پیدایش حیات

بی‌جان زایی

بی‌جان زایی، پیدایش خود به خود یا آبیوژنز به نظریه‌ای می‌گویند که معتقد است موجودات زنده از مواد بی‌جان نشأت می‌گیرند.
تاریخچهٔ این نظریه به دوران یونان باستان بر می‌گردد، در آن دوران اعتقاد عامه بر این بود که کرم از گوشت گندیده و مگس و قورباغه از گل‌ولای شکل می‌گیرند. خلق الساعه حداقل از زمان ارسطو که در سال ۳۸۴ تا ۳۲۲ پش از میلاد می‌زیست، وجود داشت. دلایلی که ارسطو برای خلق الساعه نوشته‌است قرن‌ها مورد توجه بود.
در سده هفدهم دانشمندی ون هلمونت که به نظریه خلق الساعهٔ حیوانات معتقد بود یک پیراهن کثیف را با چند دانه گندم در گوشه‌ای قرار داد، پس از۲۱ روز تعدادی موش در اطراف آن‌ها مشاهده کرد او به این نتیجه رسید که موش‌ها خود به خود از پیراهن کثیف و دانه‌های گندم پدید آمده‌اند.
جان نیدهم در سال ۱۷۴۹ (میلادی) آزمایشی که روی گوشت پخته انجام داد به این نتیجه رسید که گوشت از ابتدا به ریزاندامگان‌ها آلوده‌است پس آن‌ها از گوشت ناشی می‌شوند ولی لازارو اسپالانزانی گوشتی را به مدت یک ساعت در ظرف در بسته‌ای جوشانید و آن را به همانگونه نگهداری کرد و متوجه شد که در آن هیچ تغییری روی نمی‌دهد با این حال نیدهم متقاعد نگشت چون عقیده داشت در آزمایش اسپالانزانی هوا که یکی از نیازهای ریزاندامگان‌های تولید شده از گوشت است تأمین نگشته‌است.
حدود ۸۰ سال بعد فرنز شولز و تئودور شوان[فرنز با رد کردن هوا از محلول اسید و شوان با داغ کردن هوا] هوا را در یک محیط حاوی گوشت جوشیده وارد کردند و در آن هیچ تغییری روی نداد با این حال منتقدین آن بر این بودند که داغ کردن و اسید قدرت زایندگی اکسیژن را گرفته‌است.
تا این که لوئی پاستور در آزمایشی مشابه شولز اما در دهانه بالن حاوی آبگوشت از لوله دارای انحنا استفاده نمود در این صورت محیط همچنان سترون باقی می‌ماند ولی زمانی که محتویات را با خمیدگی لوله تماس می‌دادند و دوباره به محیط بازمی‌گرداندن ریزاندامگان‌ها در محیط پدیدار می‌گشتند که این آزمایش باعث رد کامل نظریه بی‌جان زایی شد.

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 (مثلاً 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 تألیف نمود که حمله‌ای به عقاید غلط و اشتباهات عامیانه رایج بین مردم داشت. استدلالات براون نتوانست به‌طور 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 از میکروارگانیسم‌ها را ارائه کرد. در سال ۱۶۷۶ آنتوان فن لونهوک توصیف دقیق‌تری 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 بیش از آن ساده بودند که تولیدمثل جنسی برایشان متصور باشد و در آن زمان هنوز امکان 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 تخم‌گذاری مگس روی گوشت جلوگیری شود هیچ تخم مگسی روی گوشت مشاهده نخواهد شد. تدریجاً در مورد سایر مواد زنده بزرگتر نیز نشان داده شد که نظریه پیدایش خود به خودی نمی‌تواند درست باشد. بدین نحو نظریه جایگزین با نام بیوژنز 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 از ضربه 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 در سال ۱۸۷۱ ذکر می‌کند که حیات ممکن است در حوضچه گرم کوچکی که حاوی آمونیاک، نمک‌های 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.

مدل حباب

مدل حباب فرضیه‌ای پیشنهاد شده توسط لوئیس لرمان از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی برای توضیح پیدایش حیات است.
او این فرضیه را در کنفرانس بین‌المللی پیدایش حیات در سال ۱۹۹۳ در بارسلونا ارائه داد.
این فرضیه به عنوان یکی از فرضیه‌های پیشنهادی برای پیدایش حیات در کتاب‌های درسی زیست‌شناسی تدریس می‌شود و پیشنهادهایی برای استفاده از این فرضیه برای جستجوی حیات بر سطح مریخ ارائه شده‌است.
مطابق این فرضیه، حباب‌های گازی متان و آمونیاک از دهانه آتشفشان‌های زیر دریا خارج شده و در حباب‌های زیر دریا محبوس می‌شدند. متان و آمونیاک مورد نیاز برای تشکیل آمینو اسیدها، درون حباب‌ها در مقابل صدمات حاصل از پرتو فرابنفش محفوظ می‌ماندند، واکنش داده و مولکول‌های آلی ساده را پدیدآورده‌اند. این حباب‌ها، از مولکول‌های متان و آمونیاک در برابر تجزیه توسط پرتو فرابنفش نور خورشید محافظت می‌کردند. با این حساب، این فرضیه توضیح می‌دهد که چرا با وجود این در زمان پیدایش حیات (حدود چهار میلیارد سال پیش) جو زمین فاقد لایه اوزون بود، پرتو فرابنفش مولکول‌های آلی اولیه را تجزیه نکرده‌است.
این فرضیه تنها یکی از فرضیه‌های مطرح شده در مورد پیدایش حیات است و در مورد جزئیات چگونگی پیدایش حیات، اجماعی در میان دانشمندان وجود ندارد.
لرمان معتقد است که احتمالاً چرخه‌ای از تشکیل حباب‌ها و هواپخش‌ها نقش مهمی را در پشتیبانی پیدایش حیات در زمین ایفا کرده‌است. این چرخه می‌تواند منجر به پیدایش زنجیره‌ای از مولکول‌ها با پیچیدگی افزاینده گردد.

شبیه سازی سوپ بنیادین

دو شیمیدان بنام استنلی میلر و هارولد یوری در سال ۱۹۵۳ شرایط اولیه زمین را در آزمایشگاهی مشابهت‌سازی کردند، ابتدا آن‌ها دستگاهی ساختند و آن را با آب و گازهای متان، آمونیاک و هیدروژن پر کردند. سپس در اتاقک احتراق، دو الکترود قرار دادند تا شرایط رعد و برق مجازی ایجاد کنند و برای آنکه گازها دائماً در دستگاه در حال گردش باشند، آب را در مخزنی می‌جوشاندند تا بخار حاصل موجب به گردش درآوردن گازها در لوله‌ها شود. بخار آب پس از عبور از محفظه اتمسفری حاوی الکترود، توسط لوله‌های متراکم‌کننده سرد می‌شد و دوبارهٔ به صورت مایع به مخزن بازمی‌گشت. بعد از یک هفته، آن‌ها مایع موجود در دستگاه را آزمایش کردند و مشاهده کردند که نه تنها مقادیر زیادی مولکول‌های آلی ساده تولید شده‌اند، بلکه انواعی از مولکول‌های آلی پیچیده‌تر مانند آمینو اسیدها، اسیدهای چرب و قندها (کربو هیدرات) نیز پدید آمدند. میلر توانست پس از چند هفته، مایعی پرتقالی رنگ که در آن بیش از شش نوع مختلف آمینواسید، سیانورهیدروژن و انواع آلکالوییدها را داشت، به دست آورد.
دانشمندان متقاعد شدند که مواد آلی از مواد غیر آلی ساده مانند هیدروژن و متان و آب پدید آمده‌اند و بعد تحت عواملی در اقیانوس‌های داغ آن دوران جمع شده‌اند. در واقع دریاهای اولیه مانند سوپی داغ مملو از مولکول‌های آلی بنیادین بوده‌اند. در نهایت چند سال بعد برخی از دانشمندان فرضیه سوپ بنیادین را زیر سؤال بردند. آن‌ها گفتند که در اتمسفر اولیه زمین به دلیل اینکه لایه اوزون وجود نداشت، گازهای متان و آمونیاک نمی‌توانستند وجود داشته باشند و به همین دلیل، احتمالاً مولکول‌های آلی نه در اتمسفر، بلکه در کنار آتشفشان‌های زیر اقیانوس‌ها و درون حباب‌های گازی تشکیل شده‌اند.