داستان زندگــی

مقالات مرتبط

آیا برای نجات زمین دیر نیست؟

18 دسامبر 2015

بحران آب و نظریه بازی

7 نوامبر 2015

تغییــــــــــــرات اقلیمی جهان

31 اکتبر 2015

در نخستین پرونده از شش پرونده‌ای که به اسرار علمی حل‌نشده اختصاص داده‌ایم به موضوع چگونگی ادامه حیات موجودات زنده و امکان وجود آنها در مکان‌هایی غیر از زمین می‌پردازیم. روی یکی از دیوارهای دفتر علمی اکونومیست عکسی قرار دارد که توسط تلسکوپ فضایی هابل آمریکا گرفته شده است. این عکس زمینه فراژرف (Extreme Deep Field) نام دارد. با نگاه کردن به آن ناخودآگاه مقیاس مطلق جهان را تحسین می‌کنیم. این تصویر بخشی از کیهان را نشان می‌دهد که اندازه آن کمتر از ‌یک‌صدوپنجاهم ماه کامل است. این ذره از فضا بیش از پنج هزار کهکشان دارد. این رقم را در کل کیهان ضرب کنید و دریابید که جایی در شمال جهان قابل مشاهده حدود ۱۵۰ میلیارد کهکشان وجود دارد. هر کدام از آنها نیز به نوبه خود میلیاردها ستاره دارند. هر کس که به چنین عظمتی بیندیشد مطمئناً در شگفت خواهد شد که آیا در جایی دیگر از این گستره کیهان ممکن است دیگر اشکال حیات در حال خزیدن، پریدن یا جهیدن باشد و احتمالاً همین پرسش ما را از خود بپرسد. هیچ‌کس پاسخ آن را نمی‌داند. اما در سال ۱۹۶۱ ستاره‌شناس آمریکایی فرانک دریک راه خوبی برای اندیشیدن درباره این پرسش ارائه داد. او اشاره می‌کند تعداد سیاراتی که حیات در آنها وجود دارد تابعی از این موارد است: تعداد ستاره‌های میزبان آنها، تعداد سیاره‌هایی که واقعاً پیرامون آن ستاره‌ها شکل گرفته است، تعداد سیارات مناسب برای حیات در میان آنها، تناسب واقعی شکل‌گیری حیات، و … . در معادله دریک این کشف و شهودها کدگذاری می‌شوند. با گردآوری اطلاعات کافی و برون‌یابی آن در کیهان به پاسخ می‌رسید.

جایگذاری جملات فیزیکی این معادله نسبتاً ساده است. محققان به کمک تصاویری مانند زمینه فراژرف یک ایده خوب درباره تعداد ستارگان دارند. مطالعه سیاره‌های خارج از منظومه شمسی نیز اخیراً داده‌های خوبی در اختیار محققان قرار داده است. با برآورد کردن دو هزار سیاره یا بیشتر، این نتیجه نشان داده می‌شود که بیشتر ستاره‌ها سیاره دارند. برآوردهای مربوط به تعداد سیاره‌های دارای حیات چندان قطعی نیست که بیشتر به دلیل بحث پیرامون تعریف «قابل حیات بودن» است. اما حتی در کمترین برآوردها نیز تعداد چنین دنیاهایی (سیاره‌های قابل حیات) تنها در کهکشان راه شیری میلیاردها جهان تخمین زده می‌شود.جایگذاری بخش زیست‌شناسی این معادله دشوارتر است. علم تنها یک نمونه از حیات را که همان حیات زمین است، می‌شناسد تا از روی آن نتیجه‌گیری کند. اما اگر محققان بتوانند چگونگی ادامه یافتن حیات را بیابند، ایده‌ای درباره چگونگی روند آن پیدا خواهند کرد و اینکه چه شرایطی برای رخ دادن آن نیاز است. این خود نوعی پیشرفت به شمار می‌رود. و پرسش درباره چگونگی آغاز حیات روی زمین نیز به نوبه خود پرسشی مهم است.

دیدار با نیاکان

دو راه برای پاسخ به این پرسش وجود دارد. یک راه شروع از ابتدا و از شیمی عمومی و راه دیگر کار روی سلول‌های موجود است. سلول‌های مدرن به رشته‌های بلند DNA برای کدگذاری اطلاعات ژنتیکی و رشته‌های کوتاه‌تر RNA برای انتقال این اطلاعات به اطراف، و پروتئین‌هایی که از آن اطلاعات استفاده کنند، برای انجام واکنش‌های شیمیایی مورد نیاز برای حیات متکی هستند. نامعقول به نظر می‌رسد که چنین سیستم سه لایه‌ای به یکباره به وجود آمده باشد. اما، یکی از مولفه‌های آن یعنی RNA قابلیت انجام عملکردهای دو سیستم دیگر را دارد، و ممکن است از آنها قدیمی‌تر باشد. RNA مانند DNA می‌تواند اطلاعات ژنتیکی را به ترتیب بنیان‌های تشکیل‌دهنده آن ذخیره کند. و مانند پروتئین‌ها می‌تواند واکنش‌های شیمیایی را از جمله همانندسازی خود کاتالیز کند.سرنخ‌های درون سلول‌های مدرن نشان می‌دهد که آنها ممکن است واقعاً از حیاتِ شکل‌گرفته بر اساس RNA نشات گرفته باشند. تقریباً همگی آنها ساختاری موسوم به ریبوزوم دارند که کارخانه‌ای سلولی است که پروتئین‌ها را از مواد شیمیایی موسوم به اسیدهای آمینه پشت سرهم متصل می‌کند. چنین ساختار حیاتی باید طی میلیون‌ها سال حفظ شده باشد و انتهای ریبوزوم، محلی که واقعاً عمل سرهم‌بندی آنجا صورت می‌گیرد، یک رشته منفرد و بلند از RNA است. سلول‌های مدرن نیز مواد شیمیایی موسوم به ریبوزیم (آنزیم‌هایی که به جای پروتئین از RNA تشکیل می‌شوند) تولید می‌کنند که عملکردهای سلولی مختلف و مهمی را انجام می‌دهد. آنها مانند ریبوزوم ممکن است فسیل‌های بیوشیمیایی باشند که از اولین دوره حیات باقی مانده‌اند. وجود چنین دنیای متکی به RNA که در آن رشته‌های کوچکی از مواد خود را همانندسازی می‌کنند و گاهی جهش پیدا می‌کنند، ممکن است در تئوری معقول به نظر برسد. اما این امر پرسش دیگری را مطرح می‌کند که RNA از کجا آمده است؟ دیگر محققان در تلاش برای یافتن پاسخ آن رویکردی عکس این رویکرد در پیش گرفته‌اند یعنی کار را از شیمی شروع می‌کنند و می‌بینند چه می‌توان ساخت.

مشهورترین آزمایش از این نوع در سال ۱۹۵۲ توسط استنلی میلر و هارولد اوری انجام شد. آنها فلاسکی را از آب، هیدروژن، آمونیاک و متان پر کردند (مخلوطی از مواد شیمیایی که گمان می‌رود تا حدی نشان‌دهنده اتمسفر اولیه کره زمین باشد). با اضافه کردن انرژی به شکل جرقه‌های الکتریکی (که جایگزین صاعقه باشد، اگرچه تابش فرابنفش خورشید نیز می‌تواند محرک لازم را فراهم کند) آن مواد شیمیایی را برانگیختند تا به اشکال پیچیده‌تر و بلندتری تبدیل شوند که در ته فلاسک به صورت ماده‌ای قهوه‌ای‌رنگ و غلیظ و قیر‌مانند جمع شد. زمانی که این ماده ته‌نشین‌شده تجزیه و تحلیل شد مشخص شد که در میان ترکیبات آن چند نوع اسیدآمینه وجود دارد. فرضیه «سوپ بنیادی» که میلر و اوری آزمایش کردند از آن زمان به بعد جذابیت خود را از دست داد. منتقدان به این نکته اشاره می‌کنند که حتی با وجود مقادیر عظیم صاعقه، میزان سنتزهای شیمیایی بسیار پایین است و مشخص هم نیست که چگونه اجزای این سوپ با هم ترکیب شدند. اما ایده‌های دیگری در این فهرست وجود دارد. مایکل راسل، محقق ناسا، استدلال می‌کند که حیات ممکن است در برج‌های زیرآبی موسوم به دودکش‌های سفید آغاز شده باشد که توسط آب مملو از املاح معدنی و گرم آتشفشانی که از کف اقیانوس می‌جوشد، ایجاد می‌شود. چنین دودکش‌هایی ساختار لانه‌زنبوری دارند، و آزمایشات نیک لین از کالج دانشگاهی لندن نشان می‌دهد منافذ این ساختار لانه‌زنبوری می‌تواند مانند سلول‌های ابتدایی عمل کند و مواد ارگانیک را درون خود انباشته، و حتی شیب‌های الکتریکی مانند آنهایی که به سلول‌های مدرن برق می‌دهد، ایجاد کند. بدون وجود فسیل‌هایی که از دوره اولیه حیات به‌جای مانده باشد تمام این نظریه‌ها تنها بحث‌هایی درباره احتمال وجود آنهاست. اما کاری که محققان می‌توانند انجام دهند این است که تلاش کنند خودشان یک شکل حیات ساده در آزمایشگاه ایجاد کنند. جک زوستاک زیست‌شناسی از دانشگاه هاروارد در تلاش است تا همین کار را انجام دهد. او در تلاش برای تهیه سلول‌های ابتدایی که بتوانند از مواد شیمیایی ساده تشکیل شوند، روش‌های بالا به پایین و پایین به بالا را با هم ترکیب می‌کند، اما این محیطی ایجاد می‌کند که در آن رشته‌های کوچک RNA می‌توانند سبب تسریع همانندسازی خودشان شوند.

دکتر زوستاک و گروهش پیش از این موفق به ساخت سلول‌های ابتدایی از حباب انواع مولکول‌های روغنی موسوم به لیپیدها که غشای بیرونی سلول‌های زنده واقعی را تشکیل می‌دهد، شده‌اند. این سلول‌های ابتدایی آن‌قدر قوی هستند که بتوانند از هرگونه RNA که دارند در برابر تاثیرات جهان بیرون حفاظت کنند.

آیا آن بیرون کسی هست؟

راه دیگر دریافتن اینکه حیات چگونه آغاز شده جست‌وجوی آن در جایی دیگر است. ۵۰ سال پیش در چنین هفته‌ای جیمز لاولاک دانشمند بریتانیایی مقاله‌ای در مجله نیچر به نام اساس فیزیکی آزمایشات کشف حیات منتشر کرد. این نخستین پیشنهاد درباره چگونگی انجام چنین تحقیقاتی از دوردست بود، و بر جست‌وجوی ترکیب‌های ناپایدار از مواد شیمیایی در جو سیاره‌ای تاکید می‌کرد. سپس در دهه ۷۰ میلادی دو کاوشگر آمریکایی وایکینگ که به سمت مریخ فرستاده شدند، مقداری ماده شیمیایی عجیب یافتند اما هیچ نشان آشکاری از حیات وجود نداشت. بعضی محققان همچنان امیدوارند که حیات مریخی روزی پیدا شود. اگرچه ماده آب مایع برای هر نوع شناخته‌شده از حیات ضرورت دارد، و مریخ در حال حاضر صحرایی یخ‌زده است، شواهد نشان می‌دهد قبلاً در دوران جوانی‌اش گرم‌تر و مرطوب‌تر بوده است. از مدار می‌توان کانال‌های رودخانه‌ای بسیار قدیمی را دید و اینکه صخره‌های رسوبی سطح آن را به هم ریخته‌اند.

اگر حیات روی کره زمین از سوپ بنیادی آغاز شده، یا از ماده‌ای همچون دودکش سفید باشد، پس باید همتایان مریخی از آن نوع عجیب و غریبی باشد که به خوبی نوع زمینی آن است. و این درباره قابل قبول بودن این نکته است که امروزه باید موجودات مریخی وجود داشته، و در مکان‌هایی که در آن ذخایر کوچک آب مایع قرار دارد، دفن باشند. در حقیقت، با وجود یک سیاره کامل برای پنهان شدن، تصور اینکه چگونه ایده موجودات مریخی منزوی کاملاً رد می‌شود، دشوار است.

شکارچیان موجودات بیگانه احتمالاً در دیگر بخش‌های منظومه شمسی، مکان‌هایی که هنوز هم آب فراوان دارد، شانس بیشتری دارند. دو مورد از چنین مکان‌هایی اروپا و انسلادوس (قمرهای مشتری و عطارد) است. هر دو قمر یخی هستند و به نظر می‌رسد اقیانوس‌های زیرزمینی عظیم دارند که به دلیل حرارت تولید‌شده از گرانش سیاره‌های والد خود گرم نگه داشته می‌شوند. انسلادوس ستون‌های آب را به فضای بیرون می‌پراکند. در سال ۲۰۰۸ کاوشگر کاسینی که متعلق به ناساست، از میان این آب‌فشان‌ها عبور کرد و گزارش داد که حاوی مولکول‌های کربن‌دار است (مولکول‌هایی که شیمیدانان آنها را «ارگانیگ» می‌دانند فارغ از اینکه منشاء آنها زیستی باشد یا خیر). پس انسلادوس تمام موارد زیربنایی حیات یعنی آب، مواد شیمیایی ارگانیک و انرژی را دارد. چندین ماموریت فضایی رباتی در دست بررسی است که در صورت اجرا می‌توانند نگاه دقیق‌تری ارائه دهند.حتی اگر ثابت شود در منظومه شمسی حیات وجود ندارد، ممکن است خیلی زود حیات کشف شود یا اینکه حداقل نشانه‌های قوی مبنی بر وجود آن در دیگر منظومه‌های خورشیدی یافت شود. بیشتر سیاره‌ها در چنین منظومه‌هایی با جست‌وجو کردن تابش‌های ضعیف نور یک ستاره مکان‌یابی می‌شوند که به دلیل حرکت یکی از سیاره‌هایش بین آن و زمین رخ می‌دهد. زمانی که این حالت رخ می‌دهد میزان بسیار کمتری از نور ستاره از جو آن سیاره می‌گذرد. گازهای جو سیاره بخش‌های خاصی از نور ستاره را جذب می‌کنند و منافذی (که به شکل خطوط سیاه دیده می‌شود) در طیف نور آن ایجاد می‌کنند. الگوی این خطوط ترکیب جو سیاره را آشکار می‌کند.

گازی که اهمیت ویژه دارد اکسیژن است. در منظومه شمسی، تنها زمین است که در جو خود اکسیژن کافی دارد، زیرا حیات، یا حداقل باکتری‌ها و گیاهان دخیل در فتوسنتز، اکسیژن کافی تولید می‌کنند تا با میزان حذف اکسیژن از هوا به دلیل انجام واکنش با دیگر گازها مانند متان برابر شود. اگر در جو یک سیاره بیگانه هم اکسیژن و هم متان وجود داشته باشد، این ترکیب ویژگی ضروری ناپایداری دکتر لاولاک را داراست. این امر نشان می‌دهد چیزی در آنجا دارد مقادیر کافی اکسیژن تولید می‌کند، و تصور اینکه فرآیندی غیر از فتوسنتز بتواند در این مدت طولانی اکسیژن تولید کرده باشد دشوار است.

رسیدن به اثبات قطعی در برابر شواهد آشکار از جو دشوار است. تنها نمود قطعی از وجود حیات دیدن آن به عینه است (مانند اینکه مریخی‌های میکروبی را ببینیم) یا اگر موجودی هوشمند است، هرگونه ارتباطات اندیشمندانه از آن را کشف کنیم، هدفی که پروژه‌ای به نام جست‌وجوی هوش فرازمینی (Search for Extraterrestrial Intelligence) دهه‌هاست آن را بدون هیچ شانسی دنبال می‌کند.

احتمالاً زمین بسیار خاص است: تقارنی نامحتمل از شرایطی که نوعی شیمی نامحتمل و خودتکرارشونده را که در هیچ جای دیگری یافت نشده به وجود آورده است. اما عبارات قابل‌اندازه‌گیری در معادله دریک این امر را غیرممکن می‌داند. تنها به این دلیل که تاکنون حیات بیگانه کشف نشده است بدان معنا نیست که وجود ندارد. شاید حیات در منظومه شمسی همجوار وجود دارد و روزی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. یا روزی دکتر زوستاک وارد آزمایشگاه خود می‌شود و می‌بیند چیزی که روز قبل وجود نداشته درون فلاسک آزمایشی‌اش شناور است.

منبع: اکونومیست