08-18-2012, 01:03 AM
08-18-2012, 01:05 AM
کانون آگنوستیک ها و آتئیست های ایران Iranian Atheists & Agnostics
پیدایش حیات (به همراه توضیحی درباره ی انتقادات غیرعلمی و بی اساس دینداران بر فرضیه ی "پیدایش خود به خودی")
"اهمیت علم بیش از آن که درکشف حقایق تازه باشد، در کشف شیوه های تازه ی اندیشیدن است." - ویلیام براگ -
"روش منطق توضیح ناشناخته ها بوسیله شناخته هاست، روش دین توضیح شناخته ها بوسیله ناشناخته هاست." - دیوید بروکس -
پیشگفتار
گویی حیات مهمترین دغدغه ی موجودات دارای زندگی است و در این میان، گویا تنها انسان است که درباره ی چیستی و چرایی آن می اندیشد. در مورد اینکه زندگی چطور بوجود آمده است، ملت های مختلف افسانه های گوناگونی را پدید آورده اند و تجربه ی تاریخ نشان داده است که هر افسانه ای که به موضوع پیدایش چیزی می پردازد به زودی بخشی از اعتقادات دینی مردم بومی می شود. گروهی از این افسانه ها پیدایش انسان و سایر جانداران را در اثر آفرینش یکباره می دانند. اما این پرسش از دیرباز ذهن خردمندان و اندیشمندان را به خود مشغول کرده بود و برخی از آنان با پژوهش مستقیم طبیعت به نتایج دیگری می رسیدند.
نخستین اظهار نظر معتبر علمی در زمینه ی منشاء حیات را چارلز داروین در قرن نوزدهم ارائه کرد. نظریه ی فرگشت (اوولوشن، واژه عامه تکامل غلط می باشد)، پیدایش تدریجی موجودات زنده از یک یا چند سلول اولیه را اثبات کرد اما پاسخ به این پرسش که سلول های اولیه از کجا آمده اند به دانشمندان قرن های بیستم و بیست و یکم سپرده شد. فرضیه ی پیدایش حیات از ماده بیجان حاصل تلاشهای علمی این دانشمندان بود که هنوز هم پژوهش های گسترده ای در باره ی آن ادامه دارد.
پیدایش حیات مبحثی پیچیده است که درک جرئیات آن نیاز به تسلط بر علوم بیوشیمی و بیوفیزیک دارد. در این نوشتار سعی شده است که تنها شمایی کلی از فرضیه ی علمی پیدایش حیات ارائه شود. به علاوه، در مورد برخی از مفاهیم علمی مربوط به این بحث، مانند جهش، انتخاب طبیعی و تصادف توضیحی داده نشده است.
پیدایش حیات از ماده ی بیجان با ادعاهای دینی مثل خلقت، یا آفرینش با طرح و برنامه در تعارض است به همین دلیل مورد حمله، کج فهمی و تحریف دینداران بوده است. برخی مؤمنان همانطور که سعی کرده اند نظریه ی فرگشت را باطل جلوه دهند، در مورد پیدایش حیات نیز سعی دارند با انتقادهای غیرعلمی این فرضیه را باطل کنند. در انتهای نوشتار به برخی از این انتقادهای بی اساس خواهیم پرداخت.
سه فرضیه
آفرینش (Creation): حیات را خالقی هوشمند آفریده است. این رویکرد بیشترین تعداد طرفدار را دارد. طرفداران این باور سه دسته هستند. گروه نخست فرگشت را باطل و خلقت را یکباره (مثلاً در عرض شش یا هفت روز) می دانند و این باور خود را نظریه ی علمی خلقت[1] می نامند. گروه دوم که طرفداران کمتری دارد فرگشت را می پذیرند ولی پیدایش سلول های اولیه را حاصل تدبیر آفریننده می دانند. گروه سوم که انگشت شمارند سلول اولیه را نیز حاصل پیدایش از ماده می دانند اما کل فرآیند ایجاد حیات از ماده ی بیجان را حاصل تدبیر الهی می شمارند. پس هر سه گروه پیدایش حیات را حاصل طرح و نقشه قبلی می دانند و تنها اختلاف نظرشان در تعیین مرحله ای است که خدا را وارد ماجرای پیدایش حیات می کنند.
منشاء خارجی (Extraterrestrial origin or Panspermia): حیات خارج از سیاره زمین شکل گرفته است و بعد به زمین منتقل شده است.
پیدایش خود به خود (Spontaneous Origin): حیات در اثر واکنش های شیمیایی خاصی به صورت تدریجی از ماده بیجان پدید آمده است.
کدام فرضیه علمی است؟
آفرینش (خلقت) نه نظریه است نه فرضیه چون نه آزمونی پیش می نهد و نه هیچ شاهدی گواه بر درستی آن است. طرفداران آفرینش به جای اینکی دلیلی بر درستی ادعای خود ارئه دهند تلاش می کنند با باطل جلوه دادن فرضیه "پیدایش خود به خود" و حتی نفی نظریه فرگشت ادعای خود را به کرسی بنشانند. چنین ادعاهایی کوچکترین ارزشی در علم و منطق ندارند. زیرا اگر فرضیه پیدایش خود به خود و حتی نظریه فرگشت نیز باطل شود، هر ادعای دیگری نیاز به دلیل مستقل و اثباتی بر اساس روش علمی و خصوصیات علم دارد.
فرضیه ی "منشاء خارجی" یک فرضیه ای علمی است اما شواهد اندکی بر تایید آن وجود دارد. تاکنون وجود حیات در هیچ نقطه ای از کیهان اثبات نشده است. دانشمندان می افزایند که "منشاء خارجی" بر اساس پیدایش حیات از ماده بیجان در مبداء و انتقال آن به مقصد یعنی زمین است. با وجود شواهد اندکی که در این مورد "منشاء خارجی" وجود دارد، روش علمی اقتضا می کند که پژوهش بیشتری در مورد آن انجام شود. دو کاوشگر مریخ یعنی روح[2] و فرصت[3] قسمتی از همین پژوهش ها هستند.
فرضیه "پیدایش خود به خود" فرضیه ای علمی است. صدها مدرک، شاهد و آزمایش در تایید آن وجود دارد و مورد پذیرش زیست شناسان و دانشمندان است. با این وجود روش علمی هنوز اجازه نمی دهد تا کسی آن را به نام نظریه بنامد، هرچند که این فرضیه ی معتبر در آستانه ی تبدیل شدن به یک نظریه است.
فرضیه پیدایش خود به خود (Spontaneous Origin)
کاوش و جستجو در اعماق تاریکی
بسیاری از حوادثی که در طول چند میلیارد سال پیش اتفاق افتاده، در پرده ابهام قرار دارند. احتمال تبدیل یک مولکول به سنگواره (فسیل) نزدیک به صفر است و حتی اگر چنین سنگواره ای وجود داشته باشد، چگونه می توان آنرا یافت؟ حتی یافتن سنگواره ی سلول ها هم کار بسیار دشواری است با این حال سنگواره سلول های ساده ی اولیه متعلق به 2.5 میلیارد سال پیش یافت شده است.(شكل 1)
عدم توانایی زمین شناسان در تعیین کاملاً دقیق شرایط شیمیایی و زمین شناختی زمین اولیه نیز به این ابهام ها می افزاید.
زمینی که سبز نبود
تقریباً ۳،۸ میلیارد سال پیش، دمای زمین بین ۴۹ تا ۸۸ درجه سانتیگراد بود. جو زمین مملو از دی اکسید کربن، نیتروژن، بخار آب، هیدروژن، سولفید هیدروژن، آمونیاک و متان بود. اکسیژن در جو وجود نداشت. لایه اوزون وجود نداشت و به همین دلیل پرتو فرابنفش بی هیچ حفاظی به زمین می رسید. آتش فشانها فعالیت زیادی داشتند. ابرها بخشهای وسیعی از آسمان را می پوشاندند و بارش و رعد و برق های متعددی اتفاق می افتاد.
آیا مولکولهای زیستی از ماده بیجان پدید می آیند؟
برای پاسخ به این پرسش در دهه ۱۹۵۰، هارولد اوری[4] و استنلی میلر[5] آزمایشهایی را انجام دادند. آنها مخلوطی از متان، آمونیاک، آب و هیدروژن را در معرض تخلیه های الکتریکی مشابه صاعقه قرار دادند. این آزمایشها به صورت کاملاً غیرتصادفی (تکرار پذیر) منجر به تولید مخلوطی از ترکیبات آلی زیستی مانند اسیدهای آمینه ی آلانین، گلایسین، اسید گلوتامیک و لوسین می شدند. با افزودن یکی دیگر از مواد زمین اولیه یعنی سیانید هیدروژن مولکول های زیستی دیگری مانند آدنین (مورد نیاز برای ساخت DNA و RNA) تولید شد. امروزه با پیشرفت علم شیمی تجزیه مشخص شده است که در آزمایش اوری-میلر بیش از ۱۳۰ ترکیب زیستی مختلف تولید می شود. باید توجه داشت که ترکیبات شیمیایی استفاده شده در این آزمایش بسیار کمتر از تعداد مواد موجود در زمین اولیه است و نکته دوم اینکه نیروهای موجود در آزمایش بسیار محدودتر از نیروهای موجود در طبیعت است. نکته سوم زمان اندک آزمایش است. تاکنون آزمایشهای فراوانی از این دست صورت پذیرفته است و هر بار با طبیعی تر کردن آزمایش ها تنوع و مقدار مواد زیستی تولید شده افزایش چشمگیری پیدا می کند.(شكل 2)
انواع مختلفی از این آزمایش ها آنجام شده و در همه موارد مولکول های زیستی تولید شده اند. پس از این آزمایش ها، پژوهش های مختلفی در این زمینه انجام شد و مشخص شد که مولکول های تولید شده در این آزمایش ها می توانند بصورت خود به خود با هم واکنش داده و مولکولهای متنوع دیگری را پدید آورند. همچنین در اثر این واکنش ها مولکولهای خطی زیستی نیز تولید می شود.
آیا مولکولها هم تکامل می یابند؟
سل اسپیگلمن[6] در سال ۱۹۶۷ این موضوع را بر روی یک مولکول RNA آزمایش کرد. [7] این RNA طولی برابر با 3300b دارد و در حضور نوعی پروتئین[8] در زمان ۲۰ دقیقه تولید مثل می کند. توجه کنید که در لوله آزمایش تنها RNA و پروتئین تکثیر کننده ی آن وجود داشت، نه سلول. اسپیگلمن مشاهده کرد که در شرایط عادی تمام جمعیت های تولید شده طولی معادل 3300b دارند و مشابه مولکولهای اولیه هستند. او با تغییر شرایط لوله آزمایش، زمان تولید مثل را از ۲۰ دقیقه به ۵ دقیقه رساند. پس از ۷۵ نسل جمعیت موجود در لوله آزمایش 550b طول داشتند و ۱۵ بار سریعتر از مولکولهای اولیه تولید مثل می کردند. اسپیگلمن تغییرات محیطی دیگری مانند افزودن مهار کننده ها یا محدود کردن مواد مورد نیاز برای تولید مثل را اعمال کرد و مشاهده کرد که در هر حالتی پس از چند نسل مولکولها به شکلی تغییر کرده اند که بتوانند در شرایط جدید با بالاترین کارایی ممکن تولید مثل کنند.
پس از آن دانشمندان آزمایشهای متعددی را برروی انواع مولکولها انجام دادند و تکامل مولکولی را مشاهده و بررسی کرده اند. امروزه این فرآیند ها در سیستم های شبیه سازی تکامل مولکولی به نام SLEX مطالعه می شود.
مرغ یا تخم مرغ؟
اکثر واکنشهای های زیستی بوسیله آنزیم ها تسریع می شوند. در شیمی به چنین مولکولهایی کاتالیزور میگویند. تقریباً تمامی آنزیم ها از جنس پروتئین هستند. بدون وجود آنزیم، واکنش های زیستی بین چند ساعت تا چند هزار سال زمان می برند ولی آنزیم ها سرعت این واکنش ها را به چند هزارم تا چند میلیونم ثانیه می رسانند. یکی از واکنش هایی که نیازمند به آنزیم است تکثیر DNA می باشد.
ماده ی ژنتیکی اکثر موجودات زنده از DNA ساخته شده است. DNA برای تولید مثل نیاز به پروتئین (آنزیم) دارد و پروتئین از روی DNA ساخته می شود. حال کدام مولکول می تواند آغازگر حیات باشد در حالی که تولید هر کدام به دیگری وابسته است؟
سوال قدیمی " اول مرغ بود یا تخم مرغ؟" جواب مشخصی در زیست شناسی دارد: هیچکدام، اجداد مرغ
پاسخ به سوال "اول DNA بود یا پروتئین" نیز چنین پاسخی دارد: هیچکدام، RNA
RNA ، نخستین مولکول
تا پیش از دهه ۱۹۸۰ تصور می شد که تمام آنزیم ها از جنس پروتئین هستند. سپس، تام کچ[9] و سیدنی آلتمن[10] کشف کردند که برخی از مولکولهای RNA خاصیت آنزیمی دارند. پس از آن صدها RNA ی مختلف با خاصیت آنزیمی کشف شد. پس از این کشف ها، فرانسیس کریک[11] بیان کرد که RNA اولین مولکول زیستی بوده است.(شكل3)
RNA، مولکولی شبیه به DNA و نوعی کد ژنتیکی است که تفاوت آن در داشتن یک اتم اکسیژن بیشتر از DNA است. همین اتم اکسیژن است که موجب می شود RNA بتواند طیف وسیعی از واکنش ها را به صورت آنزیمی تسریع کند. برخی مولکولهای RNA مثل IVS-19 واکنش ساخته شدن RNA ها را انجام میدهند. به عبارت دیگر، RNA می تواند RNA بسازد.
جهان RNA
با آغاز حیات مولکولی، مواد زیستی که از ماده بیجان بوجود آمده بودند، برای تولید RNA های جدید استفاده می شد. جهش ها باعث بوجود آمدن RNA های جدید می شد که با والد خود اندکی تفاوت داشتند. بزودی سوپ اولیه حیات بوجود آمد که مخلوطی از هزاران نوع RNA ی مختلف بود. RNA می تواند اتصال اسیدهای آمینه به یکدیگر را کاتالیز [تسریع] کند. در نتیجه از جمله مولکولهایی که در این زمان تولید شد، پروتئین ها بودند. پروتئین ها خاصیت آنزیمی بسیار بیشتری دارند و طیف واکنش هایی که به وسیله آنها می تواند انجام شود بسیار بیشتر از RNA است.
انرژی، مسئله این است
تا به این جای نوشتار درباره حرکت اتوموبیلی صحبت می کردیم که انگار در باکش بنزین نداشت. تولید مثل و واکنش های مولکولها نیاز به انرژی دارد. انرژی واکنش ها در سوپ اولیه ی حیات از کجا تامین می شد؟
انرژی الکتریکی یا برق، شکل رایج انرژی در خانه ها و شهرها است. در موجودات زنده نیز مولکولی پر انرژی به نام ATP، نقش سوخت رایج در بین همه سلول ها و جانوران بر عهده دارد. همانطور که در آزمایش اوری-میلر مشاهده کردیم، اسید های آمینه مانند گلایسین به مقدار بسیار بالایی به صورت خود به خود تولید می شده است. با شکسته شدن این اسید آمینه ها، ATP تولید می شود. همچنین واکنش هایی شیمیایی در دهانه آتشفشانها انجام می شود که منجر به تولید ATP و دیگر مولکولهای پر انرژی می شوند.
از RNA به DNA
RNA مولکول بسیار مقاومی است اما مقاومت DNA در برابر تجزیه و آسیب تقریباً صد برابر بیشتر است. همچنین DNA توانایی تشکیل مولکولهای دو رشته ای را دارد که مزایای گوناگونی را ایجاد می کند. همانطور که پیش تر گفته شد تفاوت این دو مولکول تنها در یک اتم اکسیژن است. با بوجود آمدن انواع متفاوتی از پروتئین ها واکنش های متعددی امکان پذیر شد که یکی از آنها تبدیل پیش سازهای RNA به پیش سازهای DNA بود[12]. با بوجود آمدن DNA وظیفه حفظ و انتقال اطلاعات ژنتیکی بر دوش مولکول پایداری سپرده شد که می تواند طول زیادی داشته باشد، به عبارتی دیگر توانایی ذخیره اطلاعات بسیار بیشتری را دارد.
نخستین سلول ها
یکی از موادی که در اثر وجود پروتئین ها تولید می شود، فسفولیپیدها یعنی مولکولهای سازنده ی غشاء سلول است. فسفولیپید ها، مولکولهایی دو قطبی هستند. همانطور که همه ی ما تجربه کرده ایم با استفاده از آب-صابون می توان به سادگی صدها حباب تولید کرد. ( حباب ها ساختار مولکولی پیچیده ای دارند ولی توسط فوت کردن ساده ی بچه ها درست می شودند)مولکول های صابون دو قطبی هستند. فسفولیپیدها نیز چنین خاصیتی دارند و در اثر تکان های آب، محفظه های حباب مانند میکروسکوپی تولید میکنند. تولید ملیونها محفظه ی کوچک در مکانی که میلیون ها مولکول در حال زندگی هستند به طور حتم سبب می شود که تعدادی از این مولکولها در درون این محفظه ها قرار گیرند.(شكل 4)
قرار گرفتن مولکول ها در درون یک محیط بسته مزایای زیادی مثل افزایش سرعت واکنش ها را در بر دارد. همچنین مواد تولید شده بوسیله مولکول ها در محیط پخش نمی شود و در دسترس تولید کنندگان باقی میماند. خصوصیات متعدد سلول باعث می شود که سرعت تکامل آن بسیار بالاتر از حیاط مولکولی باشد[13].
پروکایوتها[14]
سلول های ساده ی اولیه کم کم به شکلی از سلول تبدیل شدند که در زبان علمی به آنها پروکاریوت می گویند که همان باکتریها هستند. رقابت و انتخاب طبیعی موجب پیشرفته تر شدن سلولها برای کسب شانس بقای بیشتر می شود.
پروکاریوتها سرعت تولید مثل و تکامل زیادی دارند. این سلولها توانایی زندگی در سخت ترین شرایط را دارا هستند. باکتریهایی وجود دارند که در دمای 100 و حتی تا 250 درجه سانتیگراد زندگی میکنند. برخی از باکتریها در اسیدهای سوزان یا آبهای بسیار شور هم به حیات خود ادامه میدهند. اولین سلولها نیز پروکاریوت بودند که توانایی زندگی در بدترین شرایط ممکن را دارند.(شكل5)
انرژی، مسئله این است
یک سلول برای انجام واکنش های خود نیاز به انرژی زیادی دارد. مهمترین ترین شیوه ی تولید انرژی زیستی فتوسنتز است اما در باکتری های ابتدایی[15] روش دیگری برای تولید انرژی وجود دارد که شیموسنتز نامیده می شود. باکتری های شیموسنتز کننده، انرژی موجود در مواد شیمیایی را به انرژی زیستی یعنی ATP تبدیل میکنند. با استفاده از این روش مقدار بسیار زیادی انرژی در اختیار سلول قرار میگیرد. پروکایوتهای اولیه نیز از چنین روشی استفاده می کرده اند.
یوکاریوتها[16]
نوع دیگر سلول را یوکاریوت می نامند که شامل سلول های دارای هسته و اندامک های سلولی است. پیشرفت پروکاریوتها موجب شد تا برخی آنها دارای اندامک های سلولی مانند هسته بشوند. بررسی اندامک ها نشان میدهد که آنها از بخش های مختلف سلول پروکاریوت بوجود آمده اند. مثلاً هسته در اثر تغییر شکل یک زائده ی سلولی در باکتریها به نام مزوزم پدید آمده است. اندامکی به نام میتوکندری، نوعی باکتری بوده که توانسته در درون سلول یوکاریوت زندگی (همزیستی) کند و با گذشت زمان به جزئی از سلول یوکاریوت تبدیل شده است. کلروپلاست نیز در اثر همزیستی باکتریهای فتوسنتز کننده با سلول یوکاریوت بوجود آمده است.(شكل6)
انرژی، مسله حل شد
فتوسنتز منبع بی پایانی از انرژی یعنی نور را به انرژی زیستی تبدیل می کند. فتوسنتز فرآیند پیچیده ای است که حاصل همکاری چندین پروتئین با یکدیگر است اما این ساختار از سیستم فتوسنتز ساده و تک پروتئینه ای بوجود آمده است که هنوز هم در برخی باکتریهای آب شور وجود دارد. با وجود پیچیدگی فرایند فتوسنتز، اصول آن بسیار ساده است.
در لامپ های التهابی، جریان الکتریسیته موجب می شود تا الکترون های اتم ها به لایه بالاتری بروند و پس از بازگشت به لایه اصلی، انرژی خود را بصورت نور و گرما از دست بدهند. در فتوسنتز عکس این فرآیند اتفاق می افتد. نور پس از برخورد به یک اتم روی (Zn) ، الکترون را به لایه ی بالاتری می فرستد. این الکترون پس از بازگشت به لایه ی اصلی، جریان الکتریکی ایجاد می کند. انرژی موجود در این جریان الکتریکی به مولکول پرانرژی زیستی یعنی ATP منتقل می شود. ادامه یافتن این فرایند در طول روز مقدار بسیار زیادی ATP تولید می کند. یکی از موادی که در فرایند فتوسنتز تولید می شود اکسیژن است.
نخستین هولوکاست
اگر فکر می کنید اکسیژن ماده ای ضروری برای وجود حیات است کاملاً در اشتباه هستید. اکسیژن سمی کشنده برای موجدات زنده است. اگر سلولی نتواند اثر سمی اکسیژن را از بین ببرد به سرعت می میرد. سلول هایی که این توانایی را ندارند را "بی هوازی اجباری" می نامند. این سلول ها در مکانهایی زندگی می کنند که دور از اکسیژن است.
با آغاز فتوسنتز، اکسیژن وارد جو شد و رفته رفته جو زمین و اقیانوسها پر از اکسیژن شد. به این ترتیب قتل عام سلول های اولیه که همگی بیهوازی اجباری بودند آغاز شد[17]. تنها سلولهایی توانستند باقی بمانند که مکانیسم مقابله با سمیّت اکسیژن در آنها ایجاد شد. به چنین سلول هایی هوازی می گویند.
فراوانی اکسیژن فرصت جدیدی را برای سلولهای هوازی بوجود آورد. سلول های بیهوازی مواد غذایی را به الکل یا اسید تبدیل می کنند و از این راه مقداری انرژی بدست می آورند. در سلول های هوازی مکانیسمی بوجود آمده است که مواد غذایی را به کمک اکسیژن به دی اکسید کربن تبدیل کنند و از این راه مقدار زیادی انرژی بدست آورند. به این فرایند تنفس سلولی می گویند. بیشتر سلولهای هوازی آنچنان به انرژی زایی از راه تنفس وابسته شده اند که بدون وجود اکسیژن میمیرند. به چنین سلولهایی "هوازی اجباری" می گویند.
فراوانی اکسیژن و تغییرات وسیعی را در زمین بوجود آورد. اکسید شدن مواد موجود در خشکی ها، خصوصیات سطح زمین را تغییر داد. مقدار کمی از اکسیژن O2 در اثر واکنش های شیمیایی به اکسیژن O3 یا اوزون تبدیل می شود[18]. بوجود آمدن لایه ی اوزون در جو، خشکی ها را آماده ی پذیرایی از موجودات زنده کرد.
کلونی ها و تمایز سلولی
برخی تک سلولی ها به صورت دسته جمعی زندگی می کنند که به این اجتماعات کلونی می گویند. همه سلولهای کلونی مشابه هم هستند. با بوجود آمدن کلونی ها این امکان فراهم شد که بین سلولها تقسیم کار بوجود بیاید و هر سلول اندکی با دیگر سلولها تفاوت داشته باشد. به این فرآیند تمایز سلولی[19] گفته می شود. تمایز بسیار ابتدایی که در برخی موجودات مثل جلبکها دیده می شود، در طول میلیونها سال بعد موجب پدید آمدن موجوداتی با تمایز بسیار بیشتر و دارای ده ها عضو و اندام شد.
انتقادهای بی پایه
بحث و انتقادهای علمی زیادی در مورد جزئیات پیدایش حیات در جریان است. نتیجه این بحث ها، کشف اشتباه ها و بالاتر رفتن دقت این نظریه است. اما انتقادهای بی اساسی از سوی دینداران، برای باطل جلوه دادن فرضیه مطرح شده است که فاقد ارزش علمی هستند. در اینجا به چند نمونه از این انتقادها می پردازیم.
انتقاد های مشترک با نظریه فرگشت
همان انتقادهای بی اساسی هستند که برای باطل جلوه دادن نظریه فرگشت مطرح می شود:
این ها خیال پردازی است.
چطور می توانید این داستانهای تخیلی را به جای علم جا بزنید؟
هر ادعایی درباره ی واقعیت امور، از قانون جاذبه گرفته تا پیدایش حیات، در صورتی علمی است که بر اساس روش علمی و خصوصیات علم باشد و اگر بر اساس روش و خصوصیات علوم انسانی بود در مقوله علوم انسانی می گنجد. اگر ادعایی واجد هیچکدام از این خصوصیات نبود در مقوله های بی ارزشی چون خرافات جای میگیرد. تفاوت علم و خیال پردازی را می توان از مقایسه ی نظریه فرگشت و داستان آدم و حوا دریافت.
زیست زایی (Biogenesis)
ایراد: آزمایشهای پاستور نشان داده که حیات بصورت "آفرینش یکباره" (خلق الساعه) پدید نمی آید. هر موجودی از والدین خود بوجود می آید، نه از ماده بیجان.
تا مدتها این عقیده وجود داشت که برخی موجودات بصورت خلق الساعه (spontaneous generation) بوجود می آیند. مثلاً مگس ها از مرداب، کرم ها از میوه و میکروب ها از غذا بوجود می آیند. لوئی پاستور و جان تندال با آزمایشهایی نشان دادند که هیچ موجودی بصورت خلق السائه بوجود نمی آید، به این معنی که هر موجود زنده ای، والدی دارد.
نظریه زیست زایی مورد تایید تمامی زیست شناسان است اما تعارضی با پیدایش حیات ندارد. شاید ریشه ی این انتقاد برابر دانستن خلق الساعه(spontaneous generation) با پیدایش خود به خود(spontaneous origin) باشد. در فرضیه پیدایش خود به خود، حیات بصورت خلق الساعه بوجود نمی آید. هر موجودی والدی دارد که سلسله این والدها به سلول های ساده ابتدایی می رسد. والد سلول های ابتدایی، بیومولکول های سوپ اولیه حیات است و والد این بیومولکول ها، ماده بیجان است. آیا این سلسله والد ها تعارضی با زیست زایی دارد؟
در مورد آزمایشهای پاستور و موارد مشابه باید به نکات زیر توجه کرد:
1- شرایط مکانی: پیدایش حیات در شرایط خاص زمین اولیه صورت پذیرفته ولی آزمایش پاستور در شرایط فعلی زمین انجام می شود. در شرایط کنونی اکسیژن موجود در جو هر بیومولکولی را اکسید می کند و از بین می برد. هنوز هم بیومولکول ها در دهانه آتشفشان ها و در اثر صاعقه تولید می شوند ولی این مواد بسرعت توسط موجودات زنده مصرف می شوند. اگر در آزمایشی شرایط اولیه زمین بازسازی شود شاهد پیدایش بیومولکول ها خواهیم بود.
2- محدودیت مکانی: آزمایش ها پاستور، اوری-میلر و دیگر آزمایش ها در ظروف ازمایشگاهی انجام می شود ولی پیدایش حیات نیاز به ظرفی به بزرگی زمین دارد.
3-محدودیت زمانی: زمان انجام آزمایش ها کوتاه است و این زمان قابل قیاس با زمان لازم برای پیدایش حیات نیست. اگر فرض کنیم هر سال را برابر با یک سانتیمتر است، یک میلیارد سال مسافتی به طول ده هزار کیلومتر خواهد بود.
تصادف
ایراد: مگر می شود حیات حاصل تصادف باشد؟
پیدایش حیات تصادفی نیست. پیدایش حیات همانقدر تصادفی است که پیدایش ابر و بارش باران. در کاربرد این کلمه باید به مفهوم علمی تصادف توجه کرد.
پیچیدگی
ایراد: حیات پیچیده تر از آن است که از ماده بیجان بوجود آید. هربخش از سلول به دیگر بخشهای آن وابسته است.
زیست شناسان بیش از منتقدان به پیچیدگی حیات آگاهی دارند. اما تولید مرحله به مرحله ی هر ساختار از ساختار ساده تر پاسخ این ایراد را در خود دارد. چنین ادعاهایی پیش از مشاهده حداقل یک مورد از آن فاقد هرگونه اعتبار علمی است. شیوه پیدایش هر ساختار سلولی ای یا کشف شده و یا در دست تحقیق است.
قانون دوم ترمودینامیک
ایراد: همه چیز به سمت بی نظمی پیش می رود و نظم هیچوقت از بی نظمی بوجود نمی آید. به همین دلیل امکان ندارد حیات از ماده بیجان بوجود آید.
این اظهارات حاصل کج فهمی و تحریف عمیق قانون دوم ترمودینامیک است. نخست اینکه قانون دوم ترمودینامیک درباره ی آنتروپی است نه نظم. نظم یک مفهوم ذهنی است نه عینی و علمی. اگر بخواهیم از کلمه ی نظم در علم استفاده کنیم باید به مفهوم علمی آن یعنی آنتروپی توجه کنیم. دوم اینکه باید دید قانون دوم ترمودینامیک چه می گوید:
Disorder increases in closed systems. بی نظمی در سیستم های بسته افزایش می یابد.
سیستم بسته، سیستمی است که با محیطش ماده و انرژی مبادله نکند. برای انجام کار انرژی لازم است. زمین سیستمی بسته نیست و هر ثانیه چند ترلیون ژول (معادل چند بمب اتم) انرژی از طریق نور خورشید به زمین می رسد که این انرژی منجر به کار می شود. مثل بخار شدن آب دریاها و فرایندهای زیستی.
ایراد: "همه چیز به سمت بی نظمی پیش میرود" ؟!!!
اگر چنین قانونی جاری بود تقریباً همه چیز متوقف می شد. از بخار آب ابری و بارانی بوجود نمی آمد، گیاه از خاک نمی رویید و یک نوزاد تبدیل به خواننده این مقاله نمی شد. هر ساختاری که به سمت نظم پیش می رود، بی نظمی محیط اطرافش را افزایش می دهد. وقتی در یک لیوان آب نمک ساختاری منظم یعنی بلور نمک تشکیل می شود، آب به حالتی بسیار بی نظم یعنی بخار تبدیل می شود. پیدایش حیات نیز که منجر به پیدایش موجودات منظم شد، چهره ی ساده ی زمین را تبدیل به سطحی به هم ریخته، شخم زده و دارای صدها ماده مختلف کرد.
به جای قوانین تخیلی ترمودینامیک باید به قوانین ترمودینامیک توجه کرد. پیشنهاد می شود هر گاه ادعایی علمی را در نوشته ای دینی دیدید، به صحت آن شک کنید و قبل از پذیرش آن به نوشتاری در همان رشته مراجعه یا با یک متخصص در همان رشته مشورت نمایید.
ایراد: هنوز هیچ دانشمندی نتوانسته حیات را در آزمایشگاه بوجود آورد.
علمی بودن یک ادعا وابسته به شبیه سازی کامل آن در آزمایشگاه نیست. برخی پدیده ها بنا به سرشت خود قابل شبیه سازی آزمایشگاهی نیستند، بلکه وجودشان را به شیوه های علمی دیگر می شناسیم و تحقیق می کنیم. هیچ دانشمندی نتوانسته یک کوه یا یک سیاهچاله را در آزمایشگاه بوجود آورد. دانشمندان چگونگی تشکیل کوه ها و سیاهچاله ها را به شیوه های علمی دیگر پژوهیده اند و به نتایج قابل اعتمادی دست یافته اند. درباره ی درستی هر ادعای علمی باید بر اساس روش علمی به قضاوت نشست و روش علمی منحصر به شبیه سازی آزمایشگاهی نیست. پیدایش حیات نیاز به شرایط خاص و زمان طولانی دارد که سبب می شود پیدایش حیات در آزمایشگاه بسیار بعید باشد. با این وجود شنیدن این خبر در سال ها یا دهه های آینده چندان عجیب نیست.
"دانشمندان بدون یقین داشتن اثبات می کند. خلقت گرایان بدون اثبات کردن یقین دارند." - اَشلی مونتاگ -
پیدایش حیات (به همراه توضیحی درباره ی انتقادات غیرعلمی و بی اساس دینداران بر فرضیه ی "پیدایش خود به خودی")
"اهمیت علم بیش از آن که درکشف حقایق تازه باشد، در کشف شیوه های تازه ی اندیشیدن است." - ویلیام براگ -
"روش منطق توضیح ناشناخته ها بوسیله شناخته هاست، روش دین توضیح شناخته ها بوسیله ناشناخته هاست." - دیوید بروکس -
پیشگفتار
گویی حیات مهمترین دغدغه ی موجودات دارای زندگی است و در این میان، گویا تنها انسان است که درباره ی چیستی و چرایی آن می اندیشد. در مورد اینکه زندگی چطور بوجود آمده است، ملت های مختلف افسانه های گوناگونی را پدید آورده اند و تجربه ی تاریخ نشان داده است که هر افسانه ای که به موضوع پیدایش چیزی می پردازد به زودی بخشی از اعتقادات دینی مردم بومی می شود. گروهی از این افسانه ها پیدایش انسان و سایر جانداران را در اثر آفرینش یکباره می دانند. اما این پرسش از دیرباز ذهن خردمندان و اندیشمندان را به خود مشغول کرده بود و برخی از آنان با پژوهش مستقیم طبیعت به نتایج دیگری می رسیدند.
نخستین اظهار نظر معتبر علمی در زمینه ی منشاء حیات را چارلز داروین در قرن نوزدهم ارائه کرد. نظریه ی فرگشت (اوولوشن، واژه عامه تکامل غلط می باشد)، پیدایش تدریجی موجودات زنده از یک یا چند سلول اولیه را اثبات کرد اما پاسخ به این پرسش که سلول های اولیه از کجا آمده اند به دانشمندان قرن های بیستم و بیست و یکم سپرده شد. فرضیه ی پیدایش حیات از ماده بیجان حاصل تلاشهای علمی این دانشمندان بود که هنوز هم پژوهش های گسترده ای در باره ی آن ادامه دارد.
پیدایش حیات مبحثی پیچیده است که درک جرئیات آن نیاز به تسلط بر علوم بیوشیمی و بیوفیزیک دارد. در این نوشتار سعی شده است که تنها شمایی کلی از فرضیه ی علمی پیدایش حیات ارائه شود. به علاوه، در مورد برخی از مفاهیم علمی مربوط به این بحث، مانند جهش، انتخاب طبیعی و تصادف توضیحی داده نشده است.
پیدایش حیات از ماده ی بیجان با ادعاهای دینی مثل خلقت، یا آفرینش با طرح و برنامه در تعارض است به همین دلیل مورد حمله، کج فهمی و تحریف دینداران بوده است. برخی مؤمنان همانطور که سعی کرده اند نظریه ی فرگشت را باطل جلوه دهند، در مورد پیدایش حیات نیز سعی دارند با انتقادهای غیرعلمی این فرضیه را باطل کنند. در انتهای نوشتار به برخی از این انتقادهای بی اساس خواهیم پرداخت.
سه فرضیه
آفرینش (Creation): حیات را خالقی هوشمند آفریده است. این رویکرد بیشترین تعداد طرفدار را دارد. طرفداران این باور سه دسته هستند. گروه نخست فرگشت را باطل و خلقت را یکباره (مثلاً در عرض شش یا هفت روز) می دانند و این باور خود را نظریه ی علمی خلقت[1] می نامند. گروه دوم که طرفداران کمتری دارد فرگشت را می پذیرند ولی پیدایش سلول های اولیه را حاصل تدبیر آفریننده می دانند. گروه سوم که انگشت شمارند سلول اولیه را نیز حاصل پیدایش از ماده می دانند اما کل فرآیند ایجاد حیات از ماده ی بیجان را حاصل تدبیر الهی می شمارند. پس هر سه گروه پیدایش حیات را حاصل طرح و نقشه قبلی می دانند و تنها اختلاف نظرشان در تعیین مرحله ای است که خدا را وارد ماجرای پیدایش حیات می کنند.
منشاء خارجی (Extraterrestrial origin or Panspermia): حیات خارج از سیاره زمین شکل گرفته است و بعد به زمین منتقل شده است.
پیدایش خود به خود (Spontaneous Origin): حیات در اثر واکنش های شیمیایی خاصی به صورت تدریجی از ماده بیجان پدید آمده است.
کدام فرضیه علمی است؟
آفرینش (خلقت) نه نظریه است نه فرضیه چون نه آزمونی پیش می نهد و نه هیچ شاهدی گواه بر درستی آن است. طرفداران آفرینش به جای اینکی دلیلی بر درستی ادعای خود ارئه دهند تلاش می کنند با باطل جلوه دادن فرضیه "پیدایش خود به خود" و حتی نفی نظریه فرگشت ادعای خود را به کرسی بنشانند. چنین ادعاهایی کوچکترین ارزشی در علم و منطق ندارند. زیرا اگر فرضیه پیدایش خود به خود و حتی نظریه فرگشت نیز باطل شود، هر ادعای دیگری نیاز به دلیل مستقل و اثباتی بر اساس روش علمی و خصوصیات علم دارد.
فرضیه ی "منشاء خارجی" یک فرضیه ای علمی است اما شواهد اندکی بر تایید آن وجود دارد. تاکنون وجود حیات در هیچ نقطه ای از کیهان اثبات نشده است. دانشمندان می افزایند که "منشاء خارجی" بر اساس پیدایش حیات از ماده بیجان در مبداء و انتقال آن به مقصد یعنی زمین است. با وجود شواهد اندکی که در این مورد "منشاء خارجی" وجود دارد، روش علمی اقتضا می کند که پژوهش بیشتری در مورد آن انجام شود. دو کاوشگر مریخ یعنی روح[2] و فرصت[3] قسمتی از همین پژوهش ها هستند.
فرضیه "پیدایش خود به خود" فرضیه ای علمی است. صدها مدرک، شاهد و آزمایش در تایید آن وجود دارد و مورد پذیرش زیست شناسان و دانشمندان است. با این وجود روش علمی هنوز اجازه نمی دهد تا کسی آن را به نام نظریه بنامد، هرچند که این فرضیه ی معتبر در آستانه ی تبدیل شدن به یک نظریه است.
فرضیه پیدایش خود به خود (Spontaneous Origin)
کاوش و جستجو در اعماق تاریکی
بسیاری از حوادثی که در طول چند میلیارد سال پیش اتفاق افتاده، در پرده ابهام قرار دارند. احتمال تبدیل یک مولکول به سنگواره (فسیل) نزدیک به صفر است و حتی اگر چنین سنگواره ای وجود داشته باشد، چگونه می توان آنرا یافت؟ حتی یافتن سنگواره ی سلول ها هم کار بسیار دشواری است با این حال سنگواره سلول های ساده ی اولیه متعلق به 2.5 میلیارد سال پیش یافت شده است.(شكل 1)
عدم توانایی زمین شناسان در تعیین کاملاً دقیق شرایط شیمیایی و زمین شناختی زمین اولیه نیز به این ابهام ها می افزاید.
زمینی که سبز نبود
تقریباً ۳،۸ میلیارد سال پیش، دمای زمین بین ۴۹ تا ۸۸ درجه سانتیگراد بود. جو زمین مملو از دی اکسید کربن، نیتروژن، بخار آب، هیدروژن، سولفید هیدروژن، آمونیاک و متان بود. اکسیژن در جو وجود نداشت. لایه اوزون وجود نداشت و به همین دلیل پرتو فرابنفش بی هیچ حفاظی به زمین می رسید. آتش فشانها فعالیت زیادی داشتند. ابرها بخشهای وسیعی از آسمان را می پوشاندند و بارش و رعد و برق های متعددی اتفاق می افتاد.
آیا مولکولهای زیستی از ماده بیجان پدید می آیند؟
برای پاسخ به این پرسش در دهه ۱۹۵۰، هارولد اوری[4] و استنلی میلر[5] آزمایشهایی را انجام دادند. آنها مخلوطی از متان، آمونیاک، آب و هیدروژن را در معرض تخلیه های الکتریکی مشابه صاعقه قرار دادند. این آزمایشها به صورت کاملاً غیرتصادفی (تکرار پذیر) منجر به تولید مخلوطی از ترکیبات آلی زیستی مانند اسیدهای آمینه ی آلانین، گلایسین، اسید گلوتامیک و لوسین می شدند. با افزودن یکی دیگر از مواد زمین اولیه یعنی سیانید هیدروژن مولکول های زیستی دیگری مانند آدنین (مورد نیاز برای ساخت DNA و RNA) تولید شد. امروزه با پیشرفت علم شیمی تجزیه مشخص شده است که در آزمایش اوری-میلر بیش از ۱۳۰ ترکیب زیستی مختلف تولید می شود. باید توجه داشت که ترکیبات شیمیایی استفاده شده در این آزمایش بسیار کمتر از تعداد مواد موجود در زمین اولیه است و نکته دوم اینکه نیروهای موجود در آزمایش بسیار محدودتر از نیروهای موجود در طبیعت است. نکته سوم زمان اندک آزمایش است. تاکنون آزمایشهای فراوانی از این دست صورت پذیرفته است و هر بار با طبیعی تر کردن آزمایش ها تنوع و مقدار مواد زیستی تولید شده افزایش چشمگیری پیدا می کند.(شكل 2)
انواع مختلفی از این آزمایش ها آنجام شده و در همه موارد مولکول های زیستی تولید شده اند. پس از این آزمایش ها، پژوهش های مختلفی در این زمینه انجام شد و مشخص شد که مولکول های تولید شده در این آزمایش ها می توانند بصورت خود به خود با هم واکنش داده و مولکولهای متنوع دیگری را پدید آورند. همچنین در اثر این واکنش ها مولکولهای خطی زیستی نیز تولید می شود.
آیا مولکولها هم تکامل می یابند؟
سل اسپیگلمن[6] در سال ۱۹۶۷ این موضوع را بر روی یک مولکول RNA آزمایش کرد. [7] این RNA طولی برابر با 3300b دارد و در حضور نوعی پروتئین[8] در زمان ۲۰ دقیقه تولید مثل می کند. توجه کنید که در لوله آزمایش تنها RNA و پروتئین تکثیر کننده ی آن وجود داشت، نه سلول. اسپیگلمن مشاهده کرد که در شرایط عادی تمام جمعیت های تولید شده طولی معادل 3300b دارند و مشابه مولکولهای اولیه هستند. او با تغییر شرایط لوله آزمایش، زمان تولید مثل را از ۲۰ دقیقه به ۵ دقیقه رساند. پس از ۷۵ نسل جمعیت موجود در لوله آزمایش 550b طول داشتند و ۱۵ بار سریعتر از مولکولهای اولیه تولید مثل می کردند. اسپیگلمن تغییرات محیطی دیگری مانند افزودن مهار کننده ها یا محدود کردن مواد مورد نیاز برای تولید مثل را اعمال کرد و مشاهده کرد که در هر حالتی پس از چند نسل مولکولها به شکلی تغییر کرده اند که بتوانند در شرایط جدید با بالاترین کارایی ممکن تولید مثل کنند.
پس از آن دانشمندان آزمایشهای متعددی را برروی انواع مولکولها انجام دادند و تکامل مولکولی را مشاهده و بررسی کرده اند. امروزه این فرآیند ها در سیستم های شبیه سازی تکامل مولکولی به نام SLEX مطالعه می شود.
مرغ یا تخم مرغ؟
اکثر واکنشهای های زیستی بوسیله آنزیم ها تسریع می شوند. در شیمی به چنین مولکولهایی کاتالیزور میگویند. تقریباً تمامی آنزیم ها از جنس پروتئین هستند. بدون وجود آنزیم، واکنش های زیستی بین چند ساعت تا چند هزار سال زمان می برند ولی آنزیم ها سرعت این واکنش ها را به چند هزارم تا چند میلیونم ثانیه می رسانند. یکی از واکنش هایی که نیازمند به آنزیم است تکثیر DNA می باشد.
ماده ی ژنتیکی اکثر موجودات زنده از DNA ساخته شده است. DNA برای تولید مثل نیاز به پروتئین (آنزیم) دارد و پروتئین از روی DNA ساخته می شود. حال کدام مولکول می تواند آغازگر حیات باشد در حالی که تولید هر کدام به دیگری وابسته است؟
سوال قدیمی " اول مرغ بود یا تخم مرغ؟" جواب مشخصی در زیست شناسی دارد: هیچکدام، اجداد مرغ
پاسخ به سوال "اول DNA بود یا پروتئین" نیز چنین پاسخی دارد: هیچکدام، RNA
RNA ، نخستین مولکول
تا پیش از دهه ۱۹۸۰ تصور می شد که تمام آنزیم ها از جنس پروتئین هستند. سپس، تام کچ[9] و سیدنی آلتمن[10] کشف کردند که برخی از مولکولهای RNA خاصیت آنزیمی دارند. پس از آن صدها RNA ی مختلف با خاصیت آنزیمی کشف شد. پس از این کشف ها، فرانسیس کریک[11] بیان کرد که RNA اولین مولکول زیستی بوده است.(شكل3)
RNA، مولکولی شبیه به DNA و نوعی کد ژنتیکی است که تفاوت آن در داشتن یک اتم اکسیژن بیشتر از DNA است. همین اتم اکسیژن است که موجب می شود RNA بتواند طیف وسیعی از واکنش ها را به صورت آنزیمی تسریع کند. برخی مولکولهای RNA مثل IVS-19 واکنش ساخته شدن RNA ها را انجام میدهند. به عبارت دیگر، RNA می تواند RNA بسازد.
جهان RNA
با آغاز حیات مولکولی، مواد زیستی که از ماده بیجان بوجود آمده بودند، برای تولید RNA های جدید استفاده می شد. جهش ها باعث بوجود آمدن RNA های جدید می شد که با والد خود اندکی تفاوت داشتند. بزودی سوپ اولیه حیات بوجود آمد که مخلوطی از هزاران نوع RNA ی مختلف بود. RNA می تواند اتصال اسیدهای آمینه به یکدیگر را کاتالیز [تسریع] کند. در نتیجه از جمله مولکولهایی که در این زمان تولید شد، پروتئین ها بودند. پروتئین ها خاصیت آنزیمی بسیار بیشتری دارند و طیف واکنش هایی که به وسیله آنها می تواند انجام شود بسیار بیشتر از RNA است.
انرژی، مسئله این است
تا به این جای نوشتار درباره حرکت اتوموبیلی صحبت می کردیم که انگار در باکش بنزین نداشت. تولید مثل و واکنش های مولکولها نیاز به انرژی دارد. انرژی واکنش ها در سوپ اولیه ی حیات از کجا تامین می شد؟
انرژی الکتریکی یا برق، شکل رایج انرژی در خانه ها و شهرها است. در موجودات زنده نیز مولکولی پر انرژی به نام ATP، نقش سوخت رایج در بین همه سلول ها و جانوران بر عهده دارد. همانطور که در آزمایش اوری-میلر مشاهده کردیم، اسید های آمینه مانند گلایسین به مقدار بسیار بالایی به صورت خود به خود تولید می شده است. با شکسته شدن این اسید آمینه ها، ATP تولید می شود. همچنین واکنش هایی شیمیایی در دهانه آتشفشانها انجام می شود که منجر به تولید ATP و دیگر مولکولهای پر انرژی می شوند.
از RNA به DNA
RNA مولکول بسیار مقاومی است اما مقاومت DNA در برابر تجزیه و آسیب تقریباً صد برابر بیشتر است. همچنین DNA توانایی تشکیل مولکولهای دو رشته ای را دارد که مزایای گوناگونی را ایجاد می کند. همانطور که پیش تر گفته شد تفاوت این دو مولکول تنها در یک اتم اکسیژن است. با بوجود آمدن انواع متفاوتی از پروتئین ها واکنش های متعددی امکان پذیر شد که یکی از آنها تبدیل پیش سازهای RNA به پیش سازهای DNA بود[12]. با بوجود آمدن DNA وظیفه حفظ و انتقال اطلاعات ژنتیکی بر دوش مولکول پایداری سپرده شد که می تواند طول زیادی داشته باشد، به عبارتی دیگر توانایی ذخیره اطلاعات بسیار بیشتری را دارد.
نخستین سلول ها
یکی از موادی که در اثر وجود پروتئین ها تولید می شود، فسفولیپیدها یعنی مولکولهای سازنده ی غشاء سلول است. فسفولیپید ها، مولکولهایی دو قطبی هستند. همانطور که همه ی ما تجربه کرده ایم با استفاده از آب-صابون می توان به سادگی صدها حباب تولید کرد. ( حباب ها ساختار مولکولی پیچیده ای دارند ولی توسط فوت کردن ساده ی بچه ها درست می شودند)مولکول های صابون دو قطبی هستند. فسفولیپیدها نیز چنین خاصیتی دارند و در اثر تکان های آب، محفظه های حباب مانند میکروسکوپی تولید میکنند. تولید ملیونها محفظه ی کوچک در مکانی که میلیون ها مولکول در حال زندگی هستند به طور حتم سبب می شود که تعدادی از این مولکولها در درون این محفظه ها قرار گیرند.(شكل 4)
قرار گرفتن مولکول ها در درون یک محیط بسته مزایای زیادی مثل افزایش سرعت واکنش ها را در بر دارد. همچنین مواد تولید شده بوسیله مولکول ها در محیط پخش نمی شود و در دسترس تولید کنندگان باقی میماند. خصوصیات متعدد سلول باعث می شود که سرعت تکامل آن بسیار بالاتر از حیاط مولکولی باشد[13].
پروکایوتها[14]
سلول های ساده ی اولیه کم کم به شکلی از سلول تبدیل شدند که در زبان علمی به آنها پروکاریوت می گویند که همان باکتریها هستند. رقابت و انتخاب طبیعی موجب پیشرفته تر شدن سلولها برای کسب شانس بقای بیشتر می شود.
پروکاریوتها سرعت تولید مثل و تکامل زیادی دارند. این سلولها توانایی زندگی در سخت ترین شرایط را دارا هستند. باکتریهایی وجود دارند که در دمای 100 و حتی تا 250 درجه سانتیگراد زندگی میکنند. برخی از باکتریها در اسیدهای سوزان یا آبهای بسیار شور هم به حیات خود ادامه میدهند. اولین سلولها نیز پروکاریوت بودند که توانایی زندگی در بدترین شرایط ممکن را دارند.(شكل5)
انرژی، مسئله این است
یک سلول برای انجام واکنش های خود نیاز به انرژی زیادی دارد. مهمترین ترین شیوه ی تولید انرژی زیستی فتوسنتز است اما در باکتری های ابتدایی[15] روش دیگری برای تولید انرژی وجود دارد که شیموسنتز نامیده می شود. باکتری های شیموسنتز کننده، انرژی موجود در مواد شیمیایی را به انرژی زیستی یعنی ATP تبدیل میکنند. با استفاده از این روش مقدار بسیار زیادی انرژی در اختیار سلول قرار میگیرد. پروکایوتهای اولیه نیز از چنین روشی استفاده می کرده اند.
یوکاریوتها[16]
نوع دیگر سلول را یوکاریوت می نامند که شامل سلول های دارای هسته و اندامک های سلولی است. پیشرفت پروکاریوتها موجب شد تا برخی آنها دارای اندامک های سلولی مانند هسته بشوند. بررسی اندامک ها نشان میدهد که آنها از بخش های مختلف سلول پروکاریوت بوجود آمده اند. مثلاً هسته در اثر تغییر شکل یک زائده ی سلولی در باکتریها به نام مزوزم پدید آمده است. اندامکی به نام میتوکندری، نوعی باکتری بوده که توانسته در درون سلول یوکاریوت زندگی (همزیستی) کند و با گذشت زمان به جزئی از سلول یوکاریوت تبدیل شده است. کلروپلاست نیز در اثر همزیستی باکتریهای فتوسنتز کننده با سلول یوکاریوت بوجود آمده است.(شكل6)
انرژی، مسله حل شد
فتوسنتز منبع بی پایانی از انرژی یعنی نور را به انرژی زیستی تبدیل می کند. فتوسنتز فرآیند پیچیده ای است که حاصل همکاری چندین پروتئین با یکدیگر است اما این ساختار از سیستم فتوسنتز ساده و تک پروتئینه ای بوجود آمده است که هنوز هم در برخی باکتریهای آب شور وجود دارد. با وجود پیچیدگی فرایند فتوسنتز، اصول آن بسیار ساده است.
در لامپ های التهابی، جریان الکتریسیته موجب می شود تا الکترون های اتم ها به لایه بالاتری بروند و پس از بازگشت به لایه اصلی، انرژی خود را بصورت نور و گرما از دست بدهند. در فتوسنتز عکس این فرآیند اتفاق می افتد. نور پس از برخورد به یک اتم روی (Zn) ، الکترون را به لایه ی بالاتری می فرستد. این الکترون پس از بازگشت به لایه ی اصلی، جریان الکتریکی ایجاد می کند. انرژی موجود در این جریان الکتریکی به مولکول پرانرژی زیستی یعنی ATP منتقل می شود. ادامه یافتن این فرایند در طول روز مقدار بسیار زیادی ATP تولید می کند. یکی از موادی که در فرایند فتوسنتز تولید می شود اکسیژن است.
نخستین هولوکاست
اگر فکر می کنید اکسیژن ماده ای ضروری برای وجود حیات است کاملاً در اشتباه هستید. اکسیژن سمی کشنده برای موجدات زنده است. اگر سلولی نتواند اثر سمی اکسیژن را از بین ببرد به سرعت می میرد. سلول هایی که این توانایی را ندارند را "بی هوازی اجباری" می نامند. این سلول ها در مکانهایی زندگی می کنند که دور از اکسیژن است.
با آغاز فتوسنتز، اکسیژن وارد جو شد و رفته رفته جو زمین و اقیانوسها پر از اکسیژن شد. به این ترتیب قتل عام سلول های اولیه که همگی بیهوازی اجباری بودند آغاز شد[17]. تنها سلولهایی توانستند باقی بمانند که مکانیسم مقابله با سمیّت اکسیژن در آنها ایجاد شد. به چنین سلول هایی هوازی می گویند.
فراوانی اکسیژن فرصت جدیدی را برای سلولهای هوازی بوجود آورد. سلول های بیهوازی مواد غذایی را به الکل یا اسید تبدیل می کنند و از این راه مقداری انرژی بدست می آورند. در سلول های هوازی مکانیسمی بوجود آمده است که مواد غذایی را به کمک اکسیژن به دی اکسید کربن تبدیل کنند و از این راه مقدار زیادی انرژی بدست آورند. به این فرایند تنفس سلولی می گویند. بیشتر سلولهای هوازی آنچنان به انرژی زایی از راه تنفس وابسته شده اند که بدون وجود اکسیژن میمیرند. به چنین سلولهایی "هوازی اجباری" می گویند.
فراوانی اکسیژن و تغییرات وسیعی را در زمین بوجود آورد. اکسید شدن مواد موجود در خشکی ها، خصوصیات سطح زمین را تغییر داد. مقدار کمی از اکسیژن O2 در اثر واکنش های شیمیایی به اکسیژن O3 یا اوزون تبدیل می شود[18]. بوجود آمدن لایه ی اوزون در جو، خشکی ها را آماده ی پذیرایی از موجودات زنده کرد.
کلونی ها و تمایز سلولی
برخی تک سلولی ها به صورت دسته جمعی زندگی می کنند که به این اجتماعات کلونی می گویند. همه سلولهای کلونی مشابه هم هستند. با بوجود آمدن کلونی ها این امکان فراهم شد که بین سلولها تقسیم کار بوجود بیاید و هر سلول اندکی با دیگر سلولها تفاوت داشته باشد. به این فرآیند تمایز سلولی[19] گفته می شود. تمایز بسیار ابتدایی که در برخی موجودات مثل جلبکها دیده می شود، در طول میلیونها سال بعد موجب پدید آمدن موجوداتی با تمایز بسیار بیشتر و دارای ده ها عضو و اندام شد.
انتقادهای بی پایه
بحث و انتقادهای علمی زیادی در مورد جزئیات پیدایش حیات در جریان است. نتیجه این بحث ها، کشف اشتباه ها و بالاتر رفتن دقت این نظریه است. اما انتقادهای بی اساسی از سوی دینداران، برای باطل جلوه دادن فرضیه مطرح شده است که فاقد ارزش علمی هستند. در اینجا به چند نمونه از این انتقادها می پردازیم.
انتقاد های مشترک با نظریه فرگشت
همان انتقادهای بی اساسی هستند که برای باطل جلوه دادن نظریه فرگشت مطرح می شود:
این ها خیال پردازی است.
چطور می توانید این داستانهای تخیلی را به جای علم جا بزنید؟
هر ادعایی درباره ی واقعیت امور، از قانون جاذبه گرفته تا پیدایش حیات، در صورتی علمی است که بر اساس روش علمی و خصوصیات علم باشد و اگر بر اساس روش و خصوصیات علوم انسانی بود در مقوله علوم انسانی می گنجد. اگر ادعایی واجد هیچکدام از این خصوصیات نبود در مقوله های بی ارزشی چون خرافات جای میگیرد. تفاوت علم و خیال پردازی را می توان از مقایسه ی نظریه فرگشت و داستان آدم و حوا دریافت.
زیست زایی (Biogenesis)
ایراد: آزمایشهای پاستور نشان داده که حیات بصورت "آفرینش یکباره" (خلق الساعه) پدید نمی آید. هر موجودی از والدین خود بوجود می آید، نه از ماده بیجان.
تا مدتها این عقیده وجود داشت که برخی موجودات بصورت خلق الساعه (spontaneous generation) بوجود می آیند. مثلاً مگس ها از مرداب، کرم ها از میوه و میکروب ها از غذا بوجود می آیند. لوئی پاستور و جان تندال با آزمایشهایی نشان دادند که هیچ موجودی بصورت خلق السائه بوجود نمی آید، به این معنی که هر موجود زنده ای، والدی دارد.
نظریه زیست زایی مورد تایید تمامی زیست شناسان است اما تعارضی با پیدایش حیات ندارد. شاید ریشه ی این انتقاد برابر دانستن خلق الساعه(spontaneous generation) با پیدایش خود به خود(spontaneous origin) باشد. در فرضیه پیدایش خود به خود، حیات بصورت خلق الساعه بوجود نمی آید. هر موجودی والدی دارد که سلسله این والدها به سلول های ساده ابتدایی می رسد. والد سلول های ابتدایی، بیومولکول های سوپ اولیه حیات است و والد این بیومولکول ها، ماده بیجان است. آیا این سلسله والد ها تعارضی با زیست زایی دارد؟
در مورد آزمایشهای پاستور و موارد مشابه باید به نکات زیر توجه کرد:
1- شرایط مکانی: پیدایش حیات در شرایط خاص زمین اولیه صورت پذیرفته ولی آزمایش پاستور در شرایط فعلی زمین انجام می شود. در شرایط کنونی اکسیژن موجود در جو هر بیومولکولی را اکسید می کند و از بین می برد. هنوز هم بیومولکول ها در دهانه آتشفشان ها و در اثر صاعقه تولید می شوند ولی این مواد بسرعت توسط موجودات زنده مصرف می شوند. اگر در آزمایشی شرایط اولیه زمین بازسازی شود شاهد پیدایش بیومولکول ها خواهیم بود.
2- محدودیت مکانی: آزمایش ها پاستور، اوری-میلر و دیگر آزمایش ها در ظروف ازمایشگاهی انجام می شود ولی پیدایش حیات نیاز به ظرفی به بزرگی زمین دارد.
3-محدودیت زمانی: زمان انجام آزمایش ها کوتاه است و این زمان قابل قیاس با زمان لازم برای پیدایش حیات نیست. اگر فرض کنیم هر سال را برابر با یک سانتیمتر است، یک میلیارد سال مسافتی به طول ده هزار کیلومتر خواهد بود.
تصادف
ایراد: مگر می شود حیات حاصل تصادف باشد؟
پیدایش حیات تصادفی نیست. پیدایش حیات همانقدر تصادفی است که پیدایش ابر و بارش باران. در کاربرد این کلمه باید به مفهوم علمی تصادف توجه کرد.
پیچیدگی
ایراد: حیات پیچیده تر از آن است که از ماده بیجان بوجود آید. هربخش از سلول به دیگر بخشهای آن وابسته است.
زیست شناسان بیش از منتقدان به پیچیدگی حیات آگاهی دارند. اما تولید مرحله به مرحله ی هر ساختار از ساختار ساده تر پاسخ این ایراد را در خود دارد. چنین ادعاهایی پیش از مشاهده حداقل یک مورد از آن فاقد هرگونه اعتبار علمی است. شیوه پیدایش هر ساختار سلولی ای یا کشف شده و یا در دست تحقیق است.
قانون دوم ترمودینامیک
ایراد: همه چیز به سمت بی نظمی پیش می رود و نظم هیچوقت از بی نظمی بوجود نمی آید. به همین دلیل امکان ندارد حیات از ماده بیجان بوجود آید.
این اظهارات حاصل کج فهمی و تحریف عمیق قانون دوم ترمودینامیک است. نخست اینکه قانون دوم ترمودینامیک درباره ی آنتروپی است نه نظم. نظم یک مفهوم ذهنی است نه عینی و علمی. اگر بخواهیم از کلمه ی نظم در علم استفاده کنیم باید به مفهوم علمی آن یعنی آنتروپی توجه کنیم. دوم اینکه باید دید قانون دوم ترمودینامیک چه می گوید:
Disorder increases in closed systems. بی نظمی در سیستم های بسته افزایش می یابد.
سیستم بسته، سیستمی است که با محیطش ماده و انرژی مبادله نکند. برای انجام کار انرژی لازم است. زمین سیستمی بسته نیست و هر ثانیه چند ترلیون ژول (معادل چند بمب اتم) انرژی از طریق نور خورشید به زمین می رسد که این انرژی منجر به کار می شود. مثل بخار شدن آب دریاها و فرایندهای زیستی.
ایراد: "همه چیز به سمت بی نظمی پیش میرود" ؟!!!
اگر چنین قانونی جاری بود تقریباً همه چیز متوقف می شد. از بخار آب ابری و بارانی بوجود نمی آمد، گیاه از خاک نمی رویید و یک نوزاد تبدیل به خواننده این مقاله نمی شد. هر ساختاری که به سمت نظم پیش می رود، بی نظمی محیط اطرافش را افزایش می دهد. وقتی در یک لیوان آب نمک ساختاری منظم یعنی بلور نمک تشکیل می شود، آب به حالتی بسیار بی نظم یعنی بخار تبدیل می شود. پیدایش حیات نیز که منجر به پیدایش موجودات منظم شد، چهره ی ساده ی زمین را تبدیل به سطحی به هم ریخته، شخم زده و دارای صدها ماده مختلف کرد.
به جای قوانین تخیلی ترمودینامیک باید به قوانین ترمودینامیک توجه کرد. پیشنهاد می شود هر گاه ادعایی علمی را در نوشته ای دینی دیدید، به صحت آن شک کنید و قبل از پذیرش آن به نوشتاری در همان رشته مراجعه یا با یک متخصص در همان رشته مشورت نمایید.
ایراد: هنوز هیچ دانشمندی نتوانسته حیات را در آزمایشگاه بوجود آورد.
علمی بودن یک ادعا وابسته به شبیه سازی کامل آن در آزمایشگاه نیست. برخی پدیده ها بنا به سرشت خود قابل شبیه سازی آزمایشگاهی نیستند، بلکه وجودشان را به شیوه های علمی دیگر می شناسیم و تحقیق می کنیم. هیچ دانشمندی نتوانسته یک کوه یا یک سیاهچاله را در آزمایشگاه بوجود آورد. دانشمندان چگونگی تشکیل کوه ها و سیاهچاله ها را به شیوه های علمی دیگر پژوهیده اند و به نتایج قابل اعتمادی دست یافته اند. درباره ی درستی هر ادعای علمی باید بر اساس روش علمی به قضاوت نشست و روش علمی منحصر به شبیه سازی آزمایشگاهی نیست. پیدایش حیات نیاز به شرایط خاص و زمان طولانی دارد که سبب می شود پیدایش حیات در آزمایشگاه بسیار بعید باشد. با این وجود شنیدن این خبر در سال ها یا دهه های آینده چندان عجیب نیست.
"دانشمندان بدون یقین داشتن اثبات می کند. خلقت گرایان بدون اثبات کردن یقین دارند." - اَشلی مونتاگ -
[1] Scientific creationism
[2] Sprite
[3] Opportunity
[4] Harold Urey
[5] Stanley Miller
[6] Sol Spiegelman
[7] این RNA ژنوم باكترویفاژ Qβ است كه باكتری ایشریشیا كولی را الوده میكند..
[8] Qβ رپلیكاز
[9] Tom Cech
[10] Sidney Altman
[11] Francis Crick
[12] پیش ساز RNA یعنی ریبونوكلوتید فسفات توسط آنزیم روبونوكلئوتید ردوكتاز به پیش ساز DNA یعنی داكسی ریبونوكلئوتید فسفات تبدیل میشود.
[13] سلولها همواره در معرض نیرویی به نام فشار اسمزی هستند. اگر این نیرو كنترل نشود پس از مدتی غشاء سلول از بین میرود. سلول های اولیه، تا زمانی كه مكانیسم های مقابله با فشار اسمزی تكوین نیافته بود، ساختارهایی موقتی بودند اما سرعت تكامل همین سلول های موقتی نیز بسیار زیادتر از حیات مولكولی بود و به همین دلیل مكانیسم های پایداری در برابر فشار اسمزی و دیگر مكانیسم های حیاتی به سرعت بوجود آمدند.
[14] پرو به معنی پیش و كاریوت به معنی هسته است. پروكاریوتها فاقد هسته و سایر اندامک های سلولی هستند.
Archibacteria [15] دسته ای از باكتری ها كه باقیمانده اولین سلول های پدید آمده بر روی زمین هستند. مطالعه بر روی این باكتری ها بخش بزرگی از پژوهش های تكاملی را در بر می گیرد و این پژوهش ها استفاده های فراوانی در صنعت و پزشكی دارند.
[16] یو به معنی پیش و كاریوت به معنی هسته است. یوكاریوتها دارای هسته و سایر اندامكهای سلولی هستند.
[17] Oxygen holocaust
[18] O2 در حضور پرتو فرا بنفش تبدیل به O3 میشود و O3، لایه اوزون را برای حفاظت در برابر پرتو فرا بنفش بوجود می آورد.
[19] Cell differentiation
[2] Sprite
[3] Opportunity
[4] Harold Urey
[5] Stanley Miller
[6] Sol Spiegelman
[7] این RNA ژنوم باكترویفاژ Qβ است كه باكتری ایشریشیا كولی را الوده میكند..
[8] Qβ رپلیكاز
[9] Tom Cech
[10] Sidney Altman
[11] Francis Crick
[12] پیش ساز RNA یعنی ریبونوكلوتید فسفات توسط آنزیم روبونوكلئوتید ردوكتاز به پیش ساز DNA یعنی داكسی ریبونوكلئوتید فسفات تبدیل میشود.
[13] سلولها همواره در معرض نیرویی به نام فشار اسمزی هستند. اگر این نیرو كنترل نشود پس از مدتی غشاء سلول از بین میرود. سلول های اولیه، تا زمانی كه مكانیسم های مقابله با فشار اسمزی تكوین نیافته بود، ساختارهایی موقتی بودند اما سرعت تكامل همین سلول های موقتی نیز بسیار زیادتر از حیات مولكولی بود و به همین دلیل مكانیسم های پایداری در برابر فشار اسمزی و دیگر مكانیسم های حیاتی به سرعت بوجود آمدند.
[14] پرو به معنی پیش و كاریوت به معنی هسته است. پروكاریوتها فاقد هسته و سایر اندامک های سلولی هستند.
Archibacteria [15] دسته ای از باكتری ها كه باقیمانده اولین سلول های پدید آمده بر روی زمین هستند. مطالعه بر روی این باكتری ها بخش بزرگی از پژوهش های تكاملی را در بر می گیرد و این پژوهش ها استفاده های فراوانی در صنعت و پزشكی دارند.
[16] یو به معنی پیش و كاریوت به معنی هسته است. یوكاریوتها دارای هسته و سایر اندامكهای سلولی هستند.
[17] Oxygen holocaust
[18] O2 در حضور پرتو فرا بنفش تبدیل به O3 میشود و O3، لایه اوزون را برای حفاظت در برابر پرتو فرا بنفش بوجود می آورد.
[19] Cell differentiation
08-18-2012, 10:09 AM
ریبو نوکلئوییک اسید دوم نیز بصورت شبیه سازی ساخته شد. 2 تا از 4 تا تکمیل شده. بقیش رو خبر ندارم که تونستن با شبیه سازی محیط زمین بسازن یا نه
08-18-2012, 03:02 PM
حیات باید وابسته به ساختار ملکولها یا حتی ذرات بنیادی داشته باشد. مثلا اگر ذرات ماده بگونه ای دیگر بود شاید امکان وجود حیات نبود.