التولد الذاتي: النظريات الرئيسية - مادة الاحياء - 2025

و التولد التلقائي يشير إلى عدد من العمليات والخطوات التي نشأت الأشكال الأولى للحياة على الأرض، خامل كتل بدءا أحادى، مع مرور الوقت كان قادرا على زيادة تعقيدها. في ضوء هذه النظرية ، نشأت الحياة من جزيئات غير حية ، في ظل الظروف المناسبة.

من المحتمل أنه بعد التولد الذاتي أنتج أنظمة حياة بسيطة ، عمل التطور البيولوجي على خلق كل أشكال الحياة المعقدة الموجودة اليوم.

المصدر: pixabay.com

يعتقد بعض الباحثين أن عمليات التولد الذاتي يجب أن تكون قد حدثت مرة واحدة على الأقل في تاريخ الأرض لتؤدي إلى ظهور الكائن الافتراضي LUCA أو آخر سلف مشترك عالمي (من الاختصار في اللغة الإنجليزية ، آخر سلف مشترك عالمي) ، منذ حوالي 4 مليارات. سنوات.

يُقترح أن LUCA يجب أن يكون لديه رمز جيني يعتمد على جزيء الحمض النووي ، والذي قام بتشفير 20 نوعًا من الأحماض الأمينية التي تتكون منها البروتينات بقواعده الأربعة المجمعة في ثلاثة توائم. يدرس الباحثون الذين يحاولون فهم أصل الحياة عمليات التولد الذاتي التي أدت إلى LUCA.

كانت الإجابة على هذا السؤال موضع تساؤل على نطاق واسع وغالبًا ما يكتنفها غموض من الغموض وعدم اليقين. لهذا السبب ، اقترح المئات من علماء الأحياء سلسلة من النظريات التي تتراوح من ظهور الحساء البدائي إلى التفسيرات المتعلقة بعلم الأحياء وعلم الأحياء الفلكي.

مما تتكون؟

تعتمد نظرية النشوء التلقائي على عملية كيميائية ظهرت بها أبسط أشكال الحياة من أسلاف هامدة.

من المفترض أن عملية التولد التلقائي حدثت بشكل مستمر ، على عكس وجهة نظر الظهور المفاجئ في حدث محظوظ. وبالتالي ، تفترض هذه النظرية وجود سلسلة متصلة بين المادة غير الحية والأنظمة الحية الأولى.

وبالمثل ، تم اقتراح سلسلة من السيناريوهات المتنوعة حيث يمكن أن تحدث بداية الحياة من جزيئات غير عضوية. هذه البيئات متطرفة بشكل عام ومختلفة عن الظروف الحالية على الأرض.

غالبًا ما يتم إعادة إنتاج هذه الظروف البريبايوتيكية المفترضة في المختبر لمحاولة توليد جزيئات عضوية ، مثل تجربة ميلر وأوري الشهيرة.

أصل الحياة: نظريات

كان أصل الحياة من أكثر الموضوعات إثارة للجدل للعلماء والفلاسفة منذ زمن أرسطو. وفقًا لهذا المفكر المهم ، يمكن تحويل المادة المتحللة إلى حيوانات حية بفضل الفعل التلقائي للطبيعة.

يمكن تلخيص التولد الذاتي في ضوء الفكر الأرسطي في عبارته الشهيرة omne vivum ex vivo ، والتي تعني "كل الحياة تنبع من الحياة".

بعد ذلك ، حاول عدد كبير نسبيًا من النماذج والنظريات والتكهنات توضيح الظروف والعمليات التي أدت إلى نشأة الحياة.

سيتم وصف أبرز النظريات ، من وجهة نظر تاريخية وعلمية ، التي سعت إلى شرح أصل الأنظمة الحية الأولى:

نظرية التوليد التلقائي

في أوائل القرن السابع عشر ، تم افتراض أن أشكال الحياة يمكن أن تنشأ من عناصر هامدة. تم قبول نظرية التوليد التلقائي على نطاق واسع من قبل مفكري ذلك الوقت لأنها حظيت بدعم الكنيسة الكاثوليكية. وهكذا ، يمكن للكائنات الحية أن تنبت من والديها ومن المواد غير الحية.

ومن أشهر الأمثلة المستخدمة لدعم هذه النظرية ظهور الديدان والحشرات الأخرى في تحلل اللحوم ، والضفادع التي ظهرت من الطين ، والفئران التي خرجت من الملابس المتسخة والعرق.

في الواقع ، كانت هناك وصفات وعدت بخلق حيوانات حية. على سبيل المثال ، لتكون قادرًا على تكوين الفئران من مادة غير حية ، يجب دمج حبوب القمح مع الملابس المتسخة في بيئة مظلمة وتظهر القوارض الحية على مدار الأيام.

جادل مؤيدو هذا المزيج بأن عرق الإنسان على الملابس وتخمير القمح كانا عاملين توجيهيين لتشكيل الحياة.

دحض التولد التلقائي

في القرن السابع عشر ، بدأت تظهر عيوب وثغرات في بيانات نظرية التوليد التلقائي. لم يكن حتى عام 1668 أن ابتكر الفيزيائي الإيطالي فرانشيسكو ريدي تصميمًا تجريبيًا مناسبًا لرفضه.

في تجاربها الخاضعة للرقابة ، وضعت ريدي قطعًا رفيعة من اللحم ملفوفة بشاش في أوعية معقمة. كانت هذه البرطمانات مغطاة بالشاش بشكل صحيح حتى لا يتلامس أي شيء مع اللحم. كما تضمنت التجربة مجموعة أخرى من الجرار التي لم يتم تغطيتها.

على مدار الأيام ، لوحظت الديدان فقط في الجرار التي تم الكشف عنها ، حيث كان بإمكان الذباب الدخول بحرية ووضع البيض. في حالة الجرار المغطاة ، يتم وضع البيض مباشرة على الشاش.

وبالمثل ، طور الباحث لازارو سبالانزاني سلسلة من التجارب لرفض مقدمات التولد التلقائي. للقيام بذلك ، صنع سلسلة من المرقات التي أخضعها لغليان طويل لتدمير أي كائنات دقيقة ستعيش هناك.

ومع ذلك ، ادعى أنصار التوليد التلقائي أن كمية الحرارة التي تعرضت لها المرق كانت مفرطة ودمرت "قوة الحياة".

مساهمات باستير

لاحقًا ، في عام 1864 ، شرع عالم الأحياء والكيميائي الفرنسي لويس باستير في وضع حد لمسلَّمات التولد التلقائي.

لتحقيق هذا الهدف ، صنع باستير أوعية زجاجية تعرف باسم "قوارير معقوفة" ، حيث كانت طويلة ومنحنية عند الأطراف ، وبالتالي تمنع دخول أي كائنات دقيقة.

في هذه الحاويات ، قام باستير بغلي سلسلة من المرقات التي ظلت معقمة. عندما تم كسر عنق أحدهم ، أصبح ملوثًا وتكاثرت الكائنات الحية الدقيقة في وقت قصير.

كان الدليل الذي قدمه باستير لا يمكن دحضه ، وتمكن من قلب نظرية استمرت لأكثر من 2500 عام.

بانسبيرميا

في أوائل القرن العشرين ، كتب الكيميائي السويدي سفانتي أرهينيوس كتابًا بعنوان "خلق العوالم" اقترح فيه أن الحياة تأتي من الفضاء عبر أبواغ مقاومة للظروف القاسية.

منطقيا ، كانت نظرية البانسبيرميا محاطة بالكثير من الجدل ، إلى جانب أنها لم تقدم في الواقع تفسيرًا لأصل الحياة.

نظرية التخليق الكيميائي

عند فحص تجارب باستير ، فإن أحد الاستنتاجات غير المباشرة لأدلةه هي أن الكائنات الحية الدقيقة تتطور فقط من الآخرين ، أي أن الحياة لا يمكن أن تأتي إلا من الحياة. هذه الظاهرة كانت تسمى "التولد الحيوي".

باتباع هذا المنظور ، ظهرت نظريات التطور الكيميائي بقيادة الروسي ألكسندر أوبارين والإنجليزي جون دي إس هالدين.

هذا الرأي ، الذي يُطلق عليه أيضًا نظرية التخليق الكيميائي Oparin-Haldane ، يقترح أنه في بيئة ما قبل الأحياء ، كان للأرض جو خالٍ من الأكسجين ومرتفع في بخار الماء والميثان والأمونيا وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين ، مما يجعلها شديدة الاختزال.

في هذه البيئة كانت هناك قوى مختلفة مثل التفريغ الكهربائي والإشعاع الشمسي والنشاط الإشعاعي. عملت هذه القوى على المركبات غير العضوية ، مما أدى إلى ظهور جزيئات أكبر ، وخلق جزيئات عضوية تعرف باسم مركبات البريبايوتيك.

تجربة ميلر وأوري

في منتصف الخمسينيات من القرن الماضي ، نجح الباحثان ستانلي إل ميلر وهارولد سي أوري في إنشاء نظام بارع يحاكي الظروف القديمة المفترضة للغلاف الجوي على الأرض باتباع نظرية أوبارين-هالدين.

وجد ستانلي وأوري أنه في ظل هذه الظروف "البدائية" ، يمكن أن تؤدي المركبات غير العضوية البسيطة إلى تكوين جزيئات عضوية معقدة ضرورية للحياة ، مثل الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية واليوريا وغيرها.

تشكيل البوليمر

على الرغم من أن التجارب المذكورة أعلاه تشير إلى طريقة معقولة نشأت بها الجزيئات الحيوية التي تشكل جزءًا من الأنظمة الحية ، إلا أنها لا تشير إلى أي تفسير لعملية البلمرة وزيادة التعقيد.

هناك عدة نماذج تحاول توضيح هذا السؤال. الأول يشمل الأسطح المعدنية الصلبة ، حيث يمكن أن تعمل مساحة السطح العالية والسيليكات كمحفزات لجزيئات الكربون.

في أعماق المحيط ، تعتبر الفتحات الحرارية المائية مصدرًا مناسبًا للعوامل الحفازة ، مثل الحديد والنيكل. وفقًا للتجارب المعملية ، تشارك هذه المعادن في تفاعلات البلمرة.

أخيرًا ، توجد في خنادق المحيط برك ساخنة ، والتي يمكن أن تساعد في تركيز المونومرات بسبب عمليات التبخر ، مما يفضل تكوين جزيئات أكثر تعقيدًا. تستند فرضية "الحساء البدائي" على هذا الافتراض.

التوفيق بين نتائج ميلر وباستر

وفقًا لترتيب الفكرة الذي تمت مناقشته في الأقسام السابقة ، وجدنا أن تجارب باستور وجدت أن الحياة لا تنشأ من مواد خاملة ، بينما تشير الأدلة من ميلر وأوري إلى أنها كذلك ، ولكن على المستوى الجزيئي.

من أجل التوفيق بين كلتا النتيجتين ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن تكوين الغلاف الجوي للأرض اليوم يختلف تمامًا عن الغلاف الجوي البريبيوتيك.

يعمل الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي الحالي بمثابة "مدمر" للجزيئات في مرحلة التكوين. يجب أيضًا مراعاة أن مصادر الطاقة التي من المفترض أنها أدت إلى تكوين الجزيئات العضوية لم تعد موجودة مع تواتر وشدة بيئة البريبايوتك.

تتكون جميع أشكال الحياة الموجودة على الأرض من مجموعة من الكتل الهيكلية والجزيئات الحيوية الكبيرة ، تسمى البروتينات والأحماض النووية والدهون. معهم يمكنك "تسليح" أساس الحياة الحالية: الخلايا.

تستمر الحياة في الخلية ، وعلى هذا المبدأ يقوم باستير على التأكيد على أن كل كائن حي يجب أن يأتي من كائن آخر موجود مسبقًا.

عالم RNA

يعد دور التحفيز الذاتي أثناء التولد الذاتي أمرًا بالغ الأهمية ، ولهذا السبب فإن إحدى الفرضيات الأكثر شهرة حول أصل الحياة هي تلك الخاصة بعالم الحمض النووي الريبي ، والذي يفترض البدء من جزيئات أحادية السلسلة لها القدرة على التكرار الذاتي.

تشير فكرة RNA هذه إلى أن المحفزات الحيوية الأولى لم تكن جزيئات ذات طبيعة بروتينية بل جزيئات RNA - أو بوليمر مشابه لها - مع القدرة على التحفيز.

يعتمد هذا الافتراض على خاصية الحمض النووي الريبي في تصنيع شظايا قصيرة باستخدام التلدين الذي يوجه العملية ، بالإضافة إلى تعزيز تكوين الببتيدات والإسترات والروابط الجليكوسيدية.

وفقًا لهذه النظرية ، ارتبط الحمض النووي الريبي السلفي ببعض العوامل المساعدة مثل المعادن والبيريميدين والأحماض الأمينية. مع تقدم عملية التمثيل الغذائي وزيادة تعقيدها ، تنشأ القدرة على تخليق polypeptides.

في سياق التطور ، تم استبدال RNA بجزيء أكثر استقرارًا كيميائيًا: DNA.

المفاهيم الحالية لأصل الحياة

يُشتبه حاليًا في أن الحياة نشأت في سيناريو متطرف: المناطق المحيطية بالقرب من الفتحات البركانية حيث يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى 250 درجة مئوية والضغط الجوي يتجاوز 300 ضغط جوي.

ينشأ هذا الشك من تنوع أشكال الحياة الموجودة في هذه المناطق المعادية ويعرف هذا المبدأ باسم "نظرية العالم الساخن".

وقد استعمرت هذه البيئات التي كتبها العتائق والكائنات قادرا على النمو وتطوير واستنساخ في البيئات القاسية، ربما تشبه الى حد بعيد ظروف تسبق التكوين الجنيني (بما في ذلك تركيزات الأكسجين منخفضة وعالية CO ₂ المستويات).

الاستقرار الحراري لهذه البيئات ، والحماية التي توفرها ضد التغيرات المفاجئة والتدفق المستمر للغازات هي بعض السمات الإيجابية التي تجعل قاع البحر والفتحات البركانية بيئات مناسبة لأصل الحياة.

شروط التولد البيولوجي والتكوين التلقائي

في عام 1974 ، نشر الباحث الشهير كارل ساجان مقالًا يوضح استخدام مصطلحات التولد الحيوي والتكوين الحيوي. وفقًا لساغان ، فقد تم استخدام كلا المصطلحين بشكل خاطئ في المقالات المتعلقة بتفسيرات أصل الأشكال الحية الأولى.

من بين هذه الأخطاء استخدام مصطلح التولد الحيوي كمضاد خاص به. بمعنى ، يتم استخدام التولد الحيوي لوصف أصل الحياة بدءًا من الأشكال الحية الأخرى ، بينما يشير التولد التلقائي إلى أصل الحياة من المواد غير الحية.

وبهذا المعنى ، يعتبر المسار الكيميائي الحيوي المعاصر حيويًا والمسار الأيضي ما قبل البيولوجي غير حيوي المنشأ. لذلك ، من الضروري إيلاء اهتمام خاص لاستخدام كلا المصطلحين.

المراجع

1. بيرجمان ، ج. (2000). لماذا النشوء التلقائي أمر مستحيل. جمعية أبحاث الإبداع الفصلية، 36 (4).
2. Pross، A.، & Pascal، R. (2013). أصل الحياة: ما نعرفه وماذا نستطيع أن نعرف وما لن نعرفه أبدًا. علم الأحياء المفتوح ، 3 (3) ، 120190.
3. Sadava، D.، & Purves، WH (2009). الحياة: علم الأحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
4. ساجان ، سي (1974). على مصطلحات "التولد الحيوي" و "التولد الذاتي". أصول الحياة وتطور المحيطات ، 5 (3) ، 529-529.
5. شميت ، م. (2010). علم الأحياء الغريبة: شكل جديد من أشكال الحياة كأداة للسلامة الحيوية في نهاية المطاف. Bioessays ، 32 (4) ، 322-331.
6. سيرافينو ، إل (2016). التولد الذاتي كتحدي نظري: بعض التأملات. جور نال من علم الأحياء النظري ، 402 ، 18-20.