تويت
في البداية كان هدفي من هذا المقال أن أسرد النظريات المختلفة التي توصل إليها العلم فيما يتعلق في بزوغ الحياة على كوكب الأرض. مع مرور الوقت و ضمن فترة البحث التي عملت بها على جمع المصادر وجدت أنه من الأنسب أن أحول توجه المقال من مجرد سرد نظريات إلى نظرة شاملة أكثر و سرد العوامل الطبيعية الموجودة على كوكب الأرض خصوصاً و الفضاء عموماً التي يتوجب وجودها لتشكل الحياة. هذا إن فرضنا أن الحياة هي عملية طبيعية تنتج بشكل تلقائي حال ما توفرت الشروط المناسبة. أود أن أنوه أن هذا المقال لا يفسر كيف بدأت الحياة إذ أننا مازلنا لا تعرف الإجابة على هذه الإحجية العلمية و كل من يدّعي أنه يعرف الإجابة هو يدّعي معرفة شيء دون دليل أو برهان. نحن نستطيع تحديد و تفنيد العوامل اللازمة لتشكل الحياة لكننا لا نعرف كيف بدأت بشكل مثبت. أتمنى أعتبار هذا البحث محاولة متواضعة لتلخيص مجموعة من البحوث العلمية حول موضوع الحياة في المجموعة الشمسية. سأقوم أولاً بالبحث بماهية شروط الحياة ثم سأقوم بإسقاط هذه الشروط على كوكب الأرض و معاينة نظامها الحيوي و بعدها سأقوم بمقارنة هذه الشروط ضمن عدة محطات محتملة لوجود الحياة في مجموعتنا الشمسية.
تعريف الحياة:
بعض العلماء يعّرف الحياة على أنها أي نظام قادر على التكاثر، غيرهم يعرفها ضمن الأنظمة القادرة على استقلاب الطاقة و التكاثر، و البعض الآخر يعرفها على أنها النظام القادر على استدامة نفسه بنفسه. في هذا المقال سأعتمد على التعريف المعتمد من قِبَل وكالة الفضاء الأمريكية ناسا “NASA”. تعريف ناسا المتعامل به يقول أن الحياة هي “نظام كيميائي مستدام قابل للتطور الدارويني”. لنحلل هذا التعريف بشكل سريع: – أولاً: نظام كيميائي يعني أنه نظام مكون من كيمياء عضوية و لا يشمل الأنظمة المصنوعة من دارات الكترونية أو ما شابه. – ثانياً: شرط اللإستدامة يتمحور حول استقلاب الطاقة و التكاثر.- ثالثاً: القدرة على التطور من خلال آليات طبيعية.
مقدمة:
في هذا المقال أنا أبحث شروط تكون الحياة على كوكب الأرض. لكن من المهم جداً أن لا نحد من مخيلتنا و أن نفترض أن الحياة محدودة في نشائتها على شكلها الحالي الأرضي. و لكن بحكم أننا على الأرض و أننا أحياء فيتوجب دراسة هذه الظاهرة التي حدثت على أقل مرة واحدة في تاريخ الكون و هي نشوء الحياة على كوكب الأرض ومن خلالها تحليل العوامل التي أدت لهذه الظاهرة. في هذه المرحلة سأقوم بسرد العوامل بشكل منفصل ثم سأقوم بربطها بشكل يفسر تأثيرها الجمعي على كوكب الأرض
كوكب الأرض:
عمر كوكب الأرض حوالي ٤،٥ مليار سنة و هو جزء من نظام شمسي يتشكل من ٧ كواكب آخرى (مجموع ٨) جميعها يدور حول نجم هيدروجيني من الجيل الثاني. المسافة بين الأرض و بين نجم الشمس هي ١٥٠ مليون كيلومتر مما يسمح بتشكل عناصر كيميائية بأشكلها الثلاثية (سائلة و غازية و صلبة).
تشكل هذا الثالوث من أحوال المادة هو من أهم شروط الحياة و سأتعمق أكثر بهذا الموضوع لاحقاً
المغناطيسية و الشمس:
البنية الأرضية تتكون من عدة طبقات تشكل الكتلة الكلية للكوكب. نحن نعيش على القشرة و لكن يوجد أسفلنا عدة طبقات أرضية إلى أن نصل إلى النواة. نواة الأرض تتشكل من طبقتين، طبقة سائلة معدنية و طبقة معدنية صلبة. وجود الحديد و النيكل في نواة الكرة الأرضية له تأثير مهم جداً و هو تشكيل غلاف مغاطيسي حول كوكب الأرض. يمتد الغلاف المغناطيسي حوالي ٦٥ ألف كيلومتر عن سطح الأرض. أي أن الأرض محاطة بقبة مغناطيسة عمقها ٦٥ ألف كيلومتر من سطح الأرض إلى الفضاء.
هذا الغلاف مهم جداً للحياة على الأرض لأن الحقل المغناطيسي يعمل على تماسك الغلاف الجوي مما يشكل نظام بيئي مغلق ضمن الكوكب. أيضاً من فوائد الغلاف المغناطيسي أنه يحمي الكوكب من الأشعاعات الشمسية المضرة بالحياة و التي تسبب في تفكك الكثير من العناصر العضوية المهمة للحياة لو أنها وصلت للأرض.
الرياح الشمسية التي تصلنا من الشمس هي عبارات عن جزيئات مشحونة إيجابياً و ساخنة جداً تنطلق باتجاه الأرض على شكل بلازما و مع اقترابها من الأرض تلتف حول غلاف الأرض المغناطيسي فتبدو بألوان جميلة نسميها أضواء الشفق. يمكن رصد الشفق القطبي في المناطق القريبة من قطبي الكرة الأرضية.
في المرة القادمة ترصد فيها الشفق القطبي بألوانه الجميلة تذكر أنه يمثل ظاهرة طبيعية مهمة جداً في تطور الحياة و بقائها على الكرة الأرضية.ملاحظة: العديد من الأشخاص يخلط بين الغلاف المغناطيسي و قوة الجاذبية الأرضية.
الغلاف المغناطيسي هو تأثير يتعلق بالكهرومغناطيسية و الجاذبية تتعلق بالكتلة و تأثيرها على الزمكان. أيضاً يوجد فرق بين الغلاف المغناطيسي و الغلاف الجوي إذ أن الغلاف الجوي يمثل الغطاء الؤلف من العناصر الغازية الأرضية و هو المسؤول عن بقاء الكرة الأرضية ضمن نظام بيئي مغلق. الغلاف المغناطيسي هو ما يجعل الغلاف الجوي يتماسك و يبقى حول الأرض.
الجاذبية المناسبة:
الجاذبية الأرضية مناسبة بشكل يتيح تشكل الحياة و تطورها بأشكال لا تنهار على نفسها. مثلاً لو أن الحياة وجدت على كوكب ذو جاذبية أقوى من الجاذبية الأرضية بعدة مرات لما تطورت الحياة بشكل أجسام لها نتوئات مثل الأطراف أو الأجنحة. إذاً حجم الكوكب و نوع كتلته مهم جداً بسبب تأثير الجاذبية على العناصر الموجودة على الكوكب. و هذا طبعاً له تأثير مباشر على تشكل الحياة و تنوعها.
الجاذبية على كوكب المشتري تعادل مرتين و نصف الجاذبية الأرضية. هذا يعني أن الحياة الأرضية في هيئتها الحالية المبنية على معطيات الجاذبية الأرضية لن تكون مناسبة على المشتري حتى لو كانت جميع ظروف الحياة متوفرة. قوة العظام و العضلات لن تكون كافية على تحمل الفرق في الجاذبية. إذاً قوة تأثير الجاذبية له دور هام في هيئة و نوعية تطور الحياة.
ملاحظة أنا لا أقول أن الحياة مستحيلة على كوكب ذو تأثير جاذبية عالية و إنما ستكون مختلفة كثيراً عن ما نعرفه عن الحياة اليوم. مثلاً، العلماء يصنفون الكواكب ضمن تأثير القوة الجاذبية المقبولة نظرياً على أن لا تتجاوز ١٣مرة جاذبية كوكب المشتري لان هذه النوع من القوة الجاذبية سيسبب بانصهار الهيدروجين إلى هيدروجين ثقيل و يحول الكوكب إلى نجم قزم Brown Dwarf.
إذاً البحث يكون عن كواكب تكون جاذبيتها لا تتجاوز هذا الحد الأقصى من الجاذبية (٣٣ مرة من جاذبية الأرض).
الصفائح التكتونية الأرضية:
في فقرة سابقة ذكرت أن الأرض تتكون من طبقات أرضية. الطبقة العليا من الأرض هي “القشرة” و هي ليست قطعة واحدة و إنما تتشكل من صفائح كبيرة (8 صفائح كبيرة و العديد من الصفائح الصغيرة). اكتشف هذه الظاهرة العالم الألماني ألفريد فيجنر عندما طرح نظرية الإنجراف القاري في سنة ١٩١٢.
.
هذه التحركات ضمن الغلاف القشري الصخري تتسب في خلق ظروف مختلفة و تلاقح بين العناصر و المواد و خلطها بأشكال مختلفة و عوامل هامة لتشكل الحياة. سأقوم بالتعمق أكثر في هذا المحور أكثر ضمن محور نظريات نشوء الحياة على كوكب الأرض. الكثير من الناس يعتقد أن أشعة الشمس هي المصدر الوحيد للطاقة على كوكب الأرض و لكن في الواقع العديد من الكائنات الحية التي تعيش في قاع المحيطات لا تحصل على أشعة الشمس إطلاقاً و إنما تستمد طاقتها من الفوهات البركانية الموجودة في القاع. إذا الحرارة الكامنة في طبقات الأرض تشكل مصدر مهم للطاقة بالاضافة إلى أشعة الشمس.
الاستقرار الشمسي:
وجود نجم مستقر نسبياً لمدة طويلة من الزمن يسمح للعوامل الطبيعية المتشكلة على التطور بشكل مستقر و منتظم. لا شك أن الحياة بدأت بشكل سريع على سطح الأرض فقد بدأت تقريباً بعد ٥٠٠ مليون سنة من تشكل الكوكب و استمرت حتى يومنا هذا و لكن بسبب استقرار نجم الشمس استطاعت هذه الحياة من التطور خلال ٤ مليار سنة دون التأثر بكوارث طبيعية كونية. لو كانت الشمس من النجوم التي تنفجر بسرعة أكبر أو أنها أكبر حجماً أو انصهارتها هيلومية عوضاً عن هيدروجينية أو أنها أقل استقرار بشكل عام لما استطاعت الأرض على الحفاظ على غلافها الكهرومغناطيسي و لما استطاعت الأرض على تشكيل غلاف جوي يعمل على عزل الأرض عن الفضاء الخارجي.
النطاق الصالح للسكن:
كوكب الأرض يبعد عن الشمس مسافة ١٥٠ مليون كيلومتر (هذه المسافة تسمى وحدة شمسية). ضمن أي نظام شمسي و بناء على نوع النجم يوجد مسافة تسمى النطاق الصالح للسكن و التي تحدد المسافة المقبولة لتشكل العناصر ضمن الأشكال الثلاثة (سائل، غاز، صلب). وجود كوكب الأرض ضمن هذه المسافة المناسبة لتشكل الماء هو من الأسباب الأساسية في تشكل الحياة و ذلك لأهمية الماء في تشكل الحياة كما نعرفها. الوحدة الشمسية هي مسافة مناسبة بالنسبة لنجم الشمس و كوكب الأرض لكنها ليست مقياس عام إذ أن حجم النجم و نوعه و عمره و نوع الكوكب و تركيبته الكميائية تؤثر بتقدير مسافة النطاق الصالح للسكن. اليوم و بعد ٤ مليار سنة أصبحت الأرض عند حدود النطاق و بدأت تخرج خارجه باتجاه الشمس. يقدّر الباحثون أن الأرض ستكون خارج النطاق كلياً بعد ١،٧ مليار سنة تقريباً.
المشتري:
كوكب المشتري مهم جداً لتشكل الحياة على الكرة الأرضية إذا أنه يمثل حارس المجموعة الشمسية من المذنبات و الأجسام الكبيرة عبر قوة جاذبيته. كوكب المشتري يشكل مصد للمذنبات و الأجسام الآخرى التي قد تقترب من كوكب الأرض.إذاً وجود كوكب ذو جاذبية قوية ضمن النطاق الخارجي للمجموعة الشمسية يعمل على حماية الكواكب ضمن النطاق الداخلي و يساهم في استقرار تطور أنظمتها البيئية دون التعرض لكوارث جيولوجية.
يجدر الذكر أن مذنب ضرب كوكب الأرض قبل ٦٥ مليون سنة و سبب انقراضات شاملة للأحياء و من أهم هذه الإنقراضات كانت الديناصورات. انقراض الديناصورات كان من الأسباب المهمة في تطور الثديات و ثم القرود العظيمة حتى الوصول إلى الإنسان.
القمر:
يبعد القمر عن الأرض اليوم مسافة٣٨٤,٤٠٠ كيلومتر. لكن القمر يتباعد عن الأرض بمسافة ٣،٨ سم كل سنة. هذا يعني أننا إذا عدنا إلى فترة نشوء الحياة على الأرض (٤ مليار سنة تقريباً) و اعتبرنا أن نسبة التباعد بين الأرض و القمر هي نفسها فهذا يعني أن القمر كان أقرب بكثير مما هو عليه اليوم و هذا يعني أن تأثير الجاذبية القمرية كان أكبر بكثير على الأرض.
هذه النقطة مهمة جداً في بحث تشكل الحياة لأن القمر يشكل مصدر طاقة هام بسبب قوة جاذبيته. تخيل معي كيف أن ماء المحيطات يتحرك بشكل مستمر بسبب جاذبية القمر مما يساهم في خلط المواد العضوية الكربونية مع بعضها.
تعاقب الليل و النهار:
تعاقب الليل و النهار على الكرة الأرضية يعني أن الحرارة ليست باردة أو حارة لفترات طويلة. مثلاً النهار على كوكب الزهراء يستغرق ١١٦ يوم من أيام الأرض. كما ذكرت سابقاً عن أهمية الطاقة لنشوء الحياة، أضيف أن أي عامل متغير هو عامل إيجابي و خصيصاً إذا كان التغير منتظم لفترات طويلة تسمح بتشكل أنظمة طفيلية على هذه الطاقة.
الليل و النهار هما نتيجة ظاهرة فلكية بدوران الكوكب حول نفسه، إذاً هما نتيجة طاقة مصروفة بشكل حركة الكوكب. التفاوت في درجات الحرارة بين الليل و النهار يمنع العناصر من اتخاذ شكل معين لفترات طويلة. لو كانت مدة النهار على الأرض شبيهة بكوكب الزهراء لتبخرت مياه الكوكب خلال فترة قصيرة من الزمن و لو كان الليل طويل كما الزهراء لتجمدت المياه. لهذا وجود تعاقب لليل و النهار مهم للحصول على المادة بأنواعها الثلاث (صلب، سائل، و غاز) و منها الحصول على أنظمة بيئية منوعة على الكوكب.
شروط الحياة:
-العناصر:
عند التعمق بخصائص الذرة و آليات ارتباطها فيما بينها نستطيع فهم القوانين الأساسية المسؤولة عن تشكل العناصر الكيميائية. الذرات تترابط فيما بينها لتشكل العناصر الكيميائية فمثلاً ذرتين من الهيدروجين تترابطا مع ذرة أوكسيجين واحدة فينتج لدينا عنصر الماء.
ذرة كربون مع ذرتي أوكسيجين ينتج لدينا ثاني أكسيد الكربون. ذرة سيليكون مع ذرتي أوكسجين ينتج عنهما الزجاج. كل مادة لها خصائص مختلفة بكيفية ترابطها مع المواد الآخرى و هذه الخصائص ترتبط بعدد الإلكترونات المحيطة بنواة الذرة.
دون الدخول في هذه التفاصيل لكن المهم ذكره أن الكربون يعتبر من أهم العناصر في تركيب العناصر الكيميائية. “رغبة” الكربون في الحصول على أربع إلكترونات إضافية يعني أن الكربون يستطيع الترابط مع أربع ذرات أخرى في نفس الوقت.
هذا يجعل الكربون بمثابة العمود الفقري لبناء العناصر الكيميائية العضوية و غير العضوية. جميع الكائنات الحيّة تعتمد على الكربون في بنيتها الأساسية بسبب خاصيته بربط العناصر مع بعضها البعض.
إذاً وجود الكربون ضمن البيئة هو شرط أساسي في بناء مُركبّات عضوية قادرة على استقلاب الطاقة و نسخ نفسها. لهذا نجد أن العلماء و الباحثين عن الحياة في الفضاء يهتمون جداً بوجود الكربون ضمن النظام البيئي مما يعنيه من تنوع في العناصر الكيميائية في ذاك النظام.
-الطاقة:
الطاقة هي عامل مؤثر خارجي على نظام معزول داخلي. البراد عليه أن يبدد طاقة حرارية لكي ينتج برودة داخلية في الصندوق. الشمس عليها أن تحرق الهيدروجين لكي تبعث بفوتوناتها نحو الأرض و تدفئها. كتلة القمر عليها أن تؤثر بالزمكان الواقع بين القمر و الارض لتتسبب بتحريك مياه المحيطات على شكل المد و الجذر و الأمواج. لكي يحدث أي شيء يتوجب وجود حركة و الحركة تتمثل بأنواع الطاقة.
إذاً الشرط الأول لتشكل الحياة وجود مصادر طاقة قادر على إصدار حركة ضمن البيئة. أمثلة للطاقة على كوكب الأرض: حرارة الشمس، جاذبية الشمس، جاذبية القمر،الحرارة الكامنة ضمن الطبقات الأرضية و التحركات الجيولوجية و تأثيراتها من براكين و زلازل و أنهار و حرت و تعرية مائية.
إذاً أذا أردنا تقييم الظروف الملائمة لتشكل الحياة فيوجد لدينا ظروف كونية تتعلق بمكان الكوكب و موقعه الفلكي و ظروف محلية تتعلق بوجود أنظمة فيها مواد عضوية كربونية و مصادر طاقة قادرة على التأثير و خلط هذه المواد العضوية بشكل مستمر. الأن نصل إلى أخر فقرة من هذا المحور و هي الإستقرار في النظام والذي يسمح لهذه التفاعلات على التطور التراكمي دون التعرض لحالات فناء كلي.
على فرض أن النيازك و الأجسام الفضائية ترتطم على الأرض بشكل مستمر لما كانت بيئة الأرض مستقرة لتتطور العناصر الكيميائية إلى أنظمة حيوية. كما ذكرت سابقاً، وجود كوكب عملاق غازي مثل كوكب المشتري في المجموعة الشمسية يحول دون وصول أجسام كبيرة نحو الأرض و الارتطام بها. أيضاً، حالة الشمس المستقرة نسبياً سمحت لطبخة الحياة بالنضوج على نار هادئة.
إذاً في حال كنا نقيم قابلية كوكب جديد على استضافة الحياة يتوجب علينا تقييم الاستقرار العام حول الكوكب و مدة هذا الاستقرار إن كانت تقدر بملايين السنين لكي تتطور الحياة.
فرضيات نشوء الحياة:
بعد صرف وقت طويل في القراءة و البحث في هذه الفرضيات أود أن أنوه إلى فكرة مهمة قبل الدخول في التفاصيل و هي أنه لا يوجد فرضية علمية واحدة قادرة على تفسير نشأة الحياة. في كل نظرية يوجد نقاط غامضة لا يمكن للنظرية الإجابة عليها أو تناقضات علمية مع دلائل من نظريات آخرى، و لكن إذا ربطنا جميع هذه النظريات و وضعناها ضمن نظرية شاملة ربما نكون قد اقتربنا للوصول لبعض الإجابات و لكن الطريق مازال طويل.
أرجو الفصل بين دراسة مسببات و آليات نشوء الحياة و دراسة شروط و وجود الحياة. مجرد تفنيد الشروط المسؤولة عن نشأت الحياة نصبح قادرين على البحث عن الحياة في الفضاء بشكل فعال حتى و إن لم نكن نفهم كيف بدأت هذه الحياة.
من أكبر المشكلات التي نعاني بها حين نحاول حل لغز الحياة هي أن حدث النشوء حصل منذ زمن بعيد جداً حوالي ٤ مليار سنة. لهذا لا يوجد لدينا فكرة واضحة نوصف فيها الوضع البيئي للكرة الأرضية في تلك الفترة. التركيبة الكيميائية للغلاف الجوي كانت تختلف عن التركيبة الحالية (الأن نيتروجين و أوكسيجين) و مسافة القمر كانت مختلفة (تأثير الجاذبية أكبر بكثير) و حرارة الشمس كانت مختلفة (أبرد).
إذاً نحن نعمل على بناء قالب افتراضي و نعمل من خلال القالب على اكتشاف المؤثرات التي قد تؤدي إلى تحول المواد الكيميائية العضوية إلى أنظمة بروتينية قادرة على نسخ نفسها و استقلاب الطاقة.
سنبحث في في بعض الفرضيات عن نشوء الحياة بشكل مختصر، أنا شخصياً لا أعتقد أن الجواب موجود ضمن أي من هذه الفرضيات و أعتقد أن الإجابة تكمن بفرضية مركبة من جميع هذه الفرضيات و بعض الأسرار التي لم نكتشفها بعد. لهذا لن أصرف وقت طويل في توصيف أو الدفاع عن هذه الفرضيات.
أو الخلطة البسيطة الأولى : Primordial soup في عام ١٩٢٤ قام العالم أليكساندر أوفرين بوضع هذه الفرضية و التي تقول أن الحياة بدأت بسبب تفاعل بعض العناصر الكيميائية الموجوده على سطح البحيرات و المحيطات من خلال تعرضها لصعقات كهربائية بسبب الرعد.
تفاعل هذه العناصر الكيميائية مع الصعقات الكهربائية الرعدية هو ما أنتج الأحماض الأمينية و التي تعتبر اللبنة الأساسية في تشكيل الأحماض النووية و التي تجسد الأجسام البروتينية فيما بعد. هذه الفرضية لم تلاقي قبول بين العلماء في البداية. في عام ١٩٥٣ قام العالمين ميلير ـ يوري بتجربة علمية شهيرة في جامعة شيكاغو حيث قاما بتحضير بيئة افتراضية تحاكي البيئة على كوكب الأرض قبل ٤ مليار سنة. تم استخدام عناصر الهيدروجين و الميتان و الأمونيا في وعاء مائي و ثم تم تعريض الوعاء لصعقات كهربائية تماشي الصعقات الرعدية.
كانت نتيجة التجربة ظهور عناصر جديدة عضوية تماماً مثل ما افترض العالم أليكسانر أوفرين. ظهور مواد عضوية بهذا الشكل هو دليل على أن المواد العضوية و الأحماض الأمينية المشكلة للبروتين قابلة للنشوء ضمن شروط طبيعية معينة.
بعض المشاكل في اعتماد التجربة:
العناصر الكيميائية التي تم استخدامها أثناء التجربة كانت مكثفة أكثر بكثير من تواجدها في الطبيعة. و كمية الصعقات الكهربائية المستمرة أثناء التجربة لا تمثل الصعقات الرعدية المتواترة في الطبيعة إذ أنها ليست بكثافة مستمرة كما حدث في التجربة.
بعض المشاكل في الفرضية:
سطح الماء هو مكان معرض لتغيرات مناخية شديدة و عنيفة و هذا يشكل مشكلة تركيبية لا يمكن التغاضي عنها. إذاً تبقى الفرضية ضمن سياق التوصيف العلمي لإمكانية تشكل أحماض أمينية بطرق طبيعية لكنها قد تكون لأسباب مختلفة عن فرضية الرعد الأصلية. يجدر الذكر أن الفضاء الخارجي أيضاً مليء بالأحماض الأمينية و التي تأتينا عن طريق الشهب.
فرضية الطين:
هذه الفرضية مبنية على اساس ايجاد طريقة علمية تفسر آليات تستطيع من خلالها العناصر نسخ نفسها و التكاثر بطرق طبيعية. طبعاً نحن لا نتكلم عن عناصر حية و إنما عناصر عضوية شبيهة بالتي وجدناها خلال تجربة ملير ـ يوري. الفرضية مبنية crystallization على أساس بسيط و هو أن للطين خصائص كيميائية تجعله حاضنة طبيعية للعناصر العضوية. العناصر العضوية المتواجدة ضمن الطين تصبح جزء أساسياً منه و تحدد أليات تشكله كريستالاته مستقبلاً.
هذا يعني أنه أصبح لدينا عناصر عضوية محتضنة داخل كريستالات من الطين. و بما أن خصائص المواد العضوية أصبحت مؤثرة في تشكيل الطين فإننا الأن بصدد توصيف مواد عضوية محتضنة ضمن الطين قابلة على استنساخ نفسها. هذه العملية شبيهة بنظرية دارون للانتقاء الطبيعي إذ أن الكريستالات ذو الأشكال الأسهل للنسخ تستمر و الأصعب تندثر.
فوهات البراكين:
هذه الفرضية مبنية على أساس وجود الأحماض الأمينية مسبقاً و كيف أن هذه الأحماض ممكن أن تندمج فيما بينها بسبب الضغط الهائل و الذي يقدر بألاف المرات عن الضغط الجوي الموجود على السطح و وجود كميات كبيرة من الكبريتيد (كربون + كبيريت) في القاع. تحلل الكبيرتيد في الماء مع وجود الأحماض الأمنيية يؤدي الإختلاط فيما بينها لتشكل مركبات عضوية أكثر تعقيد. نحن فسرنا نوعاً ما كيف ممكن للأحماض الأمينية أن تتشكل بطرق طبيعية و كيف ممكن لها أن تنسخ نفسها عن طريق آليات الكريستالات الطينية. فرضية فوهات البراكين هي الأكثر منطقية إذ أنها الأكثر استقراراً بعيداً عن ارتطامات الشهب و التغيرات المناخية القاسية في تلك الفترة.
فرضية البراكين تقدم جميع العناصر اللازمة من طاقة و خلط للعناصر العضوية و الاستقرار النسبي لكي يتشكل شيء ما من هذه التفاعلات.
ملخص الفرضيات:
أنا شخصياً لا أدعي أن لدينا اجابة علمية وافية ترتقي لمستوى السؤال المطروح، لكن تصوري هو أن الحياة بدأت بسبب تقاعلات معينة في الخلطة الأولى المؤلفة من مواد عضوية و ثم تفاعلت هذه المواد العضوية لتشكل آلية حاضنة قادرة على استنساخ نفسها. لأجل الموضوعية في التوصيف لهذه الفرضيات يتوجب الذكر أنه يوجد العديد من المشاكل العلمية التي لم أطرحها ضمن البحث. مثلاً على المواد العضوية أن تكون صديقة للماء و عدوة للماء في آن واحد حيث أن عليها استخدام الماء في داخلها و لكن عدم الإنحلال في الماء من خارجها. الباحثون عادة يستطيعون تفنيد كل مشكلة من هذه المشاكل على حدى لكننا لا نزال لا نرتقي في توصيف نشأت الحياة كفرضية علمية موحدة.
الحياة في المجموعة الشمسية:
الأن و قد أصبح بجعبتنا بعض الأدوات لتقييم العوالم الآخرى لنذهب و نفحص بعض المحطات التي قد تكون مناسبة لاستضافة الحياة.
-إنسيلادوس، قمر زحل:
تم اكتشاف قمر انسيلاوديس في عام ١٧٨٩ من قبل وليام هيرشل و الذي له العديد من الاكتشافات الفلكية الأخرى. انسيلادوس هو القمر الرابع عشر من أقمار زحل و يوجد على سطحه طبقة جلدية. بوجد الماء بالقرب من قطبه الجنوبي حيث تم رصد نوافير ضخمه من بخار الماء تتصاعد باتجاه غلافه الجوي حيث تشكل غيوم و تسقط من جديد نحو السطح على شكل ثلوج. تمت زيارات عديدة قريبة من هذا القمر أهمها رحلة كاسيني في ٢٠٠٨ حيث حلق المسبار على ارتفاع منخفض من السطح و استطاع رصد بخار الماء و الكثير من المواد العضوية الكربونية.
المسافة بين قمر إنسيلايدوس و بين كوكبه زحل هي٢٣٨٠٠٠ كلم يعني أقل بقليل من المسافة التي تفصل بين الكرة الأرضية و القمر. تأثير الجاذبية بين زحل و قمره قوي لدرجة أنه أثناء المدار حول الكوكب تتأثر قشرة القمر إنسيلاوديس و تتشكل انشقاقات في الجليد. نوعاً ما مثل المد و الجزر على الكرة الأرضية و لكن بتأثير أقوى بكثير مما يؤدي إلى إنبثاق المياه من تحت القشرة إلى السماء على شكل نوافير من الماء. يعتقد العلماء أن الإحتكاك الناتج عن المد و الجذر الزحلي ينتج حرارة كافية للإبقاء ذرات الماء على شكلها السائل و بسبب برودة الحرارة الخارجية يتحول هذا لماء إلى ثلج ليعود و يهطل على السطح.
إذاً لدينا عالم فيه مصدر للطاقة بسبب تأثير الجاذبية القوية لكوكب زحل (أكبر من كتلة الأرض بعشرة أضعاف تقريباً (٩،٥)) ضمن مسافة أقل من المسافة بين الكرة الأرضية و القمر.
الطاقة الناتجة تأثير الجاذبية تعمل على توليد دورة بيئية للماء بحيث تحول الماء إلى أشكاله الثلاث (سائل و جامد و غاز). أيضاً لدينا مواد عضوية كربونية ضمن الغلاف الجوي مما يعني وجودها على السطح.
-تايتن قمر زحل:
تايتن أيضاً ضمن نظام كوكب زحل و هو أكبر أقماره حجماً. يختلف في تركيبته عن إنسيلايدوس إذ أنه لا يحتوي على الماء و إنما على الميثان بشكله السائل. هو ليس مكان مثالي لحياة كالحياة الموجودة على كوكب الأرض لكن الشروط المتوفرة في بيئته تجعله من المحطات المهمة في رحلة البحث عن الحياة و لكن حياة من نوع آخر.
أيضاً يوجد على تايتن طاقة ناتجة عن تفاعل الجاذبية بينه و بين كوكب زحل و يعتبر وجود الميثان بكثافة على سطحه من أهم العوامل التي قد تساهم في تشكل الحياة إذ أن الحياة على الأرض ما كنت لتشكلت لولا وجود الميثان بكثافة ضمن البيئة الأرضية السابقة.
المريخ:
المريخ هو أكثر الكواكب دراسة ضمن جميع كواكب المجموعة الشمسية (بعد كوكب الأرض) و نحن شبه متأكدين من عدم وجود الحياة على سطحه اليوم لكن يوجد احتمال كبير بأن الحياة كانت موجودة في السابق بسبب وجود كميات كبيرة من الكربون و بسبب الدلائل الأحفورية التي تدل على وجود الماء في السابق. فهم تاريخ كوكب المريخ سيساعدنا في فهم أليات تشكل الحياة بشكل كبير .
الدراسات تشير إلى أن الماء تبخر من على سطح المريخ بسبب ارتفاع درجات الحرارة على الكوكب و أيضاً بسبب تبدد الغلاف الجوي المريخي.
تعمل ناسا إلى ارسال رحلة مأهولة في العقد القادم و يوجد مشروع استطيان من قبل بعض الشركات الخاصة.
يوروبا قمر المشتري:
في رأيي الكثير من الباحثين أن هذا القمر التابع لكوكب المشتري من أهم المحطات في المجموعة الشمسية بالنسبة لاستضافة الحياة.
أكتشف هذا القمر العالم غاليليو غاليلي في عام ١٦١٠ و حجمه أصغر بقليل من قمرنا. لكنه يختلف كثيراً عنه إذ أن لديه لب معدني مما يعني وجود غلاف مغناطيسي تابع له يحميه من الإشعاعات الشمسية و يوجد فيه طبقات أرضية متحركة مما يعني أنه شبيه بالكرة الأرضية من حيث الصفائح التكتونية و تشكل القارات و تحركها.
على الرغم من أن قشرته الخارجية تتألف من الجليد إلا أن وكالة الفضاء الأمريكية استطاعت تأكيد وجود محيطات من الماء تحت سطحه. المسافه القريبة بين يروبا من كوكب المشتري تعني تأثره بقوة جاذبية هائلة حيث يوجد حالة مستمرة من الضغط و الرخي على طبقات أيوروبا بسبب جاذبية المشتري مما يولد طاقة حرارية تساهم في ابقاء الماء في حالته السائلة.
غلاف ايوروبا الجوي يتكون بمجمله من الأوكسيجين و أيضاً نستطيع رصد نوافير من الماء تنطلق من سطحه نحو الفضاء إلى ارتقاع يقدر ب٢٠ ضعف ارتفاع قمة ايفاريست. وكالة الفضاء ناسا تعمل على بناء مسبار يستطيع الغوص في أعماق المحيطات على يوروبا و التي يقدر عمقها بـ١٠٠ كيلومتر تقريباً. من أكبر المشاكل التقنية التي تمنعنا اليوم من الوصول إلى يوروبا هي الإشعاعات الناتجة عن المشتري و التي ستدمر أي معدات الكترونية في حال اقتربنا بما فيه الكفاية لدراسة هذا القمر. إذاً يوروبا هو عالم شبيه جداً بالكرة الأرضية قبل بضعة مليارات السنين و أعتقد أن الإنسان في القرن ال٢١ سيزور هذا لقمر لما له من أهمية في قصة البحث عن الحياة.
الملخص و المغزى:
نحن ننظر حولنا و نرى الأشجار و الطيور و الحشرات و نعلم أننا جميعاً نشترك بشيء واحد وهو أننا كائنات حيه. نحن اليوم نطرح الاسئلة و لدينا الفضول أن نتعلم عن جذورنا لأن هذه العملية التي بدأت منذ 4 مليار سنة، أبت أن تتوقف و واظبت على التكاثر رغم الكوارث و رغم العصور الجليدية التي تعاقبت على هذا الكوكب.
موضوع جذور الحياة ومن أين بدأت هو من أهم الأسئلة التي توجهنا ككائنات واعيه في هذا الكون. لا أريد أن يُفهم هذا المقال و كأني أجرد الحياة من معانيها أو أني أبسط سحرها لمستوى تفاعلات كيميائية.
نعم الحياة هي حالة بسيطة المضمون و متناهية التعقيد في النتائج. لولا الحياة لما وجدت كائنات واعية مدركة قادرة على استنباط هذا الكون و إدراكه. نحن الكون يجسد إدراكه و لكن إن البحث عن جذور الحياة هو بحث علمي بحت، اجابته ستكون نتيجة بحوث و تجارب علمية في جامعات العلم و مختبرات البحوث.
إقحام قوة خارجية للإجابة على أي شيء هو هروب من الإجابة و الاستسلام لعدم المعرفة و قبول الجهل بالأمور. الإعتراف أننا لا نعرف كيف بدأت الحياة هي الخطوة الأولى في رحلة البحث. والإدعاء و الوهم بمعرفة الشيء هي رصاصة في صلب البحث. كيف نبحث عن ما لا نعلم أنه ضائع؟
عبر السنين أثبت لنا العلم أننا في كون يعمل ضمن قوانين موضوعية مادية بعيدة عن السحر و المعجزات. لهذا أنا لم أطلب من القارئ و لا لحظة واحدة أن يقبل مني أي معلومة مفترضة بقفزات سحرية أو معجزات لا منطقية. في هذا السياق أطلب من القارئ أن يقيم البحث بطريقة علمية ناقدة.
لماذا البحث؟
يقدّر عدد المجرات التي نستطيع رصدها من كوكب الأرض ب١٠٠ مليار مجرة على الأقل. يقدّر عدد النجوم في مجرتنا مجرة درب التبانة ب ٣٠٠ مليار نجم.
لنفترض أن حدث نشوء الحياة حدث مرة واحدة فقط لكل مجرة و لدينا ١٠٠ مليار مجرة فهذا يعني أن نسبة نشوء الحياة هي ١٠٠ مليار مرة.
هذا يعني أننا و ضمن أكثر الحسابات تحفظاً نتكلم عن كون مليء بالحياة.
نحن نبحث عن حالات كونية شبيهة بمجموعتنا الشمسية و التي تقتضي وجود نظام شمسي فيه كوكب يقع مداره ضمن منطقة “النطاق الصالح السكن” هذه المنطقة هي المسافة اللازمة بين الكوكب و الشمس ليتشكل الماء بصيغته السائلة. أيضاً نبحث عن نجوم عمرها مليون سنة على الأقل لإعطاء مدة كافية من الزمن لتشكل الحياة. طبعاً عند العثور على كوكب يتضمن جميع هذه الشروط ننتقل إلى مرحلة تانية من الشروط لتحديد نوعية الغلاف الجوي و ماشابه (عن طريق رصد كتلة الكوكب و وجود غلاف مغناطيسي يحمي الكوكب من الأشعاعات الشمسية الضارة). تبقى المشكلة الأساسية في العثور على الحياة هي مساحة الفضاء الشاسعة و محدوديتنا العلمية في التنقل عبر هذه المسافات.
الجميل في الموضوع أننا قد نكون الجيل الأول في تاريخ الوجود الذي يعثر على حياة في كوكب آخر غير الكرة الأرضية إذ أن ناسا تتوقع العثور على شكل من أشكال الحياة خلال الثلاثين عام القادمين. أتمتى أن تكونوا استفدتم و تمتعتم بالقراءة.
تعريف الحياة:
بعض العلماء يعّرف الحياة على أنها أي نظام قادر على التكاثر، غيرهم يعرفها ضمن الأنظمة القادرة على استقلاب الطاقة و التكاثر، و البعض الآخر يعرفها على أنها النظام القادر على استدامة نفسه بنفسه. في هذا المقال سأعتمد على التعريف المعتمد من قِبَل وكالة الفضاء الأمريكية ناسا “NASA”. تعريف ناسا المتعامل به يقول أن الحياة هي “نظام كيميائي مستدام قابل للتطور الدارويني”. لنحلل هذا التعريف بشكل سريع: – أولاً: نظام كيميائي يعني أنه نظام مكون من كيمياء عضوية و لا يشمل الأنظمة المصنوعة من دارات الكترونية أو ما شابه. – ثانياً: شرط اللإستدامة يتمحور حول استقلاب الطاقة و التكاثر.- ثالثاً: القدرة على التطور من خلال آليات طبيعية.
مقدمة:
في هذا المقال أنا أبحث شروط تكون الحياة على كوكب الأرض. لكن من المهم جداً أن لا نحد من مخيلتنا و أن نفترض أن الحياة محدودة في نشائتها على شكلها الحالي الأرضي. و لكن بحكم أننا على الأرض و أننا أحياء فيتوجب دراسة هذه الظاهرة التي حدثت على أقل مرة واحدة في تاريخ الكون و هي نشوء الحياة على كوكب الأرض ومن خلالها تحليل العوامل التي أدت لهذه الظاهرة. في هذه المرحلة سأقوم بسرد العوامل بشكل منفصل ثم سأقوم بربطها بشكل يفسر تأثيرها الجمعي على كوكب الأرض
كوكب الأرض:
عمر كوكب الأرض حوالي ٤،٥ مليار سنة و هو جزء من نظام شمسي يتشكل من ٧ كواكب آخرى (مجموع ٨) جميعها يدور حول نجم هيدروجيني من الجيل الثاني. المسافة بين الأرض و بين نجم الشمس هي ١٥٠ مليون كيلومتر مما يسمح بتشكل عناصر كيميائية بأشكلها الثلاثية (سائلة و غازية و صلبة).
تشكل هذا الثالوث من أحوال المادة هو من أهم شروط الحياة و سأتعمق أكثر بهذا الموضوع لاحقاً
المغناطيسية و الشمس:
البنية الأرضية تتكون من عدة طبقات تشكل الكتلة الكلية للكوكب. نحن نعيش على القشرة و لكن يوجد أسفلنا عدة طبقات أرضية إلى أن نصل إلى النواة. نواة الأرض تتشكل من طبقتين، طبقة سائلة معدنية و طبقة معدنية صلبة. وجود الحديد و النيكل في نواة الكرة الأرضية له تأثير مهم جداً و هو تشكيل غلاف مغاطيسي حول كوكب الأرض. يمتد الغلاف المغناطيسي حوالي ٦٥ ألف كيلومتر عن سطح الأرض. أي أن الأرض محاطة بقبة مغناطيسة عمقها ٦٥ ألف كيلومتر من سطح الأرض إلى الفضاء.
هذا الغلاف مهم جداً للحياة على الأرض لأن الحقل المغناطيسي يعمل على تماسك الغلاف الجوي مما يشكل نظام بيئي مغلق ضمن الكوكب. أيضاً من فوائد الغلاف المغناطيسي أنه يحمي الكوكب من الأشعاعات الشمسية المضرة بالحياة و التي تسبب في تفكك الكثير من العناصر العضوية المهمة للحياة لو أنها وصلت للأرض.
الرياح الشمسية التي تصلنا من الشمس هي عبارات عن جزيئات مشحونة إيجابياً و ساخنة جداً تنطلق باتجاه الأرض على شكل بلازما و مع اقترابها من الأرض تلتف حول غلاف الأرض المغناطيسي فتبدو بألوان جميلة نسميها أضواء الشفق. يمكن رصد الشفق القطبي في المناطق القريبة من قطبي الكرة الأرضية.
في المرة القادمة ترصد فيها الشفق القطبي بألوانه الجميلة تذكر أنه يمثل ظاهرة طبيعية مهمة جداً في تطور الحياة و بقائها على الكرة الأرضية.ملاحظة: العديد من الأشخاص يخلط بين الغلاف المغناطيسي و قوة الجاذبية الأرضية.
الغلاف المغناطيسي هو تأثير يتعلق بالكهرومغناطيسية و الجاذبية تتعلق بالكتلة و تأثيرها على الزمكان. أيضاً يوجد فرق بين الغلاف المغناطيسي و الغلاف الجوي إذ أن الغلاف الجوي يمثل الغطاء الؤلف من العناصر الغازية الأرضية و هو المسؤول عن بقاء الكرة الأرضية ضمن نظام بيئي مغلق. الغلاف المغناطيسي هو ما يجعل الغلاف الجوي يتماسك و يبقى حول الأرض.
الجاذبية المناسبة:
الجاذبية الأرضية مناسبة بشكل يتيح تشكل الحياة و تطورها بأشكال لا تنهار على نفسها. مثلاً لو أن الحياة وجدت على كوكب ذو جاذبية أقوى من الجاذبية الأرضية بعدة مرات لما تطورت الحياة بشكل أجسام لها نتوئات مثل الأطراف أو الأجنحة. إذاً حجم الكوكب و نوع كتلته مهم جداً بسبب تأثير الجاذبية على العناصر الموجودة على الكوكب. و هذا طبعاً له تأثير مباشر على تشكل الحياة و تنوعها.
الجاذبية على كوكب المشتري تعادل مرتين و نصف الجاذبية الأرضية. هذا يعني أن الحياة الأرضية في هيئتها الحالية المبنية على معطيات الجاذبية الأرضية لن تكون مناسبة على المشتري حتى لو كانت جميع ظروف الحياة متوفرة. قوة العظام و العضلات لن تكون كافية على تحمل الفرق في الجاذبية. إذاً قوة تأثير الجاذبية له دور هام في هيئة و نوعية تطور الحياة.
ملاحظة أنا لا أقول أن الحياة مستحيلة على كوكب ذو تأثير جاذبية عالية و إنما ستكون مختلفة كثيراً عن ما نعرفه عن الحياة اليوم. مثلاً، العلماء يصنفون الكواكب ضمن تأثير القوة الجاذبية المقبولة نظرياً على أن لا تتجاوز ١٣مرة جاذبية كوكب المشتري لان هذه النوع من القوة الجاذبية سيسبب بانصهار الهيدروجين إلى هيدروجين ثقيل و يحول الكوكب إلى نجم قزم Brown Dwarf.
إذاً البحث يكون عن كواكب تكون جاذبيتها لا تتجاوز هذا الحد الأقصى من الجاذبية (٣٣ مرة من جاذبية الأرض).
الصفائح التكتونية الأرضية:
في فقرة سابقة ذكرت أن الأرض تتكون من طبقات أرضية. الطبقة العليا من الأرض هي “القشرة” و هي ليست قطعة واحدة و إنما تتشكل من صفائح كبيرة (8 صفائح كبيرة و العديد من الصفائح الصغيرة). اكتشف هذه الظاهرة العالم الألماني ألفريد فيجنر عندما طرح نظرية الإنجراف القاري في سنة ١٩١٢.
.
هذه التحركات ضمن الغلاف القشري الصخري تتسب في خلق ظروف مختلفة و تلاقح بين العناصر و المواد و خلطها بأشكال مختلفة و عوامل هامة لتشكل الحياة. سأقوم بالتعمق أكثر في هذا المحور أكثر ضمن محور نظريات نشوء الحياة على كوكب الأرض. الكثير من الناس يعتقد أن أشعة الشمس هي المصدر الوحيد للطاقة على كوكب الأرض و لكن في الواقع العديد من الكائنات الحية التي تعيش في قاع المحيطات لا تحصل على أشعة الشمس إطلاقاً و إنما تستمد طاقتها من الفوهات البركانية الموجودة في القاع. إذا الحرارة الكامنة في طبقات الأرض تشكل مصدر مهم للطاقة بالاضافة إلى أشعة الشمس.
الاستقرار الشمسي:
وجود نجم مستقر نسبياً لمدة طويلة من الزمن يسمح للعوامل الطبيعية المتشكلة على التطور بشكل مستقر و منتظم. لا شك أن الحياة بدأت بشكل سريع على سطح الأرض فقد بدأت تقريباً بعد ٥٠٠ مليون سنة من تشكل الكوكب و استمرت حتى يومنا هذا و لكن بسبب استقرار نجم الشمس استطاعت هذه الحياة من التطور خلال ٤ مليار سنة دون التأثر بكوارث طبيعية كونية. لو كانت الشمس من النجوم التي تنفجر بسرعة أكبر أو أنها أكبر حجماً أو انصهارتها هيلومية عوضاً عن هيدروجينية أو أنها أقل استقرار بشكل عام لما استطاعت الأرض على الحفاظ على غلافها الكهرومغناطيسي و لما استطاعت الأرض على تشكيل غلاف جوي يعمل على عزل الأرض عن الفضاء الخارجي.
النطاق الصالح للسكن:
كوكب الأرض يبعد عن الشمس مسافة ١٥٠ مليون كيلومتر (هذه المسافة تسمى وحدة شمسية). ضمن أي نظام شمسي و بناء على نوع النجم يوجد مسافة تسمى النطاق الصالح للسكن و التي تحدد المسافة المقبولة لتشكل العناصر ضمن الأشكال الثلاثة (سائل، غاز، صلب). وجود كوكب الأرض ضمن هذه المسافة المناسبة لتشكل الماء هو من الأسباب الأساسية في تشكل الحياة و ذلك لأهمية الماء في تشكل الحياة كما نعرفها. الوحدة الشمسية هي مسافة مناسبة بالنسبة لنجم الشمس و كوكب الأرض لكنها ليست مقياس عام إذ أن حجم النجم و نوعه و عمره و نوع الكوكب و تركيبته الكميائية تؤثر بتقدير مسافة النطاق الصالح للسكن. اليوم و بعد ٤ مليار سنة أصبحت الأرض عند حدود النطاق و بدأت تخرج خارجه باتجاه الشمس. يقدّر الباحثون أن الأرض ستكون خارج النطاق كلياً بعد ١،٧ مليار سنة تقريباً.
المشتري:
كوكب المشتري مهم جداً لتشكل الحياة على الكرة الأرضية إذا أنه يمثل حارس المجموعة الشمسية من المذنبات و الأجسام الكبيرة عبر قوة جاذبيته. كوكب المشتري يشكل مصد للمذنبات و الأجسام الآخرى التي قد تقترب من كوكب الأرض.إذاً وجود كوكب ذو جاذبية قوية ضمن النطاق الخارجي للمجموعة الشمسية يعمل على حماية الكواكب ضمن النطاق الداخلي و يساهم في استقرار تطور أنظمتها البيئية دون التعرض لكوارث جيولوجية.
يجدر الذكر أن مذنب ضرب كوكب الأرض قبل ٦٥ مليون سنة و سبب انقراضات شاملة للأحياء و من أهم هذه الإنقراضات كانت الديناصورات. انقراض الديناصورات كان من الأسباب المهمة في تطور الثديات و ثم القرود العظيمة حتى الوصول إلى الإنسان.
القمر:
يبعد القمر عن الأرض اليوم مسافة٣٨٤,٤٠٠ كيلومتر. لكن القمر يتباعد عن الأرض بمسافة ٣،٨ سم كل سنة. هذا يعني أننا إذا عدنا إلى فترة نشوء الحياة على الأرض (٤ مليار سنة تقريباً) و اعتبرنا أن نسبة التباعد بين الأرض و القمر هي نفسها فهذا يعني أن القمر كان أقرب بكثير مما هو عليه اليوم و هذا يعني أن تأثير الجاذبية القمرية كان أكبر بكثير على الأرض.
هذه النقطة مهمة جداً في بحث تشكل الحياة لأن القمر يشكل مصدر طاقة هام بسبب قوة جاذبيته. تخيل معي كيف أن ماء المحيطات يتحرك بشكل مستمر بسبب جاذبية القمر مما يساهم في خلط المواد العضوية الكربونية مع بعضها.
تعاقب الليل و النهار:
تعاقب الليل و النهار على الكرة الأرضية يعني أن الحرارة ليست باردة أو حارة لفترات طويلة. مثلاً النهار على كوكب الزهراء يستغرق ١١٦ يوم من أيام الأرض. كما ذكرت سابقاً عن أهمية الطاقة لنشوء الحياة، أضيف أن أي عامل متغير هو عامل إيجابي و خصيصاً إذا كان التغير منتظم لفترات طويلة تسمح بتشكل أنظمة طفيلية على هذه الطاقة.
الليل و النهار هما نتيجة ظاهرة فلكية بدوران الكوكب حول نفسه، إذاً هما نتيجة طاقة مصروفة بشكل حركة الكوكب. التفاوت في درجات الحرارة بين الليل و النهار يمنع العناصر من اتخاذ شكل معين لفترات طويلة. لو كانت مدة النهار على الأرض شبيهة بكوكب الزهراء لتبخرت مياه الكوكب خلال فترة قصيرة من الزمن و لو كان الليل طويل كما الزهراء لتجمدت المياه. لهذا وجود تعاقب لليل و النهار مهم للحصول على المادة بأنواعها الثلاث (صلب، سائل، و غاز) و منها الحصول على أنظمة بيئية منوعة على الكوكب.
شروط الحياة:
-العناصر:
عند التعمق بخصائص الذرة و آليات ارتباطها فيما بينها نستطيع فهم القوانين الأساسية المسؤولة عن تشكل العناصر الكيميائية. الذرات تترابط فيما بينها لتشكل العناصر الكيميائية فمثلاً ذرتين من الهيدروجين تترابطا مع ذرة أوكسيجين واحدة فينتج لدينا عنصر الماء.
ذرة كربون مع ذرتي أوكسيجين ينتج لدينا ثاني أكسيد الكربون. ذرة سيليكون مع ذرتي أوكسجين ينتج عنهما الزجاج. كل مادة لها خصائص مختلفة بكيفية ترابطها مع المواد الآخرى و هذه الخصائص ترتبط بعدد الإلكترونات المحيطة بنواة الذرة.
دون الدخول في هذه التفاصيل لكن المهم ذكره أن الكربون يعتبر من أهم العناصر في تركيب العناصر الكيميائية. “رغبة” الكربون في الحصول على أربع إلكترونات إضافية يعني أن الكربون يستطيع الترابط مع أربع ذرات أخرى في نفس الوقت.
هذا يجعل الكربون بمثابة العمود الفقري لبناء العناصر الكيميائية العضوية و غير العضوية. جميع الكائنات الحيّة تعتمد على الكربون في بنيتها الأساسية بسبب خاصيته بربط العناصر مع بعضها البعض.
إذاً وجود الكربون ضمن البيئة هو شرط أساسي في بناء مُركبّات عضوية قادرة على استقلاب الطاقة و نسخ نفسها. لهذا نجد أن العلماء و الباحثين عن الحياة في الفضاء يهتمون جداً بوجود الكربون ضمن النظام البيئي مما يعنيه من تنوع في العناصر الكيميائية في ذاك النظام.
-الطاقة:
الطاقة هي عامل مؤثر خارجي على نظام معزول داخلي. البراد عليه أن يبدد طاقة حرارية لكي ينتج برودة داخلية في الصندوق. الشمس عليها أن تحرق الهيدروجين لكي تبعث بفوتوناتها نحو الأرض و تدفئها. كتلة القمر عليها أن تؤثر بالزمكان الواقع بين القمر و الارض لتتسبب بتحريك مياه المحيطات على شكل المد و الجذر و الأمواج. لكي يحدث أي شيء يتوجب وجود حركة و الحركة تتمثل بأنواع الطاقة.
إذاً الشرط الأول لتشكل الحياة وجود مصادر طاقة قادر على إصدار حركة ضمن البيئة. أمثلة للطاقة على كوكب الأرض: حرارة الشمس، جاذبية الشمس، جاذبية القمر،الحرارة الكامنة ضمن الطبقات الأرضية و التحركات الجيولوجية و تأثيراتها من براكين و زلازل و أنهار و حرت و تعرية مائية.
إذاً أذا أردنا تقييم الظروف الملائمة لتشكل الحياة فيوجد لدينا ظروف كونية تتعلق بمكان الكوكب و موقعه الفلكي و ظروف محلية تتعلق بوجود أنظمة فيها مواد عضوية كربونية و مصادر طاقة قادرة على التأثير و خلط هذه المواد العضوية بشكل مستمر. الأن نصل إلى أخر فقرة من هذا المحور و هي الإستقرار في النظام والذي يسمح لهذه التفاعلات على التطور التراكمي دون التعرض لحالات فناء كلي.
على فرض أن النيازك و الأجسام الفضائية ترتطم على الأرض بشكل مستمر لما كانت بيئة الأرض مستقرة لتتطور العناصر الكيميائية إلى أنظمة حيوية. كما ذكرت سابقاً، وجود كوكب عملاق غازي مثل كوكب المشتري في المجموعة الشمسية يحول دون وصول أجسام كبيرة نحو الأرض و الارتطام بها. أيضاً، حالة الشمس المستقرة نسبياً سمحت لطبخة الحياة بالنضوج على نار هادئة.
إذاً في حال كنا نقيم قابلية كوكب جديد على استضافة الحياة يتوجب علينا تقييم الاستقرار العام حول الكوكب و مدة هذا الاستقرار إن كانت تقدر بملايين السنين لكي تتطور الحياة.
فرضيات نشوء الحياة:
بعد صرف وقت طويل في القراءة و البحث في هذه الفرضيات أود أن أنوه إلى فكرة مهمة قبل الدخول في التفاصيل و هي أنه لا يوجد فرضية علمية واحدة قادرة على تفسير نشأة الحياة. في كل نظرية يوجد نقاط غامضة لا يمكن للنظرية الإجابة عليها أو تناقضات علمية مع دلائل من نظريات آخرى، و لكن إذا ربطنا جميع هذه النظريات و وضعناها ضمن نظرية شاملة ربما نكون قد اقتربنا للوصول لبعض الإجابات و لكن الطريق مازال طويل.
أرجو الفصل بين دراسة مسببات و آليات نشوء الحياة و دراسة شروط و وجود الحياة. مجرد تفنيد الشروط المسؤولة عن نشأت الحياة نصبح قادرين على البحث عن الحياة في الفضاء بشكل فعال حتى و إن لم نكن نفهم كيف بدأت هذه الحياة.
من أكبر المشكلات التي نعاني بها حين نحاول حل لغز الحياة هي أن حدث النشوء حصل منذ زمن بعيد جداً حوالي ٤ مليار سنة. لهذا لا يوجد لدينا فكرة واضحة نوصف فيها الوضع البيئي للكرة الأرضية في تلك الفترة. التركيبة الكيميائية للغلاف الجوي كانت تختلف عن التركيبة الحالية (الأن نيتروجين و أوكسيجين) و مسافة القمر كانت مختلفة (تأثير الجاذبية أكبر بكثير) و حرارة الشمس كانت مختلفة (أبرد).
إذاً نحن نعمل على بناء قالب افتراضي و نعمل من خلال القالب على اكتشاف المؤثرات التي قد تؤدي إلى تحول المواد الكيميائية العضوية إلى أنظمة بروتينية قادرة على نسخ نفسها و استقلاب الطاقة.
سنبحث في في بعض الفرضيات عن نشوء الحياة بشكل مختصر، أنا شخصياً لا أعتقد أن الجواب موجود ضمن أي من هذه الفرضيات و أعتقد أن الإجابة تكمن بفرضية مركبة من جميع هذه الفرضيات و بعض الأسرار التي لم نكتشفها بعد. لهذا لن أصرف وقت طويل في توصيف أو الدفاع عن هذه الفرضيات.
أو الخلطة البسيطة الأولى : Primordial soup في عام ١٩٢٤ قام العالم أليكساندر أوفرين بوضع هذه الفرضية و التي تقول أن الحياة بدأت بسبب تفاعل بعض العناصر الكيميائية الموجوده على سطح البحيرات و المحيطات من خلال تعرضها لصعقات كهربائية بسبب الرعد.
تفاعل هذه العناصر الكيميائية مع الصعقات الكهربائية الرعدية هو ما أنتج الأحماض الأمينية و التي تعتبر اللبنة الأساسية في تشكيل الأحماض النووية و التي تجسد الأجسام البروتينية فيما بعد. هذه الفرضية لم تلاقي قبول بين العلماء في البداية. في عام ١٩٥٣ قام العالمين ميلير ـ يوري بتجربة علمية شهيرة في جامعة شيكاغو حيث قاما بتحضير بيئة افتراضية تحاكي البيئة على كوكب الأرض قبل ٤ مليار سنة. تم استخدام عناصر الهيدروجين و الميتان و الأمونيا في وعاء مائي و ثم تم تعريض الوعاء لصعقات كهربائية تماشي الصعقات الرعدية.
كانت نتيجة التجربة ظهور عناصر جديدة عضوية تماماً مثل ما افترض العالم أليكسانر أوفرين. ظهور مواد عضوية بهذا الشكل هو دليل على أن المواد العضوية و الأحماض الأمينية المشكلة للبروتين قابلة للنشوء ضمن شروط طبيعية معينة.
بعض المشاكل في اعتماد التجربة:
العناصر الكيميائية التي تم استخدامها أثناء التجربة كانت مكثفة أكثر بكثير من تواجدها في الطبيعة. و كمية الصعقات الكهربائية المستمرة أثناء التجربة لا تمثل الصعقات الرعدية المتواترة في الطبيعة إذ أنها ليست بكثافة مستمرة كما حدث في التجربة.
بعض المشاكل في الفرضية:
سطح الماء هو مكان معرض لتغيرات مناخية شديدة و عنيفة و هذا يشكل مشكلة تركيبية لا يمكن التغاضي عنها. إذاً تبقى الفرضية ضمن سياق التوصيف العلمي لإمكانية تشكل أحماض أمينية بطرق طبيعية لكنها قد تكون لأسباب مختلفة عن فرضية الرعد الأصلية. يجدر الذكر أن الفضاء الخارجي أيضاً مليء بالأحماض الأمينية و التي تأتينا عن طريق الشهب.
فرضية الطين:
هذه الفرضية مبنية على اساس ايجاد طريقة علمية تفسر آليات تستطيع من خلالها العناصر نسخ نفسها و التكاثر بطرق طبيعية. طبعاً نحن لا نتكلم عن عناصر حية و إنما عناصر عضوية شبيهة بالتي وجدناها خلال تجربة ملير ـ يوري. الفرضية مبنية crystallization على أساس بسيط و هو أن للطين خصائص كيميائية تجعله حاضنة طبيعية للعناصر العضوية. العناصر العضوية المتواجدة ضمن الطين تصبح جزء أساسياً منه و تحدد أليات تشكله كريستالاته مستقبلاً.
هذا يعني أنه أصبح لدينا عناصر عضوية محتضنة داخل كريستالات من الطين. و بما أن خصائص المواد العضوية أصبحت مؤثرة في تشكيل الطين فإننا الأن بصدد توصيف مواد عضوية محتضنة ضمن الطين قابلة على استنساخ نفسها. هذه العملية شبيهة بنظرية دارون للانتقاء الطبيعي إذ أن الكريستالات ذو الأشكال الأسهل للنسخ تستمر و الأصعب تندثر.
فوهات البراكين:
هذه الفرضية مبنية على أساس وجود الأحماض الأمينية مسبقاً و كيف أن هذه الأحماض ممكن أن تندمج فيما بينها بسبب الضغط الهائل و الذي يقدر بألاف المرات عن الضغط الجوي الموجود على السطح و وجود كميات كبيرة من الكبريتيد (كربون + كبيريت) في القاع. تحلل الكبيرتيد في الماء مع وجود الأحماض الأمنيية يؤدي الإختلاط فيما بينها لتشكل مركبات عضوية أكثر تعقيد. نحن فسرنا نوعاً ما كيف ممكن للأحماض الأمينية أن تتشكل بطرق طبيعية و كيف ممكن لها أن تنسخ نفسها عن طريق آليات الكريستالات الطينية. فرضية فوهات البراكين هي الأكثر منطقية إذ أنها الأكثر استقراراً بعيداً عن ارتطامات الشهب و التغيرات المناخية القاسية في تلك الفترة.
فرضية البراكين تقدم جميع العناصر اللازمة من طاقة و خلط للعناصر العضوية و الاستقرار النسبي لكي يتشكل شيء ما من هذه التفاعلات.
ملخص الفرضيات:
أنا شخصياً لا أدعي أن لدينا اجابة علمية وافية ترتقي لمستوى السؤال المطروح، لكن تصوري هو أن الحياة بدأت بسبب تقاعلات معينة في الخلطة الأولى المؤلفة من مواد عضوية و ثم تفاعلت هذه المواد العضوية لتشكل آلية حاضنة قادرة على استنساخ نفسها. لأجل الموضوعية في التوصيف لهذه الفرضيات يتوجب الذكر أنه يوجد العديد من المشاكل العلمية التي لم أطرحها ضمن البحث. مثلاً على المواد العضوية أن تكون صديقة للماء و عدوة للماء في آن واحد حيث أن عليها استخدام الماء في داخلها و لكن عدم الإنحلال في الماء من خارجها. الباحثون عادة يستطيعون تفنيد كل مشكلة من هذه المشاكل على حدى لكننا لا نزال لا نرتقي في توصيف نشأت الحياة كفرضية علمية موحدة.
الحياة في المجموعة الشمسية:
الأن و قد أصبح بجعبتنا بعض الأدوات لتقييم العوالم الآخرى لنذهب و نفحص بعض المحطات التي قد تكون مناسبة لاستضافة الحياة.
-إنسيلادوس، قمر زحل:
تم اكتشاف قمر انسيلاوديس في عام ١٧٨٩ من قبل وليام هيرشل و الذي له العديد من الاكتشافات الفلكية الأخرى. انسيلادوس هو القمر الرابع عشر من أقمار زحل و يوجد على سطحه طبقة جلدية. بوجد الماء بالقرب من قطبه الجنوبي حيث تم رصد نوافير ضخمه من بخار الماء تتصاعد باتجاه غلافه الجوي حيث تشكل غيوم و تسقط من جديد نحو السطح على شكل ثلوج. تمت زيارات عديدة قريبة من هذا القمر أهمها رحلة كاسيني في ٢٠٠٨ حيث حلق المسبار على ارتفاع منخفض من السطح و استطاع رصد بخار الماء و الكثير من المواد العضوية الكربونية.
المسافة بين قمر إنسيلايدوس و بين كوكبه زحل هي٢٣٨٠٠٠ كلم يعني أقل بقليل من المسافة التي تفصل بين الكرة الأرضية و القمر. تأثير الجاذبية بين زحل و قمره قوي لدرجة أنه أثناء المدار حول الكوكب تتأثر قشرة القمر إنسيلاوديس و تتشكل انشقاقات في الجليد. نوعاً ما مثل المد و الجزر على الكرة الأرضية و لكن بتأثير أقوى بكثير مما يؤدي إلى إنبثاق المياه من تحت القشرة إلى السماء على شكل نوافير من الماء. يعتقد العلماء أن الإحتكاك الناتج عن المد و الجذر الزحلي ينتج حرارة كافية للإبقاء ذرات الماء على شكلها السائل و بسبب برودة الحرارة الخارجية يتحول هذا لماء إلى ثلج ليعود و يهطل على السطح.
إذاً لدينا عالم فيه مصدر للطاقة بسبب تأثير الجاذبية القوية لكوكب زحل (أكبر من كتلة الأرض بعشرة أضعاف تقريباً (٩،٥)) ضمن مسافة أقل من المسافة بين الكرة الأرضية و القمر.
الطاقة الناتجة تأثير الجاذبية تعمل على توليد دورة بيئية للماء بحيث تحول الماء إلى أشكاله الثلاث (سائل و جامد و غاز). أيضاً لدينا مواد عضوية كربونية ضمن الغلاف الجوي مما يعني وجودها على السطح.
-تايتن قمر زحل:
تايتن أيضاً ضمن نظام كوكب زحل و هو أكبر أقماره حجماً. يختلف في تركيبته عن إنسيلايدوس إذ أنه لا يحتوي على الماء و إنما على الميثان بشكله السائل. هو ليس مكان مثالي لحياة كالحياة الموجودة على كوكب الأرض لكن الشروط المتوفرة في بيئته تجعله من المحطات المهمة في رحلة البحث عن الحياة و لكن حياة من نوع آخر.
أيضاً يوجد على تايتن طاقة ناتجة عن تفاعل الجاذبية بينه و بين كوكب زحل و يعتبر وجود الميثان بكثافة على سطحه من أهم العوامل التي قد تساهم في تشكل الحياة إذ أن الحياة على الأرض ما كنت لتشكلت لولا وجود الميثان بكثافة ضمن البيئة الأرضية السابقة.
المريخ:
المريخ هو أكثر الكواكب دراسة ضمن جميع كواكب المجموعة الشمسية (بعد كوكب الأرض) و نحن شبه متأكدين من عدم وجود الحياة على سطحه اليوم لكن يوجد احتمال كبير بأن الحياة كانت موجودة في السابق بسبب وجود كميات كبيرة من الكربون و بسبب الدلائل الأحفورية التي تدل على وجود الماء في السابق. فهم تاريخ كوكب المريخ سيساعدنا في فهم أليات تشكل الحياة بشكل كبير .
الدراسات تشير إلى أن الماء تبخر من على سطح المريخ بسبب ارتفاع درجات الحرارة على الكوكب و أيضاً بسبب تبدد الغلاف الجوي المريخي.
تعمل ناسا إلى ارسال رحلة مأهولة في العقد القادم و يوجد مشروع استطيان من قبل بعض الشركات الخاصة.
يوروبا قمر المشتري:
في رأيي الكثير من الباحثين أن هذا القمر التابع لكوكب المشتري من أهم المحطات في المجموعة الشمسية بالنسبة لاستضافة الحياة.
أكتشف هذا القمر العالم غاليليو غاليلي في عام ١٦١٠ و حجمه أصغر بقليل من قمرنا. لكنه يختلف كثيراً عنه إذ أن لديه لب معدني مما يعني وجود غلاف مغناطيسي تابع له يحميه من الإشعاعات الشمسية و يوجد فيه طبقات أرضية متحركة مما يعني أنه شبيه بالكرة الأرضية من حيث الصفائح التكتونية و تشكل القارات و تحركها.
على الرغم من أن قشرته الخارجية تتألف من الجليد إلا أن وكالة الفضاء الأمريكية استطاعت تأكيد وجود محيطات من الماء تحت سطحه. المسافه القريبة بين يروبا من كوكب المشتري تعني تأثره بقوة جاذبية هائلة حيث يوجد حالة مستمرة من الضغط و الرخي على طبقات أيوروبا بسبب جاذبية المشتري مما يولد طاقة حرارية تساهم في ابقاء الماء في حالته السائلة.
غلاف ايوروبا الجوي يتكون بمجمله من الأوكسيجين و أيضاً نستطيع رصد نوافير من الماء تنطلق من سطحه نحو الفضاء إلى ارتقاع يقدر ب٢٠ ضعف ارتفاع قمة ايفاريست. وكالة الفضاء ناسا تعمل على بناء مسبار يستطيع الغوص في أعماق المحيطات على يوروبا و التي يقدر عمقها بـ١٠٠ كيلومتر تقريباً. من أكبر المشاكل التقنية التي تمنعنا اليوم من الوصول إلى يوروبا هي الإشعاعات الناتجة عن المشتري و التي ستدمر أي معدات الكترونية في حال اقتربنا بما فيه الكفاية لدراسة هذا القمر. إذاً يوروبا هو عالم شبيه جداً بالكرة الأرضية قبل بضعة مليارات السنين و أعتقد أن الإنسان في القرن ال٢١ سيزور هذا لقمر لما له من أهمية في قصة البحث عن الحياة.
الملخص و المغزى:
نحن ننظر حولنا و نرى الأشجار و الطيور و الحشرات و نعلم أننا جميعاً نشترك بشيء واحد وهو أننا كائنات حيه. نحن اليوم نطرح الاسئلة و لدينا الفضول أن نتعلم عن جذورنا لأن هذه العملية التي بدأت منذ 4 مليار سنة، أبت أن تتوقف و واظبت على التكاثر رغم الكوارث و رغم العصور الجليدية التي تعاقبت على هذا الكوكب.
موضوع جذور الحياة ومن أين بدأت هو من أهم الأسئلة التي توجهنا ككائنات واعيه في هذا الكون. لا أريد أن يُفهم هذا المقال و كأني أجرد الحياة من معانيها أو أني أبسط سحرها لمستوى تفاعلات كيميائية.
نعم الحياة هي حالة بسيطة المضمون و متناهية التعقيد في النتائج. لولا الحياة لما وجدت كائنات واعية مدركة قادرة على استنباط هذا الكون و إدراكه. نحن الكون يجسد إدراكه و لكن إن البحث عن جذور الحياة هو بحث علمي بحت، اجابته ستكون نتيجة بحوث و تجارب علمية في جامعات العلم و مختبرات البحوث.
إقحام قوة خارجية للإجابة على أي شيء هو هروب من الإجابة و الاستسلام لعدم المعرفة و قبول الجهل بالأمور. الإعتراف أننا لا نعرف كيف بدأت الحياة هي الخطوة الأولى في رحلة البحث. والإدعاء و الوهم بمعرفة الشيء هي رصاصة في صلب البحث. كيف نبحث عن ما لا نعلم أنه ضائع؟
عبر السنين أثبت لنا العلم أننا في كون يعمل ضمن قوانين موضوعية مادية بعيدة عن السحر و المعجزات. لهذا أنا لم أطلب من القارئ و لا لحظة واحدة أن يقبل مني أي معلومة مفترضة بقفزات سحرية أو معجزات لا منطقية. في هذا السياق أطلب من القارئ أن يقيم البحث بطريقة علمية ناقدة.
لماذا البحث؟
يقدّر عدد المجرات التي نستطيع رصدها من كوكب الأرض ب١٠٠ مليار مجرة على الأقل. يقدّر عدد النجوم في مجرتنا مجرة درب التبانة ب ٣٠٠ مليار نجم.
لنفترض أن حدث نشوء الحياة حدث مرة واحدة فقط لكل مجرة و لدينا ١٠٠ مليار مجرة فهذا يعني أن نسبة نشوء الحياة هي ١٠٠ مليار مرة.
هذا يعني أننا و ضمن أكثر الحسابات تحفظاً نتكلم عن كون مليء بالحياة.
نحن نبحث عن حالات كونية شبيهة بمجموعتنا الشمسية و التي تقتضي وجود نظام شمسي فيه كوكب يقع مداره ضمن منطقة “النطاق الصالح السكن” هذه المنطقة هي المسافة اللازمة بين الكوكب و الشمس ليتشكل الماء بصيغته السائلة. أيضاً نبحث عن نجوم عمرها مليون سنة على الأقل لإعطاء مدة كافية من الزمن لتشكل الحياة. طبعاً عند العثور على كوكب يتضمن جميع هذه الشروط ننتقل إلى مرحلة تانية من الشروط لتحديد نوعية الغلاف الجوي و ماشابه (عن طريق رصد كتلة الكوكب و وجود غلاف مغناطيسي يحمي الكوكب من الأشعاعات الشمسية الضارة). تبقى المشكلة الأساسية في العثور على الحياة هي مساحة الفضاء الشاسعة و محدوديتنا العلمية في التنقل عبر هذه المسافات.
الجميل في الموضوع أننا قد نكون الجيل الأول في تاريخ الوجود الذي يعثر على حياة في كوكب آخر غير الكرة الأرضية إذ أن ناسا تتوقع العثور على شكل من أشكال الحياة خلال الثلاثين عام القادمين. أتمتى أن تكونوا استفدتم و تمتعتم بالقراءة.