فهرست مطالب
پژوهش جدید دانشمندان دانشگاه کمبریج، یکی از نظریه‌های قدیمی درباره منشأ حیات روی زمین را به چالش کشیده است.
به گزارش سرویس علمی تکناک، نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که دنباله‌دارها احتمالا برخلاف تصور چند دهه گذشته، نتوانسته‌اند مولکول‌های آلی ضروری برای شکل‌گیری حیات را به مقدار کافی و به شکل سالم به سطح زمین منتقل کنند.
این یافته‌ها می‌توانند درک دانشمندان از فرایند پیدایش حیات در میلیاردها سال پیش را تغییر دهند. پژوهشگران معتقد هستند که سرعت بالای برخورد دنباله‌دارها با زمین، باعث ایجاد دما و فشار شدیدی می‌شده است که بیشتر مولکول‌های آلی موجود در آنها را نابود می‌کرده است.
براساس گزارش CNN، نظریه انتقال مواد اولیه حیات از طریق دنباله‌دارها دست‌کم از سال ۱۹۶۱ در محافل علمی مطرح بوده است. ایده گسترده‌تری به نام «پان‌اسپرمیا» (Panspermia) نیز وجود دارد که منشأ برخی مواد یا عوامل مرتبط با حیات را به فضای خارج از زمین نسبت می‌دهد. این فرضیه نخستین‌بار در سال ۱۹۰۸ به صورت علمی مطرح شد.
دانشمندان هنوز نمی‌دانند زمین اولیه چگونه توانسته است مواد شیمیایی لازم را برای شکل‌گیری حیات فراهم کند. پیدایش حیات به مجموعه‌ای از مولکول‌های آلی پیچیده نیاز دارد که در واکنش‌های شیمیایی موسوم به «شیمی پیشازیستی» شرکت می‌کنند. این واکنش‌ها می‌توانند اجزای سازنده ساختارهای زیستی را تولید کنند.
دنباله‌دارها از ترکیب یخ، غبار و مواد آلی تشکیل شده‌اند و به همین دلیل «گلوله‌های برفی کثیف» نام گرفته‌اند. وجود ترکیبات آلی در این اجرام باعث شده بود دانشمندان احتمال دهند که برخورد دنباله‌دارها، آب و مواد شیمیایی ضروری را به زمین اولیه منتقل کرده است.
پژوهش جدید که در مجله علمی Scientific Reports منتشر شده است، نشان می‌دهد زمین بیش از چهار میلیارد سال پیش احتمالا دوره‌ای از برخوردهای گسترده را تجربه کرده است. در این دوره، ممکن است بیش از ۱۰۰ هزار دنباله‌دار با قطر بیشتر از ۱۰۰ متر به زمین برخورد کرده باشند.
پژوهشگران برای بررسی پیامدهای این برخوردها، از جدیدترین مدل‌های شکل‌گیری و تکامل دنباله‌دارها استفاده کردند و شرایط زمین اولیه را در ۱۰۰ هزار شبیه‌سازی کامپیوتری بازسازی کردند.
ریچارد آنسلو (Richard Anslow)، نویسنده اصلی پژوهش که این مطالعه را هنگام گذراندن دوره دکتری در مؤسسه نجوم دانشگاه کمبریج انجام داده است، اعلام کرد که شبیه‌سازی‌ها به‌طور میانگین هیچ برخورد موفقی را نشان نداده‌اند.
منظور از برخورد موفق، برخوردی است که در آن مولکول‌های ضروری برای شیمی پیشازیستی بتوانند بدون تخریب کامل به محیط مناسب روی زمین منتقل شوند.
نتایج نشان داد که در ۵۴ درصد شبیه‌سازی‌ها هیچ برخورد موفقی اتفاق نیفتاده است. در ۴۶ درصد باقی‌مانده، دست‌کم یک برخورد موفق ثبت شد و تنها در بخش بسیار کوچکی از شبیه‌سازی‌ها تعداد برخوردهای موفق به سه مورد رسید.
آنسلو تأکید کرد که احتمال وقوع برخوردهای استثنایی را نمی‌توان به‌طور کامل رد کرد. با وجود این، چنین برخوردهایی باید دقیقا در محیطی رخ می‌دادند که از قبل شرایط مناسبی، از جمله آب مایع و سایر مواد شیمیایی ضروری برای آغاز واکنش‌های پیشازیستی داشت.
هم‌زمانی این شرایط، احتمال نقش مؤثر دنباله‌دارها در پیدایش حیات را به‌شدت کاهش می‌دهد.
توضیحات جایگزین درباره منشأ حیات
پژوهش جدید بر ماده شیمیایی هیدروژن سیانید (HCN) تمرکز دارد که یکی از پیش‌سازهای مهم در واکنش‌های شیمیایی مرتبط با پیدایش حیات محسوب می‌شود.
دانشمندان پیش‌تر این ماده را در ده‌ها دنباله‌دار، از جمله دنباله‌دارهای مشهور هالی و هیل–باپ، شناسایی کرده‌اند. هیدروژن سیانید از سه عنصر هیدروژن، کربن و نیتروژن تشکیل شده است و در شرایط مناسب می‌تواند در واکنش‌هایی شرکت کند که به تولید اسیدهای آمینه منجر می‌شوند.
اسیدهای آمینه اجزای سازنده پروتئین‌ها هستند و نقش مهمی در ساختار و عملکرد موجودات زنده دارند. به همین دلیل، پژوهشگران مدت‌ها است هیدروژن سیانید را یکی از مواد احتمالی مؤثر در پیدایش حیات روی زمین می‌دانند.
با وجود این، نتایج مطالعه جدید نشان می‌دهد که وجود این ماده در دنباله‌دارها لزوما به معنای انتقال موفق آن به زمین نیست.
آنسلو توضیح داد که هنگام برخورد دنباله‌دارها با سطح زمین، فشار و دمای بسیار زیادی ایجاد می‌شود. پژوهش‌های اخیر نشان داده‌اند که این شرایط می‌توانند بسیاری از مولکول‌های پیش‌ساز حیات را نابود کنند.
به گفته او، سرعت معمول برخورد دنباله‌دارها با زمین به‌اندازه‌ای بالا بوده است که تعداد بسیار کمی از آنها، در صورت وجود، می‌توانسته‌اند مولکول‌های آلی را سالم به سطح سیاره منتقل کنند.
همچنین نویسندگان پژوهش معتقد هستند حتی در صورت وقوع یک برخورد موفق، احتمال انتقال هیدروژن سیانید با غلظت مناسب بسیار پایین بوده است. اگر برخورد در اقیانوس اتفاق می‌افتاد، این ماده به‌سرعت در حجم زیادی از آب حل و رقیق می‌شد.
مشکل دیگر این است که هیدروژن سیانید به‌تنهایی برای آغاز واکنش‌های پیچیده پیشازیستی کافی نیست. این فرایند به ترکیبات شیمیایی دیگری نیز نیاز دارد که برخی از آنها حاوی فسفر و گوگرد هستند.
آنسلو اعلام کرد که چنین ترکیباتی به‌طور معمول در دنباله‌دارها شناسایی نمی‌شوند. بنابراین حتی انتقال موفق هیدروژن سیانید نیز تضمین نمی‌کند که سایر مواد ضروری در همان محل حضور داشته باشند.
این محدودیت‌ها باعث شده‌اند پژوهشگران توضیحات جایگزینی را برای تأمین مواد اولیه حیات بررسی کنند.
یکی از نظریه‌های قدیمی درباره منشأ حیات، شکل‌گیری مولکول‌های آلی در محیط شیمیایی زمین اولیه است که معمولا با عنوان «سوپ اولیه» شناخته می‌شود. بر اساس این فرضیه، واکنش‌های طبیعی میان مواد موجود در زمین می‌توانسته‌اند بدون نیاز به انتقال مستقیم تمام ترکیبات از فضا، مولکول‌های مورد نیاز را برای حیات تولید کنند.
احتمال دیگر، نقش سیارک‌ها در انتقال مواد آلی است. سیارک‌ها معمولا با سرعت کمتری نسبت به دنباله‌دارها به زمین برخورد می‌کردند و تعداد برخوردهای آنها نیز بیشتر بوده است.
آنسلو در تأیید اهمیت بررسی این احتمال، به نمونه‌های جمع‌آوری‌شده از سیارک‌های بنو (Bennu) و ریوگو (Ryugu) اشاره کرد. بررسی این نمونه‌ها وجود بیشتر انواع اسیدهای آمینه سازنده پروتئین را نشان داده است.
این یافته‌ها نشان می‌دهند که سیارک‌ها می‌توانند یکی از منابع احتمالی مواد آلی مورد نیاز برای شکل‌گیری حیات باشند، هرچند نقش دقیق آنها همچنان به بررسی‌های بیشتری نیاز دارد.
شرایط مناسب‌تر مریخ برای دریافت مواد اولیه حیات
یکی از نتایج جالب پژوهش جدید، احتمال مناسب‌تر بودن شرایط مریخ باستان برای دریافت مولکول‌های آلی از طریق برخورد دنباله‌دارها است.
دانشمندان معتقد هستند که تفاوت‌های فیزیکی و مداری زمین و مریخ می‌توانسته‌اند پیامدهای متفاوتی برای برخورد اجرام آسمانی ایجاد کنند.
آنسلو توضیح داد که مریخ به دلیل اندازه کوچک‌تر و فاصله بیشتر از خورشید، معمولا برخورد دنباله‌دارها را با سرعت کمتری تجربه می‌کرده است.
این تفاوت اهمیت زیادی دارد، چرا که کاهش سرعت برخورد می‌تواند شدت فشار و دمای ایجادشده را کاهش دهد و احتمال بقای مولکول‌های حساس را افزایش دهد.
در نتیجه، درحالی‌که برخورد دنباله‌دارها با زمین احتمالا بیشتر هیدروژن سیانید موجود در آنها را نابود می‌کرده است، شرایط برخورد در مریخ ممکن است امکان حفظ مقدار بیشتری از این ماده را فراهم کرده باشد.
این احتمال می‌تواند دیدگاه تازه‌ای درباره شرایط شیمیایی مریخ در میلیاردها سال پیش ارائه دهد.
دانشمندان سالهاست به دنبال هستند تا مشخص کنند که آیا سیاره سرخ در گذشته شرایط لازم را برای شکل‌گیری یا پشتیبانی از حیات داشته است یا خیر.
آنسلو تأکید کرد که نتایج جدید صرفا دیدگاه دیگری برای بررسی تاریخ اولیه مریخ ارائه می‌کنند و نباید آنها را مدرکی قطعی برای وجود حیات در این سیاره دانست.
با وجود این، احتمال انتقال مؤثرتر مواد آلی به مریخ می‌تواند در پژوهش‌های آینده درباره شیمی پیشازیستی این سیاره اهمیت داشته باشد.
نظریه نقش دنباله‌دارها در پیدایش حیات
با وجود یافته‌های جدید، برخی دانشمندان معتقد هستند که هنوز نمی‌توان دنباله‌دارها را به‌طور کامل از فهرست عوامل احتمالی مؤثر در منشأ حیات کنار گذاشت.
کوئینی چان (Queenie Chan)، دانشیار علوم زمین در دانشگاه رویال هالووی لندن که در این مطالعه مشارکت نداشته است، معتقد است پژوهشگران تنها بخشی از مسئله را بررسی کرده‌اند.
به گفته او، نویسندگان مطالعه بر احتمال بقای هیدروژن سیانید هنگام برخورد تمرکز داشته‌اند، درحالی‌که این ماده ممکن است پیش از ورود دنباله‌دارها به جو زمین، در واکنش‌های شیمیایی دیگری شرکت کرده باشد.
چنین واکنش‌هایی می‌توانسته‌اند ترکیبات مهم زیستی، از جمله برخی اجزای سازنده پروتئین‌ها را تولید کنند. این ترکیبات ممکن است فراریت کمتری داشته باشند و در برابر شرایط شدید برخورد مقاوم‌تر باشند.
چان توضیح داد که ناکارآمدی انتقال مستقیم هیدروژن سیانید سالم، به معنای رد کامل نقش دنباله‌دارها در انتقال سایر ترکیبات آلی نیست.
نیکول زلنر (Nicolle Zellner)، استاد فیزیک کالج آلبیون در ایالت میشیگان نیز اعلام کرد که نتایج این مطالعه برای او غیرمنتظره نبوده است.
زلنر با کنار گذاشتن کامل نقش دنباله‌دارها در پیدایش حیات موافق نیست، اما تأیید کرده است که نویسندگان پژوهش توانسته‌اند محدودیت‌های مهمی برای احتمال انتقال موفق مواد آلی مشخص کنند.
در مجموع، پژوهش جدید نشان می‌دهد که نقش دنباله‌دارها در تأمین مواد اولیه حیات احتمالا پیچیده‌تر و محدودتر از تصورات پیشین بوده است. با وجود این، منشأ دقیق مولکول‌های ضروری برای پیدایش حیات همچنان یکی از پرسش‌های حل‌نشده علم باقی مانده است.
