آبیوژنسیس و فیزیک ؛ هفت نظریه برای آغاز حیات
فیزیک / آبیوژنسیس
نکته اولی که لازم است ذکر کنیم اشتباهی است که غالبا تکرار می شود.اینکه فرگشت برای آغاز حیات چه توضیحی می دهد. این پرسش اشتباه است. توضیح آغاز حیات در حیطه فرگشت نیست و در آبیوژنسیس (abiogenesis) یعنی منشا حیات و شکلگیری موجود زنده از مواد غیر زنده، بررسی می شود.نکته مهم تر این است که مطالعات آبیوژنسیس تنها در مورد کره زمین نیست،بلکه هر نقطه از کیهان که شرایطی شبه زمین یا مناسب برای حیات داشته باشد را شامل می شود.
در مورد منشاء حیات تاکنون 7 نظریه وجود دارد.ما نمی دانیم کدامیک از آنها با اطمینان درست است، اما برخی از آنها بیشتر از سایرین اعتبار دارد.در اینجا ابتدا این هفت نظریه را توضیح داده و سپس به نظریه ای که در چند سال اخیر در دنیای فیزیک مطرح شده خواهیم پرداخت.
1-ان اسپرمیا
آیا زندگی بر روی زمین آغاز شده است! نظریه‌ای وجود دارد که می‌گوید شاید زندگی از نقطه‌ی دیگری در فضا به زمین آمده باشد، مفهومی که به عنوان پان اسپرمیا شناخته می‌شود. سیاره‌ی همسایه‌ی ما یعنی مریخ هر روز شاهد بمبارانی از شهاب سنگ‌ها است و شاید در روزهای نخستین نیز زمین وضعیتی نزدیک به امروز مریخ داشته است. برخی از دانشمندان این فرضیه را مطرح کرده‌اند که شاید ارگانیزم‌های زنده و میکروب‌ها به وسیله‌ی شهاب سنگ‌ها از منظومه‌ای دیگربه زمین آمده باشند که در این صورت همه‌ی ما مهاجرانی از جهان‌های دیگریم. اما در صورتی که این فرضیه درست باشد سؤال بزرگتری را مطرح می‌کند که در منظومه‌ی دیگر زندگی چگونه آغاز شده است.
2- آغازی ساده
به جای اینکه فکر کنیم حیات از مواد پیچیده‌ای مثل RNA ها شروع شده است، شاید زندگی از ملکول‌های کوچکی پدید آمده باشد که در تعامل با یکدیگر، چرخه‌ی واکنشی را برای ساخت ملکول‌های پیچیده‌تر آغاز کرده‌اند. ممکن است کپسول‌های ساده‌ای شبیه به بدنه‌ی سلول پدید آمده باشند و در طول زمان بر پیچیدگی آنها افزوده شده باشد. دانشمندان می‌گویند در این سناریو حیات بر اثر متابولیسم تکامل یافته است که برخلاف نظریه‌ی اولین ژن و RNA جهانی است.
3- جهان،RNA جهانی
دی ان ای ها برای شکلگیری، احتیاج به پروتئین و پروتئین‌ها نیز احتیاج به DNA دارند. پس چگونه ممکن است این دو بدون یکدیگر ایجاد شوند. پاسخ این سؤال ممکن است RNA باشد، RNA مانند DNA می‌تواند اطلاعات را ذخیره کند و همچنین به عنوان یک آنزیم مانند پروتئین‌ها عمل کرده و هم به شکل گرفتن DNA و هم پروتئین‌ها کمک کند. بعدها این DNA و پروتئین‌ها به علت کارآمدی بالاتر جایگزین RNA در دنیای ما شده‌اند. هنوز هم RNA وجود داشته و بعضی از فعالیت‌های حیاتی را بر عهده دارد از جمله به عنوان سوئیچ خاموش کننده‌ی فعالیت بعضی ژن‌ها عمل می‌کند. اگر این فرضیه درست باشد در وهله‌ی اول این سؤال مطرح می‌شود که RNA ها چگونه به وجود آمده‌اند، برخی دانشمندان بر این باورند که RNA می‌تواند به تنهایی در طبیعت به وجود آید اما برخی دیگر احتمال آن را بعید دانسته‌اند. اسیدهای نوکلئیک دیگری مانند PNA و یا TNA نیز به عنوان منشاء به وجود آمدن DNA پیشنهاد شده‌اند.
4- شروعی سرد
در سه میلیارد سال پیش احتمالاً زمین پوشیده از اقیانوس‌هایی یخ زده بوده است. خورشید در آن زمان، یک سوم درخشانی کمتری از زمان حاضر داشته و به همین دلیل سطح اقیانوس‌ها را لایه‌ای ضخیم از یخ فرا گرفته بوده است. این لایه‌ی چندین متری از یخ می‌توانسته ترکیبات آلی را در زیر آب از اثرات مخرب نور ماورا بنفش و امواج کیهانی محافظت کند، همچنین این سرما به این ملکول‌ها برای ماندگاری طولانی‌تر کمک کرده است که شانس به وجود آمدن واکنش‌های کلیدی برای شروع حیات را بالا می‌برد.
5-دریچه‌ای در زیر اقیانوس‌ها
نظریه‌ی دریچه در اعماق اقیانوس‌ها می‌گوید ممکن است زندگی در منافذ هیدروترمال زیر دریا آغاز شده باشد. این دریچه‌ها از اعماق زمین مولکول‌های غنی هیدروژن و مواد معدنی را همراه با گرما به آب دریا انتقال می‌دهند که در اطراف آنها مکان مناسبی برای شکلگیری اکوسیستم‌های عالی به وجود می‌آید.در این مناطق ملکول‌ها و مواد معدنی می‌توانستند متمرکز شده و اولین سلول‌های زنده را تشکیل دهند، حتی امروزه نیز دریچه‌های هیدروترمال مناطقی سرشار از انرژی شیمیایی و حرارتی هستند که اکوسیستمی پر جنب و جوش را در کنار خود تشکیل می‌دهند.
6- جامعه‌ای از خاک رس
الکساندر گراهام کرینز اسمیت از دانشگاه گلاسکوی اسکاتلند نظریه‌ای را بدین صورت مطرح می‌کند که اولین ملکول‌های زنده ممکن است بر روی خاک رس شکل گرفته باشند. این سطوح ممکن است ترکیبات آلی را بر روی خود جذب کرده و مکانی مناسب برای ترکیب آنها به وجود آورده باشد و همچنین به سازماندهی آنها برای تولید الگوهایی بسیار شبیه به ژن‌های کنونی کمک کرده باشد. وظیفه‌ی اصلی DNA ذخیره‌ی اطلاعات در مورد نحوه‌ی قرار گیری ملکول‌ها در کنار یکدیگر است، توالی ژنتیکی در DNA اساساً دستورالعملی برای چگونگی چیده شدن اسیدهای آمینه در پروتئین‌ها هستند. آقای کرینز اسمیت احتمال می‌دهد که کریستال‌های معدنی در خاک رس بتوانند ملکول‌های آلی را به صورت الگوهایی سازمان دهی شده، مرتب کنند و پس از مدتی ملکول‌های آلی این کار را ادامه داده و خود را سازمان دهی کنند.
7-جرقه‌های الکتریکی
جرقه‌های الکترونیکی می‌توانند از اتمسفر مملو از آب روزهای نخستین زمین اسیدهای آمینه و قند تولید کنند. در آزمایشی معروف به نام آزمایش میلر-یوری در سال ۱۹۵۳ دانشمندان نشان دادند که رعد و برق می‌تواند زیربنای لازم برای ساخت ملکول های عالی را در روزهای اولیه‌ی زمین تولید کرده باشد سپس در طی میلیون‌ها سال ملکول‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تری از این ملکول‌های اولیه پدید آمده باشند. اگرچه تحقیقات بعدی نشان داد که اتمسفر اولیه‌ی زمین هیدروژن زیادی به عنوان پایه‌ای برای تولید این مواد نداشته است، اما دانشمندان حدس می‌زنند ابرهای اتشفشانی در جو اولیه ممکن است مملو از متان، آمونیاک و هیروژن بوده باشند و در ترکیب با رعد و برق نوعی از اسیدهای آمینه را به وجود آورده باشند.
اما جدای از این هفت نظریه ، در دنیای فیزیک نیز نظراتی در مورد چگونگی رفتار مواد غیر زنده به سمت حیات زنده وجود دارد. آخرین نظریه در مورد این موضوع سال ۲۰۱۴ مطرح شد. البته کار فیزیکدانان در این مورد بررسی پرسش دیگری است؛ اینکه چرا مواد به سمت حیات پیش رفته اند؟ تمایل مواد برای شکلگیری حیات به چه دلیل است؟
مهمترین ایده ای که در چند سال اخیر مطرح شده است، توسط جرمی انگلند بوده است.در فیزیک حیات و غیر حیات در اتم های کربن ،جذب و دفع انرژی و حرارت تفاوت دارند. انگلند پژوهشگر MIT یک محاسبات و معادله ریاضی در این مورد ارائه داده و سعی کرده بر اساس این مدل ، این تمایل به حیات را توضیح دهد.
مدل او می گوید هر زمان مجموعه ای از اتم ها با استفاده از یک منبع انرژی و سوخت شیمیایی هدایت شود و در محیطی با حرارت مناسب قرار بگیرند، همواره سعی خواهند کرد انرژی بیشتری دفع کرده و شرایط مناسب فیزیکی را برای حیات بیابند.
شرح ساز و کار ایده انگلند مفصل خواهد بود، اما ساز و کار ایده او کاملا مبتنی بر قانون دوم ترمودیناک یعنی آنتروپی است. یعنی به طور خلاصه و غیر تخصصی اگر بخواهیم به پرسش یاد شده پاسخ دهیم ، باید گفت : تمایل به حیات در مواد غیر زنده، در شرایطی ویژه صورت می گیرد، همانگونه که بر کل سیستم موجود جهان غیر زنده آنتروپی حاکم است.در شرایطی خاص ، همین قانون منجر به تمایل به حیات خواهد شد.البته برخی فیزیکدانان با ایده او مخالف و برخی موافق ایده او بودند.
پ.ن: البته سالها پیش از این اروین شرودینگر در این مورد نظرات مشابهی را طرح کرد.
#arian_x
منابع:
