اولین مراحل پیدایش حیات بر روی کره زمین وقتی بود که ملکول های آلی کوچک در اتمسفر زمین و به وسیله آذرخش و تشعشع فرا بنفش و شاید انواع دیگر انرژی تولید شدند.استانلی میلر ترکیب اولیه اتمسفر زمین  را در آزمایشگاه شبیه سازی کرد .میلر دستگاهی طراحی کرد که در آن مخلوطی از متان-هیدروژن-آمونیاک و آب به گردش در می آمد و از یک قوس الکتریکی عبور می کردند.......

یدایش حیات

اولین مراحل پیدایش حیات بر روی کره زمین وقتی بود که ملکول های آلی کوچک در اتمسفر زمین و به وسیله آذرخش و تشعشع فرا بنفش و شاید انواع دیگر انرژی تولید شدند.استانلی میلر ترکیب اولیه اتمسفر زمین  را در آزمایشگاه شبیه سازی کرد .میلر دستگاهی طراحی کرد که در آن مخلوطی از متان-هیدروژن-آمونیاک و آب به گردش در می آمد و از یک قوس الکتریکی عبور می کردند. آب موجود در محفظه در حال جوشیدن بود و بخاری تولید می کرد که باعث می شد سایر گازها به گردش در آیند.محصولات تشکیل شده در این تخلیه الکتریکی در کندانسور متراکم شده و در یک لوله Uشکل و یک محفظه(مدل اقیانوس)جمع آوری میشد.بعد از یک هفته دادن قوس الکتریکی محتویات آب آنالیز شد و نتایج شگفت آوری بدست آمد.تقریبا 15 درصد کربنی که در آتمسفر بود به ترکیبات آلی تبدیل شده و در اقیانوس تجمع پیدا کرد.یافته های دیگر نشان داد که بسیاری از ترکیبات مرتبط با حیات در این آزمایش ساخته می شدند.این ترکیبات شامل 4 آمینو اسید( که عموما در پروتئین ها یافت می شوند)اوره-اسید های چرب ساده متعددی بود. آزمایشات میلر اخیرا توسط ژئوشیمیست ها مورد  نقد قرار گرفته است. آنها معتقدند اتمسفر اولیه زمین کاملا با اتمسفر در نظر گرفته شده میلر متفاوت بوده است.به هر حال کار میلر باعث شد بسیاری از محققان دیگر کار وی را تکرار کنند  و این آزمایش گسترش یابد.به زودی مشخص شد اسید های آمینه در انواع متفاوت از مخلوظ گازی توسط حرارت(حرارت کوه های آتشفشان)و یا تحت تشعشع ماوراء بنفش(تشعشع خورشیدی) و یا تخلیه های الکتریکی(آذرخش)سنتز شده اند.یعنی تمام آنچه که برا ی  تولید اسید آمینه مورد نیاز بود است در آتمسفر آن زمان وجود داشته است.تخلیه های الکتریکی از داخل مخلوط کربن مونو اکسید-نیتروژن و آب عبور داده شد و آمینو اسید ها و بازهای نیتروژندار تولید شد.گرچه میزان واکنش بسیار کند تر از واکنش اتمسفری حاوی متان-آمونیاک بود  و محصولات به نسبت کمتر بود اما این آزمایشات از این فرضیه که شروع شیمیائی حیات می تواند در آتمسفر اتفاق افتاده باشد پشتیبانی می کند و اثبات شد هیچ آمینو اسیدی در یک اتمسفر حاوی اکسیژن نمی تواند تولید شود.آزمایشات بسیاری از دانشمندان نشان داد که وقتی مخلوطی از گازها در معرض یک منبع انرژی قوی قرار گیرد ملکول های حد واسط با میزان واکنش دهی بالا همانند سیانید هیدروژن و وفرمالدهید و سیانو استیلن می تواند تشکیل شود. این ترکیبات با آب وآمونیاک و یا نیتروژن واکنش داده و تشکیل ملکول های پیچیده تری را داده است که شامل آمینو اسیدها –اسید های چری –اوره-آلدهیدها-قند ها-باز های پورین و پیریمیدین می باشذد.در واقع تمام بلوک های ساختمانی لازم برای ساخت ترکیبات آلی پیچیده تر یک ماده زنده فراهم می شود.

تشکیل پلیمر ها

    نیاز به تغلیظ

 مر حله بعد در تکامل شیمیائی عبارت از تراکم و تغلیظ آمینو اسیدها و پورین ها و پیریمیدین ها و قند ها و تبدیل آنها به ملکول های درشت تری مانند پروتئین ها و اسید های آمینه می باشد.چنین تغلیظی در محلول های رقیق به سادگی رخ نمی دهد زیرا که حضور آب زیاد باعث می شود که واکنش به سمت هیدرولیز(تجزیه)پیش رود.مسئله تغلیظ به چند صورت قابل انجام بوده است مثلا سنتز اولیه مواد در نواحی محدودی رخ داده است جائی که غلظت مواد در آنجا بالا تر بوده است مثلا تغلیظ سوپ اولیه به وسیله تبخیر در دریاچه ها و استخر ها و استخر های جزر و مدی رخ داده باشد.محلول های آبی رقیق را می توان بوسیله انجماد تغلیظ کرد.همانطور که آب یخ می زند محلول های آلی از یخ خالص جدا شده و محلولهای آلی تغلیظ می شوند.این تکنیک در مناطق شمالی ایالات متحده و کانادا برای تهیه عرق سیب از شربت سیب مورد استفاده قرار می گیرد.وقتی که شربت سیب یخ می زند یک مایع باقی می ماند که حاوی الکل و مواد معطر بیشتر می باشد.طبق فرضیه oparin-haldane سوپ ابندائی گرم بوده است اما شوهد زیاد و در حال گسترشی نشان می دهد که سنتز شیمیائی در یک اقیانوس سرد احتمال وقوع بیشتری نسبت به یک اقیانوس گرم داشته است.در یک اقیانوس سرد بیشتر آب یخ می زده است و این موضوع برای سنتز شیمیائی اولیه ماده زنده به دو علت بیشتر مورد پذیرش می باشد:

اول اینکه یخ زدن آب ملکول های آلی را تغلیظ می کند .

دوم اینکه در جه حرارت های پائین تجزیه خودبخودی ترکیبات آلی و پلیمر ها را کند می کند.

راه دیگر که ملکول های آلی می توانند تغلیظ شوند جذب آب بوسیله رس و مواد معدنی دیگر است .رش ظرفیتی بالا برای تغلیظ کردن ملکول های آلی از یک محلول آبی دارد.

تغلیظ حرارتی روش دیگر است.بیشتر پلیمریزاسیون بیولوژیکی توسط واکنش های دهیدراتاسیون رخ می دهد که در آن مونو مر ها با هم پیوند بر قرار می کنند و آب نیز آزاد می شود.پیوند پپتیدی یک مثال مشهور است.در سیستم های زنده وانش های دهیدراتاسیون همیشه در یک محیط آبی(سلول)و در حضور آنزیم های مناسب دهیدراته کننده رخ می دهند.بدون آنزیم و انرژی برگرفته شده از ATP.ماکروملکول ها (پروتئینها و اسید های نوکلئیک)به زودی در سیستم های زنده شکسته شده و به مونو مره ای تشکیل دهنده آن تبدیل می شوند.

یکی از راه هائی که واکنش های دهیدراتاسیون در ترکیبا ت ابتدائی زمین و بدون آنزیم رخ دهند تغلیظ حرارتی می باشد.ساده ترین فرم دهیدراتاسیون به وسیله جدا کردن آب از مواد به وسیله حرارت مستقیم می باشد.برای مثال اگر یک مخلوط حاوی هر بیست آمینو اسید وجود داشته باشد و تا 180 درجه سانتی گراد حرارت داده شود یک محصول خوبی از پلی پپتید ها بدست خواهد آمد.سنتز حرارتی پلی پپتید هاباعث تشکیل پروتئینوئید هائی می شود ه به طور وسیع توسط دانشمندان آمریکائی مورد مطالعه قرار گرفته است.وقتی پروتئینوئید در آب می جوشد تشکیل تعدادد زیادی اجسام کروی سخت به نام میکروسفر می کند.میکروسفر های پروتئینوئید دارای ویژگی های مشخصی در سیستم های زنده می باشند.

هر کدام قطری در حدود 2 میکرومتر دارندو از نظر اندازه و شکل شبیه باکتر یهای کروی هستند.

دیواره خارجی آنها ظاهرا دو لایه است و داری خواص اسموتیکی و نفوذ انتخابی دارند.

ممکن است بوسیله جوانه زدن شبیه باکتری ها تکثیر پیدا کنند.

معلوم نیست که این پروتئینوئید ها اجداد سلول های اولیه بوده اند یا خیر..آنها تحت شرایطی در محل کو ههای آتشفشان بوجود آمده اند احتمالا پلیمر های آلی در رو و یا داخل کو ههای آتشفشان بوجود آمده اند و سپس بوسیله باران  و یا شبنم شسته شده جهت تشکیل پلی پپتید و یا پلی نوکلئوتید در محلول واکنش داده اند.

منشا سیستم های زنده

ارگانیسم های زنده اولیه سلول(واحد غشائی مستقل با یک سازمانبندی عملکردی پیچیده که فعالیت خود تولیدمثلی داشته اند) بوده اند.سیستم های شیمیائی اولیه که در ابتدا توضیح دادیم فاقد این ویژگی های ضروری برای ارگانیسم اولیه میباشند.پرسش اصلی در درک منشا حیا ت این است که چگونه سیستم های شیمیائی اولیه به صورت سلول های زنده و مستقل و با توانائی خود تولید مثلی سازماندهی شده اند.همانطور که دیدیم یک تکامل شیمیائی طولی در روی زمین اولیه باعث تولید اجزاء ملکولی متفاوتی گردیده است.دانشمندان معتقدند مرحله بعد درپیدایش حیات این است که اسیدهای نوکلئیک (DNAو(RNA به صورت سیستم های ژنتیکی ساده که مستقیما پروتئین ها(به خصوص آنزیم ها) را سنتز می کنند رفتار کرده اند.این موضوع به شکل یک پارادوکس می باشد(مانند پارادوکس مرغ و تخم مرغ):

1-چگونه اسید های نوکلئیک بدون آنزیم هائی که آنها را سنتز می کنند بوجود آمده آند.

2-چگونه آنزیم ها بدون اسید های نوکلئیکی که مستقیما آنها را سنتز می کنند بوجود آمده اند.

جواب به این پارادوکس همانند پارادوکس مرغ و تخم مرغ چنین خواهد بود که:هیچکدام اول بوجود نیامده اند بلکه آنها با هم از یک فرم ابتدائی تر بوجود آمده اند.همانطور که dickerson1978معتقد است اولین پیش ارگانیسم ها احتمالا قطرات کلوئیدی حاوی اسید های نوکلئیک همراه با پروتئین ها (احتمالا آنزیم های پلیمراز)بوده اند.اسید های نوکلئیک برای تولید پروتئین عمل می کنند و پروتئین ها به عنوان آنزیم برای تولید اسید های نوکلئیک عمل می کنند.بنابر این نمی توان در پیدایش حیات دوره ای را به عنوان دوره ژنهای برهنه(بدون پروتئین)یازندگی بدون DNAدر نظر گرفت.پس از تشکیل فرم های مختلف و تصادفی از پروتئین وDNA   انتخاب طبیعی وارد عمل می شودو نمونه هائی از آنها شروع به تکامل می کنند سرعت بالاتر در مضاعف سازی و سیستم های موفقتر و فرم های کاراتر باقی میمانندو تکامل پیدا می کنند.

 منبع : سایت زیست شناسی پزشکی