تاريخ البحث في أصل الحياة

يشمل تاريخ البحث في أصل الحياة نظريات حول كيفية بدء الحياة ، من العصور القديمة مع فلسفة أرسطو وحتى تجربة ميلر-يوري في عام 1952.

نظرية التبذر الكوني هي فرضية مفادها أن الحياة موجودة في جميع أنحاء الكون ، موزعة عبر النيازك والكويكبات والمذنبات [ ^{1 ]} والكواكب الصغيرة . ^{[ 2 ]} لا تحاول هذه النظرية تفسير كيفية نشأة الحياة، بل تُرجع أصلها إلى جرم سماوي آخر. وتكمن ميزتها في أنها لا تشترط أن تكون الحياة قد تشكلت على كل كوكب توجد عليه، بل في موقع واحد، ثم انتشرت عبر المجرة ^إلى أنظمة نجمية أخرى عبر اصطدام المذنبات أو النيازك. ^{[ 3 ]} الأدلة على ذلك شحيحة، لكنها تجد بعض الدعم في دراسات النيازك المريخية التي عُثر عليها في القارة القطبية الجنوبية ، وفي دراسات بقاء الميكروبات المحبة للظروف القاسية في تجارب الفضاء الخارجي. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} وقد تمكنت البكتيريا الأرضية ، وخاصة بكتيريا "دينوكوكوس راديودورانس " شديدة المقاومة للمخاطر البيئية ، من البقاء على قيد الحياة لمدة ثلاث سنوات على الأقل في الفضاء الخارجي ، استنادًا إلى دراسات أُجريت على محطة الفضاء الدولية . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

من التكهنات المتطرفة أن الكيمياء الحيوية للحياة ربما بدأت في وقت مبكر يصل إلى 17 مليون سنة بعد الانفجار العظيم ، خلال حقبة يُفترض أنها كانت صالحة للحياة ، وأن الحياة قد تكون موجودة في جميع أنحاء الكون . ^{[ 10 ] [ 11 ]} وقد تكهن كارل زيمر بأن الظروف الكيميائية، بما في ذلك البورون والموليبدينوم والأكسجين اللازمة لتكوين الحمض النووي الريبي (RNA)، ربما كانت أفضل على سطح المريخ في بداياته منها على سطح الأرض في بداياتها. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} إذا كان الأمر كذلك، فإن الجزيئات الملائمة للحياة التي نشأت على سطح المريخ كانت ستنتقل لاحقًا إلى الأرض عبر قذفات النيازك .

لا يوجد نموذج واحد مقبول عمومًا لأصل الحياة. وقد اقترح العلماء عدة فرضيات معقولة تشترك في بعض العناصر المشتركة. ورغم اختلافها في التفاصيل، تستند هذه الفرضيات إلى الإطار الذي وضعه ألكسندر أوبارين (عام 1924) وجون هالدين (عام 1929)، والذي ينص على أن الجزيئات الأولى التي تُشكل الخلايا الأولى قد تشكلت من جزيئات أولية.

...تم تصنيعها في ظل ظروف طبيعية من خلال عملية بطيئة للتطور الجزيئي ، ثم تم تنظيم هذه الجزيئات في أول نظام جزيئي بخصائص ذات ترتيب بيولوجي". ^{[ 27 ]}

اقترح أوبارين وهالدين أن الغلاف الجوي للأرض في بداياتها ربما كان ذا طبيعة اختزالية كيميائية، ويتألف أساسًا من الميثان (CH₄ ₎ ، والأمونيا (NH₃ ₎ ، والماء (H₂O ₎ ، وكبريتيد الهيدروجين ( _H₂S )، وثاني أكسيد الكربون (CO₂ ₎ أو أول أكسيد الكربون (CO)، والفوسفات (PO₄³⁻ ₎ ، مع ندرة أو غياب الأكسجين الجزيئي ( _O₂ ⁾ والأوزون ( O₃ ₎ . ووفقًا لنماذج لاحقة، كان الغلاف الجوي في أواخر حقبة الهاديان يتألف في معظمه من النيتروجين (N₂ ₎ وثاني أكسيد الكربون، مع كميات أقل من أول أكسيد الكربون والهيدروجين (H₂ ₎ ومركبات الكبريت؛ ^{[ 28 ]} ورغم افتقاره للأكسجين الجزيئي والأوزون، ^{[ 29 ]} إلا أنه لم يكن ذا طبيعة اختزالية كيميائية كما افترض أوبارين وهالدين.

لم تظهر أي أبحاث أو فرضيات جديدة بارزة حول هذا الموضوع حتى عام 1924، عندما استنتج أوبارين أن الأكسجين الجوي يمنع تخليق بعض المركبات العضوية الضرورية للحياة. في كتابه " أصل الحياة" ^{[ 30 ] [ 31 ]} ، اقترح (مرددًا داروين) أن "التولد التلقائي للحياة" الذي انتقده باستور قد حدث بالفعل مرة واحدة، ولكنه أصبح مستحيلاً الآن لأن الظروف السائدة على الأرض في بداياتها قد تغيرت، وأن الكائنات الحية الموجودة مسبقًا ستستهلك فورًا أي كائن حي متولد تلقائيًا. جادل أوبارين بأنه يمكن تكوين "حساء بدائي" من الجزيئات العضوية في جو خالٍ من الأكسجين بفعل ضوء الشمس . ستتحد هذه الجزيئات بطرق أكثر تعقيدًا حتى تُشكل قطرات متجمعة . تنمو هذه القطرات عن طريق الاندماج مع قطرات أخرى، وتتكاثر عن طريق الانشطار إلى قطرات جديدة، وبالتالي تمتلك عملية أيض بدائية تبقى فيها العوامل التي تعزز سلامة الخلية، بينما تنقرض العوامل الأخرى . ولا تزال العديد من النظريات الحديثة لأصل الحياة تتخذ أفكار أوبارين كنقطة انطلاق .

في ذلك الوقت تقريبًا، اقترح هالدين أن محيطات الأرض البدائية (المختلفة تمامًا عن نظيراتها الحديثة) كانت ستشكل "حساءً مخففًا ساخنًا" يمكن أن تتشكل فيه المركبات العضوية. وقد لخص روبرت شابيرو نظرية "الحساء البدائي" لأوبارين وهالدين في "صورتها الناضجة" على النحو التالي: ^{[ 32 ]}

1. كان للأرض في بداياتها غلاف جوي مختزل كيميائياً .
2. هذا الغلاف الجوي، المعرض للطاقة بأشكال مختلفة، أنتج مركبات عضوية بسيطة (" مونومرات ").
3. تراكمت هذه المركبات في "حساء" ربما تركز في مواقع مختلفة (الخطوط الساحلية، والفتحات المحيطية ، وما إلى ذلك).
4. من خلال المزيد من التحول، تطورت البوليمرات العضوية الأكثر تعقيدًا - وفي النهاية الحياة - في الحساء.

صاغ إن دبليو بيرى مصطلح "التكوين الحيوي" عام 1953 للإشارة إلى أصل الحياة. كان يعتقد أن هذا المصطلح يُعبّر بشكل أفضل عن مفهوم نشأة الحياة من اللاحياة، مُجادلاً بأن مصطلح "التولد التلقائي" غير مناسب بسبب أصله اللغوي، ولأنه يحمل صلةً مُتبقية بنظرية التولد التلقائي التي تم دحضها . ^{[ 33 ]} على الرغم من استخدامه المحدود في هذا المجال خلال تسعينيات القرن العشرين، ^{[ 34 ] [ 35 ]} إلا أن مصطلح "التكوين الحيوي" يُستخدم الآن بشكل أقل شيوعًا في الأدبيات العلمية من مصطلح " التولد التلقائي "، الذي بدوره يُستخدم بشكل أقل بكثير من مصطلح "أصل الحياة" .

في عام 1967، اقترح جيه دي برنال أن التكوين الحيوي يحدث في ثلاث "مراحل": ^{[ 36 ]}

1. أصل المونومرات البيولوجية
2. أصل البوليمرات البيولوجية
3. التطور من الجزيئات إلى الخلايا

اقترح أن التطور بدأ بين المرحلتين الأولى والثانية، معتبراً المرحلة الثالثة - حين أصبحت التفاعلات البيولوجية محصورة داخل حدود الخلية - الأكثر صعوبة. وقد تُشكل الدراسات الحديثة حول كيفية تجميع أغشية الخلايا ذاتياً وعملها على المسام الدقيقة في مختلف الركائز خطوةً أساسيةً نحو فهم تطور الخلايا المستقلة الحرة المعيشة. ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]}

في عام ١٩٥٢، أجرى ستانلي ميلر وهارولد أوري تجربةً أثبتت كيف يمكن أن تتشكل الجزيئات العضوية تلقائيًا من مواد أولية غير عضوية في ظل ظروف مشابهة لتلك التي افترضتها فرضية أوبارين-هالدين. استخدمت تجربة ميلر-أوري مزيجًا غازيًا شديد الاختزال - الميثان والأمونيا والهيدروجين ، بالإضافة إلى بخار الماء - لتكوين مونومرات عضوية بسيطة مثل الأحماض الأمينية. ^{[ ٤٠ ]} تم تدوير مزيج الغازات عبر جهاز يُولّد شرارات كهربائية. بعد أسبوع، وُجد أن حوالي ١٠٪ إلى ١٥٪ من الكربون في النظام كان على شكل مزيج راسيمي من المركبات العضوية، بما في ذلك الأحماض الأمينية، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات . قدّم هذا دعمًا تجريبيًا مباشرًا للنقطة الثانية من نظرية "الحساء"، وتدور معظم النقاشات حول النقطتين المتبقيتين من النظرية. أظهرت إعادة تحليل أجريت عام 2011 للقوارير المحفوظة وجود مواد كيميائية حيوية أكثر مما تم اكتشافه في الأصل في الخمسينيات من القرن الماضي، بما في ذلك 23 حمضًا أمينيًا، وليس خمسة فقط. ^{[ 41 ]}

تشير دراسات عام 2020 إلى أن الغلاف الجوي البدائي للأرض كان مختلفًا تمامًا عن الظروف المستخدمة في دراسات ميلر-يوري. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

• برنال، جيه دي (1951). الأساس المادي للحياة . لندن: روتليدج وكيجان بول. LCCN 51005794 . 
• برنال، ج. د. (1967) [إعادة طبع لعمل أ. ل. أوبارين نُشر أصلاً عام 1924؛ موسكو: عامل موسكو ]. أصل الحياة . التاريخ الطبيعي لويدنفيلد ونيكلسون. ترجمة أوبارين بقلم آن سينج. لندن: ويدنفيلد ونيكلسون . رقم مكتبة الكونغرس 67098482 . 
• بوندسون، يناير (1999). حورية البحر Feejee ومقالات أخرى في التاريخ الطبيعي وغير الطبيعي . إيثاكا، نيويورك: مطبعة جامعة كورنيل . رقم ISBN 978-0-8014-3609-3. إل سي سي إن 98038295 . 
• برايسون، بيل (2004). تاريخ موجز لكل شيء تقريبًا . لندن: بلاك سوان . ISBN 978-0-552-99704-1. OCLC 55589795 . 
• دوبيل، كليفورد (1960) [نُشرت أصلاً عام 1932؛ نيويورك: هاركورت، بريس وشركاه ]. أنطوني فان ليفينهوك و"حيواناته الصغيرة"نيويورك: منشورات دوفر . LCCN 60002548 . 
• كاستينغ، جيمس ف. (12 فبراير 1993). "الغلاف الجوي المبكر للأرض" (ملف PDF) . مجلة ساينس . 259 (5097): 920-926 . رمز Bibcode : 1993Sci...259..920K . doi : 10.1126/science.11536547 . PMID : 11536547. S2CID : 21134564. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 10 أكتوبر 2015. تاريخ الاسترجاع : 28 يوليو 2015 .  
• كوفمان، ستيوارت (1995). في رحاب الكون: البحث عن قوانين التنظيم الذاتي والتعقيد . نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-509599-9. إل سي سي إن 94025268 . 
• لينوكس، جيمس ج. (2001). فلسفة أرسطو في علم الأحياء: دراسات في أصول علوم الحياة . سلسلة دراسات كامبريدج في الفلسفة وعلم الأحياء. كامبريدج، المملكة المتحدة؛ نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-65976-5. إل سي سي إن 00026070 . 
• أوبارين، أ. إ. (1953) [نُشر لأول مرة عام 1938؛ نيويورك: شركة ماكميلان ]. أصل الحياة . ترجمة ومقدمة جديدة بقلم سيرجيوس مورغوليس (  الطبعة الثانية). مينولا، نيويورك: منشورات دوفر. ISBN 978-0-486-49522-4. إل سي سي إن 53010161 . {{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
• روس، ألكسندر (1652). أركانا ميكروكوزمي .  المجلد الثاني. لندن . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 يوليو 2015 .
• شابيرو، روبرت (1987). الأصول: دليل المتشكك لنشأة الحياة على الأرض . تورنتو؛ نيويورك: دار بانتام للنشر . ISBN 978-0-553-34355-7.
• شيلدون، روبرت ب. (22 سبتمبر 2005). هوفر، ريتشارد ب .؛ ليفين، جيلبرت ف .؛ روزانوف، أليكسي ي.؛ جلادستون، ج. راندال (محررون). التطور التاريخي للتمييز بين التكوين الحيوي والتكوين التلقائي للحياة (ملف PDF) . علم الأحياء الفلكي والبعثات الكوكبية . المجلد  5906. بيلينجهام، واشنطن: SPIE. doi : 10.1117/12.663480 . ISBN 978-0-8194-5911-4LCCN 2005284378. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 أبريل 2015 . وقائع مؤتمر SPIE الذي عُقد في سان دييغو، كاليفورنيا، في الفترة من 31 يوليو إلى 2 أغسطس 2005
• تيندال، جون (1905) [نُشر أصلاً عام 1871؛ لندن؛ نيويورك: لونغمانز ، غرين وشركاه؛ دي. أبليتون وشركاه ]. شذرات من العلوم . المجلد  2 (  الطبعة السادسة). نيويورك: بي إف كولير وأولاده . OCLC 726998155. تاريخ الاسترجاع: 2015-06-06 .