پیدایش حیات، ظهور و تکامل انسان(۳)

پیدایش حیات در هفت مرحله

      همه موجودات زنده روی زمین، از گیاهان و جانوران گذشته‌های دور تا جان‌دارانی که در حال حاضر روی زمین زندگی می‌کنند، در این سیاره پا به عرصه وجود نهاده‌اند و حتا تردید نیست که پیدایش حیات، وابسته به اوضاع شیمیایی و فیزیکی گذشته زمین بوده و هیچ عامل دیگری در این جریان دخالت نداشته است^۱.

      در تکامل حیات در روی زمین، تنها دو عامل دخالت دارند: یکی زمان و دیگری قوانین فیزیکی و شیمیایی که همواره در این سیاره خاکی جریان داشته و دارند. با وجود چنین شرایطی در زمین، پیدایش حیات امری الزامی بوده است و به  همان‌گونه که حیات در این سیاره ظاهر شده در هر سیاره از سایر سیاره‌های جهان نیز، که شرایطی مانند شرایط اولیه‌ی زمین داشته باشند، حیات وجود دارد. به نظر دانشمندان احتمال این‌که در سیار‌ه‌های دیگر موجود زنده وجود داشته باشد، صددرصد است. (اما ما تا کنون نتوانسته‌ایم آن را ثابت کنیم)

      پیدایش نخستین موجودات زنده طی هفت مرحله به وجود آمد:

مرحله نخست پیدایش حیات

اتمسفر اولیه

      عناصری مانند اتم‌های هیدروژن و اکسیژن و کربن و نیتروژن از سبک‌ترین و فراوان‌ترین مواد سطح زمین بوده و هستند. هنگامی که کاهش گرما به درجه‌ای رسید که پیدایش مولکول‌ها را ممکن ساخت، این اتم‌ها شروع به ترکیب‌شدن با یک‌دیگر کردند. از آن‌جا که هیدروژن از اتم‌های دیگر فعال‌تر است و ترکیب آن با اکسیژن و نیتروژن و کربن آسان‌تر از ترکیب سه عنصر مذکور با یک‌دیگر، صورت می‌گیرد، به احتمال قوی سه نوع ملکول زیر، در لایه‌ی خارجی زمین به وجود آمدند:

      از ترکیب هیدروژن با اکسیژن مولکول آب به وجود آمد. O₂H یاH-O-H

      از ترکیب هیدروژن با نیتروژن ملکول آمونیاک به وجود آمد.  _۳NH

      از ترکیب هیدروژن با کربن ملکول متان به وجود آمد.            _۴CH

      در آن هنگام گرمای زمین به درجه‌ای وجود داشته، که این سه ترکیب ساده به صورت گاز موجود بوده‌اند و اتمسفری که زمین را احاطه می‌کرده مقادیر فراوانی از این سه گاز در برداشته‌اند. شواهد و مدارک موجود نشان می‌دهند که چنین واکنش‌هایی نه تنها روی زمین به وقوع پیوسته‌اند بل‌که در بعضی از سیاره‌های دیگر منظومه‌ی خورشیدی نیز صورت گرفته‌اند. مثلا” سیاره مشتری که بسیار دور از خورشید به دور آن می‌گردد و سطح‌اش بسیار سرد است، در حال حاضر آب و متان و آمونیاک را به صورت جامد دارد. ظاهر امر نشان می‌دهد که واکنش‌های شیمیایی سیاره‌ی مشتری نیز از نوع واکنش‌های شیمیایی روی زمین بوده‌اند ولی دوری از خورشید و برودت زیاد، سه گاز نام‌برده را، پیش از آن‌که بتواند ترکیبات بعدی به وجود آورند، به حالت جامد در آورده است. با اطمینان خاطر می‌توان گفت که در اتمسفر زمین ما، متان و آمونیاک وجود ندارد. حال باید دید که اتمسفر قدیمی زمین چگونه به صورت کنونی در آمده است؟

      منبع انرژی لازم برای ساخته شدن ملکول‌های آب و متان و آمونیاک، اشعه ایکس، اشعه فوق بنفش، نور و گرمای خورشید بود. از این گذشته گرمای سطح زمین خود کافی بود که ساخته شدن این سه ترکیب ساده را سبب شود و در عین حال به آن اندازه زیاد نبود که سبب متلاشی شدن آن‌ها گردد.

      در نتیجه‌ی سرد شدن تدریجی کره زمین، درجه گرما به حدی تنزل یافت که بعضی از این گازها به حالت مایع در آمدند و نیز بعضی از مایعات جامد گشتند.

اقیانوس‌های اولیه

      آب‌هایی که به صورت بخار در اتمسفر زمین وجود داشتند ابرهایی به ضخامت صدها کیلومتر تشکیل داده بودند، بر اثر برودت تدریجی به صورت باران نازل شدند ولی قشر زمین هنوز به اندازه‌ای گرم بود که آب را به سرعت بخار می‌کرد و به هوا می‌فرستاد. سرانجام قشر زمین به برودتی رسید که توانست آب را به صورت مایع در خود جای دهد. در این مرحله بود که باران‌های دایم بر سطح زمین باریدند و گودال‌ها و حفره‌های سطح زمین را پرساختند و نیز سیلاب‌های عظیم از کوه‌ها سرازیر شدند و تدریجا” نخستین اقیانوس‌ها را به وجود آوردند.

      بخشی از آمونیاک و متان اتمسفر، هم‌راه آب باران به اقیانوس‌ها وارد شد و در آن به حالت محلول باقی‌‌ماند. این دو ماده در گرمایی که آب حالت مایع دارد، به صورت گاز هستند. نیز نمک‌ها و کانی‌های محلول از خشکی‌ها شسته شدند و در اقیانوس‌ها حل گشتند. در آغاز تشکیل اقیانوس‌ها، نمکی در آب حل نشده بود، ولی چون رودها در حین جریان مقداری از آن را به دریاها می‌آوردند و نیز امواج سهمگینی که سواحل را متلاشی می‌ساختند، مقادیر قابل توجهی نمک و کانی‌ها در اقیانوس‌ها می‌ریختند، رفته‌رفته مقدار زیادی نمک در آب اقیانوس‌ها حل و انبار شد. از فعالیت آتش‌فشان‌های زیردریایی نیز مقادیری نمک و کانی‌ها به آب اقیانوس افزوده گشت. بدین صورت بود که دریاهای اولیه شور شدند و با گذشت زمان شوری آن‌ها افزایش یافت.

      پیدایش آب، متان، آمونیاک و به وجود آمدن دریاهایی که متان و آمونیاک و بسیاری از نمک‌ها و کانی‌ها به صورت محلول داشتند، از نخستین سوانحی بودند که پیدایش حیات را روی سیاره ما امکان‌پذیر ساختند. چنان‌که می‌دانیم آب مهم‌ترین ماده سازنده‌ی ماده‌ی زنده است. آب به طور متوسط دوسوم و در بعضی از موارد نزدیک نود درصد یا بیش‌تر ماده‌ی زنده را می‌سازد و نیز وجود آب در حال حاضر در سه چهارم سطح کره زمین، اهمیت بسیاری در اقتصاد عالم جان‌داران دارد. اهمیت آب در دو خاصیت مخصوص آن است:

      خاصیت یکم؛ آب یکی از بهترین حلال‌هاست و بیش از سایر حلال‌ها مواد گوناگون را در خود حل می‌کند و به این حساب بهترین محیط وقوع واکنش‌های شیمیایی است. بدیهی است که واکنش‌های شیمیایی در گازها و جامدها نیز صورت می‌گیرند ولی بیش‌تر واکنش‌ها به سهولت و به وفور در آب انجام می‌گیرند. از آن‌جا که اساس فرایندهای زیستی، فرایندهای شیمیایی است، وفور آب در سطح زمین به صورت مایع، از مساعدترین عوامل پیدایش حیات بوده است.

      خاصیت دوم؛ آن‌که آب بهترین منبع هیدروژن و اکسیژن است. هردوی این عنصرها، خواص بسیار مفید دارند و ظهور حیات برمبنای واکنش‌های شیمیایی، به وجود آن‌ها نیازمند بوده است. ولی این دو گاز از همان آغاز عمر زمین به صورت آزاد در مجاورت قشر زمین موجود نبوده‌اند بل‌که مولکول‌های آب در حکم اندوخته‌هایی از این دو گاز بوده‌اند. اکنون نیز آب تنها منبع هیدروژن و یکی از مهم‌ترین منابع اکسیژن است.

      آب با دارا بودن دو خاصیت مهم فوق سبب وقوع واکنش‌هایی شد که پیدایش ماده‌ی زنده را تسهیل می‌کرده‌اند. موادی که در این واکنش‌ها شرکت داشتند از همان مواد محلول در آب به‌اضافه‌ی خود آب و اندکی نیز کربن موجود در متان بوده‌اند.

مرحله دوم پیدایش حیات

خواص کربن

      کربن با داشتن چهار ظرفیت عنصری است که قابلیت انعطاف بسیار دارد. در متان هر چهار ظرفیت کربن را اتم‌های هیدروژن اشباع می‌کنند. که فرمول آن به صورت _۴CH می‌باشد که به صورت گسترده این چنین است:

      ولی ممکن است اتم‌های دیگری نیز این ظرفیت‌ها را اشباع کنند. مثلا” اگر متان با کلر ترکیب شود موادی به وجود می‌آورند که در آن‌ها، یک یا دو یا سه یا هر چهار ظرفیت کربن را ممکن است کلر به جای هیدروژن اشغال کند. موادی که حاصل می‌شوند عبارتند از:

تتراکلریدکربن_۴CL C، کلرومتان CL₃CH، دی‌کلرومتان_۲CL₂CH،کلروفرم _۳CL CH

      فرمول گسترده چهار ترکیب فوق چنین است:

تتراکلریدکربن             کلرومتان           دی‌کلرومتان               کلروفرم

      از میان این چهار ماده، چهارمی یعنی _۳CL CH  همان کلروفرم است که از مهم‌ترین داروهای بیهوشی است. عنصرهای دیگری جز کلر نیز می‌توانندجانشین هیدروژن‌های متان گردند. بنابراین متان می‌توانسته است با بسیاری از ترکیبات ساده‌ی موجود در اقیانوس‌اولیه واکنش کرده، مقادیری از موادکربن‌دار گوناگون به وجود آورد. به همان‌گونه که مواد حاصل از متان می‌توانستند با خود متان ترکیب شوند، مولکول‌های متان نیز می‌توانستند با یک‌دیگر ترکیب گردند و این یکی از مهم‌ترین خواص کربن است.

      بسیاری از اتم‌های کربن می‌توانند مستقیما” به یک‌دیگر متصل گردند و نمونه‌های متنوعی به وجود آورند. اگر کربن یک ملکول متان، به جای هیدروژن یک ملکول متان دیگر بیاید، ظرفیت‌های آزاد متان دوم ممکن است به وسیله هیدروژن یا اتم‌های دیگری اشباع شوند.

      بدین‌طریق ممکن است اتم‌های کربن بیش‌تری گرد هم‌آیند و سرانجام موادی به وجود آورند که رشته‌ی درازی از اتم‌های کربن را شامل گردند.

      هرگاه دو کربن دو انتهای یک رشته کربن به هم متصل شوند، حلقه‌ای از کربن حاصل خواهد شد. بَنزِن یکی از این‌گونه مواد است. بدین صورت ۶H 6 C که به صورت گسترده این چنین است:

بَنزِن

      ترکیبات اضافی دیگری نیز ممکن است به وجود آیند. چنان که مثلا” ممکن است رشته‌ی کربن‌ها منشعب شود یا آن‌که یک حلقه کربن با یک رشته کربن متصل گردد. نیز ممکن است این‌گونه “الگوهای کربن” در دو یا سه فضا توسعه یابند. چنین سازمان‌های کربن‌دار اسکلت‌هایی به وجود می‌آورند که ظرفیت‌های آزاد آن‌ها ممکن است به سایر اتم‌ها مانند هیدروژن و اکسیژن متصل شوند.

      بدیهی است ترکیباتی که در آن‌ها کربن‌ها به یک‌دیگر متصل هستند، هم از نظر تنوع و هم از نظر پیچیدگی فراوان خواهند بود. در واقع مواد کربن‌دار تنوع و پیچیدگی بیش‌تری از سایر مواد شیمیایی دارند. ناگفته نماند که دو مولکول کربن‌دار، اگر کوچک‌ترین تفاوتی در “اسکلت‌کربنی” خود داشته باشند، دو ماده‌ی کاملا” متفاوت خواهند بود و خواص شیمیایی متفاوت خواهند داشت.

مواد کربن‌دار

      ساخته شدن مولکول‌هایی که چند کربن متصل به هم داشته‌اند، برمبنای ترکیب متان یا موادی که با متان ترکیب شده بودند، یکی از اساسی‌ترین مرحله‌ی تاریخ تکامل ماده‌ی زنده است. در حال حاضر موادی که کربن‌های متصل به هم دارند، تقریبا” به طور انحصاری در ماده‌ی زنده به وجود می‌آیند، یا از موادی نتیجه می‌شوند که زمانی زنده بوده‌اند. روی همین اصل است که این‌گونه مواد را موادآلی نام نهاده‌اند. آب و فلزات و کانی‌ها که فاقد کربن‌های متصل به هم هستند، جهان غیرزنده را تشکیل می‌دهند ولی درماده‌ی زنده نیز موجودند.

      از میان اقسام گوناگون موادآلی که در دریاهای اولیه به وجود آمده‌اند پنج گروه هستند که در وقوع سوانح بعدی اهمیت فراوان داشته‌اند:

      گروه نخست موادآلی، مولکول‌هایی هستند که چند اتم کربن در آن‌ها به صورت رشته به هم پیوسته‌اند. اتم‌های دیگر این ملکول‌ها هیدروژن و اکسیژن هستند که نسبت دو به یک دارند. این ملکول‌ها که به احتمال قوی از ترکیب متان و آب حاصل شده‌اند، گروه هیدرات‌های کربن نام دارند. معروف‌ترین آن‌ها قندها هستند. گلوکز، از قندهای بسیار مهم است؛ یک ملکول گلوکز شش کربن به صورت رشته و ۱۲ اتم هیدروژن و شش اتم اکسیژن متصل به کربن‌ها دارد. و فرمول آن _۶O₁₂H₆C است. همه‌ی قندها شش کربن ندارند بل‌که بعضی از آن‌ها ۵ کربن و برخی بیش از ۶ کربن دارند.

      گروه دوم موادآلی، شامل گلیسرین است. گلیسرین اسکلتی سه کربنی دارد. ۸ اتم هیدروژن و سه اتم اکسیژن به کربن‌های آن متصل هستند. فرمول اتمی گلیسرین _۳O₈H₃C است.

      گروه سوم موادآلی، که منحصرا” از کربن و هیدروژن و اکسیژن ساخته شده‌اند و کربن به صورت رشته‌ی درازی مرکب از دو، تا بیست و حتا بیش‌تر اتم کربن است، اسیدهای‌چرب هستند. در ملکول اسیدچرب به همه‌ی کربن‌ها هیدروژن متصل است به استثنای کربن انتهای رشته که به آن دو اتم اکسیژن و یک اتم هیدروژن اتصال دارد.

      گروه چهارم موادآلی، اسیدهای‌امینه هستند. اسکلت کربن اسیدهای‌امینه یک رشته یا یک حلقه است. از مشخصات این گروه وجود اتم نیتروژن به هم‌راه اتم‌های کربن و اکسیژن و هیدروژن است. نیتروژن در اسیدهای‌امینه به صورت گروه امین است. مسلم است که گروه امین از آمونیاک و بدین طریق اشتقاق یافته است که یک اتم هیدروژن از آن خارج شده و به صورت _۲NH – است. در هر اسیدامینه یک گروه امین به اسکلت کربنی اتصال دارد.

      گروه پنجم موادآلی، شامل پورین‌ها Purins و پیریمیدین‌ها  Pyrimidins  است. اسکلت کربنی این دو دسته مواد همیشه حلقوی است. حلقه‌ی ابتدا از کربن‌ها ساخته شده است ولی چند اتم نیتروژن نیز در آن وارد است. پورین از دو حلقه متصل به هم و پریمیدین از یک حلقه ساخته شده است.

      واکنش‌های شیمیایی دومین مرحله پیدایش حیات را می‌توان چنین خلاصه کرد:

      قندها

      گلیسرین                                                                                             _۳CH

      اسیدهای‌چرب                                                                                    O₂H            + _۳CH

      اسیدهای‌امینه                                                                                       _۴CH

      پورین

      پیریمیدین

       اکنون باید دید که انرژی لازم برای ترکیب شدن این مواد از چه منبعی به دست می‌آمده است و از کجا چنین موادی تولید شده‌اند. از دو منبع انرژی موجود، (یکی گرمای سطح زمین و دیگری اشعه ایکس، اشعه ماورابنفش، نور، و گرمای خورشید) یک منبع هنوز مورد استفاده فراوان بود. گرمای سطح زمین که کم‌تر از گرمای آب جوش بود، اثری در واکنش‌های شیمیایی نمی‌توانست داشته باشد ولی منبع دیگر یعنی اشعه‌ی فوق‌بنفش و اشعه‌ی پر انرژی خورشید که با شدت به زمین می‌رسید اثر فراوان داشت و می‌توانست انرژی لازم برای واکنش‌های میان متان و آمونیاک و آب را فراهم سازد.

      از این گذشته منبع تازه‌ای از انرژی نیز موجود بود و آن تخلیه الکتریکی قوی هنگام تولید برق در اتمسفر بود. در اتمسفر ابرآلود طوفانی آن زمان (رعد و برق) تخلیه الکتریکی دایم صورت می‌گرفت. برق به هنگام تخلیه الکتریکی هم‌چون نور خورشید قادر بود که سبب وقوع واکنش‌های شیمیایی گردد.

      هم انرژی برق و هم انرژی خورشید به صورتی که امروزه، ولی به مقدار کم عمل می‌کنند، روی مولکول‌های گازی اتمسفر اثر کردند و سبب واکنش‌های شیمیایی هوایی شدند و محصولات این واکنش‌ها به وسیله‌ی باران در دریاها فرو ریخت.

      پا به پای واکنش‌های هوایی، واکنش‌هایی نیز در آب اقیانوس‌ها یعنی جایی که متان و همه اجزای لازم برای ترکیب شدن مواد، محلول بودند صورت گرفت. اتمسفر و اقیانوس‌ها هردو جایگاه وقوع واکنش‌های شیمیایی اولیه بودند.

      تردیدی نیست که واکنش‌های بعدی بیش‌تر در اقیانوس‌ها صورت گرفته‌اند.

      طی آزمایش‌هایی که اخیرا” به‌وسیله‌ی دانشمندان به‌عمل آمده‌اند، مسئله وقوع رویدادهای شیمیایی اولیه در اتمسفر زمین به صورت روشنی به اثبات رسیده ‌است. گاز متان و آمونیاک و آب را در شیشه‌ی مسدودی وارد ساختند و در این مخلوط به مدت چند روز تخلیه الکتریکی کردند، تا تقلیدی از آن‌چه که در اتمسفر روی می‌دهد، شده باشد. بررسی مواد محتوی شیشه نشان داد که قند و اسیدهای‌امینه و اسیدهای‌چرب و سایر ترکیبات آلی محصول آزمایش بوده‌اند.

      بنابراین کاملا” منطقی است اگر بپذیریم که تحت اثر منابع اولیه‌ی انرژی، گازهای ساده و کانی‌ها بر یک‌دیگر اثر کردند و گروهی از مواد آلی گوناگون ساختند و به آب اقیانوس‌ها افزودند.

      مواد آلی‌ای که تا این مرحله ساخته شدند چندان پیچیده نبودند ولی همه نوع مواد مهم کربن‌دار در برداشتند. پیدایش این مواد رمز گشودن باب حیات بود. زیرا به وجود آمدن مولکول‌های بزرگ‌تر دارای اسکلت کربنی پیچیده‌تر و خواص شیمیایی جدید‌تر را امکان بخشیدند.

ادامه دارد

سهراب.ن ۰۸/۰۳/۱۳۹۴