آیا فرگشت پیدایش زندگی را توضیح می‌دهد؟

دو پرسش که با هم قاطی می‌شوند

یکی از رایج‌ترین ایرادها به فرگشت این است: «فرگشت حتی نمی‌تواند توضیح بدهد زندگی چگونه شروع شد.»

پاسخ ساده و صادقانه است. تلاشی برای این کار نمی‌کند.

فرگشت نظریه‌ای درباره این است که جمعیت‌های زنده در طول نسل‌ها چگونه تغییر می‌کنند. از چیزهایی شروع می‌کند که از پیش تولیدمثل می‌کنند، صفت‌ها را منتقل می‌کنند و خطاهای کوچک رونویسی می‌کنند. وقتی این سه عنصر را داشته باشید، فرگشت از پی می‌آید.

این‌که آن نخستین سامانه تولیدمثل‌کننده چگونه پدید آمد پرسشی دیگر است. شاخه خودش را دارد، که معمولاً زیست‌زایی (abiogenesis) یا پژوهش پیدایش زندگی نامیده می‌شود، با آزمایش‌ها و بحث‌های خودش.

قاطی‌کردن این دو مثل این است که پزشکی را که رشد کودکان را بررسی می‌کند سرزنش کنیم که نمی‌داند نخستین نیای انسان چگونه پدید آمد. هر دو پرسش واقعی‌اند. اما یک پرسش نیستند.

چرا اعتراف به این خلأ هزینه‌ای ندارد

بعضی‌ها انتظار دارند این اعتراف پیروزی علیه فرگشت باشد. نیست، و خوب است ببینیم چرا.

به آتش فکر کنید. فیزیکدان‌ها و شیمیدان‌ها سوختن را خیلی خوب می‌فهمند. می‌توانند درباره اکسیژن، سوخت، گرما و واکنش‌های شیمیایی درگیر توضیح بدهند. حالا فرض کنید خانه‌ای می‌سوزد و هیچ‌کس هرگز نمی‌فهمد چه چیزی آن را آغاز کرده. یک کبریت افتاده؟ یک سیم معیوب؟ آذرخش؟

علت ناشناخته به شیمی احتراق آسیبی نمی‌زند. این دو پرسش جدایند و با شواهد جداگانه آزموده می‌شوند.

فرگشت هم در همین وضعیت است. بر فسیل‌ها در لایه‌های سنگی تاریخ‌گذاری‌شده، مقایسه DNA گونه‌های زنده و تغییری که مستقیماً در باکتری‌ها، حشره‌ها و فنچ‌ها دیده شده تکیه دارد. هیچ‌کدام از این شواهد به دانستن این‌که نخستین سلول چگونه شکل گرفت بستگی ندارد.

آنچه می‌دانیم: خط زمان

بعضی بخش‌های این داستان جای تردید ندارند.

• زمین حدود 4.54 میلیارد سال سن دارد، که بیشتر از روی شهاب‌سنگ‌ها و با ساعت‌های پرتوزا اندازه‌گیری شده است.
• قدیمی‌ترین شواهد پذیرفته‌شده زندگی حدود 3.5 میلیارد سال قدمت دارند. ساختارهای میکروبی و نشانه‌های شیمیایی در سازند 3.48 میلیارد ساله Dresser در منطقه Pilbara در استرالیای غربی از بهترین نمونه‌هایند.
• بعضی پژوهشگران برای ردپاهای قدیمی‌تر استدلال می‌کنند. در سال 2016 گروهی از ساختارهای مخروطی‌شکل در سنگ‌های 3.7 میلیارد ساله Isua در گرینلند خبر داد و آن‌ها را حصیرهای میکروبی فسیل‌شده خواند. دانشمندان دیگر همان سنگ‌ها را دوباره بررسی کردند و نتیجه گرفتند آن شکل‌ها را گرما و فشار ساخته‌اند و زندگی‌ای در کار نبوده است. این بحث هنوز باز است، و برای همین گزاره امن‌تر «حدود 3.5 میلیارد سال» است.

پس زندگی روی یک سیاره جوان، در یک بازه چند صدمیلیون‌ساله پدید آمد. این هدفی است که هر توضیح پیدایش زندگی باید به آن برسد.

آزمایش میلر-یوری، 1953

در سال 1953، در دانشگاه شیکاگو، دانشجوی تحصیلات تکمیلی‌ای به نام Stanley Miller با شیمیدانی به نام Harold Urey روی آزمایشی مشهور کار کرد.

Miller آب و مخلوطی از گازها را در دستگاهی شیشه‌ای دربسته قرار داد. آب را گرم کرد تا بخار شود و جرقه‌های الکتریکی را از میان گاز گذراند، به‌جای آذرخش. بعد گذاشت مخلوط چند روز بچرخد.

آب قهوه‌ای شد. وقتی Miller آن را تحلیل کرد، آمینواسیدها را یافت، یعنی واحدهایی که به هم می‌پیوندند و پروتئین‌ها را می‌سازند.

این نتیجه مهم بود چون یک فرض قدیمی را شکست. بسیاری از شیمیدان‌ها باور داشتند مولکول‌های زندگی را فقط موجودات زنده می‌توانند بسازند. Miller نشان داد شیمی ساده، انرژی و زمان می‌توانند آن‌ها را بدون هیچ جانداری بسازند.

آنچه آزمایش نشان نداد

Miller زندگی نساخت. سازه‌های بنیادی ساخت. تل آجر خانه نیست.

یک انتقاد منصفانه هم هست. Miller مخلوطی از گازها به کار برد که دانشمندان دهه 1950 فکر می‌کردند با زمین نخستین جور است. پژوهش‌های بعدی نشان داد جو نخستین احتمالاً از آن گازها کمتر از فرض او غنی بود.

پیگیری‌ای که کسی انتظارش را نداشت

Miller شیشه‌های نمونه‌اش را نگه داشت. پس از مرگ او در سال 2007، گروهی از جمله شاگرد پیشین او Jeffrey Bada عصاره‌های نگه‌داری‌شده را بررسی کرد. بعضی از دستگاه دومی بودند که Miller ساخته بود و هرگز کامل تحلیلشان نکرده بود. گروه نمونه‌های قدیمی را با تجهیزات مدرن، بسیار حساس‌تر از هر چیز موجود در سال 1953، تحلیل کرد.

نتایجشان در سال 2008 در مجله Science منتشر شد، در مقاله‌ای به رهبری Adam Johnson. شیشه‌های دستگاهی که فوران آتشفشانی پربخار را شبیه‌سازی می‌کرد بیش از بیست آمینواسید داشتند. این گستره‌ای وسیع‌تر از آزمایش کلاسیک 1953 است. محیط‌های آتشفشانی، با آذرخش و بخار، کارگاه‌های شیمیایی محتملی در زمین نخستین به نظر می‌رسند.

سازه‌های بنیادی که از فضا می‌رسند

در 28 سپتامبر 1969، شهاب‌سنگی بر فراز Murchison در ایالت Victoria استرالیا متلاشی شد. بیش از 100 کیلوگرم از آن جمع‌آوری شد، سریع، پیش از آن‌که مدتی بماند و شیمی زمین را به خود بگیرد.

شهاب‌سنگ Murchison پر از مولکول‌های آلی است. پژوهشگران مجموعه بزرگی از آمینواسیدها را در آن شناسایی کرده‌اند و بیشترشان اصلاً در زندگی روی زمین به کار نمی‌روند. این ناهم‌خوانی مهم است: نشان می‌دهد مولکول‌ها آلودگی از خاک یا انگشتان نیستند. اندازه‌گیری ایزوتوپ‌ها منشأ فرازمینی را تأیید می‌کند.

درس آن این نیست که زندگی از فضا آمده. این است که شیمی لازم برای زندگی در جاهای عادی منظومه شمسی، بی‌هیچ کمک زیستی، به‌آسانی شکل می‌گیرد. سازه‌های بنیادی فراوانند.

ایده جهان RNA

زندگی امروزی از تقسیم کار استفاده می‌کند. DNA اطلاعات را ذخیره می‌کند. پروتئین‌ها کار شیمیایی را انجام می‌دهند. اما DNA برای رونویسی به پروتئین نیاز دارد، و پروتئین برای ساخته‌شدن به DNA.

این شبیه معمای مرغ و تخم‌مرغ است. فرضیه جهان RNA (RNA world) راهی برای دور زدنش پیشنهاد می‌کند.

RNA خویشاوند DNA است. مثل DNA می‌تواند اطلاعات را در یک رشته حروف شیمیایی ذخیره کند. اما در اوایل دهه 1980، Thomas Cech و Sidney Altman دریافتند بعضی مولکول‌های RNA کار دومی هم می‌کنند. به‌عنوان کاتالیزور عمل می‌کنند، یعنی واکنش‌های شیمیایی را مثل پروتئین‌ها سریع می‌کنند. RNA‌هایی که این کار را می‌کنند ریبوزیم (ribozyme) نامیده می‌شوند. این کشف در سال 1989 جایزه نوبل برد.

پس RNA دست‌کم تا حدی می‌تواند هر دو کار را انجام دهد. اگر زندگی نخستین RNA را هم برای ذخیره و هم برای شیمی به کار می‌برد، معمای مرغ و تخم‌مرغ نرم‌تر می‌شود. DNA و پروتئین‌ها می‌توانستند بعداً این دو نقش را بگیرند و هر کدام کارش را بهتر انجام دهد.

همین حالا درون شما یک شاهد چشمگیر برای این هست. ریبوزوم، ماشینی که هر سلول زنده برای ساخت پروتئین به کار می‌برد، پیوند شیمیایی حیاتی را با RNA می‌سازد، نه با پروتئین. زیست‌شناسان اغلب آن را فسیل مولکولی جهانی پیشین می‌نامند.

با این حال ایده تمام‌شده نیست. ساختن RNA از صفر در شرایط زمین نخستین از نظر شیمیایی دشوار است، و پژوهشگران هنوز درباره چگونگی آن بحث دارند.

دودکش‌های گرمابی

رشته دیگری از پژوهش به بستر ژرف دریا نگاه می‌کند.

دودکش‌های گرمابی (hydrothermal vents) جاهایی هستند که آب گرم‌شده با سنگ به اقیانوس سرد فوران می‌کند. بعضی‌شان دودکش‌های سیاه سوزانند. بعضی دیگر، مثل میدان Lost City که در سال 2000 در اقیانوس اطلس کشف شد، خنک‌تر و قلیایی‌اند و دودکش‌های بلندی از کانی متخلخل می‌سازند.

این دودکش‌های متخلخل به سه دلیل جالبند. محفظه‌های ریز فراهم می‌کنند. منبع انرژی پایدار فراهم می‌کنند. و میان دیواره‌های نازک کانی اختلاف‌های شیمیایی می‌سازند، تا حدی شبیه اختلاف‌هایی که سلول‌های زنده امروز برای تولید انرژی به کار می‌برند.

گروه‌های آزمایشگاهی راکتورهایی می‌سازند تا بسنجند آیا آن محیط می‌تواند واکنش‌های لازم را پیش ببرد یا نه. بعضی نتایج امیدوارکننده‌اند. پژوهشگران دیگر استدلال می‌کنند شیب‌های دودکش‌های واقعی آن‌طور که فرضیه لازم دارد رفتار نمی‌کنند. این مخالفت علمی عادی و سالم است و حل‌شده نیست.

آنچه هنوز نمی‌دانیم

ناصادقانه است که این صفحه را با پاسخی مرتب تمام کنیم. وضعیت واقعی این است.

• هیچ‌کس در آزمایشگاه، از ابتدا تا انتها، سامانه خودتکثیرشونده‌ای از مواد شیمیایی ساده نساخته است.
• درباره این‌که کجا رخ داد توافقی نیست: برکه‌های گرم، چشمه‌های آتشفشانی، دودکش‌های ژرف دریا یا یخ.
• درباره این‌که چه چیزی نخست آمد توافقی نیست: اطلاعات، سوخت‌وساز یا غشاها.
• خواندن سابقه دشوار است، چون زمین تقریباً همه سنگ‌های آن دوران را نابود کرده است.

پژوهش پیدایش زندگی آزمایش‌های واقعی، شیمی واقعی و پیشرفت واقعی دارد. پاسخ تمام‌شده ندارد.

علم چه ادعا می‌کند و چه ادعا نمی‌کند

روشن بودن مرزها به همه کمک می‌کند.

علم ادعا می‌کند زندگی روی زمین نیای مشترک دارد و جمعیت‌ها از راه وراثت، تنوع و انتخاب تغییر می‌کنند. شواهد این ادعا قوی است و از سمت‌های مستقل بسیار می‌آید.

علم در حال حاضر ادعا نمی‌کند بداند نخستین سامانه زنده چگونه پدید آمد. پژوهشگران فرضیه‌های جدی در دست آزمون دارند و آشکارا می‌گویند پرسش باز است.

علم همچنین ادعا نمی‌کند پرسش حل‌نشده یعنی «پس هیچ چیز طبیعی نمی‌توانسته آن را انجام دهد». مسئله حل‌نشده جایی است برای ادامه کار، نه نتیجه‌گیری.

بسیاری از مردم باورهای دینی درباره این‌که چرا اصلاً زندگی هست دارند. این نوع پرسشی متفاوت از این است که شیمی چگونه کار کرد، و صفحه‌ای مثل این درباره‌اش حرفی ندارد. بسیاری از دانشمندانی که فرگشت را بررسی می‌کنند دیندارند، و بسیاری نیستند.

خلاصه کوتاه

فرگشت توضیح می‌دهد زندگی چگونه تغییر می‌کند. توضیح نمی‌دهد زندگی چگونه آغاز شد، و هرگز وعده‌اش را نداده بود.

پیدایش زندگی مسئله‌ای واقعاً باز است، با انبوهی جذاب از پاسخ‌های جزئی: آمینواسیدهایی از جرقه‌ها در سال 1953، آمینواسیدهایی در شهاب‌سنگی که در سال 1969 فرود آمد، مولکول‌های RNA که می‌توانند کاتالیزور باشند، و دودکش‌هایی که در بستر دریا شیب می‌سازند.

گفتن «هنوز نمی‌دانیم» درباره آن گام نخست از شواهد آنچه پس از آن آمد چیزی کم نمی‌کند. اگر می‌خواهید آن شواهد را ببینید، از فرگشت چیست شروع کنید و سپس بخش شواهد را بخوانید.