من أين أتت الحياة الذكية؟

ما هي الشروط اللازمة لتطور لا بد منه في مكان ما في الكون. يدرس علماء الأحياء الخارجية إمكانية وجود حياة على كواكب أخرى

تم نشر المقال لأول مرة على موقع يونيفيريتوداي، مما سمح لموقع هيدان باستخدام مواده في 8 مارس 2005، وظهرت الترجمة الأصلية على موقع هيدان في 1.4.2005 أبريل XNUMX.

بقلم: جيف بارباور، Universetoday، ترجمة آرييل آيزنهاندلر

يتم رفع المقال بمناسبة الرفع على الموقع الجديد لعالمين (تم تقسيم معلوماتهما منذ بداية الحياة على الموقع القديم): لقد عرفوا بداية الحياة, وعالم جديد سيتناول البانسبيرميا (الفرضية التي بموجبها جاءت الحياة إلى الأرض من الفضاء)

يعرف علماء الأحياء وكذلك الآباء أن الحياة خلقت من حيوات سابقة؛ من البكتيريا اللاهوائية الأكثر بدائية (التي لا تحتاج إلى الأكسجين) إلى الحيوانات الأكثر تعقيدا مثل الإنسان. ومن الواضح تمامًا أن النسل لا يشبه بالضرورة أسلافه في جميع السمات. وفي الوقت نفسه، لا يستطيع علماء الأحياء الخارجية (خبراء في علم الأحياء الخارجية - دراسة إمكانية الحياة على الكواكب الأخرى) دحض حقيقة وجود الحياة خارج كوكبنا الأزرق. إن نفي الشيء أصعب من إثباته. ففي النهاية، إذا نشأت الحياة الذكية هنا، فمن الممكن أن تنشأ في مكان آخر.

كان يجب أن تحدث أشياء كثيرة لكي تتطور الحياة. إذا عدنا إلى الوراء، فإن كل شيء بدأ بالانفجار الكبير الذي أدى إلى نشوء المكان والزمان. في بداية الكون، كان للضوء صدى واتحدت العناصر البدائية معًا لتشكل الجيل الأول من النجوم.
الألياف وبمجرد تسخينها، بسبب ضغط الجاذبية، بدأت هذه المادة البدائية في الذوبان في قلوب النجوم وبدأ نوع أضعف من الضوء في التحرك نحو الخارج لتدفئة وإضاءة الكون الشاب، الذي لديه القدرة على التوسع إلى الأبد. وبعد مزيد من الوقت والفضاء، بدأ هؤلاء النجوم العظماء يموتون بعد أن عاشوا حياة قصيرة. أدت الانفجارات اللاحقة إلى إطلاق كميات كبيرة من الذرات الثقيلة - وليست البدائية - إلى الفضاء. وفي هذه البيئة الغنية تشكلت العديد من النجوم، وكان لدى الكثير منها كواكب ملحقة، وهي ضرورية للبدء حيث يوجد مستوى ثابت من الإشعاع الضروري للسماح بالحياة العضوية.

على الرغم من أن نجوم الجيل الأول تشكلت خلال مئات الملايين من السنين من الانفجار الكبير، إلا أن الحياة هنا على الأرض استغرقت وقتًا. شمسنا، وهي نجم من الجيل الثالث متوسط ​​الكتلة، تشكلت بعد حوالي 9 مليارات سنة فقط. ولم تظهر الحياة إلا بعد ما يزيد قليلاً عن مليار سنة. في ظل هذه الظروف، تتحد الجزيئات معًا لتشكل مركبات عضوية - والتي، في ظل الظروف المناسبة، تتحد معًا لتشكل الأحماض الأمينية والبروتينات وأخيرًا الخلايا. خلال كل هذا، تم إنشاء طبقة إضافية من التعقيد للطبقة السابقة وأصبحت المخلوقات أكثر وأكثر تمييزًا للعالم من حولها. في النهاية، بعد مليارات السنين، تطور البصر، بالإضافة إلى حواس الوعي الذاتية التي سمحت للكون بالنظر إلى نفسه.

أظهرت الدراسات التجريبية (الدراسات المبنية على التجربة والدراسات التجريبية) التي بحثت في أساس الحياة أن مجموعة من العناصر الأساسية (الهيدروجين والكربون والأكسجين والنيتروجين) المعرضة للأشعة فوق البنفسجية غير المؤينة تشكل أحماض أمينية. تتمتع الأحماض نفسها بقدرة مذهلة على تكوين سلاسل وتصبح بروتينات. تتمتع البروتينات بالقدرة على تغيير الشكل بسهولة وكذلك إعطاء الشكل والسلوك للخلايا. واليوم، يقول العلماء إن أول حمض أميني ربما جاء من الفضاء1، محميًا من الإشعاعات المتحللة داخل السحابة الكثيفة المكونة من مادة بين النجوم. لهذا السبب، من الممكن أن تكون الحياة ظاهرة شائعة وتنتظر ببساطة الظروف المناسبة لتترسخ وتنمو إلى مجموعة واسعة من الأشكال.

حاليًا، يعتقد علماء الأحياء الخارجية أن الماء السائل هو عنصر أساسي في خلق وتكاثر أشكال الحياة العضوية. الماء استثناء. باعتباره مذيبًا خفيفًا، يسمح الماء للجزيئات الأخرى بالتفكك وإعادة الاتحاد. وفي الوقت نفسه، فهي أيضًا مستقرة وشفافة بدرجة كافية للسماح للضوء باختراقها، وهو عامل أساسي لأشكال الحياة التي تسمح باستخلاص الطاقة مباشرة من ضوء الشمس. وأخيرًا، يحافظ الماء على درجة حرارته بشكل جيد، ويتعامل بشكل صحيح مع الحرارة الزائدة عن طريق التبخر ويطفو عندما يكون باردًا ليتصلب على شكل جليد.

وفقًا لعالم الأحياء الخارجية أندرو بوهوريل من وكالة ناسا، "يجمع الماء الجزيئات العضوية معًا ويمكّنها من التنظيم في بنية تصبح في النهاية خلايا". وبالتالي، فإن الماء عبارة عن ركيزة لا مثيل لها تسمح للجزيئات العضوية بتكوين هياكل منظمة بشكل مستقل. يشيد أندرو بخاصية فريدة للمياه تجعل التنظيم والنمو المستقلين ممكنين: "إن التأثير الكاره للماء هو المسؤول عن عدم اختلاط الماء والزيت، كما أن الصابون والمنظفات "تلتقط" الأوساخ الدهنية أثناء الغسيل بالماء وعن عدد كبير من الظواهر الأخرى. . وبشكل أعم، فإن التأثير الكاره للماء هو المسؤول عن فصل الجزيء غير القطبي (الدهون) أو جزء من الجزيء عن الماء، حتى يتمكنوا من الاتصال ببعضهم البعض على الرغم من أنهم غير ملتصقين. في علم الأحياء، هذه هي بالضبط التفاعلات المسؤولة عن تكوين جدران الخلايا الغشائية وطي البروتينات إلى هياكل مفيدة.

لكي يظل الماء سائلاً، يجب أن يظل ضمن نطاق ضيق نسبيًا من درجة الحرارة والضغط. ولهذا السبب، فإن عددًا صغيرًا فقط من الكواكب ذات المواقع الجيدة، وربما حتى عددًا من الأقمار الكبيرة، هي المفضلة للحصول على الظروف اللازمة للسماح بوجود الحياة. في كثير من الحالات، يتلخص الأمر كله في نوع من العقارات السماوية - الموقع، الموقع، الموقع...

كانت الحياة المبكرة على الأرض بسيطة للغاية من حيث الشكل والسلوك. على الرغم من أنها كانت خلوية، إلا أن الخلايا كانت تفتقر إلى نواة (بدائيات النوى) وتفتقر أيضًا إلى هياكل أساسية إضافية (عضيات الخلية). وبما أنها لا تحتوي على نواة، فقد تضاعفت هذه الخلايا لا جنسيا. توجد هذه اللاهوائيات بشكل أساسي عن طريق تكوين غاز الميثان من الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. لقد أحبوا الحرارة - وكان لديهم الكثير من الحرارة!

إن حقيقة تطور الحياة عبر الأرض لا ينبغي أن تكون مفاجئة كما قد يتصور المرء. تعتبر الحياة اليوم أقوى بكثير مما كان يعتقد سابقا. وحتى الآن، فإن الفتحات الحرارية المائية (نشاط المحاليل والغازات الساخنة على سطح الأرض) في قاع المحيط تطلق الماء المغلي تقريبًا. وتزدهر الحياة، على شكل ديدان أنبوبية أو محار، بالقرب من هذه الفتحات. في أعماق سطح KDWA، يمكنك العثور على البكتيريا اللاهوائية التي تعيش عن طريق استقلاب المعادن. كانت مثل هذه الظروف تعتبر مستحيلة طوال معظم القرن العشرين. يبدو أن الحياة تظهر حتى في ظل أقسى الظروف.

عندما تطورت أشكال الحياة على الأرض، طورت الخلايا عضيات - بعضها عن طريق تضمين خلايا أقل جودة ولكنها فريدة من نوعها في بنيتها. برد الكوكب، وصفا الغلاف الجوي، وومضت أشعة الشمس عبر المحيطات. وظهرت البكتيريا البدائية التي تنتج الطاقة من ضوء الشمس كغذاء. بقي بعضها بدائيات النوى بينما طور البعض الآخر نواة (حقيقيات النوى). زادت هذه البكتيريا البدائية من كمية الأكسجين في الغلاف الجوي. كل هذا حدث منذ حوالي 2 مليار سنة وكان ضروريا لنوعية وكمية الحياة التي تسكن "الكوكب الأزرق" حاليا.

في البداية، كان الغلاف الجوي يحتوي على أقل من 1% من الأكسجين، ولكن مع ارتفاع هذه المستويات، تكيفت أشكال الحياة الآكلة للبكتيريا لتصنيع الماء من الأكسجين والهيدروجين. بهذه الطريقة، تم الحصول على طاقة أكبر بكثير مما يستطيع استقلاب الميثان تقديمه. كان إتقان تركيب الماء إنجازًا عظيمًا للحياة. فكر في تجارب مختبر الكيمياء التي قمت بها في المدرسة الثانوية، والتي تم فيها دمج غازي الهيدروجين والأكسجين معًا وتسخينهما وتفجيرهما. كان على أشكال الحياة البدائية أن تتعلم كيفية التعامل مع هذه المواد المتطايرة بطريقة أكثر حذرًا - باستخدام الفوسفور لتحويل ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) إلى ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وهو نوع من الطاقة المخزنة بالداخل) والعودة (عملية التنفس الخلوي التي يتم فيها يتم إنتاج الطاقة، ص.الانتقال من مركبات ATP إلى مركبات ADP، أو يتم حفظ الطاقة، عن طريق التحول من مركبات ADP إلى مركبات ATP).

وفي وقت لاحق، منذ حوالي مليار سنة، ظهرت أبسط الكائنات متعددة الخلايا. حدث هذا عندما اجتمعت الخلايا معًا من أجل الصالح العام. إلا أن هذه المخلوقات كانت عبارة عن مستعمرات بسيطة: كل خلية كانت مستقلة وتعتني باحتياجاتها الخاصة، وكل ما احتاجته هو حرارة المحيط للحصول على العناصر الغذائية والتخلص من الفضلات.

حدثت الخطوة الرئيسية التالية في تطور الحياة 2 عندما تطورت خلايا الأنسجة الفريدة. عززت العضلات والأعصاب والبشرة (الطبقة الخارجية من الجلد) والغضاريف تطور أشكال الحياة العديدة والمعقدة التي تعيش على الكوكب حاليًا - من نبات من البنكرياس إلى براعم عالم فلك شاب! ومع ذلك، فمن المؤكد أن هذا المخلوق المنظم من الممكن أن يكون نوعًا من الدودة التي كانت تتحرك في الوحل البحري الذي كان موجودًا منذ حوالي 700 مليون سنة - مع عدم وجود عيون وجهاز عصبي مركزي، كان لدى هذا المخلوق القدرة على الإحساس والتذوق فقط، لكن الحياة كانت لها القدرة على التفرقة والتخصص. المخلوق نفسه أصبح محيطًا ...

ومع ظهور المخلوقات جيدة التنظيم، تسارعت وتيرة الحياة:
قبل 500 مليون سنة: تطورت الفقاريات الأولى. من المحتمل أنها كانت تشبه ثعبان البحر، عديمة الرؤية ولكنها حساسة للتغيرات الكيميائية، وربما الكهربائية أيضًا، في بيئتها.
منذ 450 مليون سنة: انضمت الحيوانات الأولى (الحشرات) إلى النباتات الجذرية على الأرض.
قبل 400 مليون سنة: خرجت أولى الفقاريات من البحر. ربما كانت هذه أسماكًا برمائية تعيش على الحشرات والنباتات على طول الساحل.
قبل 350 مليون سنة: ظهرت أولى الزواحف الشبيهة بالإغوانا. كان لهذه الحيوانات فك قوي وصلب في جمجمة من قطعة واحدة. ومع ازدياد حجمها، خفضت هذه الزواحف وزن الجمجمة عن طريق إضافة فتحات (خلف محجر العين البسيط). قبل أن تحكم الديناصورات الأرض، سبقتها التماسيح والسلاحف والتيروصورات (الزواحف الطائرة).
قبل 220 مليون سنة: ظهرت الثدييات البدائية، وأغلبها صغيرة الحجم وتشبه القوارض. طورت "النسخ" اللاحقة المشيمة (العضو الذي يتشكل على جدار الرحم أثناء الحمل، ويغذي الجنين ويزيل الفضلات)، ولكن الأنواع الأقدم تتكاثر عن طريق تفقيس البيض داخليًا. جميع الثدييات من ذوات الدم الحار بطبيعة الحال، لذلك يجب عليها أن تأكل بنهم للحفاظ على حرارة أجسامها - خاصة في الليالي الباردة والعاصفة، أثناء البحث عن المجرات الخافتة على طول المجموعة السماوية "نهر هاريدانوس" (النهر السماوي، الذي غالبا ما يرتبط مع نهر النيل أو الفرات، لأنه كان مهما للحضارات القديمة. ثاني أكبر كوكبة في سماء الليل. هناك أكثر من 36 مجرة ​​​​خافتة في هذه المجموعة).
تحتاج الطيور ذوات الدم الحار، مثل الثدييات، إلى طعام أكثر من الزواحف، ولكنها مثل الزواحف تضع البيض - وهي ليست فكرة سيئة بالنسبة لمخلوق طائر. اليوم، تطير الطيور السماوية (مثل كوكبة الانقلاب الصيفي: البجعة [Cygnus] والنسر [Auriga]) لأن الطيور الحقيقية نشرت أجنحتها قبل 150 مليون سنة.

كانت الرئيسيات المبكرة (وهي ثديية متطورة للغاية تنخرط في سلوكيات وتفاعلات اجتماعية معقدة، مثل الإنسان أو القرد) لا تزال موجودة في وقت انقراض الديناصورات. تدعم الأدلة القوية فكرة أن الديناصورات نفسها انقرضت كمجموعة بعد أن ضرب كويكب (أو مذنب) شبه جزيرة يوكاتان بالمكسيك. بعد هذا الحدث الكارثي، انخفضت درجات الحرارة عندما سقط شتاء "غير نووي" على كادفاه. وفي ظل هذه الظروف أصبحت كمية الطعام نادرة، ونال أصحاب الدم الحار الاحترام الذي يستحقونه. ولم يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى حل نوع واحد من "العمالقة" محل نوع آخر: فقد نمت الثدييات نفسها إلى أبعاد غير عادية، مع تطور أكبرها في "رحم" البحر ويتخذ اليوم شكل الحوت العظيم.

لم تكن نهاية "السحالي الرهيبة" (أصل اسم الديناصورات من اليونانية: dinos-terrible؛ zaurus-lizard) أول انقراض جماعي للحياة - فقد سبقته أربعة انقراضات. واليوم، فإن بعض علماء الفلك في العالم، الذين يدركون إمكانية حدوث مثل هذا التأثير الكارثي (الكارثي، الكارثي)، يراقبون الكتل الصخرية التي تدور في مدار قريب من الأرض، وهي كتل هي من بقايا تكوين الكويكب. النظام الشمسي. أصغر الأنواع، النيازك على سبيل المثال، تعطي عرضًا ضوئيًا سماويًا وغير ضار. تترك النيازك الأكبر حجمًا (الشهب) وراءها آثارًا من "اللهب" و"الدخان" عندما تصطدم بالأرض. وتركت الجثث الأكبر حجما وراءها آثار الدمار الطبيعي على طول عدة كيلومترات من الغابات، دون أن تترك أي أثر لموادها الخاصة. المتجاوزون الأكبر لا يرضون بالأقل. سيطلق كويكب أو مذنب يبلغ قطره كيلومترًا واحدًا محرقة كاملة في وسط السكان. الأجسام الأكبر بعشر مرات من هذه يمكن أن تسبب انقراضًا جماعيًا، وهو النوع الذي قضى على الديناصورات.

بدأ البشر في المشي منتصبين لأول مرة منذ حوالي 6 ملايين سنة. ربما حدث هذا عندما تباعد مسار أسلاف الشمبانزي والبشر الأوائل في السلسلة التطورية. وبعد الانقسام جاءت فترة 10 ملايين سنة حدث فيها تطور سريع للرئيسيات، والذي اندمج مع دورة تطور بشرية مدتها 6 ملايين سنة. تم صنع الأدوات الحجرية الأولى بأيدي الإنسان منذ حوالي مليوني عام. وبعد مليون سنة، استفاد النار بالفعل من أحد الأنواع البشرية المغامرة. اكتسبت التكنولوجيا زخمًا بطيئًا للغاية: فقد مرت مئات وآلاف السنين دون أي تحسن كبير في الأدوات التي استخدمتها المجتمعات القبلية في الماضي البعيد.

ظهر الإنسان الحديث منذ حوالي 200 ألف سنة. وبعد 125 ألف سنة، وقع حدث أدى على الأرجح إلى تقليص عدد سكان الأرض بالكامل إلى 10,000 فرد. هذا الحدث لم يكن خارج كوكب الأرض في الطبيعة. من الواضح أن الأرض نفسها أطلقت نارًا وكبريتًا أثناء ثوران غرفة الصهارة المشحونة بالغاز (على غرار تلك الموجودة أسفل متنزه يلوستون الوطني - يلوستون - في غرب الولايات المتحدة). ومرت 65 ألف سنة أخرى وأفسح العصر الحجري المجال لعصر الزراعة. منذ حوالي 5,000 عام، كانت المدن الأولى في البلاد متحدة في الوديان الخصبة المحاطة بمناخ أقل ملاءمة. لقد جاءت جميع الحضارات وذهبت، وكل منها تمرر شعلة الثقافة والتكنولوجيا التي تتطور ببطء إلى أخرى. واليوم، مر عدد قليل من مئات السنين منذ أن صنعت يد الإنسان الأولى عدسات زجاجية ووجهت عين الإنسان نحو الأشياء الموجودة في سماء الليل.

واليوم، تسمح لنا المرايا الضخمة والمسبارات الفضائية بمراقبة الكون الواسع الذي في متناول أيدينا. نحن نرى كونًا نشطًا ومثيرًا إلى حد ما، حيث الحياة أغنى مما يمكن لأي شخص أن يتخيله. مثل الضوء والمادة، يمكن للحياة بالتأكيد أن تكون سمة أساسية لاستمرارية الزمان والمكان (نظام إحداثيات رباعي الأبعاد يستخدم في النسبية). يمكن أن تكون الحياة عالمية مثل الجاذبية، أو شخصية مثل أمسية بمفردك مع تلسكوب تحت سماء الليل... __________________________
1 في الواقع، تم العثور على بصمة طيفية لحمض أميني واحد على الأقل (الجليسين) في سحب واسعة من الغاز والغبار في الوسط بين النجوم. (لمزيد من التفاصيل: حمض أميني موجود في الفضاء السحيق).

2 إن مسألة ما إذا كانت الحياة قد تطورت من شكل أقل تطورا إلى شكل أكثر تطورا ليست محل نقاش. إن كيفية حدوث هذه العملية بالضبط هي موضوع جدل عميق في المجتمع البشري. لا يُطلب من علماء الفلك، على عكس علماء الأحياء، أن يكون لديهم نظرية معينة حول هذا الموضوع. وسواء كان الطفرة العرضية أو الانتقاء الطبيعي هو الذي قاد العملية أو وجود "يد" غير مرئية لتحقيق مثل هذه الأشياء، فهذا خارج نطاق البحث الفلكي. يهتم علماء الفلك بالهياكل والظروف والعمليات في الكون بشكل عام. عندما تصبح الحياة مهمة في المناقشة، فإن علم الفلك - وخاصة علم الأحياء الخارجي - سيكون لديه ما يقوله عنها. لكن حقيقة أن علماء الفلك يسمحون للطبيعة "بالحديث" عن هذه القضايا باعتبارها خلقًا مفاجئًا وفوريًا لشيء من العدم، في شكل الانفجار الكبير، يوضح مدى مرونة التفكير الفلكي فيما يتعلق بالأصل المطلق (للكون). و الحياة).

شكر وتقدير

أتوجه بالشكر إلى عالم الأحياء الخارجية أندرو بوهوريل من وكالة ناسا، الذي أوضح لي الأهمية الكبيرة للتأثير الكاره للماء على الهياكل المصنوعة من قطعة واحدة. لمزيد من التفاصيل، انتقل إلى الموقع الرسمي لناسا حول علم الأحياء الخارجية، http://exobiology.arc.nasa.gov/، والذي كنت محظوظًا بما فيه الكفاية للتواصل من خلاله مع أندرو.

عن المؤلف

بدأ جيف بربور، الذي استلهم فكرته من تحفة أوائل القرن العشرين "السماء من خلال تلسكوب بثلاثة وأربعة وخمس بوصات"، رحلته في علم الفلك وعلوم الفضاء في سن السابعة. ويقضي جيف حاليًا معظم وقته في مراقبة السماء ولصيانة موقع Astro.Geekjoy.