نظرية التخلق اللاحيوي

ظرية التخلق اللاحيوي The Abiogenesis Theory
درجة التأكد : حقيقة علمية .. لكن ينقص معرفة مقادير طبخة الحياة بالتحديد, و هذا يعتمد على نجاح العلماء في تكوين حياة من مركبات كيميائية في المعمل.

في مسألة نشوء الحياة هناك مفاهيم مؤكدة و قضايا أخرى قيد البحث. المؤكد أولا هو أن الحياة بدات على الأرض منذ حوالي 4 مليارات سنة, و المؤكد ثانيا ان الجزيئات العضوية (الخلايا الحية) تطورت من مركبات لاعضوية (كيميائية) .. او بصورة أبسط : حالة كيميائية تحولت إلي حالة حيوية و بشكل تدريجي تراكمي فيما يشبه عملية الطبخ في ظروف محددة من ضغط و حرارة و رطوبة, و هو ما يعرف بالتخلق اللاحيوي Abiogenesis. اما الغير مؤكد و الذي يبحث العلماء لمعرفته بدقة فهو :
1- هل حدث التخلق اللاحيوي على كوكب الأرض أم حدث على كوكب آخر ثم اتى في صورة كائنات حية بدائية (ميكروبات) محمولة على نيازك ؟
2- ما هي المقادير الدقيقة و الظروف المحددة (التي تصلح على أي كوكب) و القادرة على تحويل مركبات كيميائية لاعضوية إلي خلايا حية بدائية ؟
و يعتقد العلماء بإمكانية تشكيل حياة بدائية في المختبر من مركبات كيميائية غير حية كانت متوافرة على كوكب الأرض قبل زمن نشوء الحياة .. و ليس بطريقة واحدة بل بعدة طرق مختلفة. فبحسب المعلومات المتاحة و التي يسعى العلماء جاهدين لتطويرها و زيادة دقتها, طبخت الظروف الطبيعية العشوائية الحياة البدائية الأولى في حساء بدائي , مقاديره كالتالي :
بركة مياة عزبة حارة درجة حرارتها من 70 – 80 مئوية (175 فهرنهايت) بفعل حرارة البراكين .. و إذا زادت الحرارة لتحللت الجزيئات و إذا نقصت لما تفاعلت الجزيئات أبدا. غاز الميثان و غاز النشادر و غاز الهيدروجين ناتجين عن البراكين و يقومون بالتفاعل مباشرة لأنه لم يكن هناك غلاف جوي للأرض وقتها. فعندما إنفجرت البراكين في الأرض البدائية (أرض حممية و بلا غلاف جوي) كانت تقذف الميثان و النشادر و الهيدروجين و بخار الماء. و لذلك كانت الجزر البركانية وقتها هي مصانع عملاقة تنتج أطنانا من الأحماض الأمينية. و بعد تشكل الأحماض الأمينية في المياة العزبة قرب البراكين القديمة على الأرض البدائية حدث التفاعل.
و تحتاج الخلية البدائية في حدها الأدني إلي :
1- الحمض النووي الريبي منقوص الاوكسجين DNA : و التي توفر المعلومات اللازمة للبناء و التكاثر.
2- الإستقلاب : القدرة على الحصول على الغذاء و تحويله الي طاقة و طرح الفضلات.
3- غشاء لحفظ الخلية.
و يمكن تلخيص نشوء الحياة في هذا السيناريو :
يعتقد العلماء أن الخلايا الحية الأولى على سطح الأرض والقادرة على التطور والتكاثر حملت معلوماتها الجينية في الأغلب على هيئة جزيء شبيه بالرنا RNA، وهو قريب جدا من الدنا DNA. وإن كلا من الدنا و الرنا هما سلاسل من وحدات تدعى النيوكليوتيدات (مشار إليها في اليمين)، لذلك فالسؤال الرئيسي هو كيف أمكن للنيوكليوتيدات أن تنشأ للمرة الأولى من كيميائيات أبسط. ويمكن لكل من مكونات النيوكليوتيد الثلاث – الأساس النووي والفوسفات والسكر – أن يتشكل تلقائيا. ولكنها لا ترتبط تلقائيا ببعضها بعضا بالشكل الصحيح (انظر المركز). ولكن تجارب جديدة أظهرت أن طرازين على الأقل من نيوكليوتيدات الرنا، تلك التي تحوي أُسسا نووية nucleobases تدعى C و U، يمكن أن تكون قد نشأت من خلال طريق مختلف (أقصى اليسار).

طريقة نشوء النيوكليوتيدات

و كان الكيميائيون لفترة طويلة غير قادرين على إيجاد طريق أمكن من خلاله للأسس النووية والفوسفات والريبوز (السكر الذي يدخل في تكوين الرنا) أن تتحد بطريقة طبيعية تلقائية لتشكل كميات من نيوكليوتيدات الرنا. و بوجود الفوسفات، فإن المواد الأولية للأسس النووية وسكر الريبوز تشكل أولا مركب «2- أمينوأوكزازول»، وهو جزيء يحوي جزءا من السكر وجزءا من أحد الأسس النووية C أو U. وتعطي التفاعلات اللاحقة وحدة كاملة من الريبوز-الأساس ribose-base وبعد ذلك نيوكليوتيد كامل. كما تنتج التفاعلات ائتلافات «خاطئة» للجزيئات الأصلية، ولكن بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية تنجو فقط الأشكال الصحيحة من هذه الائتلافات وهي النيوكليوتيدات.
و بعد أن خلقت التفاعلات الكيميائية أولى وحدات البناء الجينية والجزيئات العضوية الأخرى، قامت عمليات جيوفيزيائية بجلبها إلى بيئات جديدة وقامت بتكثيفها (بتركيزها). وتجمعت هذه الكيماويات معطية جزيئات معقدة تلاها تشكيل خلايا بدائية. ومنذ نحو 3.7 بليون سنة قد تكون الجيوفيزياء هي أيضا التي دفعت هذه الخلايا الأولية إلى التكاثر.
و في المحاليل المائية، كانت لدى النيوكليوتيدات، التي تشكلت ضمنها، فرصة قليلة لتنضم مُشكِلةً جدائل طويلة قادرة على تخزين المعلومات الجينية. ولكن تحت الشروط الصحيحة – فمثلا، إذا جلبتها قوى الالتصاق الجزيئية بالقرب من بعضها بين طبقتين ميكرويتين من الغضار (الصورة أعلاه) – فإنه يمكن للنيوكليوتيدات أن تنضم إلى بعضها مشكلة جدائل منفردة شبيهة بالرنا الذي نعرفه اليوم.

بمجرد تحررها من الغضار، قد تغدو الپوليميرات الحديثة التشكل محاطة بأكياس مملوءة بالماء حيث تصطف الأحماض الدهنية تلقائيا لتشكل أغشيةً. وفي الغالب، احتاجت الخلايا الأولية تلك إلى بعض التحفيز الخارجي لكي تبدأ بمضاعفة مادتها الجينية، ومن ثَمّ البدء بالتكاثر. وفي واحدٍ من السيناريوهات المحتملة (في اليسار) دارت هذه الخلايا الأولية بين الأنحاء الباردة والساخنة لبركة ما، والتي قد تكون متجمدة جزئيا على أحد جوانبها (كانت الأرض الحديثة التشكل في غالبها باردة) وذائبة على جانبها الآخر بفعل حرارة بركان.
وعلى الجهة الباردة من البركة، أدت جدائل منفردة من الرنا (1) دور مرصافات شكلت عليها النيوكليوتيدات الجديدة أزواجا قاعدية (حيث شكلت الأسس As أزواجا مع الأسس Us، وكذلك Cs مع Gs) مما نتج منه جدائل مزدوجة (2). والحرارة، على الجهة الحارة من برْكة الماء، ستؤدي إلى فصل الجدائل المزدوجة عن بعضها بعضا (3). ويمكن للأغشية أيضا أن تنمو ببطء (4) إلى أن تنقسم الخلايا الأولية إلى خلايا أولية «بنات» للخلايا الأصلية (5)، والتي سيكون بإمكانها بدء هذه الدورة من جديد. ثم بمجرد انطلاق دورات التكاثر، أقلعت آلة التطور – تقودها طفرات عشوائية – وفي نقطة ما من العملية حصلت الخلايا الأولية على القدرة الذاتية على التكاثر. وولدت الحياة.

(1) التطور يبدأ: الخلية الأولية الأولى هي عبارة عن كيس من الماء ورنا ويحتاج إلى محفز خارجي (كأن تكون هناك دورات من الدفء والبرودة) من أجل التكاثر. ولكنها بعد فترة قصيرة ستكتسب صفات جديدة.

(2) تحفيز رنوي: ظهور الإنزيمات الريبية (ريبوزيمات) ribozymes (وهي جزيئات رنا مثنيّة مشابهة للإنزيمات ذات الأساس الپروتيني) وتَوَليها مهام مثل تسريع التكاثر وتقوية الغشاء الخلوي. ونتيجة لذلك، تبدأ الخلايا بالتكاثر اعتمادا على ذاتها.

(3) الأيض يبدأ: تحفز إنزيمات ريبية أخرى عملية الأيض – وهي سلسلة من التفاعلات الكيميائية تمَكِّن الخلايا الأولية من التزود بالمغذيات من البيئة.

(4) ظهور الپروتينات: تبدأ أنظمة معقدة من محفزات الرنا بترجمة خيوط من أحرف الرنا RNA (جينات) إلى سلاسل من الأحماض الأمينية (پروتينات). وتثبت الپروتينات لاحقا أنها محفزات أكثر فاعلية وقادرة على تنفيذ مهام متنوعة.

(5) استيلاء الپروتينات: تتولى الپروتينات مهام واسعة داخل الخلية. وتدريجيا تحل محفزات ذات أساس پروتيني، أو الإنزيمات، محل معظم الإنزيمات الريبية.

(6) ولادة الدنا: تبدأ إنزيمات أخرى بصناعة الدنا. وبفضل ثباتيته المتفوقة، يتولى الدنا دور الجزيء الجيني الأساسي. وتصبح الآن المهمة الرئيسية للرنا هي أن يقوم الرنا بدور جسر بين الدنا والپروتينات.

(7) عالم البكتيريا: متعضيات شبيهة بالبكتيريا الحديثة، تتكيف للعيش عمليا في أي مكان على الأرض، وتسيطر من دون أي منازع لبلايين السنين، إلى أن يبدأ بعضها بالتطور إلى متعضيات أكثر تعقيدا.

و يتطلع العلماء الذين يدرسون نشوء الحياة إلى بناء متعضية ذاتية التضاعف وذلك انطلاقا من مواد غير حية تماما. والتحدي الأكبر في هذا المضمار هو إيجاد جزيء جيني genetic molecule قادر على التضاعف الذاتي تلقائيا. ويقوم العلماء بتصميم وتركيب صيغ معدلة من الرنا والدنا بحثا عن هذه الخاصية المحيرة. وربما لا يكون الرنا بذاته هو الحل: فضفائره المضاعفة لا تنفصل بسهولة لتصير جاهزة للتنسخ (للتضاعف)، إلا إذا كانت قصيرة جدا.

من أهم علماء هذة النظرية

ستانلي لويد ميلر : Stanley Lloyd Miller

هو عالم كيميائي و أحيائي أمريكي أشتهر بسبب دراساته في مجال التولد التلقائي وبالتحديد في تجربة ميلر-يوري التي أثبت فيها أنه من الممكن إنشاء مركبات عضوية من خلال عمليات كيميائية بسيطة من مواد غير عضوية. ولد ستانلي في مدينة أوكلاند، كاليفورنيا ،الولايات المتحدة. حصل في عام 1951 م على درجة البكالوريس في جامعة كاليفورنيا، بركلي ، ومن ثم أكمل دراسته للحصول على درجة الدكتوراة في الكيمياء سنة 1954م في جامعة شيكاغو وقد أشرف على ستانلي في مرحلة الدكتوراة هارولد يوري.

ستانلي ميلر