زمین حدود 4.6 میلیارد سال پیش شکل گرفت و برای چند صد میلیون سال سطح آن تقریباً بیش از حد گرم بود و به شدت توسط دنباله‌دارها و سیارک‌ها بمباران می‌شد تا حیات پیدا شود.
به گزارش فرادید، حدود یک میلیارد سال بعد، حیات نه تنها شکل گرفت، بلکه آثاری از وجود خود در قالب تشک های میکروبی فسیل شده به جا گذاشت.
اما در این میان چه اتفاقی افتاد که بیش از نیم میلیارد سال یا بیشتر زندگی را از غیر حیات ایجاد کرد؟
1. جرقه ناشی از رعد و برق
جیم کلیوز، رئیس گروه شیمی در دانشگاه هوارد و یکی از نویسندگان کتاب «تاریخ مختصر آفرینش: علم و جستجوی منشأ حیات»، خاطرنشان می کند که شرایط جوی در زمان پیدایش حیات. با شرایط فعلی بسیار متفاوت بود.
او توضیح می دهد که در دهه 1950، شیمیدان برنده جایزه نوبل، هارولد اوری پیشنهاد کرد که بیشتر جو منظومه شمسی از نیتروژن و متان تشکیل شده است. یوری استدلال می‌کرد که زمین اولیه چنین جوی داشت و وجود حیات آن را از نظر اکسیژن غنی‌تر می‌کرد. یوری همچنین پیشنهاد کرد که اتمسفر قبلی “ممکن است در تولید ترکیبات آلی بسیار کارآمد بوده باشد، ترکیباتی که می توانستند پیش ساز حیات باشند.”
او به دانشجوی پژوهشی خود استنلی میلر را مأمور آزمایش این نظریه کرد. آزمایش امروز میلر-اوری یک سیستم بسته ایجاد کرد که در آن آب گرم می شد و با مولکول های هیدروژن، متان و آمونیاک ترکیب می شد. سپس توسط الکتریسیته (که توسط رعد و برق نشان داده می شود) حرکت داده و خنک شد تا این که مخلوط متراکم شود و به صورت باران به آب بازگردد. نتایج شگفت انگیز بود.
در عرض یک هفته، “اقیانوس” آزمایشی به رنگ قرمز مایل به قهوه ای در آمد زیرا مولکول ها برای تشکیل اسیدهای آمینه، بلوک های سازنده حیات، ترکیب شدند.
تحقیقات بعدی نشان داد که جو اولیه سیاره تا حدودی با آزمایش میلر متفاوت است و اجزای اصلی نیتروژن و نیتروژن هستند. دی اکسید کربن و هیدروژن و متان در مقادیر کمتری وجود داشت.
اصولی که میلر از آن حمایت می‌کند تا حد زیادی درست است، اما رعد و برق با برخورد سیارک‌ها و تشعشعات فرابنفش خورشید ترکیب می‌شود و هیدروژن سیانید را تشکیل می‌دهد که سپس با آهنی که آب از پوسته زمین می‌آورد واکنش نشان می‌دهد و مواد شیمیایی تشکیل می‌دهد. مانند شکر تشکیل می شود.
این مواد شیمیایی می توانند برای ایجاد رشته هایی از اسید ریبونوکلئیک یا RNA که جزء کلیدی زندگی است که اطلاعات را ذخیره می کند، ترکیب شوند. در نقطه ای، مولکول های RNA شروع به تکثیر کردند و زندگی ممکن شد.
چگونه این مولکول های RNA به ساختارهای سلولی پیچیده ای تبدیل شدند که توسط غشاهای محافظ احاطه شده اند؟
کلید می تواند کواسروات ها، قطرات حاوی پروتئین و اسیدهای نوکلئیک باشد که می توانند اجزای خود را مانند سلول ها به یکدیگر متصل کنند، اما بدون استفاده از غشاء. چندین محقق فرض کرده اند که چنین قطراتی به عنوان پیش سازهایی عمل می کنند که RNA اولیه و سایر ترکیبات آلی را متمرکز می کنند.
2. حیات از فضا به زمین آمد
نظریه دیگری نشان می دهد که آمینو اسیدها و همچنین برخی دیگر از اجزای سازنده حیات، مانند کربن و آب، ممکن است از فضا به زمین اولیه آورده شده باشند. مشاهده شده است که دنباله‌دارها و شهاب‌سنگ‌ها حاوی برخی از اجزای آلی مشابه حیات هستند و بمباران اولیه زمین ممکن است دسترسی به اسیدهای آمینه را افزایش داده باشد.
به گفته جک شوستاک شیمیدان برنده جایزه نوبل از دانشگاه شیکاگو، برخورد سیارک و دنباله دار تقریباً بدون درز بوده است.
او بیان می کند که جو اولیه از نیتروژن و دی مونوکسید کربن برای برخی از واکنش‌های شیمیایی پیشنهادی که در ترکیب هیدروژن، متان و آمونیاک توسط میلر اتفاق افتاد کمتر مؤثر بود، اما یک برخورد متوسط می‌تواند به طور موقت هیدروژن و متان اتمسفر را تولید کند و در نتیجه حالت ترکیبی ایجاد کند.
3. پنهان شدن در اقیانوس های زمین
نظریه دیگری نشان می دهد که حیات در اعماق دریا ممکن است در اطراف منافذ هیدروترمال در کف اقیانوس منشاء گرفته باشد، اما شوستاک این فرضیه را رد می کند.
او توضیح می‌دهد: «اگر به شیمی‌ای که از مواد اولیه ساده به نوکلئوتیدها و RNA تبدیل می‌شود نگاه کنید، می‌بینید که مراحل زیادی وجود دارد که برای ایجاد واکنش‌ها به تابش UV از خورشید نیاز دارد. انرژی خورشید بزرگترین منبع انرژی حتی در سیارات اولیه است. بنابراین اگر چندین مرحله شیمیایی وجود داشته باشد که نیاز به اشعه ماوراء بنفش دارد، آنگاه نمی‌تواند از اعماق دریا بیاید.»
با این وجود، کاملاً مطمئن است که زندگی در آب آغاز شده است.
کلوز خاطرنشان می کند: «برای اینکه واکنش های شیمیایی رخ دهد، به یک حلال نیاز دارید. شما به یک مایع نیاز دارید. وقتی در مورد مایعات صحبت می شود، تعداد کمی در شرایط سطح سیاره پایدار هستند. “آب حتی در اوایل منظومه شمسی بسیار فراوان است.”
شوستاک استدلال می‌کند که احتمال بیشتری نسبت به اعماق اقیانوس وجود دارد که زندگی «در سطح، احتمالاً در استخرهای کم عمق یا در یک محیط چشمه‌های آب گرم تکامل یافته است: نوع محیطی که در نزدیکی مکان‌های برخورد یا مناطق آتشفشانی رایج است.» (در واقع، آتشفشان‌های گسترده فعالیت ممکن است به حیات کمک کرده باشد، به ویژه با تولید رعد و برق محلی عظیم.)
این امکان وجود دارد که اگرچه همه حیات روی زمین امروز یک جد مشترک جهانی دارند (یک شکل حیات میکروبی ناشناخته که احتمالاً مدت ها پیش ناپدید شده است)، زندگی ممکن است در مکان های مختلف از مسیرهای مختلف سرچشمه گرفته باشد، اما با برخوردهای پی در پی از آنجا ناپدید شد. یا تا زمانی که مولکول مبتنی بر RNA که جد همه ما است ایجاد نشد، نتوانستند جای پایی به دست آورند.
راز آغاز زندگی
اگر این اتفاق بیفتد، یعنی زندگی بیش از یک بار شروع شده باشد و قبل از ریشه کردن از بین رفته باشد، هرگز نخواهیم فهمید که چگونه اتفاق افتاده است، زیرا چنین اشکال زندگی فرضی هیچ اثری از وجود خود باقی نگذاشته است.
زندگی می توانست مسیر بسیار متفاوتی را طی کند، مسیری که به گل، درخت، دایناسور یا انسان منتهی نمی شد. کلید درک همه اینها جایگزین کردن سؤال کلی با یک سری سؤالات بسیار کوچکتر است.
زندگی چنان سیستم پیچیده ای است که حتی ساده ترین باکتری ها یا ویروس ها نیز هزاران قطعه متحرک دارند. درک اینکه چگونه چنین چیزی می تواند از هیچ به وجود بیاید سخت است، اما پاسخ این است که گام به گام اتفاق افتاد.