تاریخ پیدایش جهان ۲

بهزاد جواهری

4 بیلیون سال پیش تا به حال:

چگونه فسفو لیپیدها به صورت دولایه خود را در می آورند؟

یک طرف فسفولیپید قطبی می باشد و به طور مستحکم به مولکول های آب چسبیده است (مولکولهای آب نیز قطبی می باشند). طرف دیگر توسط مولکول های آب دفع می شود. از این رو فسفو لیپید ها راس خود را به طرف آب و دم یا انتهای خود را در قسمت داخلی لایه غشا قرار می دهند.

مدتی بعد از انکه سطح زمین به اندازه کافی سرد شد که به حالت جامد درآید شکل اولیه حیات به وجود آمد. شواهد به دست امده حاکی از آن است که حیات اولیه به 3085 بیلیون سال پیش بر می گردد. علم امروزی هنوز به اندازه ای پیشرفته نیست که شرایط و زمان قطعی ایجاد حیات را در زمین مورد شناسایی قرار دهد. بعضی معتقدند که زندگی اولیه در منافذ اتشفشانی در اقیانوس که غنی از انرژی بودند اغاز گردیده است. برخی دیگر بر این باورند که مولکولهای الی که برای حیات ضرورت دارند برگرفته از سنگهای آسمانی می باشند.

در واقع حقیقت هر چه که باشد خود سازماندهی مولکولهای بزرگ منجربه پیدایش سلولهای کوچک شدند که دارای خصوصیات زیر بودند:

1 - دارای غشاء یا پوسته
2 - از انرژی به وجود آمده از واکنشهای شیمیایی استفاده می کنند
3 - می توانند از طریق تقسیم سلولی تکثیر شود. در حقیقت این اولین فرم حیات بود.

استفاده از انرژی خورشید

قدم بزرگ به پیش برای حیات اولیه ظهور کلروفیل، مولکولی که انرژی نور را از خورشید در پروسه فتوسنتز گرفته و برای تولید مواد الی استفاده می کند، بود. سیستم کلروفیل می تواند انرژی نور را به مولکولهای غنی از انرژی که سلولها می توانند به راحتی از ان استفاده کنند تبدیل کند.

نور مرئی کمتر از نور ماورای بنفش به ساختار مولکولها صدمه وارد می کند. از این طریق امکان این ایجاد شد که سلولهای اولیه بتوانند منبع غذائی برای خود باشد.

اولین میکرو ارگانیسم

اولین میکرو ارگانیسم که به یک سلول تبدیل شده است به نظر می رسد زنجیره ای از آمینو اسید ها باشند که اگر در آب و در یک جا جمع شده باشند مایل به تشکیل ارگانیسم-مانندی به نام کواسروات می باشند. کواسروات ها می توانند به یک دیگر بپیوندد و حجم خود را افزایش دهند. همچنین زنجیره های کوچک آمینو اسید تمایل به تشکیل ریز کیسه هایی به نام میکروسفر دارند. میکروسفر ها می توانند جوانه بزنند و یا به ۲ میکروسفر تقسیم شوند و یا حتی با جذب میکروسفر های بزرگتر حجم خود را افزایش دهند.

بر اساس اصل تکامل هر گونه تغییر ضد سازشی با محیط محکوم به فنا می باشد پس این ریز کیسه ها باید هر چه بیشتر با شرایط سازگار باشند تا بتوانند بقای خود را حفظ کنند.

اما چگونه یک میکروسفر می تواند به یک میکرو ارگانیسم هوشمند که سطح بالایی از نظم و سازمان یافتگی و تمایز را داراست تبدیل شود!؟ احتیاج به ادامه ی بقا، عامل اصلی تکامل است.

نخستین سلول ها

میکروسفر ها با به هم پیوستن و بزرگ شدن و جذب آمینو اسید های دیگر نقش مهمی در ایجاد و تولد متابولیسم داشتند، یعنی این میکروسفر ها که به هم می پیوستند نیاز به موادی برای ادامه ی حیات داشتند. بعد از مدتی این ماد ه که من ان را X می نامم در محیط کمیاب شد و میکروسفر مجبور شد آن را از ماده ی دیگری به نام Y بسازد. برای کاتالیز این مواد لازم شد اجزایی در داخل میکروسفر برای این کار تخصص پیدا کنند چینین به نظر می رسد که RNA نخستین مولکول خود همانند ساز بوده است که از واحد های مساوی شامل بازهای آلی فسفات و قند پنج کربنی تشکیل شده است. این مولکول ضمن کاتالیز واکنش های داخل سلول، اطلاعات سلول (وراثت) را به نسل بعد انتقال می داد و باعث تخصصی شدن و تقسیم کار داخل سلول شده است که این تقسیم کار باعث شد تا میکروسفر به یک سلول تبدیل شود.

نخستین سلول های هوازی

سلول های هوازی که آنها را سیانو باکتری می نامند از تکامل میکروسفر ها به وجود آمده اند. دقیقا نمی دانیم که چگونه این کار صورت گرفته ولی بر طبق اصل تکامل و علم ژنتیک جمعیت این باکتری ها به دلیل تطابق با محیط بیشتر توانستند زنده بمانند و با فتوسنتز اکسیژن را به جو زمین افزودند و بعد از سالها این گاز در جو زمین متراکم شد و لایه ی اوزون را پدید اورد. و بدین ترتیب شرایط زندگی بر روی زمین فراهم شد ( امنیت زمین از نظر اشعه ی فرا بنفش) و بعد از آن نخستین سلول های یوکاریوت ( با هسته ی مشخص) پدید آمدند.

اولین گیاه خواران

مدتی بعد از اینکه سلولهای اولیه قادر شدند که از انرژی خورشید برای تولید غذا برای خود استفاده کنند سلولهای دیگری تکامل یافتند که انرژی خود را از طریق خوردن از سلولهای انرژی زا به دست می اورند.

4 بلیون تا 3 بلیون سال پیش

انتشار اکسیژن در اتمسفر: واکنش دریافت انرژی خورشید توسط کلروفیل با ترکیب دی اکسید کربن و هیدروژن از آب (فتوسنتز) همراه است. مولکولهای باقیمانده از این پروسه به مرور زمان انباشته شدند و در انمسفر انتشار یافتند. در طول بلینون ها سال دی اکسید کربن در اتمسفر به طور چشمگیری کاهش یافت و مقدار اکسیژن افزایش یافت. این مقدمه ای برای مرحله بعدی بود.

سوخت و ساز اکسیژن: وجود مقادیر زیادی از اکسیژن در اتمسفر منجر به بسط و توسعه مکانیسم های شیمیایی که از اکسیژن برای استخراج انرژی از مولکولهای به دست آمده از فتوسنتز استفاده می کردند شد. استفاده از اکسیژن در سوخت و ساز مقدار انرژی به دست آمده ره تقریبا تا 20 برابر افزایش داد. از اینرو متابولیسم اکسیژنی قدم بزرگ دیگری به جلو بود که منجر شد که سلولهای اولیه توسعه یابند و از حالت تک سلولی خارج شوند.

وجود سلول درون سلول: با وجود انرژی فراوان سلولها می توانستد که بیشتر بسط و توسعه بیابند و این پیشتر ممکن نبود. در بعضی موارد، موقعی سلولی سلول دیگر را می بلعید سلول بلعیده شده در داخل سلول شکارچی به حیات خود ادامه می داد و این به این دلیل بود که سلول میزبان تکامل یافته بود (این منشا به وجود آمدن میتوکندری می باشد). از سلولهای تکامل یافته که در درون سلولهای دیگر توانستند به کاری به خصوص تخصیص یابند می توان از سلوهای متخصص در در پردازش و تولید مثل (هسته) متابولیسم تولید پروتیین (ریبوزوم) حرکت (سیلیا) و غیره نام برد.

نخستین یوکاریوت ها

نخستین یوکاریوت ها از تکامل سلول های هوازی به وجود آمده اند. تقریبا همه ی دانشمندان نظریه ی بحث انگیز درون همزیستی را پذیرفته اند نظریه ای که بیان می دارد سلول های یوکاریوت ( سلول هایی با هسته ی مشخص شامل آغازیان قارچ ها جانوران و گیاهان) از سلول های هوازی و پروکاریوت پدید آمدند. این سلول ها( پیش یوکاریوت ها) که اندازه ای بزرگتر از پرو کاریوت های هوازی داشتند این سلول ها را به (پروکاریوت ها) را به صورت شکار هضم نشده وارد غشای سلولی خود کردند ( روش شکار آمیب ها). اما این پروکاریوت ها به جای گوارش یافتن داخل سلول باقی ماندند و وظایف اساسی سلول از قبیل تنفس سلولی و فتوسنتز را به عهده گرفتند به این ترتیب آغازیان پدید آمدند.

برای اثبات نظریه درون همزیستی می توان دلایل زیادی آورد از قبیل اینکه اندازه ی میتو کندری سلول های جانوری و کلروپلاست سلول های گیاهی دقیقا اندازه ای مشابه باکتری های هتروتروف (مصرف کننده- انگل) و اتو تروف ( فتوسنتز کننده - سیانو باکتری) است. همچنین تعداد و اندازه ی ریبوزوم های میتو کندری و کلروپلاست دقیقا مشابه اندازه ی ریبوزوم های باکتری هاست ( اندامی که پروتئین سازی میکند.). دلایل دیگر عبارتند از: تقسیم باکتری ها با تقسیم دوتایی می باشد که روش تقسیم میتو کندری و کلرو پلاست ها تقسیم دوتایی و کاملا مستقل از چرخه ی تقسیم سلولی یوکاریوت میباشد باکتری ها DNA حلقوی دارند همچنین میتو کندری ها و کلروپلاست ها نیز حاوی DNA حلقوی می باشند. میتو کندری ها و کلروپلاست ها ۲ غشا دارند که غشای داخلی چین خوردگی فراوان دارد و بسیار شبیه غشای سلولی باکتری هاست و غشای خارجی دقیقا شبیه (از لحاظ بیو شیمیایی و ظاهری) غشای سلولی یوکاریوت هاست و به نظر می رسد که یوکاریوت این غشا را برای این عضو ساخته باشد.

سلولهای مرکب با اندامهای درونی و تخصص یافته یوکاریت نامیده می شوند. سلولهای انسانها از این قبیل می باشند. قدمت سلولهای یوکاریوت به 2.7 ملیون سال قبل باز می گردد. سلولهای ابتدایی بدون ساختار منظم درونی پروکاریوت نامیده می شوند. باکتریها مثالی از پروکاریت ها می باشد.

2 تا 3 بلیون سال پیش

حیات چند سلولی: سلولهایی که با همدیگر باقی ماندند و وکلونی ها را تشکیل دادند مزیتی در رقابت برای بقا داشتند زیرا آنها می توانستند سلولهای متنوعی را توسعه دهند که عملکردشان از تک سلولها بهتر بود.