منشا زندگی، قسمت اول: زمین و سوپ بنیادین حیات

شواهد علمی نشان می‌دهند زمین و دیگر سیارات منظومه شمسی در حدود ۴/۶ میلیارد سال قبل، از طریق متراکم شدن ابر گسترده‌ای از گرد و غبار و سنگ‌ها تشکیل شده‌اند که خورشید جوان را احاطه کرده بودند.

این مطلب که حیات در طی  صد ملیون سال اول شکل گرفته و حفظ شده باشد، غیرمحتمل به نظر می‌رسد. زیرا در این زمان، هنوز سیاره توسط قطعات بسیار بزرگی از سنگ‌ها و یخ‌های باقی مانده از هنگام شکل گیری منظومه شمسی، بمباران می‌شد. این برخورد‌ها گرمای کافی برای بخار کردن تمامی آب در دسترس را فراهم کرده و از تشکیل دریا‌ها جلوگیری می‌کردند.

احتمالا این مرحله در حدود ۳.۹ تا ۴.۲ میلیارد سال قبل پایان یافت. هنگامی که بمباران زمین اولیه رو به کاهش نهاد، شرایط موجود در سیاره با آنچه که تاکنون وجود دارد، بسیار متفاوت بود.

احتمالا اتمسفر اولیه غلیظی از آب بخار تشکیل شد و ترکیبات متنوعی شامل نیتروژن و اکسیدهای آن، کربن دی اکسید، متان، آمونیاک، هیدروژن و هیدروژن سولفید از طریق فوران‌های آتش فشانی در آن آزاد شدند. با سرد شدن زمین بخار آب متراکم شد و به صورت اقیانوس‌هایی در آمد، و بیشتر هیدروژن به سرعت در فضا پراکنده شد.

در دهه ۱۹۲۰، شیمی‌دان روسی آپارین و دانشمند انگلیسی هالدین به طور مستقل چنین فرض کردند که اتمسفر اولیه زمین دارای یک محیط کاهنده (الکترون دهنده یا احیایی) بوده است که در آن ترکیبات آلی می‌توانستند از مولکول‌های ساده تشکیل یابند. انرژی مورد نیاز برای این سنتز آلی می‌توانست از آذرخش و تابش شدید اشعه فرابنفش (UV) فراهم شود. به گمان هالدین، اقیانوس‌های اولیه محلولی از مولکول‌های آلی یا یک «سوپ بنیادین» بودند که حیات از آن‌ها سرچشمه گرفت.

آزمایش میلر و یوری

شبیه‌سازی سوپ بنیادین حیات در آزمایش میلر و یوری

در سال ۱۹۵۳ استنلی میلر و هارولد یوری، از دانشگاه شیکاگو، فرضیه آپارین-هالدین را از طریق ایجاد شرایط آزمایشگاهی مشابه با آنچه که به تصور دانشمندان آن دوره، در زمین اولیه وجود داشت، آزمودند.محصول دستگاه آن‌ها، آمینواسید‌های متنوعی بود که امروزه در موجودات زنده یافت می‌شود و در کنار آن‌ها نیز ترکیبات آلی دیگری به دست آمد. تاکنون محققین در آزمایشگاه‌های زیادی، با استفاده از اتمسفرهای متفاوتی، این تجربه را تکرار کرده‌اند. در برخی از مدل‌های تعدیل شده آن‌ها نیز ترکیبات آلی تولید شده‌اند.

با این حال اینکه اتمسفر زمین جوان، متان و آمونیاک کافی برای کاهنده بودن را دارا بوده یا خیر، روشن نیست. براساس شواهد افزون‌تر، گمان می‌رود که اتمسفر اولیه اساساَ از نیتروژن و کربن دی اکسید تشکیل یافته بود و حالت کاهنده یا اکساینده (الکترون گیرنده) نداشته است. آزمایش‌هایی از نوع تجربه میلر-یوری که با بکارگیری چنین اتمسفرهایی «خنثی» انجام گرفته‌اند نیز، منجر به به تولید مولکول‌های آلی شده‌اند.

با این حال احتمالاَ «بسته‌های» کوچکی از اتمسفر اولیه -شاید نزدیک به دهانه‌های آتشفانی- حالت کاهندگی داشته‌اند.

ترکیبات آلی اولیه در زمین، شاید به جای تشکیل در اتمسفر، نزدیک آتشفشان‌هایی زیر آب و محافظ موجود در اعماق دریا، یعنی جایی که آب گرم و مواد معدنی جوشیده و به اقیانوس فوران می‌کردند، ساخته شده‌اند.

در آزمایشی که در سال ۲۰۰۸ برای آزمودن این فرضیه آتش فشانی اتمسفر انجام شد، محققان با استفاده از تجهیزات مدرن مولکول‌هایی که میلر در یکی از آزمایشات خود به دست آورده بود را دوباره بررسی کردند. این آزمایش نشان داد که آمینواسید‌های متعدد تحت شرایطی ساخته شده بود که مشابه با یک فوران انفجاری بود.

آزمایش‌هایی از نوع آزمایش‌های میلر-یوری ثابت می‌کنند که ساخت غیرزیستی مولکول‌های آلی نیز امکان پذیر است.

آنالیز ترکیب شیمیایی شهاب سنگ‌ها نیز این نظر را تایید می‌کنند. در بین شهابسنگ‌هایی که بر زمین فرود آمده‌اند، کندریت‌هایی کربنی هم وجود دارند.

آن‌ها سنگ‌هایی هستند ۱ تا ۲ درصد جرم آن‌ها را ترکیبات کربنی تشکیل می‌دهند. در سال ۱۹۶۹، در استرالیای جنوبی قطعاتی از یک کندریت ۴.۵ میلیارد ساله جمع آوری شد که حاوی بیش از ۸۰ آمینواسید بود و بعضی از آن‌ها مقادیر فراوانی داشتند.

نسبت‌های این آمینواسید‌ها بطور جالب توجهی مشابه نسبت‌هایی بود که در آزمایش میلر-یوری حاصل شده بود. آمینواسید‌های کندریت نمی‌توانند آلودگی‌های زمینی باشند زیرا دارای نسبت برابری از ایزومر‌های D و L هستند. موجودات زنده بجز چند مورد استثنا، همگی ایزومر‌های L را ساخته و مورد استفاده قرار می‌دهند.

وجود مولکول‌های آلی کوچک، مانند آمینواسید‌ها، برای ظهور زندگی‌ای که ما می‌شناسیم کافی نیست. هر سلول دارای یک مجموعه گسترده و منظم از درشت مولکول‌ها، شامل آنزیم‌ها و دیگر پروتئین‌ها و نوکلئیک اسیدهایی است که برای خودهمانندسازی ضروری هستند. آیا چنین درشت مولکول‌هایی می‌توانستند در زمین اولیه شکل گرفته باشند؟ محققین از طریق چکاندن محلول‌های حاوی آمینواسید‌ها بر روی شن، خاک رس یا سنگ داغ، پلی مر‌های آمینواسیدی ساخته‌اند. پلی مر‌ها بدون کمک آنزیم‌ها یا ریبوزوم‌ها بطور خودبخودی تشکیل شدند. اما بر خلاف پروتئین‌ها، این پلی مر‌ها مخلوط پیچیده‌ای از آمینواسیدهای با اتصال عرضی هستند، و هر پلی مر با سایرین متفاوت است. با این وجود، ممکن است چنین مولکول‌هایی برای انواع گوناگونی از واکنش‌ها در سطح زمین اولیه، به عنوان کاتالیست ضعیف عمل کرده باشند.

از ما حمایت کنید!

تمام کتاب‌ها و فیلم‌های مستند در سایت به صورت رایگان ارائه می‌شوند.

اگر می‌توانید از ما حمایت کنید تا بتوانیم هزینه‌های نگهداری سایت را تامین کنیم

می‌خواهم کمک کنم

برو به صفحه اول سایت