پیدایش حیات-نکات و توضیحات(فصل۳ زیست پیش)

fasl3

پیدایش حیات-نکات و توضیحات

حيات چگونه آغاز شد؟ شايد هرگز هيچ‌كس نخواهد دانست حيات دقيقا چه موقع و چگونه بر روي زمين پديدار شده است. اما شواهد زيادي در دست است كه گوشه‌اي از سرگذشت حيات را به ما مي‌نماياند. در اين فصل، با اين شواهد و فرضيه‌هايي كه در اين‌باره وجود دارد، آشنا خواهيم شد.

 

سرآغاز زندگي

زمين در آغاز
دانشمندان بر اين باورند كه انفجارهاي آتشفشاني كه در ابتداي تولد زمين رخ مي‌داد. گازها و مواد مذاب را از دل گداخته‌ي زمين به پيرامون آن وارد كرده است. اين گازها توسط نيروي جاذبه‌ي زمين در پيرامون زمين نگه داشته شدند و اتمسفر اوليه‌ي زمين را تشكيل دادند.

اتمسفر اوليه‌ي زمين عبارت ‌بود از دي اكسيد كربن، نيتروژن و مقدار قابل توجهي آب. هم‌چنين احتمالا تركيبات هيدروژن‌دار سبك، مثل سولفيد هيدروژن، آمونياك و متان نيز در آن يافت مي‌شده است. در اين اتمسفر، اكسيژن وجود نداشت يا اگر هم داشت، مقدار آن ناچيز بود. اكسيژن زماني پديد آمد كه اشكال اوليه‌ي حيات شكل گرفتند. جانداراني كه با استفاده از انرژي خورشيد توانستند آب را به اكيسژن و هيدروژن تجزيه كنند و از كربن، تركيبات آلي پيچيده بسازند. امروز، ۲۱ درصد اتمسفر زمين ما را اكسيژن تشكيل مي‌دهد.

مدل حباب

گرچه آزمايش ميلر نشان داد كه مولكول‌هاي آلي زيستي مي‌توانند از اتمسفر اوليه‌اي كه حاوي آب و گازهاي H2 ,NH3 ,N3 و CH4 باشد پديد آيند، اما ديري نگذشت كه آزمايش ميلر مورد انتقاد قرار گرفت. منتقدين ميلر، اشكالات زير را بر آزمايش ميلر وارد مي‌دانند.
۱٫ در اتمسفر اوليه،NH3 و CH4 وجود نداشته است چون در آن زمان اتمسفر اوليه فاقد لايه‌ي محافظتي ازون بود و بنابراين پرتوي فرابنفش خورشيد مي‌توانست كليه NH3 و CH4 موجود در اتمسفر را ازبين ببرد.
۲٫ گرچه بعضي از مونومرهاي زيستي در آزمايش ميلر توليد شدند اما پلي‌مري تشكيل نشد. در واقع امكان تشكيل پلي‌مرهاي طويل در شرايطي كه ميلر فرض كرده بود وجود ندارد.
بنا به اين دلايل و دلايل ديگر، دانشمندان مدل ديگري را براي تشكيل مولكول‌هاي زيستي در اتمسفر اوليه ارائه دادند كه به مدل حباب معروف است. بر مبناي مدل حباب، بخش مهمي از فرايند تشكيل مولكول‌هاي زيستي در درون اقيانوس‌ها و درون حباب‌هاي گاز رخ داده است. مدل حباب، انواع مختلفي دارد. پذيرفته شده‌ترين آن‌ها، مدلي است كه در سال ۱۹۸۶ توسط لوئيس لرمان (Louis Lerman) ارائه شده است. اين مدل در شكل مقابل توضيح داده شده است.

ميكروسفرها

سيدني فاكس نشان داد كه آمينو اسيدها مي‌توانند در حضور گرما به يكديگر متصل شوند. بر مبناي فرضيه‌ي او، وقتي آمينو اسيدها در اقيانوس‌ها پديد آمدند، در گودال‌هاي صخره‌هاي كم‌عمق ساحل، جمع شدند. بر اثر تابش گرماي خورشيد، آمينو اسيدها به يكديگر متصل شدند و پروتنوئيدها را پديد آوردند. پروتنوئيدها، پلي‌پپتيدهاي كوچكي هستند كه خواص كتاليتيكي دارند.
وقتي سيدني فاكس فرضيه‌ي خود را در آزمايشگاه مي‌آزمود، پروتنوئيدهاي حاصل را درون آب قرار داد و ديد كه اين مولكول‌ها ميكروسفرها را پديد آوردند.

ميكروسفرها ساختارهاي كروي شكل ريزي هستند كه فقط از پروتئين ساخته شده‌اند و بسياري از خواص سلول را در بر دارند. بسيار محتمل است كه اولين پروتئين‌هايي كه تشكيل شدند، خواص كاتاليتيكي داشته باشند و اين خاصيت در بعضي‌ها قوي‌تر از ديگر پروتئين‌ها بوده باشد. به اين ترتيب آن‌هايي كه داراي خواص كاتاليتيكي قوي‌تري بودند شانس بيش‌تري براي بقا داشتند. بر مبناي نظريه‌ي فاكس، اولين پلي‌مرها، پروتئين‌ها بوده‌اند و DNA بعد از پروتئين‌هاي كاتاليتيكي (آنزيم‌ها) پديد آمده است.

آغاز جهان زنده با RNA

در دهه‌ي ۱۹۸۰، چك و آلتمن طي آزمايشي دريافتند كه RNA ممكن است خاصيت آنزيمي نيز داشته باشد. تا پيش از اين تصور مي‌شد كه همه‌ي آنزيم‌ها از جنس پروتئين‌اند. كشف فعاليت آنزيمي RNA، فرضيه‌هاي جديدي را درباره منشا سلول‌ها برانگيخت. پژوهش‌ها نشان داد كه يكي از خواص آنزيمي RNA، همانندسازي است. به‌عبارت ديگر RNA قادر به ” خود همانندسازي “ است. براين اساس، امروزه تكامل‌دانان براين باورند كه اولين مولكول زيستي كه در زمين اوليه تشكيل شد، احتمالا RNA بوده است. RNA هم مي‌تواند حاوي اطلاعات وراثتي باشد و هم با توجه به نقش آنزيمي آن، قادر به انجام واكنش‌هاي متابوليسمي است. بعدها با پيچيده‌تر شدن واكنش‌هاي متابوليسمي، نقش وراثتي RNA به DNA و نقش آنزيمي آن به پروتئين واگذار شده است.
پيدايش اولين غشاهاي زيستي: كواسروات‌ها

اگر يك بطري محتواي روغن و سركه را تكان دهيم، خواهيم ديد حباب‌ها يا ساختارهاي كروي شكلي از روغن درون سركه تشكيل مي‌شود. حباب‌ها يا ساختارهاي كروي حاصل از تجمع مولكول‌هاي ليپيدي را ” كواسروات “ مي‌نامند.

كواسروات‌ها مي‌توانند مولكول‌هاي ديگر ليپيد را جذب كنند و بزرگ‌تر شوند. هم‌چنين مي‌توانند جوانه بزنند و به دو كواسروات‌ تقسيم شوند مثل باكتري‌ها.

كواسروات‌ها مي‌توانند مولكول‌هاي ديگري مثل آمينو اسيدها را در خود جاي مي‌دهند. بعضي از زيست‌شناسان معتقدند كواسروات‌ها اولين حباب‌هايي بودند كه در شرايط اوليه‌ي زمين پديد آمده‌اند. گرچه كواسروات‌ها زنده نيستند، اما تشابه آن‌ها به غشاي سلول‌ها قابل توجه است. علاوه بر اين کواسروات‌ها ممکن است فعاليت متابوليسمي نيز داشته باشند.

پيدايش متابوليسم

سلول‌ها يا ساختارهاي سلول مانندي كه در ابتدا تشكيل شدند، همه‌ي مواد مورد نيازشان را از محيط به‌دست مي‌آوردند. فرض كنيد ماده‌ي Z يكي از اين مواد است.

با مصرف تدريجي ماده‌ي Z، غلظت آن در محيط رو به كاهش گذارد و به اين ترتيب اين ماده براي سلول‌ها كمياب شد. در اين هنگام، جهش‌هايي كه در سلول‌ها رخ داده بود، بعضي از آن‌ها را به نحوي تغيير داده بود كه مي‌توانستند ماده‌ي Z را از ماده‌ي Y بسازند. بدون شك اين واكنش در حضور كاتاليزورها انجام مي‌گرفته است:

اين واكنش اولين واكنش متابوليسمي به‌شمار مي‌رود. بعدها با كمياب شدن ماده‌ي Y، سلول‌‌ها اين ماده را از ماده‌ي X ساختند:

و به اين ترتيب به تدريج متابوليسم شكل گرفت. خاطرنشان مي‌سازد كه فرضيه‌هاي ديگري نيز در مورد پيدايش متابوليسم ارائه شده است.
خاستگاه وراثت

تحقيقات چك و آلتمن نشان داد كه RNA مي‌تواند خاصيت آنزيمي داشته باشد. RNA مي‌تواند همانندسازي خود را كاتاليز كند و بنابراين خاصيت ” خود همانندسازي “ دارد. خاصيت خود همانندسازي مولكول RNA. اولين گام به سوي وراثت صفات است. اغلب دانشمندان براين باورند كه بعضي از ميكروسفرها داراي RNA شده‌اند. مولكول‌هاي RNA مي‌توانستند درصورت تقسيم ميكروسفرها به ميكروسفرهاي جديد منتقل شوند. بعدها، RNA توانست ساخت پروتئين‌ها و DNA را رهبري كند و به اين ترتيب نقش آنزيمي به پروتئين‌ها و نقش وراثت به DNA واگذار شد.

یک دیدگاه در “پیدایش حیات-نکات و توضیحات(فصل۳ زیست پیش)

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *