هل يفسّر التطور أصل الحياة؟

سؤالان يختلطان على الناس

من أشهر الاعتراضات على التطور قولهم: «التطور لا يستطيع حتى أن يفسّر كيف بدأت الحياة».

والجواب بسيط وصادق: هو لا يحاول ذلك.

التطور نظرية عن كيفية تغيّر الجماعات الحية عبر الأجيال. وهو يبدأ من كائنات تتكاثر فعلاً، وتنقل صفاتها فعلاً، وترتكب أخطاء نسخ صغيرة فعلاً. وحين تتوفر هذه المكونات الثلاثة، يأتي التطور بعدها.

أما كيف نشأ ذلك النظام الأول القادر على التكاثر فسؤال مختلف. وله ميدانه الخاص الذي يُسمى عادةً نشأة الحياة (abiogenesis) أو أبحاث أصل الحياة، وله تجاربه وجدالاته.

الخلط بين السؤالين يشبه أن نلوم طبيباً يدرس كيف ينمو الأطفال لأنه لا يعرف كيف ظهر أول سلف للإنسان. كلاهما سؤال حقيقي. لكنهما ليسا السؤال نفسه.

لماذا لا يكلّفنا الاعتراف بالفجوة شيئاً

يتوقع بعض الناس أن يكون هذا الاعتراف انتصاراً على التطور. وهو ليس كذلك، ومن المفيد أن نفهم السبب.

فكّر في النار. يفهم الفيزيائيون والكيميائيون الاحتراق فهماً جيداً جداً. يستطيعون أن يحدثوك عن الأكسجين والوقود والحرارة والتفاعلات الكيميائية المشاركة. والآن افترض أن بيتاً احترق ولم يعرف أحد قط ما الذي أشعله. عود ثقاب سقط؟ سلك معيب؟ صاعقة؟

السبب المجهول لا يضر بكيمياء الاحتراق. فالسؤالان منفصلان، وتختبرهما أدلة منفصلة.

والتطور في الموقف نفسه. فهو يقوم على أحافير في طبقات صخرية مؤرَّخة، وعلى مقارنات الحمض النووي بين الأنواع الحية، وعلى تغيّر رُصد مباشرة في البكتيريا والحشرات والعصافير. ولا يعتمد أي من هذه الأدلة على معرفة كيف تكونت أول خلية.

ما نعرفه: الخط الزمني

بعض أجزاء هذه القصة لا شك فيها.

• عمر الأرض نحو 4.54 مليار سنة، وقد قيس أساساً من النيازك باستعمال الساعات الإشعاعية.
• أقدم دليل على الحياة مقبول على نطاق واسع عمره نحو 3.5 مليار سنة. ومن أفضل الأمثلة تراكيب ميكروبية وبصمات كيميائية من تكوين دريسر (Dresser Formation) البالغ عمره 3.48 مليار سنة في منطقة بيلبارا (Pilbara) في غرب أستراليا.
• يرى بعض الباحثين آثاراً أقدم. ففي عام 2016 أعلن فريق عن تراكيب مخروطية الشكل في صخور عمرها 3.7 مليار سنة في إيسوا (Isua) في غرينلاند، وفسّرها بأنها حصائر ميكروبية متحجرة. وأعاد علماء آخرون فحص الصخور نفسها وخلصوا إلى أن هذه الأشكال صنعتها الحرارة والضغط، دون أي حياة. وهذا الجدل ما زال مفتوحاً، ولهذا فالعبارة الأكثر أماناً هي «نحو 3.5 مليار سنة».

إذن ظهرت الحياة على كوكب فتي، في نافذة زمنية من بضع مئات الملايين من السنين. وهذا هو الهدف الذي يجب أن يصيبه أي تفسير لأصل الحياة.

تجربة ميلر وأوري، 1953

في عام 1953، في جامعة شيكاغو، عمل طالب دراسات عليا اسمه ستانلي ميلر مع الكيميائي هارولد يوري في تجربة شهيرة.

أحكم ميلر إغلاق الماء وخليط من الغازات في جهاز زجاجي. سخّن الماء ليصنع بخاراً، وأطلق شرارات كهربائية عبر الغاز لتمثّل البرق. ثم ترك الخليط يدور أياماً.

تحوّل لون الماء إلى البني. وحين حلله ميلر وجد أحماضاً أمينية، وهي الوحدات التي تتصل ببعضها لتبني البروتينات.

كانت هذه النتيجة مهمة لأنها كسرت افتراضاً قديماً. فقد اعتقد كثير من الكيميائيين أن جزيئات الحياة لا تصنعها إلا الكائنات الحية. وبيّن ميلر أن كيمياء بسيطة وطاقة وزمناً يمكنها صنعها دون أي كائن حي.

ما لم تُظهره التجربة

لم يصنع ميلر الحياة، بل صنع لبنات بناء. وكومة من الطوب ليست بيتاً.

وهناك أيضاً نقد وجيه. فقد استعمل ميلر خليطاً من الغازات ظن علماء الخمسينيات أنه يطابق الأرض المبكرة. وأشارت أبحاث لاحقة إلى أن الغلاف الجوي المبكر كان على الأرجح أقل غنى بتلك الغازات مما افترض.

المتابعة التي لم يتوقعها أحد

احتفظ ميلر بقوارير عيناته. وبعد وفاته عام 2007 راجع فريق ضم تلميذه السابق جيفري بادا المستخلصات المحفوظة. وكان بعضها من جهاز ثانٍ بناه ميلر ولم يحلله كاملاً قط. فمرّر الفريق العينات القديمة في أجهزة حديثة، أشد حساسية بكثير من أي شيء كان متاحاً عام 1953.

ظهرت نتائجهم في مجلة Science عام 2008، في ورقة بقيادة آدم جونسون. فقد احتوت القوارير القادمة من الإعداد الذي يحاكي ثوراناً بركانياً بخارياً على أكثر من عشرين حمضاً أمينياً. وهذا نطاق أوسع مما أنتجته تجربة 1953 الكلاسيكية. فالأوساط البركانية، بما فيها من برق وبخار، تبدو ورشات كيميائية معقولة على الأرض المبكرة.

لبنات بناء قادمة من الفضاء

في 28 سبتمبر 1969 تفتت نيزك فوق مورتشيسون (Murchison) في ولاية فيكتوريا في أستراليا. وجُمع منه أكثر من 100 كيلوغرام بسرعة، قبل أن يبقى طويلاً فيكتسب كيمياء الأرض.

نيزك مورتشيسون مليء بجزيئات عضوية. وقد حدد الباحثون فيه مجموعة كبيرة من الأحماض الأمينية، ومعظمها لا تستعمله الحياة على الأرض إطلاقاً. وهذا التباين مهم: فهو يبيّن أن الجزيئات ليست تلوثاً من التربة أو من الأصابع. وتؤكد قياسات النظائر أن أصلها من خارج الأرض.

والدرس ليس أن الحياة جاءت من الفضاء، بل أن الكيمياء اللازمة للحياة تتكوّن بسهولة في أماكن عادية من المجموعة الشمسية، دون أي أحياء تساعدها. فلبنات البناء شائعة.

فكرة عالم الـRNA

تعتمد الحياة الحديثة على تقسيم العمل. فالـDNA يخزّن المعلومات، والبروتينات تقوم بالعمل الكيميائي. لكن الـDNA يحتاج إلى بروتينات لينسخ، والبروتينات تحتاج إلى DNA لتُبنى.

يبدو هذا مشكلة «الدجاجة والبيضة». وتقترح فرضية عالم الـRNA طريقة للالتفاف حولها.

الـRNA قريب للـDNA. وهو مثله يستطيع تخزين المعلومات في تسلسل من الحروف الكيميائية. لكن في أوائل الثمانينيات اكتشف توماس تشيك وسيدني ألتمان أن بعض جزيئات الـRNA تؤدي وظيفة ثانية أيضاً. فهي تعمل كمحفزات، أي أنها تسرّع التفاعلات الكيميائية كما تفعل البروتينات. وتُسمى جزيئات الـRNA التي تفعل ذلك ريبوزيمات (ribozymes). ونال هذا الاكتشاف جائزة نوبل عام 1989.

إذن يستطيع الـRNA أداء الوظيفتين، جزئياً على الأقل. فإذا استعملت الحياة المبكرة الـRNA للتخزين وللكيمياء معاً، خفّت مشكلة الدجاجة والبيضة. ويمكن للـDNA والبروتينات أن يتسلما الدورين لاحقاً، كل منهما يؤدي وظيفته بشكل أفضل.

وهناك دليل داعم لافت داخلك الآن. فالريبوسوم، الآلة التي تستعملها كل خلية حية لبناء البروتينات، يكوّن الرابطة الكيميائية الحاسمة باستعمال الـRNA لا البروتين. وكثيراً ما يسمي علماء الأحياء ذلك أحفورة جزيئية لعالم أقدم.

لكن الفكرة لم تكتمل بعد. فصنع الـRNA من الصفر في ظروف الأرض المبكرة صعب كيميائياً، وما زال الباحثون يتجادلون في كيفية حدوث ذلك.

الفتحات الحرمائية

خط آخر من البحث ينظر إلى قاع البحر العميق.

الفتحات الحرمائية (hydrothermal vents) أماكن يتدفق فيها ماء سخّنته الصخور إلى المحيط البارد. بعضها «المدخنات السوداء» الحارقة. وبعضها الآخر، مثل حقل Lost City الذي اكتُشف في الأطلسي عام 2000، أبرد وقلوي، ويبني مداخن عالية من معدن مسامي.

هذه المداخن المسامية مثيرة للاهتمام لثلاثة أسباب. فهي توفر حجيرات صغيرة. وتوفر إمداداً ثابتاً بالطاقة. وتبني فروقاً كيميائية عبر جدران معدنية رقيقة، تشبه قليلاً الفروق التي تستعملها الخلايا الحية اليوم لصنع الطاقة.

وتبني مجموعات مخبرية مفاعلات لاختبار ما إذا كان هذا الوسط يستطيع تشغيل التفاعلات المطلوبة. وبعض النتائج مشجع. ويرى باحثون آخرون أن التدرجات في الفتحات الحقيقية لا تتصرف كما تتطلب الفرضية. وهذا خلاف علمي عادي وصحي، وهو غير محسوم.

ما زال مجهولاً

سيكون من غير الأمانة أن نختم هذه الصفحة بجواب مرتب. إليك الوضع الحقيقي.

• لم يصنع أحد في المختبر نظاماً ينسخ نفسه من مواد كيميائية بسيطة، من البداية إلى النهاية.
• لا يوجد اتفاق على مكان حدوث ذلك: برك دافئة، أم ينابيع بركانية، أم فتحات في أعماق البحر، أم الجليد.
• لا يوجد اتفاق على ما جاء أولاً: المعلومات، أم الأيض، أم الأغشية.
• السجل صعب القراءة، لأن الأرض دمّرت تقريباً كل صخور تلك الحقبة.

أبحاث أصل الحياة فيها تجارب حقيقية وكيمياء حقيقية وتقدم حقيقي. لكن ليس لديها جواب نهائي.

ما يدّعيه العلم وما لا يدّعيه

الوضوح بشأن الحدود يفيد الجميع.

يدّعي العلم أن الحياة على الأرض تشترك في أصل مشترك، وأن المجموعات تتغير عبر الوراثة والتنوع والانتقاء. والأدلة على ذلك قوية وتأتي من اتجاهات مستقلة كثيرة.

ولا يدّعي العلم حالياً أنه يعرف كيف نشأ أول نظام حي. فلدى الباحثين فرضيات جادة قيد الاختبار، ويقولون علناً إن السؤال مفتوح.

ولا يدّعي العلم أيضاً أن السؤال غير المحلول يعني «إذن لا يمكن لأي شيء طبيعي أن يكون قد فعل ذلك». فالمشكلة غير المحلولة مكان نواصل فيه العمل، وليست خلاصة.

يحمل كثير من الناس معتقدات دينية عن لماذا توجد حياة أصلاً. وهذا نوع مختلف من الأسئلة عن كيفية عمل الكيمياء، وليس لصفحة كهذه ما تقوله فيه. وكثير من العلماء الذين يدرسون التطور متدينون، وكثير منهم ليسوا كذلك.

النسخة المختصرة

التطور يفسّر كيف تتغير الحياة. وهو لا يفسّر كيف بدأت الحياة، ولم يعد بذلك قط.

أصل الحياة مشكلة مفتوحة حقاً، ومعها كومة مثيرة من الإجابات الجزئية: أحماض أمينية من الشرارات عام 1953، وأحماض أمينية في نيزك سقط عام 1969، وجزيئات RNA تعمل كمحفزات، وفتحات تصنع تدرجات في قاع البحر.

وقولنا «لا نعرف بعد» عن تلك الخطوة الأولى لا ينتقص شيئاً من الأدلة على ما جاء بعدها. وإذا أردت أن ترى هذه الأدلة، فابدأ بـما التطور ثم اقرأ قسم الأدلة.