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. مسألة نشوء الطبيعة الحية، وظهور الإنسان، أثارت قلق 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.
آراء القدماء
تحكي المخطوطات الصينية والهندية القديمة عن ظهور الكائنات الحية من الماء والبقايا المتعفنة، كما أن ولادة الكائنات البرمائية في الرواسب الموحلة للأنهار الكبيرة مكتوبة بالهيروغليفية 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. يعتقد الأول أن جميع الكائنات الحية يمكن أن تكون نتاج كائنات حية فقط، بينما يعتقد 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، ونفى مؤيدو 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 لفيرناديسكي، 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 مصدرًا لجراثيم الحياة التي تسقط على الأجرام السماوية بظروف مناسبة من أجل "إنباتهم".
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 على معالجة 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 مثل هذه الجزيئات جلطات ومجموعات - قطرات متماسكة، وهي كائنات أولية، تتشكل حولها سترات مائية - أساسيات غشاء القشرة، ويحدث الانفصال، ويولد 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 الأساسي على بخار الماء والغازات، والتي كانت فيما بعد بمثابة المواد الخام للتخليق العضوي: 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 مع 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) نفس 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 لأصل 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 هناك 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.
يعتمد عالم الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات 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...
فاليري سبيريدونوف، المرشح الأول لعملية زراعة الرأس، لـ ريا نوفوستي
لسنوات عديدة، تحاول البشرية كشف السبب الحقيقي وتاريخ ظهور الحياة على كوكبنا. منذ ما يزيد قليلا عن مائة عام، في جميع البلدان تقريبا، لم يفكر الناس حتى في التشكيك في نظرية التدخل الإلهي وخلق العالم من قبل كائن روحي أعلى.
تغير الوضع بعد نشر أعظم أعمال تشارلز داروين في نوفمبر 1859، والآن هناك الكثير من الجدل حول هذا الموضوع. ويصل عدد مؤيدي نظرية التطور لداروين في أوروبا وآسيا إلى أكثر من 60-70%، ونحو 20% في الولايات المتحدة الأمريكية ونحو 19% في روسيا بنهاية العقد الماضي.
في العديد من البلدان اليوم هناك دعوات لاستبعاد أعمال داروين من المناهج الدراسية، أو على الأقل لدراستها جنبا إلى جنب مع نظريات أخرى محتملة. إذا لم نتحدث عن النسخة الدينية، التي يميل إليها معظم سكان العالم، فهناك اليوم العديد من النظريات الأساسية حول أصل الحياة وتطورها، والتي تصف تطورها في مراحل مختلفة.
التبذر الشامل
إن أنصار فكرة البانسبرميا مقتنعون بأن الكائنات الحية الدقيقة الأولى تم إحضارها إلى الأرض من الفضاء. وهذا كان رأي الموسوعي الألماني الشهير هيرمان هيلمهولتز، والفيزيائي الإنجليزي كلفن، والعالم الروسي فلاديمير فيرنادسكي، والكيميائي السويدي سفانتي أرهينيوس، الذي يعتبر اليوم مؤسس هذه النظرية.
لقد تم التأكيد علميًا على أن النيازك القادمة من المريخ والكواكب الأخرى، وربما من المذنبات التي يمكن أن تأتي من أنظمة النجوم الغريبة، قد تم اكتشافها بشكل متكرر على الأرض. لا أحد يشك في هذا اليوم، لكن ليس من الواضح بعد كيف يمكن أن تنشأ الحياة في عوالم أخرى. في جوهر الأمر، يقوم المدافعون عن البانسبيرميا بتحويل "المسؤولية" عما يحدث للحضارات الفضائية.
نظرية الحساء البدائي
تم تسهيل ولادة هذه الفرضية من خلال تجارب هارولد أوري وستانلي ميلر التي أجريت في الخمسينيات. لقد كانوا قادرين على إعادة خلق نفس الظروف تقريبًا التي كانت موجودة على سطح كوكبنا قبل نشوء الحياة. تم تمرير تفريغات كهربائية صغيرة وأشعة فوق بنفسجية عبر خليط من الهيدروجين الجزيئي وأول أكسيد الكربون والميثان.
ونتيجة لذلك، تحول الميثان والجزيئات البدائية الأخرى إلى مواد عضوية معقدة، بما في ذلك العشرات من الأحماض الأمينية والسكر والدهون، وحتى بدايات الأحماض النووية.
في الآونة الأخيرة نسبيًا، في مارس 2015، أظهر علماء في جامعة كامبريدج، بقيادة جون ساذرلاند، أن جميع أنواع "جزيئات الحياة"، بما في ذلك الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات والدهون والكربوهيدرات، يمكن الحصول عليها من خلال تفاعلات مماثلة يتم فيها الحصول على الكربون غير العضوي البسيط. المركبات وكبريتيد الهيدروجين والأملاح المعدنية والفوسفات.
الطين نفسا من الحياة
إحدى المشاكل الرئيسية في النسخة السابقة من تطور الحياة هي أن العديد من الجزيئات العضوية، بما في ذلك السكريات والحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA)، هشة للغاية بحيث لا يمكنها أن تتراكم بكميات كافية في مياه المحيط البدائي للأرض، حيث كان يعتقد سابقًا أن معظمها أنصار التطور، ظهرت الكائنات الحية الأولى.
يعتقد الكيميائي البريطاني ألكسندر كيرنز سميث أن الحياة هي من أصل "طيني" وليس مائي - ويمكن العثور على البيئة المثالية لتراكم وتعقيد الجزيئات العضوية المعقدة داخل المسام والبلورات في معادن الطين، وليس في "البركة البدائية" لداروين. "أو محيط نظريات ميلر-يوري.
في الواقع، بدأ التطور على مستوى البلورات، وعندها فقط، عندما أصبحت المركبات معقدة ومستقرة بما فيه الكفاية، انطلقت الكائنات الحية الأولى في "رحلة مفتوحة" إلى المحيط الأساسي للأرض.
الحياة في قاع المحيط
وتتنافس مع هذه الفكرة الفكرة الشائعة اليوم بأن الحياة لم تنشأ على سطح المحيط، بل في أعمق مناطق قاعه، بالقرب من "المدخنين السود"، والينابيع الساخنة تحت الماء، وغيرها من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية.
انبعاثاتها غنية بالهيدروجين والمواد الأخرى، والتي، وفقا للعلماء، يمكن أن تتراكم على المنحدرات الصخرية وتوفر للحياة الأولى جميع الموارد الغذائية اللازمة ومحفزات التفاعل.
ويمكن التعرف على الدليل على ذلك في النظم البيئية الحديثة الموجودة بالقرب من مصادر مماثلة في قاع جميع محيطات الأرض - فهي لا تشمل الميكروبات فحسب، بل حتى الكائنات الحية متعددة الخلايا.
الكون الحمض النووي الريبي
تقوم نظرية المادية الجدلية على الوحدة المتزامنة والصراع الذي لا نهاية له بين مبدأين. نحن نتحدث عن وراثة المعلومات والتغيرات البيوكيميائية الهيكلية. إن نسخة أصل الحياة التي يلعب فيها الحمض النووي الريبي (RNA) دورًا رئيسيًا، قطعت شوطًا طويلًا منذ ظهورها في الستينيات حتى أواخر الثمانينيات، عندما اكتسبت سماتها الحديثة.
فمن ناحية، جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) ليست فعالة في تخزين المعلومات مثل الحمض النووي (DNA)، لكنها قادرة في الوقت نفسه على تسريع التفاعلات الكيميائية وتجميع نسخ من نفسها. يجب أن يكون مفهوما أن العلماء لم يتمكنوا بعد من إظهار كيفية عمل سلسلة تطور حياة الحمض النووي الريبي (RNA) بأكملها، وبالتالي لم تتلق هذه النظرية قبولًا عالميًا بعد.
الخلايا الأولية
سؤال آخر مهم في تطور الحياة هو سر كيفية "عزل" جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) أو الحمض النووي (DNA) والبروتينات عن العالم الخارجي وتحولها إلى أول خلايا معزولة، تكون محتوياتها محمية بغشاء مرن أو شبه مرن. -قشرة صلبة منفذة.
وكان الرائد في هذا المجال هو الكيميائي السوفييتي الشهير ألكسندر أوبارين، الذي أظهر أن قطرات الماء المحاطة بطبقة مزدوجة من جزيئات الدهون يمكن أن يكون لها خصائص مماثلة.
وقد تم إحياء أفكاره من قبل علماء الأحياء الكنديين تحت قيادة جاك زوستاك، الحائز على جائزة نوبل لعام 2009 في علم وظائف الأعضاء أو الطب. وتمكن فريقه من "حزم" مجموعة بسيطة من جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) القادرة على التكاثر الذاتي في غشاء من جزيئات الدهون عن طريق إضافة أيونات المغنيسيوم وحمض الستريك داخل "الخلية الأولية" الأولى.
التعايش الداخلي
لغز آخر لتطور الحياة هو كيف نشأت الكائنات متعددة الخلايا ولماذا تحتوي خلايا البشر والحيوانات والنباتات على أجسام خاصة، مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء، التي لها بنية معقدة بشكل غير عادي.
كان عالم النبات الألماني أندرياس شيمبر أول من فكر في هذه المشكلة، فاقترح أن البلاستيدات الخضراء في الماضي كانت كائنات حية مستقلة تشبه البكتيريا الزرقاء، التي "أصبحت صديقة" لخلايا أسلاف النباتات وبدأت تعيش داخلها.
تم تطوير هذه الفكرة لاحقًا من قبل عالم النبات الروسي كونستانتين ميريزكوفسكي وعالمة التطور الأمريكية لين مارغوليس، اللذين أظهرا أن الميتوكوندريا وربما جميع العضيات المعقدة الأخرى في خلايانا لها أصل مماثل.
كما هو الحال مع نظريات "عالم الحمض النووي الريبوزي" وتطور الحياة "الطينية"، جذبت فكرة التعايش الداخلي الكثير من الانتقادات في البداية من معظم العلماء، لكن اليوم جميع أنصار التطور تقريبًا لا يشككون في صحتها.
من هو على حق ومن هو على خطأ؟
وقد وجدت العديد من المؤلفات العلمية والدراسات المتخصصة لصالح الفرضيات الداروينية، خاصة في مجال “الأشكال الانتقالية”. لم يكن لدى داروين العدد المطلوب من القطع الأثرية لدعم أعماله العلمية، لأنه كان في الغالب يسترشد بالتخمينات الشخصية.
على سبيل المثال، في السنوات العشر الأخيرة وحدها، اكتشف العلماء بقايا العديد من "الحلقات المفقودة" المماثلة للتطور، مثل التيكتاليك والهندوهيوس، والتي تسمح لنا برسم خط بين الحيوانات البرية والأسماك، والحيتان وأفراس النهر.
من ناحية أخرى، غالبا ما يجادل المتشككون بأن هذه الأنواع الحيوانية ليست أشكالا انتقالية حقيقية، مما يؤدي إلى نزاعات لا نهاية لها مستمرة بين مؤيدي الداروينية ومعارضيهم.
ومن ناحية أخرى، فإن التجارب على الإشريكية القولونية العادية وعلى العديد من الكائنات متعددة الخلايا تظهر بوضوح أن التطور حقيقي، وأن الحيوانات يمكنها التكيف بسرعة مع الظروف المعيشية الجديدة، واكتساب سمات جديدة لم يكن لدى أسلافها قبل 100-200 جيل.
تجدر الإشارة إلى أن جزءًا كبيرًا من المجتمع الحديث لا يزال يميل إلى الاعتقاد بوجود ذكاء إلهي أعلى أو حضارات خارج كوكب الأرض أسست الحياة على الأرض. حتى الآن، لا توجد نظرية واحدة صحيحة، ولم تجب البشرية بعد على هذا السؤال في المستقبل.
إذا قمنا بتحليل جميع البيانات التي تمكن العلماء من الحصول عليها في سياق الدراسات المختلفة، يصبح من الواضح أن الحياة على الأرض هي حقيقة لا تصدق بشكل مدهش. فرص ظهوره في عالمنا ضئيلة. تحتوي جميع مراحل ظهور الحياة على إمكانية التطور البديل للأحداث، ونتيجة لذلك سيظل العالم هاوية كونية باردة دون تلميح ليس فقط للعقل البشري، ولكن حتى أصغر ميكروب. يشرح الخلقيون مثل هذا الحدث المذهل بأنه التدخل الإلهي. ومع ذلك، لا يمكن إثبات أو دحض وجود الله، والأفكار الحديثة حول أصل الحياة، مثل كل العلوم بشكل عام، مبنية على بيانات تجريبية وتطورات نظرية يمكن التشكيك فيها أو تأكيدها.
حيوية
تمر المعرفة الإنسانية بتطور يشبه إلى حد ما في نقاطه الرئيسية العملية التي وصفها داروين. تمر النظريات ويبقى الأقوى، أولئك الذين تمكنوا من الصمود في وجه هجمة الحجج المضادة أو التكيف والتغيير بما يناسبهم. لقد مرت الفرضيات حول أصل الحياة أيضًا برحلة طويلة من التطور، ولم تتم الإشارة إلى اكتمالها بعد، حيث يتم اكتشاف حقائق جديدة كل يوم، مما يفرض تصحيح وجهات النظر القائمة بالفعل.
وكان المعلم الرئيسي على هذا الطريق هو الحيوية - نظرية الجيل التلقائي المستمر للحياة. وفقا لأحكامها، ظهرت الفئران في الخرق القديم، والديدان - في بقايا الطعام المتعفنة. هيمنت الحيوية على العلم حتى تجارب لويس باستور عام 1860، عندما أثبت استحالة التولد التلقائي للكائنات الحية. خلقت النتائج مفارقة: فقد عززت الإيمان بالله وأجبرت العلماء على البحث عن أدلة على ما دحضوه مؤخرًا. سعى العلم إلى توضيح أن الأصل المستقل للحياة قد حدث، ولكن منذ زمن طويل جدًا وحدث على مراحل، واستغرق ملايين السنين.
تخليق الكربون
بدا الوضع ميؤوسًا منه حتى عام 1864 م. لم يقم بتليروف باكتشاف مهم.
تمكن من الحصول على (الكربون) من مادة غير عضوية (في تجربته كان الفورمالديهايد). دمرت البيانات التي تم الحصول عليها الجدار المثير للإعجاب الذي كان يفصل في السابق الكائنات الحية عن عالم المادة الميتة. مع مرور الوقت، تمكن العلماء من الحصول على أنواع أخرى من المواد العضوية من المواد غير العضوية. منذ تلك اللحظة بدأت تتشكل الأفكار الحديثة حول أصل الحياة. لقد قاموا بدمج البيانات ليس فقط من علم الأحياء، ولكن أيضًا من علم الكونيات والفيزياء.
عواقب الانفجار الكبير
تغطي نظريات أصل الحياة فترة طويلة: يجد العلماء المتطلبات الأساسية الأولى لتكوين الكائنات الحية في المستقبل في المراحل المبكرة من أصل الكون. ترجع الفيزياء الحديثة وجود العالم إلى الانفجار الكبير، عندما ظهر كل شيء من العدم عمليًا. في الكون الذي يتوسع بسرعة ويبرد، تكونت الذرات والجزيئات لأول مرة، ثم بدأت في الاتحاد لتشكل نجوم الجيل الأول. لقد أصبحوا مكانًا لتكوين معظم العناصر المعروفة للعلم اليوم. ملأت الذرات الجديدة الفضاء بعد الانفجارات النجمية وأصبحت الأساس للجيل القادم من الأجسام، بما في ذلك شمسنا. تشير البيانات الحديثة إلى أن أولى تلك النجوم قد ظهرت في السحب الكوكبية الأولية المحيطة بالنجوم الجديدة. وسرعان ما تشكلت الكواكب منهم. اتضح أن المراحل الأولى لظهور الحياة على الأرض حدثت حتى قبل تكوينها.
دورات التحفيز الذاتي
كانت العمليات التي جرت على الكوكب الأزرق في "سنوات طفولته" مدعومة بمواد كانت جزءًا من باطنه وتأتي من الفضاء على شكل نيازك. إن الفرضيات حول أصل الحياة، وهي إحدى الأسس المهمة لأصل المادة العضوية على الأرض، هي محفزات للتفاعلات الكيميائية التي جاءت هنا مع شظايا هؤلاء "الكائنات الفضائية". لقد أدى ذلك إلى حقيقة أن أسرع العمليات بدأت تلعب دورًا ساحقًا في تكوين مواد جديدة على الكوكب.
المرحلة التالية هي دورات التحفيز الذاتي. في مثل هذه العمليات، يتم تشكيل المواد التي تساعد على زيادة معدل التفاعل، وكذلك تجديد الركيزة - العناصر التي تتفاعل. وهكذا انتهت الدورة: قامت العمليات بتسريع نفسها و"طهي الطعام" لنفسها، أي المواد التي تفاعلت مرة أخرى، وحفزت نفسها مرة أخرى وتشكلت مرة أخرى ركيزة، وما إلى ذلك.
شكوك
لطالما احتوت الأفكار الحديثة حول أصل الحياة على آراء متضاربة. حجر العثرة هو مشكلة الدجاجة والبيضة. ما جاء أولاً: البروتينات التي تقوم بجميع العمليات في الخلية، أو DNA الذي يحدد بنية هذه البروتينات ويخزن جميع المعلومات الوراثية. فالأولى ضرورية للجسم، لأنها تساهم في الصيانة الذاتية للنظام، والتي بدونها تكون الحياة مستحيلة. يحتوي الحمض النووي على سجل لبنية الخلية، والذي يحدد أيضًا قابليتها للحياة. وانقسمت آراء العلماء ولم يكن هناك إجابة على السؤال حتى اللحظة التي أصبح من المعروف فيها أن تخزين المعلومات الوراثية في الفيروسات ليس الحمض النووي، بل الحمض النووي الريبوزي (RNA)، وهو الطبقة الثالثة من المركبات العضوية، والتي عادة ما يسند لها دور ثانوي فقط. في نظرية أصل الحياة.
عالم الحمض النووي الريبوزي
تدريجيا، بدأت الحقائق تتراكم، وفي الثمانينات من القرن الماضي، ظهرت البيانات التي قلبت الأفكار حول المراحل الأولية لتكوين المادة الحية. تم اكتشاف الريبوزيمات، وهي جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) التي تتمتع بقدرة البروتينات، على وجه الخصوص، على تحفيز التفاعلات. ومن ثم، كان من الممكن أن تكون الأشكال الأولى للحياة قد نشأت دون مشاركة البروتينات والحمض النووي. فيها، تم تنفيذ وظيفة تخزين المعلومات، وكذلك جميع الأعمال الداخلية، بواسطة RNA. تطورت الحياة على الأرض الآن من الكائنات الحية البدائية التي كانت عبارة عن دورات تحفيزية ذاتية تتكون من ريبزيمات ذاتية التكاثر. كانت النظرية تسمى "عالم الحمض النووي الريبي".
يتفاقم
من الصعب اليوم تخيل الحياة في تلك الفترة، لأنها لم يكن لديها ميزة واحدة مهمة - قذيفة أو حدود. في الأساس، كان عبارة عن محلول يحتوي على دورات تحفيزية ذاتية من الحمض النووي الريبي (RNA). تم حل مشكلة عدم وجود الحدود اللازمة للتدفق الصحيح للعمليات باستخدام طرق مرتجلة. وجدت الكائنات الأولية مأوى بالقرب من معادن الزيوليت، التي كان لها بنية شبكية من الشبكة البلورية. كان سطحها قادرًا على تحفيز تكوين سلاسل الحمض النووي الريبي (RNA) ومنحها تكوينًا معينًا.
علاوة على ذلك - المزيد: تظهر قطرات الماء أو الدهون في مكان الحادث. تعتمد فرضيات العصر الحديث والعصر الحديث إلى حد كبير على نظرية الذكاء الاصطناعي. أوبارين الذي درس خصائص هذه التكوينات. Coacervates عبارة عن قطرات من المحلول محاطة بقشرة من الدهون (الدهون). وتتميز أغشيتها أيضًا بالقدرة على القيام بعملية التمثيل الغذائي. ومن الواضح أن بعضها قد تم دمجه مع سلاسل من الحمض النووي الريبوزي (RNA) ذاتي التكاثر، بما في ذلك تلك التي حفزت تخليق الدهون نفسها. هذه هي الطريقة التي نشأت بها أشكال جديدة من الحياة، متغلبة على المسار من المستوى ما قبل العضوي إلى المستوى العضوي الفعلي. تم تأكيد إمكانية مثل هذه التكوينات مؤخرًا: أكد العلماء تجريبياً قدرة الحمض النووي الريبي (RNA) مع أيونات الكالسيوم على الارتباط بالأغشية الدهنية وتنظيم نفاذيتها.
مساعدين ماهرين
وكان أصل الحياة في المرحلة التالية عبارة عن عملية تحسين وظائف الكائنات الحية الناتجة. اكتسب الحمض النووي الريبي (RNA) القدرة على تحفيز تخليق بوليمرات الأحماض الأمينية، وكان الأمر بسيطًا جدًا في البداية. وكان الإنجاز الأهم في إنشاء الآلية الجديدة هو القدرة على تصنيع البروتينات. وكانت التكوينات الناتجة أكثر فعالية بعدة مرات في التعامل مع العمليات البيولوجية من الريبوزيمات.
في البداية، لم يتم طلب تخليق الببتيد. وقد حدثت هذه العملية «عشوائيًا»، مما أتاح الفرصة لتوجيه تسلسل الأحماض الأمينية في سلاسل جديدة. وبمرور الوقت، سيطر النسخ الدقيق لأنه ساهم في زيادة استقرار النظام بأكمله. وهكذا أصبح من الممكن تصنيع بروتينات معينة تؤدي الوظائف الضرورية.
تحسين
تم شحذ القدرة على تصنيع البروتينات الضرورية تدريجياً. كانت المرحلة الأولى هي ظهور نوع خاص من الحمض النووي الريبوزي (RNA) يمكنه ربط الأحماض الأمينية. وكانت المرحلة التالية مصحوبة ببناء عملية تكوين جزيئات الببتيد باستخدام قواعد مرتبة بترتيب معين. تم تحديد التسلسل بواسطة قالب RNA. بدأ نوع جديد من الحمض النووي الريبوزي، يسمى الحمض النووي الريبي الناقل، في ربط "تعليمات" الحمض النووي الريبي المرسال وعناصر البروتينات المستقبلية. مثل المعلومات، فإنه لا يزال جزءا هاما من تخليق الببتيد.
الحمض النووي
اتبعت تعقيدات الكائنات الحية أيضًا طريق تحسين طرق تخزين المعلومات. ويعتقد أن الحمض النووي كان في الأصل أحد مراحل دورة حياة مستعمرات الحمض النووي الريبي. كان لديه هيكل أكثر استقرارا. كان مستوى حماية المعلومات الخاص بها أعلى بكثير، لذلك بعد فترة طويلة، أصبح الحمض النووي المستودع الرئيسي للشفرة الجينية.
إحدى خصائص التكوين الجديد، والتي لم تسمح في وقت ما بوضع الحمض النووي على رأس نظرية أصل الحياة، هي عدم القدرة على اتخاذ إجراءات فعالة. لقد أصبح نوعًا من الدفع مقابل تحسين وظائف تخزين المعلومات. تُرك "العمل" كله للبروتينات والحمض النووي الريبوزي (RNA).
تكافل
إن الأفكار الحديثة حول أصل الحياة لا تحدد كائنًا حيًا مغلقًا ومعزولًا عن الباقي باعتباره سلفًا. يميل العلماء أكثر إلى الاعتقاد بأنه في المراحل المبكرة كانت هناك مجتمعات من التشابه المجهري للخلايا التي تؤدي وظائف مختلفة. ليس من الصعب العثور على مثل هذا التعايش في الطبيعة اليوم. أبسط مثال هو الحصير البكتيريا الزرقاء، وهي عبارة عن مجتمع من الكائنات الحية الدقيقة وكائن حي واحد.
يرى علم الأحياء في المرحلة الحالية من تطوره عملية لا تتميز بالصراع المستمر والمنافسة، بل بالتوحيد المتزايد لبعض الهياكل المتنوعة، مما أدى في النهاية إلى ظهور خلية حية، كما نتخيلها اليوم.
تعميم
لتلخيص ذلك، يمكننا أن ندرج بإيجاز جميع مراحل تكوين الحياة، والتي، في إطار النظريات الحديثة، تبدو النسخة الأكثر احتمالا لظهور وتطور الكائنات الحية على الأرض:
تكوين المركبات العضوية الأولية في السحب الكوكبية الأولية.
الظهور التدريجي للتفاعلات مع القدرة على التسارع الذاتي ودورات التحفيز الذاتي في المقدمة.
ظهور دورات التحفيز الذاتي المكونة من الحمض النووي الريبي (RNA).
اتحاد الحمض النووي الريبي (RNA) والأغشية الدهنية.
اكتساب قدرة الحمض النووي الريبوزي (RNA) على تصنيع البروتين.
ظهور الحمض النووي وتأسيسه كمخزن رئيسي للمعلومات.
تكوين أول كائنات وحيدة الخلية على أساس التكافل.
إن فهم العمليات التي أدت إلى ظهور الحياة لا يزال غير كامل. لا يزال لدى العلماء الكثير من الأسئلة. من غير المعروف بالضبط كيف نشأ الحمض النووي الريبي (RNA)، حيث تظل العديد من المراحل الوسيطة نظرية فقط. ومع ذلك، يتم إجراء تجارب جديدة كل يوم، ويتم اختبار الحقائق والفرضيات. من الآمن أن نقول إن قرننا سيمنح العالم العديد من الاكتشافات المتعلقة بعصر ما قبل التاريخ.
هناك فرضية حول إمكانية إدخال البكتيريا والميكروبات والكائنات الصغيرة الأخرى عبر الأجرام السماوية. تطورت الكائنات الحية، ونتيجة للتحولات طويلة المدى، ظهرت الحياة تدريجياً على الأرض. تأخذ هذه الفرضية بعين الاعتبار الكائنات الحية التي يمكنها العمل حتى في البيئات الخالية من الأكسجين وفي درجات حرارة مرتفعة أو منخفضة بشكل غير طبيعي.
ويرجع ذلك إلى وجود البكتيريا المهاجرة على الكويكبات والنيازك، وهي شظايا ناتجة عن اصطدام الكواكب أو الأجسام الأخرى. نظرًا لوجود غلاف خارجي مقاوم للاهتراء، فضلاً عن القدرة على إبطاء جميع عمليات الحياة (التي تتحول أحيانًا إلى جراثيم)، فإن هذا النوع من الحياة قادر على التحرك لفترة طويلة جدًا وعلى مسافات طويلة جدًا.
وعندما يجدون أنفسهم في ظروف أكثر ملاءمة، يقوم "المسافرون بين المجرات" بتنشيط وظائف دعم الحياة الأساسية. ودون أن يدركوا ذلك، مع مرور الوقت تشكل الحياة على الأرض.
حقيقة وجود المواد الاصطناعية والعضوية اليوم لا يمكن إنكارها. علاوة على ذلك، في القرن التاسع عشر، قام العالم الألماني فريدريش فولر بتصنيع مادة عضوية (اليوريا) من مادة غير عضوية (سيانات الأمونيوم). ثم تم تصنيع الهيدروكربونات. ومن ثم، فمن المحتمل جدًا أن تكون الحياة على كوكب الأرض قد نشأت من خلال تركيب مواد غير عضوية. من خلال التولد التلقائي، يتم طرح نظريات أصل الحياة.
لأن الدور الرئيسي في بنية أي كائن عضوي تلعبه الأحماض الأمينية. سيكون من المنطقي افتراض مشاركتهم في استيطان الحياة على الأرض. استنادا إلى البيانات التي تم الحصول عليها من تجربة ستانلي ميلر وهارولد أوري (تكوين الأحماض الأمينية عن طريق تمرير شحنة كهربائية عبر الغازات)، يمكننا الحديث عن إمكانية تكوين الأحماض الأمينية. بعد كل شيء، الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية التي يتم من خلالها بناء أنظمة الجسم المعقدة وأي حياة، على التوالي.
فرضية نشأة الكون
ربما يكون هذا هو التفسير الأكثر شعبية على الإطلاق، والذي يعرفه كل تلميذ. لقد كانت نظرية الانفجار الكبير ولا تزال موضوعًا ساخنًا للغاية للمناقشات الساخنة. لقد حدث الانفجار الكبير من نقطة واحدة لتراكم الطاقة، ونتيجة لتحررها توسع الكون بشكل كبير. تشكلت الأجسام الكونية. على الرغم من كل اتساقها، فإن نظرية الانفجار الكبير لا تفسر تكوين الكون نفسه. كما، في الواقع، لا يمكن لأي فرضية موجودة أن تفسر ذلك.
تكافل عضيات الكائنات النووية
يُطلق على هذا الإصدار من أصل الحياة على الأرض أيضًا اسم التعايش الداخلي. تم وضع الأحكام الواضحة للنظام من قبل عالم النبات وعالم الحيوان الروسي K. S. Merezhkovsky. جوهر هذا المفهوم هو التعايش المتبادل المنفعة بين العضية والخلية. وهذا بدوره يشير إلى التعايش الداخلي باعتباره تكافلًا مفيدًا لكلا الطرفين مع تكوين خلايا حقيقية النواة (الخلايا التي توجد فيها نواة). ومن ثم، وباستخدام نقل المعلومات الوراثية بين البكتيريا، تم إجراء تطورها وزيادة أعدادها. وفقًا لهذا الإصدار، فإن كل التطوير الإضافي للحياة وأشكال الحياة يرجع إلى السلف السابق للأنواع الحديثة.
جيل عفوي
لا يمكن إلا أن يُنظر إلى هذا النوع من التصريحات في القرن التاسع عشر دون ذرة من الشك. إن الظهور المفاجئ للأنواع، أي تكوين الحياة من الأشياء غير الحية، بدا رائعًا للناس في ذلك الوقت. علاوة على ذلك، تم الاعتراف بالتباين (طريقة التكاثر، ونتيجة لذلك يولد أفراد مختلفون تماما عن والديهم) كتفسير معقول للحياة. ومن الأمثلة البسيطة على ذلك تشكيل نظام معقد قابل للحياة من المواد المتحللة.
على سبيل المثال، في نفس مصر، تشير الكتابة الهيروغليفية المصرية إلى ظهور حياة متنوعة من الماء والرمل وبقايا النباتات المتحللة والمتعفنة. لم يكن هذا الخبر ليفاجئ فلاسفة اليونان القدماء على الإطلاق. هناك، كان يُنظر إلى الاعتقاد بأصل الحياة من الأشياء غير الحية على أنه حقيقة لا تحتاج إلى تبرير. تحدث الفيلسوف اليوناني العظيم أرسطو عن الحقيقة المرئية قائلاً: "إن حشرة المن تتشكل من طعام فاسد، أما التمساح فهو نتيجة عمليات في جذوع الأشجار المتعفنة تحت الماء". إنه أمر غامض، ولكن على الرغم من كل أنواع الاضطهاد من الكنيسة، فإن الإدانة المخبأة في حضن السرية عاشت قرنًا كاملاً.
لا يمكن أن يستمر الجدل حول الحياة على الأرض إلى الأبد. ولهذا السبب، أجرى عالم الأحياء الدقيقة والكيميائي الفرنسي لويس باستور، في نهاية القرن التاسع عشر، تحليلاته. كان بحثه علميًا بطبيعته. تم إجراء التجربة في 1860-1862. بفضل إزالة الجراثيم من حالة النعاس، تمكن باستور من حل مسألة الجيل التلقائي للحياة. (والذي حصل على جائزة الأكاديمية الفرنسية للعلوم)
خلق الأشياء من الطين العادي
يبدو الأمر مجنونا، ولكن في الواقع هذا الموضوع له الحق في الحياة. ليس من قبيل الصدفة أن طرح عالم الأبحاث الاسكتلندي إيه جي كيرنز سميث نظرية البروتين للحياة. وتحدث بشكل ثابت على أساس دراسات مماثلة، عن التفاعل على المستوى الجزيئي بين المكونات العضوية والطين البسيط... وتحت تأثيرها، شكلت المكونات أنظمة مستقرة حدثت فيها تغيرات في بنية كلا المكونين، ومن ثم تشكيل الحياة الغنية. هكذا شرح كيرنز سميث موقفه بطريقة فريدة ومبتكرة. أدت بلورات الطين، التي تحتوي على شوائب بيولوجية، إلى ظهور الحياة معًا، وبعد ذلك انتهى "تعاونهم".
نظرية الكوارث المستمرة
وفقا للمفهوم الذي طوره جورج كوفييه، فإن العالم الذي يمكن رؤيته الآن ليس أوليا على الإطلاق. ما هو إلا حلقة أخرى في سلسلة متعاقبة متقطعة. وهذا يعني أننا نعيش في عالم سيشهد في نهاية المطاف انقراضًا جماعيًا للحياة. في الوقت نفسه، لم يتعرض كل شيء على الأرض للتدمير العالمي (على سبيل المثال، حدث فيضان). نجت بعض الأنواع أثناء قدرتها على التكيف، وبالتالي سكنت الأرض. هيكل الأنواع والحياة، وفقا لجورج كوفييه، بقي دون تغيير.
المادة كواقع موضوعي
الموضوع الرئيسي للتدريس هو المجالات والمجالات المختلفة التي تقرب من فهم التطور من وجهة نظر العلوم الدقيقة. (المادية هي وجهة نظر عالمية في الفلسفة تكشف عن جميع ظروف السبب والنتيجة والظواهر وعوامل الواقع. وتنطبق القوانين على الإنسان والمجتمع والأرض). تم طرح النظرية من قبل أتباع المادية المشهورين، الذين يعتقدون أن الحياة على الأرض نشأت من التحولات على مستوى الكيمياء. علاوة على ذلك، فقد حدثت منذ ما يقرب من 4 مليارات سنة. إن تفسير الحياة له علاقة مباشرة بالـ DNA، (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين)، RNA (الحمض الريبي النووي)، وكذلك بعض HMCs (مركبات ذات وزن جزيئي مرتفع، في هذه الحالة البروتينات).
تم تشكيل المفهوم من خلال البحث العلمي الذي يكشف جوهر البيولوجيا الجزيئية والوراثية وعلم الوراثة. المصادر حسنة السمعة، خاصة بالنظر إلى شبابها. بعد كل شيء، بدأ البحث في الفرضية المتعلقة بعالم الحمض النووي الريبي (RNA) في نهاية القرن العشرين. قدم كارل ريتشارد ووز مساهمة كبيرة في النظرية.
تعاليم تشارلز داروين
في حديثه عن أصل الأنواع، من المستحيل عدم ذكر مثل هذا الشخص الرائع حقا، مثل تشارلز داروين. كان عمل حياته، الانتقاء الطبيعي، بمثابة بداية الحركات الملحدة الجماعية. ومن ناحية أخرى، أعطت دفعة غير مسبوقة للعلم، وتربة لا تنضب للبحث والتجريب. كان جوهر التدريس هو بقاء الأنواع عبر التاريخ، من خلال تكيف الكائنات الحية مع الظروف المحلية، وتشكيل خصائص جديدة تساعد في الظروف التنافسية.
يشير التطور إلى عمليات معينة تهدف إلى تغيير حياة الكائن الحي والكائن نفسه بمرور الوقت. ويقصد بالصفات الوراثية نقل المعلومات السلوكية أو الجينية أو غيرها من أنواع المعلومات (الانتقال من الأم إلى الابنة).
القوى الرئيسية للتطور، وفقا لداروين، هي النضال من أجل الحق في الوجود من خلال اختيار الأنواع وتنوعها. تحت تأثير الأفكار الداروينية، في بداية القرن العشرين، تم إجراء البحوث بنشاط في علم البيئة، وكذلك علم الوراثة. لقد تغير تدريس علم الحيوان بشكل جذري.
خلق الله
لا يزال العديد من الناس من جميع أنحاء العالم يعترفون بإيمانهم بالله. الخلق هو تفسير لتشكيل الحياة على الأرض. يتكون التفسير من نظام بيانات يعتمد على الكتاب المقدس وينظر إلى الحياة كمخلوق خلقه إله خالق. البيانات مأخوذة من "العهد القديم" و"الإنجيل" والكتب المقدسة الأخرى.
تفسيرات خلق الحياة في الأديان المختلفة متشابهة إلى حد ما. وفقا للكتاب المقدس، خلقت الأرض في سبعة أيام. استغرق خلق السماء والأضواء السماوية والماء وما شابه ذلك خمسة أيام. وفي السادس خلق الله آدم من طين. عندما رأى الله رجلاً يشعر بالملل والوحدة، قرر أن يصنع معجزة أخرى. فأخذ ضلع آدم فخلق حواء. تم الاعتراف باليوم السابع باعتباره يوم عطلة.
عاش آدم وحواء دون مشاكل، حتى قرر الشيطان الخبيث على شكل حية أن يغري حواء. ففي وسط الجنة وقفت شجرة معرفة الخير والشر. دعت الأم الأولى آدم ليشاركه في الوجبة، وبذلك كسرت كلمة الله (نهى عن لمس الثمار المحرمة).
يتم طرد الأشخاص الأوائل إلى عالمنا، وبذلك يبدأ تاريخ البشرية جمعاء والحياة على الأرض.
إن مسألة متى ظهرت الحياة على الأرض كانت دائمًا تقلق ليس العلماء فحسب، بل أيضًا جميع الناس. إجابات عليه
جميع الأديان تقريبا. على الرغم من عدم وجود إجابة علمية دقيقة لهذا السؤال، إلا أن بعض الحقائق تسمح لنا بوضع فرضيات معقولة إلى حد ما. عثر الباحثون على عينة صخرية في جرينلاند
مع دفقة صغيرة من الكربون. عمر العينة أكثر من 3.8 مليار سنة. من المرجح أن يكون مصدر الكربون نوعًا ما من المواد العضوية - وخلال هذا الوقت فقد هيكله تمامًا. ويعتقد العلماء أن هذه الكتلة من الكربون قد تكون أقدم أثر للحياة على الأرض.
كيف كانت تبدو الأرض البدائية؟
دعونا نتقدم سريعًا إلى ما قبل 4 مليارات سنة. لا يحتوي الغلاف الجوي على أكسجين حر، بل يوجد فقط في الأكاسيد. تكاد لا توجد أصوات سوى صفير الريح، وهسهسة المياه المتصاعدة مع الحمم البركانية، وارتطام النيازك بسطح الأرض. لا نباتات ولا حيوانات ولا بكتيريا. ربما هذا هو شكل الأرض عندما ظهرت عليها الحياة؟ وعلى الرغم من أن هذه المشكلة ظلت لفترة طويلة محل اهتمام العديد من الباحثين، إلا أن آراءهم حول هذا الموضوع تتباين بشكل كبير. ومن الممكن أن تشير الصخور إلى الظروف التي كانت موجودة على الأرض في ذلك الوقت، إلا أنها دمرت منذ فترة طويلة نتيجة العمليات الجيولوجية وحركات القشرة الأرضية.
سنتحدث في هذا المقال بإيجاز عن عدة فرضيات حول أصل الحياة، تعكس الأفكار العلمية الحديثة. وفقا لستانلي ميلر، الخبير المعروف في مجال أصل الحياة، يمكننا الحديث عن أصل الحياة وبداية تطورها منذ اللحظة التي نظمت فيها الجزيئات العضوية نفسها ذاتيا في هياكل كانت قادرة على إعادة إنتاج نفسها . لكن هذا يثير أسئلة أخرى: كيف نشأت هذه الجزيئات؟ ولماذا استطاعوا أن يتكاثروا ويتجمعوا في تلك الهياكل التي أدت إلى ظهور الكائنات الحية؛ ما هي الشروط اللازمة لهذا؟
ووفقا لإحدى الفرضيات، بدأت الحياة في قطعة من الجليد. على الرغم من أن العديد من العلماء يعتقدون أن ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي حافظ على ظروف الاحتباس الحراري، إلا أن آخرين يعتقدون أن الشتاء ساد على الأرض. عند درجات الحرارة المنخفضة، تكون جميع المركبات الكيميائية أكثر استقرارًا، وبالتالي يمكن أن تتراكم بكميات أكبر مما هي عليه عند درجات الحرارة المرتفعة. شظايا النيزك التي تم جلبها من الفضاء، والانبعاثات من الفتحات الحرارية المائية، والتفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء التفريغ الكهربائي في الغلاف الجوي كانت مصادر للأمونيا والمركبات العضوية مثل الفورمالديهايد والسيانيد. الدخول في مياه المحيط العالمي، تجمدوا معه. وفي العمود الجليدي، اجتمعت جزيئات المواد العضوية معًا بشكل وثيق ودخلت في تفاعلات أدت إلى تكوين الجليسين والأحماض الأمينية الأخرى. كان المحيط مغطى بالجليد، مما يحمي المركبات التي تم تشكيلها حديثا من التدمير بواسطة الأشعة فوق البنفسجية. يمكن أن يذوب هذا العالم الجليدي، على سبيل المثال، إذا سقط نيزك ضخم على الكوكب (الشكل 1).
اعتقد تشارلز داروين ومعاصروه أن الحياة يمكن أن تنشأ في مسطح مائي. لا يزال العديد من العلماء متمسكين بوجهة النظر هذه. في خزان مغلق وصغير نسبيا، يمكن أن تتراكم المواد العضوية التي تجلبها المياه المتدفقة إليه بالكميات المطلوبة. ثم تم بعد ذلك تركيز هذه المركبات على الأسطح الداخلية للمعادن ذات الطبقات، مما قد يحفز التفاعلات. على سبيل المثال، تفاعلت جزيئين من الفوسفالديهيد الملتقيين على سطح المعدن مع بعضهما البعض لتكوين جزيء كربوهيدرات مفسفر، وهو مقدمة محتملة للحمض الريبي النووي (الشكل 2).
أو ربما نشأت الحياة في مناطق النشاط البركاني؟ مباشرة بعد تكوينها، كانت الأرض عبارة عن كرة من الصهارة تنفث النار. أثناء الانفجارات البركانية والغازات المنبعثة من الصهارة المنصهرة، تم نقل مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية اللازمة لتخليق الجزيئات العضوية إلى سطح الأرض. وهكذا، فإن جزيئات أول أكسيد الكربون، بمجرد وجودها على سطح معدن البيريت، الذي له خصائص تحفيزية، يمكن أن تتفاعل مع المركبات التي تحتوي على مجموعات الميثيل وتشكل حمض الأسيتيك، والذي يتم منه بعد ذلك تصنيع المركبات العضوية الأخرى (الشكل 3).
لأول مرة، تمكن العالم الأمريكي ستانلي ميلر من الحصول على جزيئات عضوية - الأحماض الأمينية - في ظروف معملية تحاكي تلك التي كانت على الأرض البدائية في عام 1952. ثم أصبحت هذه التجارب ضجة كبيرة، واكتسب مؤلفها شهرة عالمية. وهو يواصل حاليًا إجراء الأبحاث في مجال كيمياء ما قبل الحياة (ما قبل الحياة) في جامعة كاليفورنيا. كان التثبيت الذي أجريت عليه التجربة الأولى عبارة عن نظام من القوارير، حيث كان من الممكن الحصول على تفريغ كهربائي قوي بجهد 100000 فولت.
ملأ ميلر هذه القارورة بالغازات الطبيعية - الميثان والهيدروجين والأمونيا، التي كانت موجودة في الغلاف الجوي للأرض البدائية. يحتوي القارورة الموجودة بالأسفل على كمية صغيرة من الماء، لمحاكاة المحيط. كان التفريغ الكهربائي قريبًا من قوة البرق، وتوقع ميلر أنه بموجب تأثيره تم تشكيل مركبات كيميائية، والتي عندما تدخل الماء، ستتفاعل مع بعضها البعض وتشكل جزيئات أكثر تعقيدًا.
النتيجة تجاوزت كل التوقعات. بعد إيقاف التثبيت في المساء والعودة في صباح اليوم التالي، اكتشف ميلر أن الماء الموجود في القارورة قد اكتسب لونًا مصفرًا. وما ظهر كان عبارة عن حساء من الأحماض الأمينية، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات. وهكذا أظهرت هذه التجربة مدى سهولة تكوين المكونات الأساسية للحياة. كل ما هو مطلوب هو مزيج من الغازات ومحيط صغير وقليل من البرق.
ويميل علماء آخرون إلى الاعتقاد بأن الغلاف الجوي القديم للأرض كان مختلفًا عن الغلاف الجوي الذي نموذجه ميلر، وعلى الأرجح كان يتكون من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين. باستخدام خليط الغاز هذا والإعداد التجريبي لميلر، حاول الكيميائيون إنتاج مركبات عضوية. ومع ذلك، كان تركيزها في الماء ضئيلًا كما لو تم إذابة قطرة من ألوان الطعام في حمام السباحة. وبطبيعة الحال، من الصعب أن نتخيل كيف يمكن أن تنشأ الحياة في مثل هذا المحلول المخفف.
إذا كانت مساهمة العمليات الأرضية في إنشاء احتياطيات من المواد العضوية الأولية ضئيلة للغاية، فمن أين أتت؟ ربما من الفضاء؟ يمكن للكويكبات والمذنبات والنيازك وحتى جزيئات الغبار الموجود بين الكواكب أن تحمل مركبات عضوية، بما في ذلك الأحماض الأمينية. يمكن لهذه الأجسام الموجودة خارج كوكب الأرض أن توفر كميات كافية من المركبات العضوية لأصل الحياة لدخول المحيط البدائي أو المسطحات المائية الصغيرة.
يظل التسلسل والفاصل الزمني للأحداث، بدءًا من تكوين المادة العضوية الأولية وانتهاءً بظهور الحياة على هذا النحو، وربما سيظل إلى الأبد لغزًا يقلق العديد من الباحثين، فضلاً عن مسألة ماذا. في الواقع، اعتبرها حياة.
يوجد حاليًا عدة تعريفات علمية للحياة، لكن جميعها غير دقيقة. بعضها واسع جدًا بحيث تقع تحتها أشياء غير حية مثل النار أو البلورات المعدنية. البعض الآخر ضيق للغاية، ووفقا لهم، لا يتم التعرف على البغال التي لا تلد ذرية على أنها حية.
أحد أنجح هذه التعريفات هو تعريف الحياة بأنها نظام كيميائي مكتفي بذاته قادر على التصرف وفقًا لقوانين التطور الداروينية. وهذا يعني، أولاً، أن مجموعة الأفراد الأحياء يجب أن تنتج أحفادًا مشابهين لهم، يرثون خصائص آبائهم. ثانيا، يجب أن تظهر أجيال المتحدرين عواقب الطفرات - التغيرات الجينية التي ترثها الأجيال اللاحقة وتتسبب في تقلب السكان. وثالثًا، من الضروري أن يعمل نظام الانتقاء الطبيعي، ونتيجة لذلك يكتسب بعض الأفراد ميزة على الآخرين ويعيشون في ظروف متغيرة، وينتجون ذرية.
ما هي عناصر النظام اللازمة ليتمتع بخصائص الكائن الحي؟ يعتقد عدد كبير من علماء الكيمياء الحيوية وعلماء الأحياء الجزيئية أن جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) لها الخصائص الضرورية. الحمض النووي الريبي (RNA) - الأحماض النووية الريبية - هي جزيئات خاصة. يمكن لبعضها أن يتكاثر، ويتحور، وبالتالي ينقل المعلومات، وبالتالي، يمكنه المشاركة في الانتقاء الطبيعي. صحيح أنهم غير قادرين على تحفيز عملية النسخ بأنفسهم، على الرغم من أن العلماء يأملون في العثور على جزء من الحمض النووي الريبي (RNA) بمثل هذه الوظيفة في المستقبل القريب. وتشارك جزيئات أخرى من الحمض النووي الريبي (RNA) في "قراءة" المعلومات الوراثية ونقلها إلى الريبوسومات، حيث يحدث تركيب جزيئات البروتين، والتي يشارك فيها النوع الثالث من جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA).
وهكذا، يمكن تمثيل النظام الحي الأكثر بدائية من خلال تضاعف جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA)، وخضوعها للطفرات، وخضوعها للانتقاء الطبيعي. في سياق التطور، على أساس الحمض النووي الريبي (RNA)، نشأت جزيئات الحمض النووي المتخصصة - أمناء المعلومات الوراثية - ولا تقل عن جزيئات البروتين المتخصصة، والتي تولت وظائف المحفزات لتوليف جميع الجزيئات البيولوجية المعروفة حاليًا.
في وقت ما، وجد "نظام حي" من الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي (RNA) والبروتين مأوى داخل كيس يتكون من غشاء دهني، وكانت هذه البنية، الأكثر حماية من التأثيرات الخارجية، بمثابة النموذج الأولي للخلايا الأولى التي أدت إلى ظهورها. إلى الفروع الرئيسية الثلاثة للحياة، والتي تتمثل في العالم الحديث بالبكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى. أما بالنسبة لتاريخ وتسلسل ظهور مثل هذه الخلايا الأولية، فإن هذا لا يزال لغزا. بالإضافة إلى ذلك، وفقا للتقديرات الاحتمالية البسيطة، لا يوجد ما يكفي من الوقت للانتقال التطوري من الجزيئات العضوية إلى الكائنات الحية الأولى - ظهرت أبسط الكائنات الحية الأولى فجأة.
لسنوات عديدة، اعتقد العلماء أنه من غير المرجح أن تكون الحياة قد ظهرت وتطورت خلال الفترة التي كانت فيها الأرض تتعرض باستمرار للاصطدامات مع المذنبات الكبيرة والنيازك، وهي الفترة التي انتهت منذ حوالي 3.8 مليار سنة. ومع ذلك، فقد تم مؤخرًا اكتشاف آثار لهياكل خلوية معقدة يعود تاريخها إلى ما لا يقل عن 3.86 مليار سنة في أقدم الصخور الرسوبية على الأرض، والتي تم العثور عليها في جنوب غرب جرينلاند. وهذا يعني أن الأشكال الأولى للحياة كان من الممكن أن تنشأ قبل ملايين السنين من توقف قصف الأجسام الكونية الكبيرة على كوكبنا. ولكن من الممكن أن يكون هناك سيناريو مختلف تمامًا (الشكل 4).
من الممكن أن تلعب الأجسام الفضائية التي تسقط على الأرض دورًا رئيسيًا في ظهور الحياة على كوكبنا، لأنه وفقًا لعدد من الباحثين، يمكن أن تكون الخلايا المشابهة للبكتيريا قد نشأت على كوكب آخر ثم وصلت إلى الأرض مع الكويكبات. تم العثور على أحد الأدلة التي تدعم نظرية أصول الحياة خارج كوكب الأرض داخل نيزك على شكل حبة البطاطس واسمه ALH84001. وكان هذا النيزك في الأصل قطعة من قشرة المريخ، ثم ألقيت إلى الفضاء نتيجة انفجار عندما اصطدم كويكب ضخم بسطح المريخ، والذي حدث قبل حوالي 16 مليون سنة. وقبل 13 ألف سنة، وبعد رحلة طويلة داخل النظام الشمسي، هبطت هذه القطعة من صخرة مريخية على شكل نيزك في القارة القطبية الجنوبية، حيث تم اكتشافها مؤخرا. وكشفت دراسة تفصيلية للنيزك عن هياكل على شكل قضيب تشبه البكتيريا المتحجرة بداخله، مما أثار جدلاً علميًا ساخنًا حول إمكانية وجود حياة في أعماق القشرة المريخية. سيكون من الممكن حل هذه النزاعات في موعد لا يتجاوز عام 2005، عندما تنفذ إدارة الطيران والفضاء الوطنية الأمريكية برنامجًا لإرسال مركبة فضائية بين الكواكب إلى المريخ لأخذ عينات من قشرة المريخ وتسليم عينات إلى الأرض. وإذا تمكن العلماء من إثبات أن الكائنات الحية الدقيقة كانت تسكن المريخ ذات يوم، فيمكننا التحدث بدرجة أكبر من الثقة حول أصل الحياة خارج كوكب الأرض وإمكانية جلب الحياة من الفضاء الخارجي (الشكل 5).
أرز. 5. أصلنا من الميكروبات.
ماذا ورثنا من أشكال الحياة القديمة؟ تكشف المقارنة أدناه بين الكائنات وحيدة الخلية والخلايا البشرية عن العديد من أوجه التشابه.
 1. التكاثر الجنسي |
 2. الرموش |
 3. التقاط خلايا أخرى |
 4. الميتوكوندريا |
 5. الأسواط |
تطور الحياة على الأرض: من البسيط إلى المعقد
في الوقت الحاضر، وربما في المستقبل، لن يتمكن العلم من الإجابة على سؤال حول ما بدا عليه الكائن الحي الأول الذي ظهر على الأرض - الجد الذي نشأت منه الفروع الثلاثة الرئيسية لشجرة الحياة. أحد الفروع هو حقيقيات النوى، التي تحتوي خلاياها على نواة مشكلة تحتوي على مادة وراثية وعضيات متخصصة: الميتوكوندريا المنتجة للطاقة، والفجوات، وما إلى ذلك. وتشمل الكائنات حقيقية النواة الطحالب والفطريات والنباتات والحيوانات والبشر.
الفرع الثاني هو البكتيريا - كائنات حية وحيدة الخلية بدائية النواة (ما قبل النواة) لا تحتوي على نواة وعضيات واضحة. وأخيرًا، الفرع الثالث هو كائنات وحيدة الخلية تسمى العتائق، أو العتائق، والتي تمتلك خلاياها نفس بنية بدائيات النوى، ولكن التركيب الكيميائي للدهون مختلف تمامًا.
العديد من البكتيريا الأثرية قادرة على البقاء في ظروف بيئية غير مواتية للغاية. بعضهم محبون للحرارة ويعيشون فقط في الينابيع الساخنة التي تصل درجة حرارتها إلى 90 درجة مئوية أو حتى أعلى، حيث تموت الكائنات الحية الأخرى ببساطة. تشعر هذه الكائنات وحيدة الخلية بأنها رائعة في مثل هذه الظروف، وتستهلك مواد تحتوي على الحديد والكبريت، بالإضافة إلى عدد من المركبات الكيميائية السامة لأشكال الحياة الأخرى. وفقًا للعلماء، فإن البكتيريا الأثرية المحبة للحرارة التي تم العثور عليها هي كائنات بدائية للغاية، ومن الناحية التطورية، هي أقرباء لأقدم أشكال الحياة على الأرض.
ومن المثير للاهتمام أن الممثلين الحديثين لجميع فروع الحياة الثلاثة، الأكثر مماثلة لأسلافهم، لا يزالون يعيشون في أماكن ذات درجات حرارة عالية. وبناءً على ذلك، يميل بعض العلماء إلى الاعتقاد بأن الحياة قد نشأت على الأرجح قبل حوالي 4 مليارات سنة في قاع المحيط بالقرب من الينابيع الساخنة، مما أدى إلى انفجار تيارات غنية بالمعادن والمواد عالية الطاقة. من خلال التفاعل مع بعضها البعض ومع مياه المحيط المعقم آنذاك، والدخول في مجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية، أدت هذه المركبات إلى ظهور جزيئات جديدة بشكل أساسي. لذلك، لعشرات الملايين من السنين، تم إعداد أعظم طبق - الحياة - في هذا "المطبخ الكيميائي". ومنذ حوالي 4.5 مليار سنة، ظهرت كائنات حية وحيدة الخلية على الأرض، واستمر وجودها المنعزل طوال فترة ما قبل الكمبري.
حدثت موجة التطور التي أدت إلى ظهور الكائنات متعددة الخلايا في وقت لاحق، منذ ما يزيد قليلاً عن نصف مليار سنة. على الرغم من أن الكائنات الحية الدقيقة صغيرة جدًا لدرجة أن قطرة ماء واحدة يمكن أن تحتوي على مليارات الكائنات الحية، إلا أن حجم عملها هائل.
يُعتقد أنه في البداية لم يكن هناك أكسجين مجاني في الغلاف الجوي للأرض والمحيطات، وفي ظل هذه الظروف عاشت وتطورت الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية فقط. كانت إحدى الخطوات الخاصة في تطور الكائنات الحية هي ظهور بكتيريا التمثيل الضوئي، والتي، باستخدام الطاقة الضوئية، حولت ثاني أكسيد الكربون إلى مركبات كربوهيدراتية كانت بمثابة غذاء للكائنات الحية الدقيقة الأخرى. إذا أنتجت عملية التمثيل الضوئي الأولى غاز الميثان أو كبريتيد الهيدروجين، فإن الطفرات التي ظهرت ذات مرة بدأت في إنتاج الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي. مع تراكم الأكسجين في الغلاف الجوي والمياه، احتلت البكتيريا اللاهوائية، التي تعتبر ضارة بها، أماكن خالية من الأكسجين.
كشفت الحفريات القديمة الموجودة في أستراليا والتي يعود تاريخها إلى 3.46 مليار سنة عن هياكل يعتقد أنها بقايا البكتيريا الزرقاء، وهي أول الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بالتمثيل الضوئي. تتجلى الهيمنة السابقة للكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية والبكتيريا الزرقاء في الستروماتوليت الموجودة في المياه الساحلية الضحلة للمسطحات المائية المالحة غير الملوثة. وهي تشبه في شكلها الصخور الكبيرة وتمثل مجتمعًا مثيرًا للاهتمام من الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في صخور الحجر الجيري أو الدولوميت التي تشكلت نتيجة لنشاطها الحياتي. على عمق عدة سنتيمترات من السطح، تكون الستروماتوليتات مشبعة بالكائنات الحية الدقيقة: تعيش البكتيريا الزرقاء الضوئية التي تنتج الأكسجين في الطبقة العليا؛ تم العثور على بكتيريا أعمق تتحمل الأكسجين إلى حد ما ولا تحتاج إلى ضوء؛ وفي الطبقة السفلية توجد بكتيريا لا يمكنها العيش إلا في غياب الأكسجين. تقع هذه الكائنات الحية الدقيقة في طبقات مختلفة، وتشكل نظامًا متحدًا بعلاقات معقدة فيما بينها، بما في ذلك العلاقات الغذائية. خلف الغشاء الميكروبي توجد صخرة تكونت نتيجة تفاعل بقايا الكائنات الحية الدقيقة الميتة مع كربونات الكالسيوم المذابة في الماء. يعتقد العلماء أنه عندما لم تكن هناك قارات على الأرض البدائية وكانت أرخبيلات البراكين فقط هي التي ارتفعت فوق سطح المحيط، كانت المياه الضحلة مليئة بالستروماتوليت.
نتيجة لنشاط البكتيريا الزرقاء الضوئية، ظهر الأكسجين في المحيط، وبعد حوالي مليار سنة، بدأ يتراكم في الغلاف الجوي. أولا، تفاعل الأكسجين الناتج مع الحديد المذاب في الماء، مما أدى إلى ظهور أكاسيد الحديد، التي تترسب تدريجيا في القاع. وهكذا، على مدى ملايين السنين، بمشاركة الكائنات الحية الدقيقة، نشأت رواسب ضخمة من خام الحديد، والتي يتم صهر الفولاذ منها اليوم.
وبعد ذلك، عندما تأكسد الجزء الأكبر من الحديد الموجود في المحيطات ولم يعد قادرًا على ربط الأكسجين، هرب إلى الغلاف الجوي في صورة غازية.
بعد أن أنشأت البكتيريا الزرقاء الضوئية كمية معينة من المواد العضوية الغنية بالطاقة من ثاني أكسيد الكربون وإثراء الغلاف الجوي للأرض بالأكسجين، نشأت بكتيريا جديدة - الهوائية، والتي لا يمكن أن توجد إلا في وجود الأكسجين. إنهم يحتاجون إلى الأكسجين لأكسدة (احتراق) المركبات العضوية، ويتم تحويل جزء كبير من الطاقة الناتجة إلى شكل متاح بيولوجيا - أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). هذه العملية مواتية للغاية من الناحية الحيوية: البكتيريا اللاهوائية، عند تحلل جزيء واحد من الجلوكوز، تتلقى فقط جزيئين من ATP، والبكتيريا الهوائية التي تستخدم الأكسجين تتلقى 36 جزيء من ATP.
مع ظهور الأكسجين الكافي لأسلوب الحياة الهوائي، ظهرت أيضًا الخلايا حقيقية النواة لأول مرة، والتي، على عكس البكتيريا، تحتوي على نواة وعضيات مثل الميتوكوندريا والجسيمات الحالة، وفي الطحالب والنباتات العليا - البلاستيدات الخضراء، حيث تحدث تفاعلات التمثيل الضوئي. هناك فرضية مثيرة للاهتمام وقائمة على أسس جيدة فيما يتعلق بظهور وتطور حقيقيات النوى، والتي عبر عنها الباحث الأمريكي إل. مارغوليس منذ ما يقرب من 30 عامًا. وفقًا لهذه الفرضية، فإن الميتوكوندريا التي تعمل كمصانع للطاقة في الخلية حقيقية النواة هي البكتيريا الهوائية، والبلاستيدات الخضراء للخلايا النباتية التي يحدث فيها التمثيل الضوئي هي البكتيريا الزرقاء، والتي ربما امتصتها الأميبات البدائية منذ حوالي 2 مليار سنة. نتيجة للتفاعلات متبادلة المنفعة، أصبحت البكتيريا الممتصة متكافلة داخلية وشكلت نظامًا مستقرًا مع الخلية التي امتصتها - خلية حقيقية النواة.
أظهرت دراسات البقايا الأحفورية للكائنات الحية في الصخور ذات العصور الجيولوجية المختلفة أنه على مدى مئات الملايين من السنين بعد نشأتها، تم تمثيل أشكال الحياة حقيقية النواة بواسطة كائنات مجهرية كروية وحيدة الخلية مثل الخميرة، واستمر تطورها التطوري ببطء شديد. خطوة. ولكن منذ ما يزيد قليلاً عن مليار سنة، ظهرت العديد من الأنواع الجديدة من حقيقيات النوى، مما يمثل قفزة هائلة في تطور الحياة.
بادئ ذي بدء، كان هذا بسبب ظهور التكاثر الجنسي. وإذا تكاثرت البكتيريا وحقيقيات النوى وحيدة الخلية عن طريق إنتاج نسخ متطابقة وراثيا من نفسها ودون الحاجة إلى شريك جنسي، فإن التكاثر الجنسي في الكائنات حقيقية النواة الأكثر تنظيما يحدث على النحو التالي. تندمج الخليتان الجنسيتان الفرديتان للوالدين، اللتان تحتويان على مجموعة واحدة من الكروموسومات، لتكوين زيجوت يحتوي على مجموعة مزدوجة من الكروموسومات مع جينات كلا الشريكين، مما يخلق فرصًا لمجموعات جينية جديدة. أدى ظهور التكاثر الجنسي إلى ظهور كائنات حية جديدة دخلت ساحة التطور.
ثلاثة أرباع مجمل وجود الحياة على الأرض كانت ممثلة حصرياً بالكائنات الحية الدقيقة، حتى حدثت قفزة نوعية في التطور أدت إلى ظهور كائنات حية عالية التنظيم، بما في ذلك البشر. دعونا نتتبع المعالم الرئيسية في تاريخ الحياة على الأرض بخط تنازلي.
منذ 1.2 مليار سنة، حدث انفجار في التطور، نتج عن ظهور التكاثر الجنسي وتميز بظهور أشكال حياة عالية التنظيم - النباتات والحيوانات.
تجلى تشكيل الاختلافات الجديدة في النمط الجيني المختلط الذي ينشأ أثناء التكاثر الجنسي في شكل التنوع البيولوجي لأشكال الحياة الجديدة.
قبل ملياري سنة، ظهرت الخلايا حقيقية النواة المعقدة عندما قامت الكائنات وحيدة الخلية بتعقيد بنيتها عن طريق امتصاص خلايا بدائية النواة أخرى. وبعضها - البكتيريا الهوائية - تحول إلى ميتوكوندريا - محطات طاقة لتنفس الأكسجين. والبعض الآخر - البكتيريا الضوئية - بدأت في إجراء عملية التمثيل الضوئي داخل الخلية المضيفة وأصبحت البلاستيدات الخضراء في الطحالب والخلايا النباتية. وتشكل الخلايا حقيقية النواة، التي تحتوي على هذه العضيات ونواة متميزة بوضوح تحتوي على مادة وراثية، جميع أشكال الحياة المعقدة الحديثة - من العفن إلى البشر.
قبل 3.9 مليار سنة، ظهرت كائنات حية وحيدة الخلية ربما كانت تشبه البكتيريا والبكتيريا الحديثة. تتمتع كل من الخلايا بدائية النواة القديمة والحديثة ببنية بسيطة نسبيًا: فهي لا تحتوي على نواة مشكلة وعضيات متخصصة، ويحتوي السيتوبلازم الذي يشبه الهلام على جزيئات كبيرة من الحمض النووي - حاملة المعلومات الوراثية، والريبوسومات التي يحدث فيها تخليق البروتين، ويتم إنتاج الطاقة عليها الغشاء السيتوبلازمي المحيط بالخلية.
قبل 4 مليارات سنة، ظهر الحمض النووي الريبوزي (RNA) بطريقة غامضة. ومن الممكن أن تكون قد تشكلت من جزيئات عضوية أبسط ظهرت على الأرض البدائية. يُعتقد أن جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) القديمة كانت لها وظائف حاملات المعلومات الجينية ومحفزات البروتين، وكانت قادرة على التكرار (التكرار الذاتي)، وتحورت، وكانت خاضعة للانتقاء الطبيعي. في الخلايا الحديثة، لا يمتلك الحمض النووي الريبوزي (RNA) هذه الخصائص أو لا يظهرها، ولكنه يلعب دورًا مهمًا جدًا كوسيط في نقل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى الريبوسومات، حيث يحدث تخليق البروتين.
أ.ل. بروخوروف
بناءً على مقال بقلم ريتشارد موناسترسكي
في مجلة ناشيونال جيوغرافيك 1998 العدد 3
