پرسش های بی جوابِ سرآغاز زندگی در سال 2014

توسط پیتر اِم مورفی (Peter M. Murphy)
ترجمه Behzad Farajollahi

جامعه سرآغاز حیات (OOL) مشتاق کشف تکامل شیمیایی یا پیدایش جانداران از مواد معدنی(abiogenesis) است. این مسیر فرضی تاریخی، پیوسته و طبیعی از مواد شیمیایی بیجان به زندگی یاخته ای است که هم ژنتیک و هم سوخت و ساز را در بر میگیرد. شکاف بین اهداف آنها و شواهد سرآغاز خلقت آنها بسیار بزرگ است. لوئیسی (P.L. Luisi) به عنوان یک استاد برجسته شیمیِ سرآغاز حیات، در سال 2010 خلاصه کرد:

”سرآغاز حیات روی زمین هنوز یک راز است، یکی از بزرگترین اسرار علم امروز… نا آگاهی ما در مورد سرآغاز حیات عمیق است، نه این که فقط برخی جزئیات سادهء ساز و کار گم شده باشد … این ناآگاهی نه تنها از مشکلات تجربی ما با شیمی ماقبل حیات سرچشمه می گیرد، بلکه در مفاهیم نیز می باشد، به طوری که ما هنوز نمی توانیم روی کاغذ تصور کنیم که چگونه همه این چیزها پیش آمد.“¹

همایش های تکاملگرایی اخیر در مورد پرسشهای بدون پاسخ سرآغاز حیات (OQOL) در سیسیل (2006)، اسپانیا (2009)، لستر انگلستان (2012)، و ژاپن (2014) برگزار شد. در این همایش ها توضیحات علمی و فلسفی ممکن برای ده ها شکاف بزرگ در درک سرآغاز حیات مورد بحث قرار گرفت. دانشمندان اغلب می توانند سختگیرترین منتقدان یکدیگر باشند. آنها تحقیقات و نظریه های یکدیگر را با به چالش کشیدن مفروضات غیر موجه، روش شناسی تجربی ضعیف، تجزیه و تحلیل داده های ناکافی و نتیجه گیری های نا موجه نقد می کنند. ما میتوانیم انتقادی را که محققان سرآغاز حیات بر یکدیگر وارد میکنند بدون پذیرش شواهد ناقصی که ممکن است برای رقابت توضیحات طبیعی خود از سرآغاز حیات ارائه کنند، بپذیریم. اگر چه من در این همایش ها شرکت نکردم، کار ارائه شده در همایش پرسشهای بدون پاسخ سرآغاز حیات به خوبی در متون علمی بررسی شده و در سایت های همایش مستند شده است.² همایش2014 ژاپن به شش پرسش بدون پاسخ انتخاب شده از طریق نظرسنجی آنلاین، از میان پانزده پرسش، پرداخته است (جدول 1 را ببینید).

تحقیقات زیاد، پیشرفت کم

یک جلسه در همایش 2014 روی ”چرا سرآغاز زندگی هنوز یک راز است؟“ متمرکز بود. این پرسش مهم بدون جواب باقی مانده است. یکی از پرسش های بدون پاسخ پشنهادی برای همایش سال 2009 سنجید که چرا زمینه تحقیقات سرآغاز حیات ”از آزمایشهای اولیه استنلی میلر در دهه 1950 پیشرفت چندانی نکرده است.“² در سال 2001، لهاو و همکارانش به این نتیجه رسیدند که ”پس از تقریباً 50 سال تحقیق پیشرفته، هیچ الگویی برای سرآغاز حیات وجود ندارد.“³ جامعه سرآغاز حیات حتی در فرضیات اساسی توافق ندارند، از جمله موارد: 1- زندگی از چه مکانی شروع شد؟، 2-کدام یک اول پدید آمد: ژنتیک یا سوخت و ساز؟، 3- ژنتیک و سوخت و ساز چگونه با هم متحد شدند؟، 4- آیا رنا(RNA) یا پروتئین دروازه ای از مواد شیمیایی بی جان به زندگی یاخته ای بود؟، 5- آیا ”سرآغاز حیات“ یک رویداد منحصر به فرد بود یا ”سرآغاز زندگی“ یک اتحاد از رویدادهای مستقل بود؟

فقدان پیشرفت در تحقیقات طبیعت گرایانهء سرآغاز حیات یک اعتراف تکان دهنده است، به ویژه هنگامی که با پیشرفت های خیره کننده و چشمگیر در زمینه های عملیاتی علمی در هفت دهه گذشته مقایسه شود.

اگرچه در همایش 2014 به طور گسترده مورد بحث قرار نگرفت، ”ظهور“ یک موضوع رایج در جامعه سرآغاز حیات است. ظهور به معنی این ایده است که نظم، انسجام و پیچیدگی می تواند در سطح کلان به دور از تعادل ایجاد شود که در سطح خرد و میکروسکوپی قابل مشاهده نیست. جستجو برای قوانین طبیعی حاکم بر سازمان های پیچیده، که میتواند چگونگی ظهور بیوشیمی و زیست شناسی را از شیمی و فیزیک توضیح دهد، ادامه دارد.

”ظهور“ رویکردهای تحقیقاتی سرآغاز حیاترا از بالا به پایین و پایین به بالا هدایت می کند. تحقیقات سرآغاز حیات از بالا به پایین به دنبال شواهدی از اجداد سادهتر زندگی یاخته ای مدرن به سمت اولین موجود زنده، که اغلب اولین جد مشترک جهانی(LUCA) نامیده میشود، میگردد. تحقیقات سرآغاز حیات از پایین به بالا در تلاش است تا بفهمد که چگونه مواد شیمیایی معدنی بیجان، تمام پلیمرهای زیست شیمیایی لازم برای زندگی را تشکیل میدهند، و چگونه آن مواد حاصل به صورت اولین جد مشترک جهانی ”خودسازماندهی“ می کنند.

پریگوژین(Prigogine) ظهور و ترمودینامیک غیرتعادلی مربوط به ”نظم از طریق نوسانات“ را بررسی کرد که برای آن جایزه نوبل شیمی را در سال 1977 دریافت نمود.⁴ نمونههای معمولی از ظهور که امروزه در بحث های سرآغاز حیات استفاده میشوند عبارتند از: طوفان، توده ماهیها و تپههای شنی. شکاف در پیچیدگی بین این نمونه ها و مواد بیوشیمیایی، که بسیار کمتر از زندگی یاخته ای است، را نمی توان اغراق کرد. یک مشکل مهم این است که هر سازمان نوظهوری همچنان توسط قوانین شناخته شده ترمودینامیک محدود می شود: 1-بقای جرم و انرژی و 2- آنتروپی هرگز کاهش نمی یابد.

معمای بسپارهای زیستی

پرسش جلسه دوم در همایش 2014 این بود: ”چگونه می توانیم توالی های مرتبی از آمینو اسیدها یا تک نوکلئوتیدها را به روش ماقبل حیات بسازیم؟“. پروتئین ها، آنزیم ها، رنا (RNA) و دنا (DNA) زیست بسپارهای ضروری همه حیات هستند. زندگی به بسیاری از کپیهای یکسان از بسپارهای زیستی با توالیهای منظمی از صدها تا هزاران آمینو اسید در آنزیمها و میلیونها تا میلیاردها مونوکلئوتید در دنا نیاز دارد. تحقیقات سرآغاز حیات هیچ شاهد یا توضیح قابل قبولی برای تشکیل غیرزیستی پلی پپتیدها یا پلی نوکلئوتیدهای با ترتیب خاص حتی با طول چند ده تکپار ارائه نکرده است.⁵ همایش مربوط درمورد: 1- منبع ماقبل زیستی آمینو اسیدها و تک نوکلئوتیدها با توجه به اینکه تولید آنها مستلزم شرایط ناسازگار متقابل است،⁶ 2- کنترل تاخوردگی و پیچیدن لازم برای ساختار دوم و سوم دقیق بسپارهای زیستی،⁷ و 3- منشأ یک دستی آرایش فضایی(هموکایرالیته) در امینو اسیدها و قندها⁸ بود.

یک توضیح(تکامل گرایان) برای فقدان شواهد برای مراحل میانی از مواد شیمیایی معدنی تا ”زندگی“ این است که چرخههای سوخت و ساز اولیه سرآغاز حیات یا همانندساز های ژنتیکی شواهد را خورده اند.⁹ این ادعای باورنکردنی به این معنی است که زمانی حداقل یک مسیر پیوسته از مواد معدنی تا زندگی وجود داشته است. سپس این ”زندگی“ به اندازه کافی باقی ماند که موجودات زنده مستقر شوند. بعد آن موجودات زنده تمام شواهد مراحل میانی و انتقالی در طول مسیر سرآغاز حیات را مصرف کردند. این توضیح با یک پل ساخته شده بین جزایر دوردست قابل مقایسه است. بعد از اینکه همه سفر بین جزایر را تمام کردند، تمام شواهد پل از بین رفت، از جمله شواهدی مبنی بر اینکه کسی میدانست چگونه پل بسازد یا راه دیگری برای سفر بین این جزایر دورافتاده داشته است. با این حال، نظریه ای که فقدان شواهد خود را پیش بینی می کند، قلمرو علم را ترک کرده است.

آب، آب در همه جا، بدون یک زیست مولکول در دیدرس

دو جلسه در همایش 2014 به مشکل رقیق سازی پرداختند:1- آیا ازدحام مولکولی برای شروع زندگی ضروری است؟ و2- سازو کارهای فیزیکی زیربنای سرهم شدن ساختارهای یاخته مانند اولیه چیست؟ بسیاری از تحقیقات سرآغاز حیات به دنبال یافتن مسیرهای غیرزیستی منتهی به ترکیبات آلی منفرد بوده و موفق شده اند. تئوریهای ظهور روشهایی را پیشنهاد میکنند که مواد شیمیایی به صورت خودآرایی در شبکههای شیمیایی پیچیده و ساختارهای بیوشیمیایی جمع می شوند که سپس خود به سلولهای زنده خودآرایی می کند. اما جزئیات خود آرایی سرآغاز حیات تا حد زیادی حدس و گمان و بحث برانگیز باقی مانده است.

غلظت ترکیبات آلی و بیوشیمیایی منفرد در سلول های زنده بسیار زیاد است. محققان سرآغاز حیات فقط می توانند فرض کنند که کیسه چه های لیپیدی ممکن است به عنوان محفظه های یاخته مانند، برای جمع آوری اجزای شیمیایی ضروری حیات برای رسیدن به غلظت های لازم برای ظهور به سمت آغاز حیات عمل کرده باشند.¹⁰ این کیسه چه ها همچنین شبکه ها و ساختارهای بیوشیمیایی را از نیروهای تخریب کننده مختلف حفظ کردند. با این حال، همان ساز و کارهای غلیظ کننده بسیاری از واکنشهای مخرب را نیز تشدید میکنند. یک پرسش بدون پاسخ سرآغاز حیات در مورد مشکل رقیق سازی، مربوط به ترمودینامیک نامطلوب واکنشهای تراکم(به هم متصل شدن) برای تشکیل زیست بسپارها در مقایسه با آبکافت(hydrolysis) پروتئینها و دنا و رنا به آمینو اسید ها و تک نوکلئوتیدها است.

تعریف مجدد زندگی؟

جلسات نهایی در همایش 2014 به 1- حیات مصنوعی و 2- ویژگی های جهانی(عمومی) زندگی پرداختند. هیچ معیار پذیرفته شده ای برای ”زندگی“ در جامعه سرآغاز حیات وجود ندارد. الزامات پیشنهادی برای تعیین مرز حیات از غیر حیات، از محدود کننده تا گسترشی متغیر است.¹¹ اکتشافات سیارات فراخورشیدی و پیشرفت در زیست شناسی ساختی، تعاریف علمی و فلسفی از پیش تعیین شده و تاریخی ”زندگی“ را به چالش می کشد. حتی در چارچوب معیارهای محدود کننده زندگی، که قدرت سوخت و ساز، تولید مثل و تکامل است، بسیاری از محققان سرآغاز حیات به دنبال شکل های مختلف زندگی از آزمایشگاه تا فضا هستند. آنها امیدوارند که اشکال سادهتر زندگی بتواند مسیر تاریخی سرآغاز حیات را از مواد شیمیایی بیجان به زندگی یاخته ای توضیح دهد. تاکنون، نظریهها و مدلسازی، جایگزین اصلی شواهد هر گونه شکل سادهتر زندگی هستند.

نتیجه گیری

دانشمندان و فیلسوفان که بر فرضیات طبیعت گرایانه و مادی گرایانه تکیه دارند، سرآغاز حیات را توضیح نداده اند. سناریوهای آنها به اندازه کافی مبهم باقی میمانند که به توافقی دست نمی یابند، اما به اندازه کافی جامع یا جزئی نیستند که در خطر ابطال پذیری قرار گیرند. مدافعان شرح کتاب مقدس از آفرینش در پیدایش نباید در بحث درباره مسائل سرآغاز حیات ساده لوح باشند. مانند تقسیم 7-10 در بولینگ، اگر ما صرفاً یکی از چندین توضیح یا نظریه طبیعی را برای برخی از جنبه های پرسش های بدون جواب سرآغاز حیات کنار بزنیم، سناریوهای طبیعت گرایانه دیگر باقی می مانند و شاید اعتبار پیدا کنند. به عنوان مثال، پرسش بدون پاسخ ”زندگی از کجا شروع شد؟“، طرفداران را به ”دهانه های آب گرم اعماق دریا“، ”منابع فرازمینی“ (panspermia) و ”برکه کوچک گرم داروین“ جلب می کند. هر گروه نقدهای ارزشمند و معتبری از رقبای خود ارائه می کند. خلقت گرایان باید عاقلانه از همه این انتقادات استفاده کنند تا هیچ طرح ”پیدایش جانداران از مواد معدنی“ معتبری باقی نگذارند. از آنجایی که آفرینش الهی در طول تاریخ تکامل طولانی انتقال شیمیایی و بیوشیمیایی میانی به موجودات زنده انجام نشده است، در نهایت توسط معیار سازگاری با قوانین علمی شناخته شده، نادرست بودن تمام توضیحات طبیعت گرایانه برای سرآغاز حیات، ثابت می شود.

در ریاضیات، یک ”برهان غیرمستقیم“ درستی یک گزاره را با:1- با فرض نادرست بودن گزاره، و 2- نشان دادن تناقض در نتیجه حاصل از فرض، اثبات میکند. تحقیقات قرن بیست و یکم در سطح جهانی همچنان نشان می دهد که پاسخ دهی به ده ها پرسش بدون پاسخ سرآغاز حیات، با جهان بینی طبیعی و مادی گرایانه چقدر دشوار (و شاید غیرممکن) خواهد بود. برخی از رشته های علمی از جمله ”جستجو برای هوش فرازمینی“، باستان شناسی، رمزنگاری و ”پزشکی قانونی“ دلایل هوشمند را می پذیرند. در این زمینه ها، پس از حذف تمامی تبیین های طبیعی ممکن برای مشاهدات و شواهد آنها، باید به دنبال تبیین دیگری رفت. همانطور که پرسش های بدون جواب سرآغاز زندگی در طول زمان به انباشته شدن خود ادامه می دهد، شکاف های گسترده در توضیح چگونگی تبدیل شدن مواد شیمیایی معدنی به حیات یاخته ای، مفروضات نادرست خلقتِ جدای از خدا و مخالف وحی کتاب مقدس را آشکار می کند.

مبر 2016 مراج