على فرضية الحرارية المائية أهداف لشرح الظروف البدائية التي الأشكال الأولى للحياة نشأت على كوكب الأرض، واقتراح كإعداد الرئيسي الينابيع الساخنة الموجودة في أعماق المحيطات.
تم تحديد سلسلة من مصادر المياه الحرارية بدرجات حرارة تصل إلى 350 درجة مئوية ، حيث تسكن سلسلة من الحيوانات النموذجية لهذه الظروف ، مثل ذوات الصدفتين ، والديدان ، والقشريات ، والخزف وبعض شوكيات الجلد (نجم البحر وأقاربهم).
تشير هذه الأدلة إلى أن بيئات أعماق المحيطات ربما كانت مناسبة لأصل الحياة وأن أقدم أشكال الحياة كانت الكائنات الحية الدقيقة ذات التغذية الكيميائية.
علاوة على ذلك ، يعد الماء المغلي موطنًا لسلسلة من بكتيريا التخليق الكيميائي التي تستخلص طاقتها من المواد الكبريتية المتوفرة بكثرة في هذا النوع من البيئة.
للبكتيريا المصنعة كيميائيًا وظائف منتجة في النظم البيئية ، كونها قاعدة السلسلة الغذائية ، على غرار دور النباتات في النظم البيئية النموذجية.
بدأت الأفكار المتعلقة بفرضية الحرارة المائية في الظهور في أوائل عام 1977 ، عندما قام الباحث كورليس بعمل ملاحظات مباشرة في الأنظمة الحرارية المائية الموجودة في جزر غالاباغوس.
الخلفية والنظريات البديلة
لعدة عقود ، اقترح الباحثون عشرات النظريات التي تسعى إلى شرح أصل الحياة والبيئة المواتية التي كان ينبغي أن تتطور فيها. كيف نشأت الحياة كان أحد أقدم الأسئلة العلمية وأكثرها إثارة للجدل.
يدعم بعض المؤلفين الأصل الأساسي لعملية التمثيل الغذائي ، بينما يدعم خصومهم الأصل الجيني.
بانسبيرميا
في منتصف القرن العشرين اقترح العالم الشهير أرهينيوس نظرية البانسبيرميا أو النظرية الكونية. تثير هذه الفكرة أصل الحياة بفضل وصول الكائنات الحية الدقيقة المكانية من كوكب كانت توجد فيه الحياة من قبل.
من الناحية المنطقية ، لا تقدم النظرية الكونية أفكارًا تحل المشكلة ، لأنها لا تشرح كيف نشأت الحياة خارج كوكب الأرض على الكوكب الافتراضي المذكور.
علاوة على ذلك ، ليس من المرجح أن تكون الكيانات المجهرية التي استعمرت بيئات البريبايوتك قد نجت من ظروف الفضاء حتى وصلت إلى كوكب الأرض.
النماذج اللاأحيائية
تقترح النماذج اللاأحيائية أن الحياة نشأت بعيدًا عن "البنى المجهرية" كأشكال انتقالية بين الجزيئات العضوية وأشكال الحياة المبكرة. من بين المدافعين الرئيسيين عن هذه النظرية أوبارين وسيدني دبليو فوكس وألفونسو إف هيريرا.
وفقًا لـ Oparin و Haldane ، فإن coacervates هي سلائف من بوادر الحياة ، يحدها غشاء بلازما يسمح بالتفاعل مع بيئتها. وفقًا للمؤلفين ، فقد نشأت قبل الجزيئات التي تنقل المعلومات الجينية: DNA أو RNA.
من جانبهم ، تمكن ستانلي ميللر وهارولد أوري من بناء نظام مبتكر يحاكي "الجو البدائي للحياة". المكونات الموجودة في الغلاف الجوي الافتراضي ، تختلف تمامًا عن الغلاف الجوي الحالي ، كانت قادرة على تخليق الجزيئات العضوية الضرورية للحياة (مثل الأحماض الأمينية) عند تطبيق الحرارة والجهد.
تمكن فوكس من الحصول على كريات مجهرية بحجم مشابه للبكتيريا ، وعرض الأحماض الأمينية لمصدر حرارة.
بنفس الطريقة ، حقق باحثون آخرون تخليق الجزيئات العضوية باستخدام جزيئات غير عضوية كمواد خام ، وبالتالي شرح أصل الحياة من بيئة غير حيوية.
عالم RNA
يفترض موقف آخر لأصل الحياة أن ظهور الجزيئات التي تحتوي على معلومات وراثية هو الحدث الرئيسي. يدافع مؤلفون مختلفون عن أصل الحياة من الحمض النووي الريبي ويقولون أن هذا الجزيء كان بمثابة قالب ومحفز في نفس الوقت.
أكبر دليل هو وجود الريبوسومات وجزيئات الحمض النووي الريبي القادرة على تحفيز التفاعلات ، وفي نفس الوقت تخزين المعلومات في تسلسل النيوكليوتيدات.
مما تتكون؟
تقترح الفرضية المائية الحرارية هذه البيئات المائية القاسية باعتبارها المكان المناسب لتركيب المركبات العضوية التي أدت إلى نشوء الكائنات الحية على الأرض.
يعتمد مؤلفو هذه النظرية على أحافير أرشيان ، وأنظمة التنفيس الحراري المائي الحديثة تحت الماء ، والملاحظات النظرية والتجريبية.
تتميز الأنظمة المائية الحرارية بتدفقات عالية للطاقة ، وبيئة مختزلة للغاية ، ووفرة من الطين المعدني ، وهي أسطح مثالية للتفاعلات التحفيزية. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي على تركيزات عالية من CH 4 و NH 3 و H 2 ومعادن مختلفة.
تتكون الفرضية من التحويل التسلسلي لـ CH 4 ، NH 3 ، H 2 إلى أحماض أمينية ، هذه إلى بروتينات ثم إلى بوليمرات أكثر تعقيدًا ، حتى الوصول إلى التمثيل الغذائي المنظم والكائنات الحية.
وجدت دراسة الأحافير في صخور ما قبل الكمبري هياكل شبيهة بالخلايا تعود إلى حوالي 3.5 إلى 3.8 مليار سنة في التجمعات المائية الحرارية تحت سطح البحر.
على عكس الفرضيات السابقة ، فإن الفرضية الحرارية المائية تقترح الحرارة كمصدر للطاقة وليس للأشعة فوق البنفسجية والتصريفات الكهربائية ، كنموذج لـ "المرق الأولي". علاوة على ذلك ، يقترح هذا النموذج وجود تدرجات بيئية من حيث درجة الحرارة ودرجة الحموضة والتركيز الكيميائي.
انتقادات للنظرية
على الرغم من أن الفرضية الحرارية المائية لها العديد من الحجج الصحيحة ، إلا أنها غير مقبولة عالميًا. أحد الانتقادات الموجهة لأصل الحياة في الينابيع الساخنة هو التناقض ونقص المعلومات المتعلقة بالنماذج الجيولوجية لعصر بريبيوتيك.
وبالمثل ، فإن الجزيئات الأساسية لتطور الحياة - مثل الأحماض النووية والبروتينات والأغشية - ستواجه تدميرًا فوريًا ، بسبب ارتفاع درجات الحرارة في البيئات الحرارية المائية.
ومع ذلك ، فمن المحتمل أيضًا أن تكون أشكال الحياة الأولى قابلة للحرارة ، على غرار الكائنات المحبة للحرارة التي تعيش اليوم في البيئات القاسية.
من ناحية أخرى ، تنشأ مشكلة أخرى تتعلق بتركيز المكونات. من غير المحتمل أن تكون الحياة قد تطورت في اتساع محيطات البريبايوتك ، حيث تكون الجزيئات الحيوية مخففة ومشتتة للغاية.
لكي تكون البيئة مناسبة لأصل الحياة ، يجب أن تعزز التفاعلات بين الجزيئات ، بحيث تشكل كيانات أكثر تعقيدًا ؛ لا تمييعها ، كما يحدث في أعماق المحيط.
يقترح أنصار النظرية الحرارية المائية أن الحياة قد تكون نشأت في مناطق محددة حالت دون تمييع الجزيئات المشكلة حديثًا ، مثل الحفر.
المراجع
- شاترجي ، س. (2016). نظرة تكافلية لأصل الحياة في فوهة الصدم الحرارية المائية - البحيرات. الفيزياء الكيميائية والفيزياء الكيميائية ، 18 (30) ، 20033-20046.
- Corliss، JB، Baross، JA، & Hoffman، SE (1981). فرضية تتعلق بالعلاقات بين الينابيع الساخنة المغمورة وأصل الحياة على الأرض. Oceanologica Acta ، إصدار خاص.
- هولم ، إن جي (1992). لماذا تم اقتراح الأنظمة المائية الحرارية كبيئات معقولة لأصل الحياة؟ في النظم البحرية المائية الحرارية وأصل الحياة (ص. 5-14). سبرينغر ، دوردريخت.
- جيتا ، س. (2017). المناظر الطبيعية لظهور الحياة. الحياة ، 7 (2) ، 27.
- لانير ، كا ، وليامز ، إل دي (2017). أصل الحياة: النماذج والبيانات. مجلة التطور الجزيئي، 84 (2) ، 85-92.