هل تطورت الحياة أكثر من مرة؟ الباحثون يقتربون من الإجابة

من أصلها (أصولها) المتواضع ، أصابت الحياة الكوكب بأكمله بأشكال جميلة لا نهاية لها. نشأة الحياة هو أقدم حدث بيولوجي ، قديم جدًا لدرجة أنه لم يتم ترك أي دليل واضح وراءه سوى وجود الحياة نفسها. هذا يترك العديد من الأسئلة مفتوحة ، وأكثرها إثارة للإعجاب هو عدد المرات التي ظهرت فيها الحياة بطريقة سحرية من العناصر غير الحية.

هل تطورت الحياة على الأرض مرة واحدة فقط ، أم أن كائنات حية مختلفة مقطوعة من أقمشة مختلفة؟ إن السؤال عن مدى صعوبة ظهور الحياة أمر مثير للاهتمام – لأسباب ليس أقلها أنه يمكن أن يلقي بعض الضوء على احتمالية العثور على حياة على كواكب أخرى.

أصل الحياة هو السؤال المركزي في علم الأحياء الحديث ، وربما الأصعب في الدراسة. حدث هذا الحدث قبل أربعة مليارات عام ، وحدث على المستوى الجزيئي – مما يعني أنه لا يزال هناك القليل من الأدلة الأحفورية.

تم اقتراح العديد من البدايات المفعمة بالحيوية ، من الحساء البدائي البغيض إلى الفضاء الخارجي. لكن الإجماع العلمي الحالي هو أن الحياة نشأت من جزيئات غير حية في عملية طبيعية تسمى التولد التلقائي ، وعلى الأرجح في ظلام الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار. ولكن إذا ظهرت الحياة مرة واحدة ، فلماذا لا تكثر؟

ما هو النشوء؟

اقترح العلماء خطوات متتالية مختلفة للتولد الذاتي. نحن نعلم أن الأرض كانت غنية بالعديد من المواد الكيميائية ، مثل الأحماض الأمينية ، وهي نوع من الجزيئات تسمى النيوكليوتيدات أو السكريات ، وهي اللبنات الأساسية للحياة. أظهرت التجارب المعملية ، مثل تجربة Miller-Urey الشهيرة ، كيف يمكن لهذه المركبات أن تتشكل بشكل طبيعي في ظل ظروف مشابهة لظروف الأرض المبكرة. يمكن أن تكون بعض هذه المركبات قد وصلت إلى الأرض على النيازك.

بعد ذلك ، تتحد هذه الجزيئات البسيطة لتشكل جزيئات أكثر تعقيدًا ، مثل الدهون أو البروتينات أو الأحماض النووية. الأهم من ذلك ، يمكن للأحماض النووية – مثل الحمض النووي مزدوج الشريطة أو ابن عمه أحادي السلسلة RNA – تخزين المعلومات اللازمة لبناء جزيئات أخرى. الحمض النووي أكثر استقرارًا من الحمض النووي الريبي ، ولكن على النقيض من ذلك ، يمكن أن يكون الحمض النووي الريبي جزءًا من التفاعلات الكيميائية التي يصنع فيها المركب نسخًا من نفسه – النسخ الذاتي.

تقترح فرضية “عالم الرنا” أن الحياة المبكرة ربما تكون قد استخدمت الرنا كمواد لكل من الجينات والتكاثر قبل ظهور الدنا والبروتينات.

بمجرد أن يتمكن نظام المعلومات من عمل نسخ من نفسه ، يبدأ الانتقاء الطبيعي. بعض النسخ الجديدة من هذه الجزيئات (والتي قد يسميها البعض “الجينات”) ستشتمل على أخطاء أو طفرات ، وستعمل بعض هذه الطفرات الجديدة على تحسين قدرة التكرار. من الجزيئات. لذلك ، بمرور الوقت ، سيكون هناك عدد أكبر من نسخ هذه الطفرات مقارنة بالجزيئات الأخرى ، والتي سيجمع بعضها المزيد من الطفرات الجديدة مما يجعلها أسرع وأكثر وفرة ، وهكذا دواليك.

في النهاية ، من المحتمل أن تكون هذه الجزيئات قد طورت حدودًا دهنية (دهنية) تفصل البيئة الداخلية للكائن الحي عن الخارج ، مكونة خلايا أولية. يمكن للخلايا الأولية تركيز وتنظيم الجزيئات اللازمة في التفاعلات الكيميائية الحيوية بشكل أفضل ، مما يوفر عملية التمثيل الغذائي المحتواة والفعالة.

الحياة على التكرار؟

يمكن أن يحدث التولد التلقائي أكثر من مرة. يمكن أن تكون الأرض قد ولدت جزيئات ذاتية التكاثر عدة مرات ، وربما تكون الحياة المبكرة لآلاف أو ملايين السنين تتكون من مجموعة مختلفة من جزيئات الحمض النووي الريبي ذاتية التكرار ، ذات الأصول المستقلة ، والتي تتنافس على نفس اللبنات الأساسية. للأسف ، نظرًا للطبيعة القديمة والميكروسكوبية لهذه العملية ، قد لا نعرف أبدًا.

نجحت العديد من التجارب المعملية في إعادة إنتاج مراحل مختلفة من التولد الذاتي ، مما يثبت أنها يمكن أن تحدث أكثر من مرة ، لكن ليس لدينا يقين بحدوث هذه المراحل في الماضي.

يمكن أن يكون السؤال ذو الصلة هو ما إذا كانت الحياة الجديدة تنشأ عن طريق النشوء الذاتي أثناء قراءة هذا. هذا غير محتمل على الرغم من ذلك. كانت الأرض المبكرة عقيمة للحياة وكانت الظروف الفيزيائية والكيميائية مختلفة تمامًا. في الوقت الحاضر ، إذا كانت هناك ظروف مثالية في مكان ما على الكوكب لظهور جزيئات جديدة ذاتية التكاثر ، فسوف تقضمها الحياة الموجودة على الفور.

ما نعرفه هو أن جميع الكائنات الحية الباقية تنحدر من سلف مشترك عالمي واحد مشترك (يُعرف أيضًا باسم LUCA). إذا كان هناك أسلاف آخرون ، لم يتركوا أحفادًا وراءهم. تدعم الأدلة الأساسية وجود LUCA. تستخدم كل أشكال الحياة على الأرض نفس الشفرة الجينية ، أي المراسلات بين النيوكليوتيدات في الحمض النووي المعروف باسم A و T و C و G – والحمض الأميني الذي تقوم بتشفيره في البروتينات. على سبيل المثال ، فإن تسلسل النوكليوتيدات الثلاثة ATG يتوافق دائمًا مع الحمض الأميني ميثيونين.

من الناحية النظرية ، يمكن أن يكون هناك المزيد من المتغيرات في الشفرة الجينية بين الأنواع. لكن كل أشكال الحياة على الأرض تستخدم نفس الشفرة مع بعض التغييرات الطفيفة في بعض السلالات. كما تدعم المسارات البيوكيميائية ، مثل تلك المستخدمة في استقلاب الطعام ، وجود LUCA ؛ يمكن أن تكون العديد من المسارات المستقلة قد تطورت في أسلاف مختلفة ، ولكن بعضها (مثل تلك المستخدمة في استقلاب السكريات) مشتركة عبر جميع الكائنات الحية. وبالمثل ، توجد مئات الجينات المتطابقة في كائنات حية متباينة لا يمكن تفسيرها إلا من خلال الوراثة من LUCA.

دعمي المفضل لـ LUCA يأتي من Tree of Life. كشفت التحليلات المستقلة ، التي يستخدم بعضها في علم التشريح أو التمثيل الغذائي أو التسلسل الجيني ، عن نمط هرمي من الارتباط يمكن تمثيله كشجرة. يوضح هذا أننا مرتبطون بالشمبانزي أكثر من ارتباطنا بأي كائنات حية أخرى على الأرض. نحن والشمبانزي أكثر ارتباطًا بالغوريلا ، ومعنا نحن أقرب إلى إنسان الغاب ، وما إلى ذلك.

يمكنك اختيار أي كائن عشوائي ، من الخس في سلطتك إلى البكتيريا الموجودة في الزبادي النشط بيولوجيًا ، وإذا سافرت إلى الوراء في الوقت المناسب ، فستشارك سلفًا مشتركًا حقيقيًا. هذه ليست استعارة ، بل حقيقة علمية.

هذا هو أحد أكثر المفاهيم المحيرة للعقل في العلم ، وحدة الحياة لداروين. إذا كنت تقرأ هذا النص ، فأنت هنا بفضل سلسلة متواصلة من الأحداث الإنجابية التي تعود إلى مليارات السنين. بقدر ما هو مثير للتفكير في الحياة التي تظهر بشكل متكرر على كوكبنا ، أو في أي مكان آخر ، فمن الأكثر إثارة معرفة أننا مرتبطون بجميع الكائنات الحية على هذا الكوكب.