زمین اولیه را شبیه‌سازی کرده‌ است. برای مثال، اقیانوس اولیه، اتمسفر پیش‌زیستی، گرما و رعد و برق. یک هفته بعد از اجرای آزمایش، میلر و یوری مولکول‌های آلی ساده از جمله آمینواسیدها را که واحدهای سازنده پروتئین هستند، تحت شرایط شبیه‌سازی‌شده زمین اولیه به‌دست آوردند.

مفاهیم جدید پیدایش غیرزیستی حیات

مبنای فرضیه‌های جدید پیدایش ‌غیرزیستی حیات به‌شکل وسیعی همان قوانینی هستند که فرضیه اپارین-هالدین و آزمایش میلر-یوری بوده است. کم‌وبیش تفاوت‌های ظریفی میان مدل‌های مختلف ارائه‌شده برای توضیح روند حرکت مولکول‌های پیدایش ‌از غیرزیست به موجودات زنده وجود دارد. مثلا این توضیحات بر سر این موضوع اختلاف دارند ‌که آیا مولکول‌های آلی پیچیده ابتدا موجودیت‌هایی با قابلیت همانندسازی و بدون داشتن عملکردهای متابولیسمی شدند یا اینکه اول پیش‌سلول‌های متابولیسم‌کننده شدند و سپس همانندسازی را توسعه‌ دادند؟!

جایگاه رویداد پیدایش‌ غیرزیستی ‌حیات نیز محل ‌ابهام است. درحالی‌که شواهدی دال بر پیدایش حیات از غیرحیات در چاهک‌ها و منافذ کف اقیانوس وجود دارد، این ایده نیز محتمل است که پیدایش‌ غیرزیستی ‌حیات در جای دیگری مانند اعماق زمین رخ داده باشد. جایی که پیش‌سلول‌های تازه می‌توانند با متان و هیدروژن زیست کنند. یا حتی سواحل اقیانوس‌ها، جایی که احتمالا پروتئینوئیدها از واکنش آمینواسیدها با گرما پدیدار شده‌اند و به‌مثابه قطرات پروتئینی سلول‌مانند به آب ورود کرده‌اند.

برخی دانشمندان پیشنهاد می‌کنند پیدایش ‌غیرزیستی حیات بیش از یک مرتبه روی ‌داده است. مثالی از این داستان فرضی می‌گوید که اشکال مختلفی از حیات هریک با معماری‌های بیوشیمیایی متمایز و متفاوتی سربر آورده و ماهیت مواد غیرزیستی را بازتاب می‌دهند که از آن تشکیل شده‌اند. اگرچه سرآخر حیات فسفات‌بنیان (حیات استانداردی که در معماری بیوشیمیایی‌اش فسفر دارد) مزیت تکاملی بر حیات غیرفسفات‌بنیان (حیات غیراستاندارد) یافته و به‌این‌ترتیب گسترده‌ترین نوع حیات روی زمین شده است.

این اندیشه بود که باعث شد دانشمندان به «بیوسفر سایه» پی ‌ببرند. بیوسفر سایه به سیستم پشتیبان حیاتی گفته می‌شود که شامل میکروارگانیسم‌هایی با ساختار بیوشیمیایی متمایز یا منحصربه‌فردی است که زمانی در زمین به‌وجود آمده‌اند یا احتمالا همچنان وجود دارد. همان‌طور که آزمایش میلر-یوری نشان داد مولکول‌های آلی می‌توانند از مواد غیرزیستی با وجود محدودیت‌های اتمسفر پیش‌زیستی زمین به‌وجود بیایند. از دهه ‌۱۹۵۰، پژوهشگران دریافتند که آمینواسیدها می‌توانند به‌طور خودبه‌خود پپتیدها (پروتئین‌های کوچک) را شکل دهند و این واسطه‌های کلیدی در سنتز نوکلوتیدهای RNA (ترکیبات یا بازهای آلی نیتروژن‌داری که در اسیدهای نوکلئیک به گروه‌های قند و فسفات متصل‌اند) می‌توانند از مواد اولیه غیرزیستی تشکیل شوند.

شواهد اخیر احتمالا پشتیبان فرضیه‌ جهان RNA است. ایده‌ای که می‌گوید مقدار فراوانی RNA در زمین‌ اولیه از طریق واکنش‌های شیمیایی پیش‌زیستی ساخته شده بود. درواقع، به‌علاوه حمل و ترجمه اطلاعات زیستی، RNA کاتالیزور است، یعنی مولکولی که بدون مصرف‌‌شدن سرعت یا نرخ انجام واکنش‌ها را افزایش می‌دهد. به این معنا که یک تک RNA کاتالیزور قابلیت تولید اشکال چندگانه‌ حیات را دارد که خود می‌توانسته در جریان سربرآوردن حیات در زمین مزیتی بوده باشد.

فرضیه جهان RNA یکی از نخستین مفاهیم برجسته خودهمانندسازی در «پیدایش غیرزیستی» حیات محسوب می‌شود. برخی از مدل‌های جدید متابولیسم ‌بنیان پیدایش غیرزیستی حیات، با کواسروات‌های حاوی آنزیم اپارین یکی می‌شوند اما پیشرفت پی‌درپی از مولکول‌های آلی ساده به کواسروات‌ها را پیشنهاد می‌کنند به‌خصوص پروتوبایونت‌ها یا پیش‌سلول‌ها که محل تجمع مولکول‌های آلی هستند و ویژگی‌های حیات را نشان می‌دهند.

احتمالا پروتوبایونت‌ها به پروکاریوت‌ها منجر شدند، موجودات تک‌سلولی فاقد هسته متمایز، غشای داخلی و دیگر اندامک‌ها، اما قادر به متابولیسم و خودهمانندسازی بودند و همچنین پیرو انتخاب طبیعی داروین! نمونه‌هایی از پروکاریوت‌های اولیه شامل آرکی‌ها که اغلب ساکن محیط‌های حدی با شرایط مشابه آنچه احتمالا ‌میلیاردها سال قبل وجود داشته و سیانوباکترها (جلبک‌های سبز-آبی) که در محیط‌های غیرقابل سکونت رشد می‌کنند همچنان در زمین امروز یافت می‌شود و به‌علت توانایی‌های فوتوسنتزی آنها مورد توجه ویژه در مطالعات مرتبط با پیدایش حیات هستند. استروماتولیت‌ها، انباشت‌های شکل‌گرفته از جلبک‌های سبز-آبی قدیمی‌ترین فسیل‌های جهان با عمری

۳.۵میلیاردساله هستند. پرسش‌های بی‌پاسخ زیادی درباره‌ پیدایش غیرزیستی حیات وجود دارد.

آزمایش‌ها هنوز باید نشان دهند که انتقال از مواد غیرآلی به ساختارهایی شبیه به پروتوبایونت‌ها و پیش‌سلول‌ها چطور صورت گرفته است. در کنار این فرضیه، برخی دیگر از دانشمندان مدعی غیرضروری‌بودن «پیدایش غیرزیستی حیات» در زمین هستند و پیشنهاد می‌کنند که حیات به‌واسطه‌ برخوردی بین زمین و جرمی برون‌زمینی که پناهگاه یا سکونتگاهی برای موجودات زنده بوده به زمین رسیده است. چیزی‌ مانند شهابی که حامل موجودات تک‌سلولی بوده.

نام این مهاجرت فرضی حیات به زمین را «پان‌اسپرمیا» گذاشته‌اند. پژوهش‌های مرتبط با «پیدایش غیرزیستی» حیات در زمین به شکل وسیعی از اخترزیست‌شناسی بهره می‌برد. اخترزیست‌شناسی با جست‌وجوی حیات در بیرون زمین و درک شرایط مورد نیاز برای تشکیل حیات سروکار دارد. مطالعات اخترزیست‌شناسی تیتان قمر زحل که اتمسفری فاقد اکسیژن دارد آشکار کرده است که مولکول‌های آلی پیچیده در آنجا نیز وجود دارند. این موضوع برای دانشمندان همچون گوشه‌‌چشمی ا‌ست به شکل‌گیری ترکیبات زیستی در سکونتگاهی پیش‌زیستی درست مشابه زمین اولیه.

نیلوفر فشنگ‌ساز