الخميس، 25 نوفمبر 2010

كيف بدأت الحياة؟

 ما هي أصول الحياة؟  كيف تحولت الكائنات من ميتة إلى حية ؟ هل يمكن للكائن ان يتكاثر؟  عالم واحد الذي حقق في هذا الموضوع باستفاضة انه أندرو نول Andrew Knoll أستاذ البيولوجيا والحفريات في جامعة هارفارد ومؤلف كتاب الحياة على كوكب بكر :السنوات الثلاثة مليارات الأولى من الحياة. في هذا المقابلة واسعة النطاق ، أندرو يفسر - من بين الأفكار المهمة الأخرى - لماذا الكائنات العليا مثلنا تعتبر تتويجاً لعملية الحياة و مدى عمق الكائنات الحية وتشابكها في كوكبنا ، وهذا هو السبب في الصعوبة المفرطة لمعرفة كيف بدأت الحياة .
عالم البكتيريا
 نوفا: عندما يفكر الناس في الحياة هنا على الأرض ، يفكرون في الحيوانات والنباتات ، ولكن كما قلت في كتابك هذا في الحقيقة ليست تاريخ الحياة على كوكبنا ، أليس كذلك؟
 نول: إنه من الانصاف القول انك عندما تخرج وتتمشى في الغابات أو على الشاطئ ، سترى اكثر أشكال الحياة وضوحا تكون في النباتات والحيوانات ، وبالتأكيد هناك تنوع هائل في تلك الأنواع من الكائنات الحية ، ربما 10 ملايين نوع من الحيوانات وعدة مئات الآلاف من الأنواع النباتية لكن هذه هي المتأخرة في سلم التطور.  تاريخ الحيوانات التي ُسجل لدينا من الحفريات هو في الواقع فقط آخر 15 في المئة او نحو ذلك من التاريخ المسجل للحياة على هذا الكوكب. تاريخ الحياة الأعمق والتنوع الاعظم للحياة على هذا الكوكب هو كائنات حية دقيقة وبكتريا ووحيدات الخلية وطحالب. طريقة واحدة لوضعها هو أن الحيوانات قد تكثف تطورها ، لكن البكتيريا هي حقًا الأبسط.
نوفا: ذلك أننا نعيش في عالمهم وليس العكس؟
 نول: بالتأكيد أننا نعيش في عالم جرثومي ، وليس فقط بالمعنى البديهي أن هناك الكثير من البكتيريا،فإذا نظرت الى الدوائر البيئية لهذا الكوكب والسبل التي بها المواد مثل الكربون أو الكبريت أو الفسفور أو النيتروجين تصبح مدارة في الوسائل التي تجعلها متاحة لعلم الأحياء لدينا فالكائنات الحية التي تقوم بنشاط ثقيل هي البكتيريا.  وكل دورة لعنصر هام من الناحية البيولوجية فالبكتيريا ضرورية لكنها كائنات حية مثلنا اختيارية.
نوفا: ما هو تعريفك للحياة؟
 نول: اعتقد انك يمكنك القول ان الحياة عبارة عن النظام الذي فيه البروتينات والأحماض النووية تتفاعل بطرق تسمح للبنية بالنمو والتكاثر. ان ذلك النمو والتكاثر هو القدرة على صنع المزيد من ذاتك ، وهذا هو المهم. الآن قد تناقش بأن هذا هو تعريف محلي للحياة ، وإذا وجدنا أن الحياة في أوروبا في وقت ما في المستقبل قد تكون لديها مجموعة مختلفة من تفاعل المواد الكيميائية.
 حاول الناس أن يجدوا تعاريف أكثر عمومية وعالمية للحياة. انهم مخمنون، لأننا لا نعرف عن أية حياة أخرى غير أنفسنا ، ولكن تعريف واحد كمثل من يقول ان الحياة هو نظام قادر على هذا التطور الدارويني ،ما الذي تتطلبه الحياة لتكون نظام يتطور بالطريقة الداروينية؟  عليك أن تكون قادراً على إنتاج وصنع أكثر من نسخة من ذاتك ، بحيث تناسب مع تعريفنا المحلي وتحتاج أيضا إلى مصدر للاختلاف حتى يتسنى لكل الجيل الجديد عدم مطابقة سواء للجيل السابق أو لكل مناظريه، وبمجرد الانتهاء من هذا الاختلاف ، فإن الإنتقاء الطبيعي يختار فعلياً ـ أما عن طريق ميلاد أو موت مغاير وبعض المتغيرات التي تعمل أفضل ، وهذا قد يتحول إلى تعريف عام محايد للحياة أينما عثرنا عليها.
 بدء الحياة
 نوفا : ما رأيك كيف كان أول شكل من أشكال الحياة؟
 نول: من الواضح تماماً أن جميع الكائنات الحية اليوم ـ وحتى الأبسط منها ـ منحدرة من بعض شكل من أشكال الحياة الأولية من قبل أربعة مليارات سنة أو نحو ذلك ، ولذا يتعين على المرء أن يتصور أن النماذج الأولى من الحياة كانت ابسط بكثير من أي شيء نحن نراه من حولنا، لكنها كان لها الخاصية الأساسية لتكون قادرة على النمو والتكاثر وتكون خاضعة للتطور الدارويني.
 لذا قد يكون هذا أقرب الأشياء التي تتلاءم مع ما تم تعريفه بواقعيه قليل من الأحماض النووية القياسية، لا الحمض النووي الآن ـ هذا الجزيء أكثر تطوراً ـ ولكن شيئاً ما الذي من شأنه أن يحفز بعض التفاعلات الكيميائية وكان لديه مخطط لتكاثرها.
نوفا : هل قد يكون شيئاً ونحن سوف ندركه تحت المجهر أنه حي ، أو قد يكون مختلفاً تماماً؟
 نول: هذا سؤال جيد.  يمكنني ان اتصور انه كان هناك وقت قبل ان تكون هناك حياة على كوكب الأرض ، ومن ثم بشكل واضح كان هناك وقت مجهول من مائة ألف سنة أو مليون سنة لاحقاً عندما كانت هناك كائنات التي ادركنا جميعاً انها حية، ولكن ليس هناك شك في وجوب مرورنا بمرحلة متوسطة حيث كنا هناك نشاهدها
 لذلك يمكنني ان اتصور ان على الأرض البدائية عملت تكرار للجزيئات ـ ليست نابضة بالحياة في تعريفنا ـ ولكنها في الواقع لديها آلية تعمل ذلك، ثم بعضها بدأ بالتفاعل معاً ، وقريباً جداً صار لديك شيء أكثر من ذلك بقليل نابض بالحياة ، ومن ثم فإنه ربما يدمج قطعة أخرى من الحمض النووي من مكان آخر ، وبتراكم هذه الفروع المختلفة للمعلومات والنشاط ، سيكون الشيء الذي سوف نشاهده أنا وأنت ونتفق على انه سوف ينبثق «حيوي».
نوفا: باختصار، ما هي هذه العملية؟  كيف تكونت الحياة؟
 نول: بإجابة مختصرة أننا لا نعرف حقاً كيف نشأت الحياة على هذا الكوكب. كانت هناك مجموعة متنوعة من التجارب التي توضح لنا بعض الطرق الممكنة ، لكننا نبقى في جهل كبير.  لذلك ، أعتقد أن ما نبحث عنه هو نوع من جزيء بسيط بما فيه الكفاية ليصنع بعمليات طبيعية في الأرض البكر ومعقدة بما فيه الكفاية لحد أنه قادر على تولي المسؤولية في صنع أكثر من نسخة من نفسها تلك ـ في رأيي ـ هي اللحظة التي نحن نعبر هذه الفجوة الكبيرة والبدء في التحرك نحو شيء معظم الناس تدرك أنه حي.
 وصفة للحياة
نوفا: هل هذا نتيجة حتمية للظروف والمواد الكيميائية والأشياء التي كانت موجودة على الأرض البكر؟
نول:  نحن لا نعرف ما إذا كانت الحياة هي نتيجة حتمية للتشكيل الكوكبي.  بالتأكيد في نظامنا الشمسي ليس هناك عجز في الكواكب التي ربما لا توجد بها الحياة. لذلك هو سؤال تصعب الإجابة عنه  أعتقد أن السبيل لأكثر يسراً للتفكير في ذلك هو أن لديك إمكانية للحصول على وصفة بشكل صحيح، وهذا يعني أنك في حاجة الى الكوكب الذي يحتوي على مجموعة معينة من البيئات وأنواع معينة من الغازات في الغلاف الجوي وأنواع معينة من العمليات الجيولوجية تعمل، وعندما يكون لديك الظروف المناسبة فالحياة سوف تظهر سريعاً الى حد ما أنا لا أعتقد أننا بحاجة إلى التفكير في أحداث غير واردة أصلاً التي في نهاية المطاف تحدث فقط لان هناك فترات كبيرة من الوقت.تخميني كذلك سواء أن ذلك يحدث أم لا.
 نوفا: كان هناك تغيير في التفكير هذا على مر السنين؟
نول: أفكار الناس عن الظروف التي قد ربما تنشأ عنها الحياة قد تغيرت حقا وتطورت على مدى السنوات الـ30 أو الـ40 الماضية، اعتقد انه من الانصاف القول انه عندما كنت صبياً هؤلاء الناس القلائل الذين فكروا في أصل الحياة يعتقدون أنه ربما كانت مجموعة من التفاعلات غير المحتملة التي حدثت لمجرد وجود الوقت الملائم ، واعتقد انه من الانصاف القول ان معظم هؤلاء الناس يعتقدون على الارجح اننا سنكتشف ما هي كانت تلك التفاعلات وسنظفر بها في أنبوب اختبار في مرحلة ما.
 الآن أعتقد أن الملفت للنظر، ان كلتا المواقف قد تغيرت. فهناك أقل ثقة بأننا حقا سوف نكون قادرين على تحديد المسلك التاريخي المعين الذي فيه الحياة ظهرت، ولكن في نفس الوقت هناك ثقة متزايدة انه عندما الحياة نشأت على هذا الكوكب فهي ليست عملية طويلة الأمد تستخدم الكيمياء المستبعدة جدا بل الاحرى الكيمياء التي تعمل عندما تحصل على وصفة صحيحة ، وتعمل بسرعة إلى حد ما.
 نوفا: ما هي وصفة الحياة؟
نول: وصفة للحياة ليست بهذا التعقيد، وهناك عدد محدود من العناصر داخل جسمك.
معظم كتلتك هي من الكربون والأوكسجين والهيدروجين والكبريت والنيتروجين بالإضافة إلى بعض الفسفور، وهناك بضع عشرات من العناصر الأخرى التي هي موجودة بكميات ضئيلة،ولكن بالتقريب الأولى انت مجرد كيس من الكربون، والأكسجين، والهيدروجين.
 الآن، اتضح ان هذا الغلاف الجوي هو كيس من الكربون ، والأوكسجين ، والهيدروجين ايضاً ، لكنها ليست حية.  لذلك فالمسألة الحقيقية هنا هي  كيف يمكن أن تأخذ ذلك الثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (أو غاز الميثان في الغلاف الجوي المبكر) وبخار الماء وغيرها من مصادر الهيدروجين كيف تأخذ هذه المواد الاولية البسيطة غير العضوية وتجعلها في بناء لبنات الحياة
 هناك تجربة شهير التي قام بها ستانلي ميلر عندما كان طالبا ًفي الدراسات العليا في جامعة شيكاغو في أوائل الخمسينات ميلر وضع أساسا الميثان، أو الغاز الطبيعي ، والأمونيا، وغاز الهيدروجين ، وبخار الماء في دورق ، وهذا لم يكن خليطاً عشوائياً ـ عندما قام بالتجربة ـ التي كانت على الأقل فكرة كيف كان يبدو الغلاف الجوي البدائي ، ثم فعل شيئاً رائعاً انه ببساطة سلط شحنة كهربائية على هذا الخليط لمحاكاة البرق النشط  في الغلاف الجوي المبكر ، بعد الجلوس حوالي بضعة أيام فجأة كان هناك مادة لزجة بنية ملء وعاء التفاعل. وعندما حلل ما كان في وعاء التفاعل ، فبدلاً من الحصول فقط على الميثان و الأمونيا ، هو وجد فعلياً أحماض أمينية ، والتي هي لبنات بناء البروتينات. في الواقع انه وجدها فقط بنفس الخصائص التي سوف تجدها إذا كنت تبحث عن المادة العضوية في حجر نيزكي.  لذلك أن الكيمياء التي اكتشفها ميلر في هذه التجربة الرائعة لم تكن من الكيمياء المستبعدة ، ولكنها الكيمياء التي تنتشر على نطاق واسع في جميع أنحاء نظامنا الشمسي.
نوفا: لذا الحياة هي حقا كيمياء؟
نول:  الحياة هي في الواقع شكل من أشكال الكيمياء ،شكل معين الذي فيه المواد الكيميائية يمكن أن تؤدي إلى امتلاك تكاثرها.  لكن الشيء المهم ـ كما أعتقد ـ هو أنه عندما نفكر في أصل الحياة على هذا النحو فإنه ليس أن الحياة بطريقة ما مختلفة عن بقية الكوكب فالحياة التي تظهر على سطح كوكبي نام هي جزء لا يتجزأ من كيمياء ذلك السطح.
 استمرار الحياة أيضاً معزز من الكوكب نفسه وهذا يعني  ان كلاً من المواد المغذية التي تدخل في المحيطات وفي النهاية تندمج في الحياة ، في البداية انها محبوسة في الصخور ومن ثم تتساقط من الصخور ، وتدخل الى المحيطات وتشارك في إعادة تدوير معقد التي تضمن ان هناك دائماً الكربون والنيتروجين والفسفور المتاحة لكل جيل جديد من الكائنات الحية.
 التفكير الاكثر اهتماماً من ذلك كله هو أنه متى نشأت الحياة فقط كنتاج للعمليات الكوكبية ، ولكن في وقت ملائم على هذا الكوكب على الأقل ، فالحياة ظهرت كملائمة للعمليات الكوكبية التي تعتبر مهمة في حد ذاتها .  ونحن نجلس هنا اليوم نتنفس خليطاً من الهواء الغني بالأوكسجين فنحن لا يمكننا أن نكون هنا من دون ذلك الأوكسجين ، ولكن هذا الأوكسجين لم يكن موجوداً على الأرض البكر وأصبح موجودا فقط بسبب نشاط الكائنات الضوئي.لذلك باختصار،الحياة هي في الحقيقة جزء من نسيج كوكب مثل الأرض.
 بناء  الكائن
 نوفا: بالعودة الى لبنات كيمياء البناء الأساسية هذه، هل كل شيء من الفأر إلى البكتريا إلى شخصي وشخصك مصنوع من مجموعة بسيطة من هذه المكونات؟
 نول: جميع أشكال الحياة التي نعرفها هي في الأساس مماثلة إلى حد ما  هذا هو السبب في أننا نعتقد أنه أنت وأنا والبكتيريا والفطر كلها كان لها سلف مشترك وحيد في وقت مبكر على الأرض، فإذا نظرت الى خلية بكتيريا فلها تقريباً نفس النسب من الكربون والأوكسجين والهيدروجين كما في جسم الإنسان . آلية الكيمياء الحيوية الأساسية للبكتيريا هي - بطريقة واسعة على الأقل ـ على غرار كيمياء خلايانا.
 الفرق الكبير بينك وبين البكتيريا ـ في بعض النواحي ـ هو أن جسمك يتكون من تريليونات الخلايا التي تعمل بطريقة منسقة والبكتيريا هي خلايا وحيدة ، على الرغم انها لا تعمل حرة  في الواقع البكتيريا تعمل في الرواسب أو في البحر وتعيش فعلاً في تجمعات ايضاً  انها ليست حقاً عاملات وحيدة. هي تعمل في  تجمعات منسقة جداً من الكائنات الحية التي تساعد بعضها البعض لتنمو وتزدهر.
نوفا : هل من الصعب أن تتحول من هذه اللبنات الصغيرة إلى كائن حي تام؟
 نول: حسناً ، نحن لا نعرف كيفية تحولها من الأبنية الأبسط بصعوبة، اذا صح التعبير ، في جدار الحياة بالقياس لشيء معقد ، مثل البكتيريا الحية ونحن نعلم أن ذلك حدث لذلك هو ممكن، نحن لا نعرف حقا ما إذا كان من غير المحتمل،وحدث فقط بنجاح على الأرض ، أو إذا كان ذلك سيحدث مراراً وتكراراً في الكون.
 تخميني هو انه ليس صعباً للغاية. انه من السهل الى حد ما تصنيع السكريات البسيطة وجزيئات تسمى القواعد التي هي في صميم الحمض النووي وجزيئات تسمى الأحماض الأمينية التي هي في صميم البروتينات ومن السهل نسبياً تصنيع بعض من المواد الدهنية التي تصنع أغطية الخلايا فصنع جميع تلك اللبنات ـ بشكل فردي ـ يبدو معقولاً جداً ومقبول جداً.
 الجزء الصعب ، والجزء الذي أعتقد أن لا أحد فهمه تماماً الى حد الآن هو كيف نجعلها تعمل معاً كيف يمكنك أن تصنع من بعض البرك الدافئة الصغيرة على الأرض البدائية ـ التي بها الأحماض الأمينية ، والسكريات والأحماض الدهنية فقط تعوم تقريباً بقرب البيئة ـ شيء فيه الأحماض النووية فعلاً التي توجه البروتينات لصنع أغشية الخلية بطريقة ما يجب عليك الحصول على كل من هذه المكونات المختلفة التي تعمل معاً والمعلومات ـ بشكل أساسي ـ لجعل هذا العمل في نظام واحد من مجموعة الجزيئات ، التي توجه بعد ذلك تشكيلة مجموعة الجزيئات الثانية، والتي تؤلف مجموعة جزيئات ثالثة ، الجميع على النحو الذي يغذي مرة أخرى لصنع أكثر مجموعة الجزيئات الأولى لذا تنتهي بالحصول على هذه الدورة.  لست متأكداً من أننا قد أصبحنا بعيدين جدا عن طريق فهم كيف يحدث هذا فعلاً.
 من خلال الزجاج على نحو مظلم
 نوفا: في كتابك ، كنت تشبه دراسة أصل الحياة بالمتاهة؟
نول: نعم،هناك العديد من الأبواب التي تدخل الى متاهات ، ولكن ليس هناك في الواقع سوى مسار واحد تاريخي التي تسلكه الحياة ، وأعتقد أنه في حين أن لدينا بعض المداخل الذكية جدا إلى العديد من هذه الأبواب ، لكننا في هذه المرحلة ما زلنا لا نعرف أي من هذه المسارات في نهاية المطاف سوف تسير بنا خلال المتاهة ، والتي تنتهي الى طريق مسدود.
نوفا: لذا في هذه المرحلة هل نرى أصل الحياة من خلال الزجاج على نحو مظلم؟
نول : إذا حاولنا تلخيص ذلك بالقول فقط  ، في نهاية اليوم ، اننا نعرف عن التاريخ العميق للحياة على الأرض وعن اصله و عن مراحله التكوينية التي أدت إلى الأحياء التي نراها حولنا اليوم ، وأنا أعتقد أن علينا أن نعترف بأننا نبحث هنا من خلال زجاج معتم. لدينا بعض التلميحات ، لدينا السجل الجيولوجي الذي يقول لنا إن الحياة تشكلت في وقت مبكر على هذا الكوكب ، على الرغم من أن قدرتنا على تفسير ذلك بما يتعلق بالأنواع المعينة من الكائنات الدقيقة لا يزال محدوداً بشكل محبط.
 لا تزال هناك بعض الاسرار العظيمة.  الناس يعتقدون أحيانا أن العلم فعلاً يكشف الاسرار ، ولكن اعتقد ان هناك أسرار علمية عظيمة تسبب الدهشة ، والأهم من ذلك ، الأمور التي آمل من شأنها ان تحفز علماء الأحياء لسنوات قادمة. نحن لا نعرف كيف بدأت الحياة على هذا الكوكب، ولا نعرف بالضبط متى بدأت، ولا نعرف تحت أي ظروف.
 انها اللغز الذي يجعلنا نوزعه الى العديد من الاتجاهات المختلفة. فالجيولوجيون مثلي سوف يحلونه من خلال محاولة الحصول على سجلات أكثر وضوحاً عن التاريخ المبكر للأرض وسبل أفضل لاستنطاق تلك الصخور من خلال كيميائها ومتحجراتها.  وعلماء الأحياء يحلونه من خلال فهم على مستوى أعمق عن كيف ان الجزيئات المكونة المختلفة للخلية تعمل معاً، وكيفية الكائنات الحية تكون مترابطة مع بعضها بشكل نسبي.  وسوف يتوصل الكيميائيون إلى ذلك عن طريق القيام بتجارب جديدة من شأنها أن يقول لنا ما هو معقول في كيفية تلك التوافقات الكيميائية صارت.
نوفا :  هل نحن سنحل المشكلة؟
نول: لا أعرف.  أتصور أحفادي سيظلون ماكثين حول القول ان هذا هو لغز عظيم ، ولكنهم سيفهمون أنه من الغموض في مستوى من شأنه أن يكون غير مفهوم بالنسبة لنا اليوم.

ملاحظات المترجم:

 المقابلة جرت في 3 مايو 2004 ،على موقع نوفا الانترنت http://www.pbs.org



ملاحظة :

نشرت هذا المقال في صحيفة الجمهورية (اليمنية) بتاريخ 16يونيو2010م 

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق