پیدایش حیات

در علوم طبیعی، تئوری تشریح کننده چگونگی ایجاد حیات در زمین از مواد بی جان را پیدایش حیات یا حیات زایی (آبیوژنز یا بیوپویز) گویند. نباید این تئوری را با تکامل یا فرگشت که به مطالعه روند تغییرات ایجاد شده در موجودات زنده با گذشت زمان می‌پردازد ویا کیهان‌زایی که به دنبال توضیح چگونگی آغاز دنیاست، اشتباه گرفت

پیدایش حیات

این نوشتار به نگرش علوم طبیعی درباره پیدایش حیات می‌پردازد. برای آگاهی از سایر نگرش‌ها در این باره، به نوشتار اسطوره‌های آفرینش رجوع کنید.

حیات‌شناسی (به انگلیسی: abiogenesis) عبارت است از:

• علمی که به مطالعه‌ی چگونگی و چرایی به وجود آمدن موجودات زنده از مواد غیر زنده می پردازد.
• علم مطالعه‌ی فرایند پدید آمدن زندگی

در علوم طبیعی، تئوری تشریح کننده چگونگی ایجاد حیات در زمین از مواد بی جان را پیدایش حیات یا حیات زایی (آبیوژنز یا بیوپویز) گویند. نباید این تئوری را با تکامل یا فرگشت که به مطالعه روند تغییرات ایجاد شده در موجودات زنده با گذشت زمان می‌پردازد ویا کیهان‌زایی که به دنبال توضیح چگونگی آغاز دنیاست، اشتباه گرفت.
بیشتر اسیدهای آمینه که گاه آنها را آجرهای سازنده حیات می‌نامند، می‌توانند در اثر فرایندهای شیمیایی طبیعی نامربوط با حیات نیز ایجاد گردند. این مطلب را میلر و یوری و دیگر دانشمندان در طی آزمایش‌هایی در آزمایشگاه، با ایجاد شرایط مشابه با زمان بوجود آمدن حیات در زمین نشان دادند. در تمامی موجودات زنده این اسیدهای آمینه به شکل پروتئین سازماندهی شده‌اند و ساخت چنین پروتئین‌هایی بواسطه اسیدهای نوکلئیک ممکن می‌گردد. تئوری پیدایش حیات به این نکته که کدامیک از این مولکول‌های زیستی ابتدا پیدا گشته‌اند و چگونه نخستین اشکال حیات را تشکیل داده‌اند می‌پردازد.
دو ویژگی با اهمیت حیات باید در تمامی تئوری‌های آبیوژنز مورد توجه قرار گیرند. این ویژگی‌ها همانندسازی و سوخت و ساز هستند. این پرسش که کدامیک از این دو در ابتدا بوجود آمده‌است، سبب ایجاد دو نظریه متفاوت در این زمینه گردید. ابتدا فرضیه پیشنهاد کننده اولویت پیدایش سوخت و ساز(متابولیسم) مطرح گردید. مدتی بعد از آن فرضیه ایجاد اولیه همانندسازها نیز موردتوجه قرار گرفت.
در درک مدرن در مورد ایجاد نخستین اشکال موجودات زنده، احتمال آن مطرح می‌گردد که این موجودات پروکاریوت‌های تک سلولی (فاقد هسته سلولی) بوده باشند. این تک سلولی‌ها خود می‌توانند از پروتوبیونت‌ها (مولکول‌های آلی که توسط پوششی شبه غشایی پوشیده شده‌اند) بوجود آمده باشند. قدیمی‌ترین سنگواره شبه میکرب بدست آمده حدود سه ونیم میلیارد سال قدمت دارد که خود تقریبا یک میلیارد سال پس از تشکیل کره زمین است. در حدود ۲٫۴ میلیارد سال قبل نسبت ایزوتوپ‌های پایدارکربن، آهن و گوگرد نشانگر اثرگذاری موجودات زنده بروی مواد معدنی و رسوبات هستند. دیگر نشانگرهای مولکولی نیز بیانگر وجود فتوسنتز در آن دوران هستند که این خود نمایانگر پراکندگی وسیع حیات در آن دوره در زمین است. سلسله وقایع شیمیایی که منجر به ایجاد نخستین اسید نوکلئیک گردید هنوز به طور کامل شناخته نشده‌اند. چندین فرضیه در رابطه با حیات اولیه پیشنهاد گردیده‌است که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به نظریه جهان آهن- گوگرد (سوخت و ساز بدون وجود توارث) و نظریه جهان آران آ ( اشکال حیاتی برپایه آران آ) اشاره کرد.

نظریه پیدایش خود به خودی

تا اوایل قرن ۱۹، مردم به پیدایش خود به خودی اشکال حیات از مواد بی جان معتقد بودند.این عقیده همراه با اعتقاد به گوناگونی بود که به ایجاد نوعی از حیات از نوعی دیگر می‌پرداخت(مثلا زنبور عسل از گل).تصور کلاسیک آبیوجنسیس که امروزه با نام پیدایش خود به خودی نامیده می‌شود به این موضوع اشاره می‌کرد که مواد پیچیده ارگانیک از تجزیه مواد غیر ارگانیک ایجاد می‌شوند.ارسطو معتقد بود که شپش از قطرات شبنم که بر روی برگ ریخته می‌شوند ایجاد می‌شوند.او همچنین معتقد بود مگس از مواد متعفن، موش از علفهای کثیف و کروکودیل از کنده‌های درخت در حال فساد در اعماق آب ایجاد می‌شود. در قرن ۱۷، در فرضیات پیداش خود به خودی تردیدهایی به وجود آمد.در سال ۱۶۴۶، سر توماس براون، کتابی تحت عنوان شیوع باورهای غلط تالیف نمود که حمله‌ای به عقاید غلط و اشتباهات عامیانه رایج بین مردم داشت.استدلالات براون نتوانست به طور گسترده‌ای پذیرفته شود.الکساندر راس که معاصر توماس براون بود در نوشته‌ای در خصوص توماس براون نوشت: تردید کردن در اصل پیدایش خود به خودی، تردید کردن در برهان، تجربه و منطق است.اگر توماس در این مورد شک دارد، بگذارید تا به مصر سفر کند و در آنجا با میدان‌هایی که مملو از موش است مواجه خواهد شد که از لجن رود نیل به وجود آمده‌اند که مصیبتی بزرگ برای ساکنان آن دیار می‌باشند. در سال ۱۶۶۵، رابرت هوک، اولین نقاشی ازمیکروارگانیسم‌ها را ارائه کرد.در سال ۱۶۷۶ آنتوان فن لونهوک توصیف دقیق تری از میکروارگانیسم‌هایی که امروزه با نام باکتری وتک یاخته شناخته می‌شوند ارائه داد.بسیاری در آن زمان گمان می‌کردند که وجود میکروارگانیسم‌ها دلیلی بر نظریه پیدایش خود به خودی‌است چون میکروارگانیسم‌ها برای تولیدمثل جنسی بسیار ساده بودند و در آن زمان هنوز خاصیت تولید مثل غیرجنسی از طریق تقسیم سلولی ناشناخته بود. اولین دلیل محکم بر خلاف نظریه پیدایش خود به خودی در سال ۱۶۶۸ توسط فرانسیسکو ردی بیان شد.او نشان داد که چنانچه از تخم گذاری مگس روی گوشت جلوگیری شود هیچ تخم مگسی روی گوشت مشاهده نخواهد شد.تدریچا در مورد سایر مواد زنده بزرگتر نیز نشان داده شد که نظریه پیدایش خود به خودی نمی‌تواند درست باشد.بدین نحو نظریه جایگزین با نامبیوژنز به وجود آمد که پیدایش هر موجود زنده‌ای را از موجود زنده قبلی اش می‌پندارد.

پاستور و داروین

تئوری بیوژنز در میانه قرن نوزدهم بدنبال شواهد فراوانی که از سوی پاستور و دیگران ارائه گردید چنان جای خود را گشود که نظریه پیدایش خودبه‌خود در عمل کنار گذاشته شد. پاستور پس از یافته‌هایش در سال ۱۸۶۴ گفت:" نظریه پیدایش خودبخود هرگز ازضربه کشنده‌ای که این آزمایش ساده بر پیکره اش وارد کرده‌است بهبود نخواهد یافت." از سوی دیگر فروپاشی نظریه پیدایش خودبخودی خود سبب ایجاد خلآ در پاسخ به دلیل علمی چگونگی پیدایش حیات در ابتدا گردید. داروین در نامه‌ای درسال ۱۸۷۱ ذکر می‌کند که حیات ممکن است در حوضچه گرم کوچکی که حاوی آمونیاک، نمک‌ها ی فسفره، نور، حرارت، الکتریسیته وسایر عوامل بوده‌است آغاز شده باشد. این شرایط ایجاد ترکیبات پروتئینی که خود آماده تغییرات پیچیده تری بوده‌اند را ممکن می‌ساخته‌است. چنین ترکیباتی امروزه به سرعت تجزیه شده یا خورده می‌شوند ولی این تجزیه و نابودی هنگامی که هنوز موجودات زنده وجود نداشته‌اند رخ نمی‌داد.

تئوری سوپ بنیادین

الکساندر اپارین در آزمایشگاه

در سال ۱۹۲۴ الکساندر اپارین پیشنهاد کرد که اکسیژن موجود در جو زمین مانع تشکیل برخی ترکیبات آلی ضروری برای ایجاد حیات است. اپارین در کتابش بنام اصل حیات این نکته را مطرح می‌سازد که پیدایش خودبخودی حیات که مورد حمله لویی پاستور قرار گرفت، در حقیقت یکبار اتفاق افتاده‌است. البته وقوع دوباره آن در شرایط حاضر زمین که بسیار متفاوت با شرایط آن در زمان پیدایش نخستین حیات است، ناممکن می‌نماید. به نظر اپارین بوجود آمدن سوپ اولیه حاوی مولکول‌های آلی در شرایط فاقد اکسیژن و تحت تاثیر نور خورشید ممکن بوده‌است. این شرایط می‌توانسته‌است به ترکیب مولکول‌های ساده تر و تشکیل مولکول‌های پیچیده تر بیانجامد.نظرات اپارین کماکان برای بسیاری از تئوری‌های مدرن مربوط به پیدایش حیات نقطه شروع محسوب می‌شود. تقریبا همزمان با اپارین دانشمند دیگری بنام جی بی اس هالدین بیان گر این نکته شد که اقیانوس‌های پیش از پیدایش حیات تفاوت چشمگیری با اقیانوس‌های امروزی داشته‌اند. در آن زمان اقیانوس‌ها سوپی داغ و رقیق بوده‌اند که در آن ترکیبات آلی توان شکل گرفتن داشته‌اند.

مدل‌های امروزی

در واقع هیچ مدل استانداردی در مورد پیدایش حیات وجود ندارد.در مدل‌های جدیدتر در بیشتر موارد خطوطی از فرضیه اپارین-هالدین به چشم می‌خورد. آن چه در زیر می‌آید بر پایه یافته‌ها و نظرات متنوعی است که در این مورد وجود دارد.

• ۱-برخی تئوری‌ها ذکر می‌کنند که اتمسفر زمین در ابتدا بازی بوده‌است و در آن ترکیباتی چون متان، آمونیاک، سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن، منوکسید کربن و فسفات وجود داشته‌است. در چنین اتمسفری اکسیژن و اوزون نایاب بوده‌است و یا وجود نداشته‌است.
• ۲-در چنین اتمسفری فعالیت‌های الکتریکی توان تسهیل و تسریع ایجاد مولکول‌های حیاتی ساده را داشته‌اند. در سال ۱۹۵۳ این واقعیت در آزمایش میلر- یوری نشان داده شده‌است.

نمایی از آزمایش میلر-یوری

• ۳-فسفولیپیدها (در صورتی که به اندازه کافی بلند باشند) توان تشکیل خود بخودی لیپید دو لایه که یکی از اجزای بنیادین غشای سلولی است را دارند.
• ۴-یکی از پرسش‌های اساسی در این باره، ماهیت نخستین همانندساز است. در سلول‌های امروزی همانند سازی در اثر تعامل و همکاری پروتئین و اسیدهای نوکلئیک رخ می‌دهد. بر اساس دیدگاه اندیشمندان در مورد اولویت تشکیل پروتئین یا اسید نوکلئیک نظرات به دو دسته تقسیم می‌گردند. یک دسته معتقد به پیدایش نخستین پروتئین هستند و گروه دیگر به اولویت ایجاد اسید نوکلئیک اعتقاد دارند. نظریه مربوط به اولویت ایجاد اسید نوکلئیک به موارد زیر اشاره دارد
• ۱-بر اساس نظریه جهان ار ان آ، پلی مریزه شدن نوکلئوتیدها ممکن است منجر به ایجاد ریبوزیم‌ها ی (مولکول‌های آران آ با خصوصیات آنزیمی) همانندساز شده باشند.
• ۲-از آن رو که الیگوپپتیدها توان اتصال به آران آ و ایجاد کاتالیزورهای بهتری را دارند، ممکن است بر اساس فشارهای انتخابی برای گزینش عملکرد آنزیمی، پپتیدیل ترانسفرازها از این راه بوجود آمده باشند. پروتئین‌ها ی کوچک خود می توانند در نتیجه این گزینش ایجاد شده باشند.
• ۳-پروتئین‌های ایجاد شده خود توان رقابت با ریبوزیم‌ها به عنوان کاتالیزور را دارند و از این راه می‌توانند به عنوان بیوپلیمر غالب در تنظیم فعالیت‌های نوین اسیدهای