كتاب "محركات الحياة: كيف جعلت البكتيريا عالمنا مسكونًا"

مرحبا بالجميع! لدينا حداثة مثيرة للاهتمام:

كل شيء في عالمنا يعتمد على البكتيريا. لفترة طويلة - ما يقرب من 4 مليارات سنة - كانت الأرض تحت تصرفها بالكامل. إن هذه المحركات المجهرية للحياة هي التي غيرت التركيب الكيميائي لكوكبنا وجعلت العالم مناسبًا لحياة النباتات والحيوانات والأشخاص.

من أين أتت هذه الكائنات الحية الدقيقة المدهشة؟ كيف يتم ترتيبها وما هي الأسرار التي تخفيها؟ لماذا الحياة مستحيلة بدونهم؟ ولماذا تكون البكتيريا كائنات اجتماعية؟

عالم الأحياء الأمريكي الشهير عالم الأحياء بول Falkowski، عضو الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي ، الأكاديمية الأمريكية للعلوم والفنون ، يخبر كيف ولماذا كانت البكتيريا قادرة على الصمود في كل النوبات والتكيف مع البيئة المتغيرة ، ويظهر أيضًا للقارئ أن وجودنا بالكامل كان ممكنًا فقط بفضل تطورها ، وهم أسلافنا الحقيقيون ومحركات الحياة الحقيقية على الأرض.

هنا ننشر فصل "الكائنات الحية الدقيقة غير المكتشفة"

قبل بضع سنوات ، أتيحت لي الفرصة للعمل في سفينة أبحاث على البحر الأسود ، قبالة الساحل الشمالي لتركيا. البحر الأسود عبارة عن جسم مائي مدهش وفريد ​​من نوعه: لا يوجد أكسجين تحت علامة 150 متر. كان الهدف من عملي دراسة البكتيريا الضوئي في الطبقة العلوية 150 متر.

تستخدم البكتيريا الضوئية طاقة ضوء الشمس لبناء خلايا جديدة. توجد في أي جزء من المحيطات كائنات عضوية ضوئية مجهرية - العوالق النباتية ، التي تنتج الأكسجين. إنها سلائف نباتات أعلى ، لكنها ظهرت على الأرض في وقت أبكر بكثير. بعد عدة أيام من السباحة ، قامت الأداة التي استخدمها فريق البحث الخاص بي للتعرف على العوالق النباتية (نوع خاص من مقياس الفلور الذي طورناه منذ سنوات عديدة) ، بتسجيل إشارات غريبة لم يسبق لأي منا رؤيتها من قبل. جاءت الإشارة من عمق كبير إلى حد ما - فقط من ذلك الجزء من عمود الماء حيث لم يعد هناك الأكسجين بعد الآن والإضاءة منخفضة جدًا. في عملية مزيد من العمل ، أدركت أن الكائنات الحية التي تنبعث منها إشارة الفلورسنت الغريبة ،إنهم يعيشون في طبقة رقيقة من الماء - ربما بسمك متر. كانت هذه بكتريا ضوئية ، ولكن على عكس العوالق النباتية ، التي تعيش في الجزء العلوي من عمود الماء ، لم تستطع إنتاج الأكسجين. كانت هذه البكتيريا تمثل أقدم مجموعة من الكائنات الحية التي نشأت في عملية التطور قبل فترة طويلة من العوالق النباتية. كانوا ممثلين عن الوقت الذي لم يكن الأكسجين قد ظهر بعد على كوكبنا.

كان للعمل على البحر الأسود تأثير عميق على أفكاري حول تطور الحياة على الأرض. بعد أخذ عينات من طبقات أعمق من عمود الماء ، عدت عقليًا في الوقت المناسب ، واكتشفت الكائنات الحية الدقيقة التي كانت تسكن جميع المحيطات ، وهي الآن تقتصر على جزء صغير جدًا من بيئتي السابقة. كانت الكائنات التي انبعثت تلك الإشارة الفلورية الغريبة هي بكتيريا الكبريت الخضراء الضوئية - تلزم اللاهوائيات. باستخدام طاقة الشمس ، يقومون بتفتيت كبريتيد الهيدروجين (H2S) واستخدام الهيدروجين الناتج لإنتاج مركبات عضوية. يمكن أن تعيش هذه الكائنات الحية عند مستويات إضاءة منخفضة جدًا ، لكنها لا تتحمل حتى وجود الأكسجين الطفيف جدًا.

خلال الأسابيع القليلة القادمة ، عندما أبحرت على طول البحر الأسود لجمع عينات في أجزائه المختلفة ، لاحظنا مدارس الدلافين والأسماك في الطبقات العليا من الماء ، ولكن الكائنات الحية متعددة الخلايا كانت غائبة تحت علامة 100 متر تقريبًا. لا يمكن أن تعيش الحياة الحيوانية لفترة طويلة بدون الأكسجين ، ولكن هنا ، على عمق ، اختفت. حولت البكتيريا النظام البيئي للبحر الأسود: في الطبقة العلوية التي يبلغ طولها 100 متر ، أنتجت الأكسجين ، ولكن في الطبقات العميقة ، على العكس ، امتصتها. وهكذا ، جعلوا حوض البحر الأسود مكانته البيئية الفريدة.



التين. 1. الرسم البياني النظري لتوزيع الأكسجين وكبريتيد الهيدروجين (غاز برائحة البيض الفاسد) في الطبقة العليا 300 متر من البحر الأسود. هذا المحيط فريد من نوعه في المحيطات. في معظم الأحواض المحيطية والبحرية ، يتم تتبع الأكسجين وصولاً إلى الأسفل. هنا ، أسفل العلامة حيث يخترق 1٪ فقط من ضوء الشمس الذي يدخل إلى السطح ، هناك طبقة رقيقة جدًا من البكتيريا الضوئي التي تكسر كبريتيد الهيدروجين باستخدام الطاقة الشمسية ، وتستخدمها لنموها. عملية التمثيل الغذائي لهذه الكائنات القديمة للغاية. ربما نشأ منذ أكثر من ثلاثة مليارات سنة عندما كان تركيز الأكسجين على سطح الأرض منخفضًا للغاية

بعد قضاء ما يقرب من شهر في البحر ، عدت أخيرًا إلى ميناء إسطنبول ، حيث بدأت في الإعجاب بالسجاد التركي. يشتهر جبل أرارات في الجزء الشمالي الشرقي من تركيا بسجاده المنسوج الذي يصور قصة سفينة نوح. الكليم المصنوع في هذه المنطقة هو سجاد مزخرف بشكل غني بنمط منسوج على شكل أزواج من الزرافات والأسود والقرود والفيلة والحمر الوحشية وجميع أنواع الحيوانات الأخرى التي نعرفها. بمشاهدة التجار يتكشفون عن بضائعهم ويرشفون الشاي الحلو المعروض بلا حدود ، بدأت أفكر في كيفية تأثير تاريخ الفلك على تشكيل رؤيتنا المشوهة للحياة على الأرض. من ناحية ، إنها قصة الدمار والقيامة. من ناحية أخرى ، يروي كيف أمر الله الناس بالاعتناء بالطبيعة. لا يوجدفي أي حالة أخرى ، يشار إلى الميكروبات إما كمبدعين أو مدمرين للحياة.

تعني كلمة "تطور" حرفياً "الانتشار" ، ولكن عندما شاهدت التاجر يكشف سجاده المدهشة أمامي ، أدركت أن الكتاب المقدس للفلك لا يعطينا فكرة عن كيفية تطور الحياة. هل أنقذ نوح الحياة كلها على الأرض؟ هل من الممكن أن بعض الكائنات الحية لم تؤخذ إلى الفلك؟ على الرغم من أن تاريخ الفلك متجذر بعمق في الثقافة الغربية ، إلا أنه لا يمكن أن يكون بمثابة مصدر للمعلومات حول أصل الحياة. لنقترب من فهم أصل الحياة ، نحتاج إلى منظور مختلف ، قائم على العلم ، وخاصة تلك الأجزاء منه التي تتعلق بتطور الكائنات الحية الدقيقة.

إلى حد كبير ، العلم هو فن إيجاد الأنماط في الطبيعة. هذا يتطلب مراقبة المريض ، لكننا حتمًا نقع تحت تأثير حواسنا. الإنسان حيوان بصري ، ويستند تصورنا للعالم بشكل رئيسي على ما نراه. وما نراه يتحدد بالأدوات المتوفرة لدينا. يرتبط تاريخ العلم ارتباطًا وثيقًا بتاريخ اختراع الأدوات الجديدة التي تسمح لنا برؤية الأشياء من منظور مختلف ، ومع ذلك ، بطريقة متناقضة ، يعتمد اختراع الأدوات الجديدة على ما نراه. إذا لم نر شيئًا ، فعادة ما نخرجه من انتباهنا. لذا ظلت الكائنات الحية الدقيقة لفترة طويلة بعيدة عن الأنظار ، خاصة فيما يتعلق بدورها في تاريخ التطور.

تم كتابة الفصول القليلة الأولى من التاريخ الحديث لتطور الحياة على الأرض بشكل رئيسي في القرن التاسع عشر من قبل العلماء الذين درسوا البقايا الأحفورية للحيوانات والنباتات - البقايا التي يمكنهم رؤيتها بسهولة. لم تأخذ الأنماط الطبيعية التي لاحظوها الكائنات الحية الدقيقة في الاعتبار لسببين بسيطين: لم تحتوي الصخور على أي أحافير ملحوظة للكائنات الدقيقة ، وعند مراقبة الكائنات الحية ، كان من المستحيل التمييز بسهولة بين أنماط تطور الميكروبات. لم تكن هناك أية أدوات للكشف عن الكائنات الحية الدقيقة الأحفورية تقريبًا ؛ وعلى أي حال ، حتى لو كانت كذلك ، فإن دور هذه الكائنات الحية في تشكيل تطور الأرض لا يمكن تقديره حتى تتوفر أدوات أخرى أكثر تقدمًا في العقود اللاحقة. أنماط التطورلوحظ تاريخيا للحيوانات والنباتات تاريخيا من شكل وحجم بقاياهم ، فضلا عن موقع هذه البقايا في الوقت الجيولوجي. كما هو مطبق على الكائنات الحية الدقيقة ، فإن هذا النهج بعيد عن أن يكون فعالاً للغاية.

بشكل عام ، حقيقة أننا لم نلاحظ الكائنات الحية الدقيقة ، حرفيا ومجازيا ، شوهت فكرتنا عن التطور لأكثر من قرن من الزمان ، وإدراج الكائنات الحية الدقيقة في صورتنا التطورية لم يكتمل بعد. العلم ليس مجرد فن اكتشاف الأنماط في الطبيعة (وهو في حد ذاته صعب للغاية). يتطلب القدرة على إيجاد أنماط غير مرئية للعين المجردة.

ومع ذلك ، بادئ ذي بدء ، دعونا نلقي نظرة سريعة على تاريخ التطور ، كما شوهد في القرن التاسع عشر. في ذلك الوقت تم تشكيل العديد من مفاهيمنا العلمية الحالية المتعلقة بالحياة على الأرض. استندت هذه الأفكار إلى حد كبير على ما يمكن فهمه في القصص الكتابية حول خلق العالم ، بما في ذلك قصة الطوفان وكيف اعتنى نوح بمخلوقات الله ، قصص مشابهة لتلك التي نسجت على السجاد التركي.

في أوائل الثلاثينات من القرن التاسع عشر ، ذكر العالم النبيل رودريك إمبي مورشيسون وأستاذ كامبريدج الجذاب آدم سيدجويك اكتشاف بقايا حيوانات متحجرة في المناطق الداخلية من ويلز. الحفريات معروفة منذ عدة قرون ، ولكن أهميتها لم تكن واضحة تمامًا. أدرك الكثيرون أن هذه كانت بصمات للكائنات التي ماتت منذ فترة طويلة - ومع ذلك ، منذ متى لم يكن بوسع أحد أن يقول ؛ بقي من غير الواضح كيف تم الحفاظ على هذه المطبوعات.

كان سيدجويك أحد كبار المتخصصين في الحفريات الإنجليزية ، وكان تشارلز داروين أحد الطلاب الذين حضروا محاضراته. في صيف عام 1831 ، ذهب داروين ، الذي كان في ذلك الوقت بالكاد يبلغ من العمر 22 عامًا ، مع Sedgwick في رحلة إلى شمال ويلز لرؤية الحفريات بأم عينيه. حولت هذه الرحلة حياة داروين إلى الأبد. لم يساعد Sedgwick فقط في البحث عن بقايا الحيوانات بين الأحجار - بل درس أيضًا المبادئ الأساسية للجيولوجيا ، وقد ساعدته قدرات المراقبة هذه عدة مرات طوال حياته اللاحقة.

تم العثور على أحافير ، مماثلة لتلك التي وجدها Sedgwick و Murchison في إنجلترا وويلز ، في أجزاء أخرى من أوروبا ، ونتيجة لذلك بدأ نظام التصنيف القائم على سلسلة من الأحافير المماثلة في الانتشار. غالبًا ما يشبه مظهر الحيوانات الأحفورية سكان المحيط المألوفين لنا - الرخويات أو القشريات أو الأسماك ؛ ومع ذلك ، كان مظهر الآخرين غريبًا للغاية - لم يكونوا مثل أي سكان المحيطات الحديثة. كانت المناقشات العاصفة على قدم وساق فيما يتعلق بأهمية هذه الأحافير ، ولكن على أي حال ، افترضت هذه الاكتشافات بشكل لا لبس فيه سلسلة من التغييرات المتتالية في مظهر الحيوانات في الطبقات التي شكلتها هذه الرواسب البحرية القديمة ، من الطبقات السفلية إلى الطبقات التي تقع فوقها. في ذلك الوقت ، فكرة أن الصخور ،التي تحدث في القسم بشكل أكثر عمقًا ، والتي تكونت في وقت أبكر من الأجزاء المتراكبة.

إن اكتشاف الحيوانات الأحفورية في الكتلة الصخرية بالكاد يمكن أن يطلق عليه الأخبار. ربما يكون أشهر أوصاف البقايا الأحفورية من صنع العالم الدنماركي نيلز ستينسن (نيكولاس ستينو) في عام 1669. اكتشف بين الصخور في إيطاليا أشياء تشبه إلى حد كبير أسنان سمك القرش ، وتساءل كيف يمكن الحفاظ على البقايا المتحجرة التي تنتمي إلى كائنات حية مرة واحدة. ومع ذلك ، أخذ Stensen في الاعتبار كيفية وضع الحفريات في الكتلة الصخرية. تقع الرواسب في طبقات ، وكان لدى العالم فكرة أن الطبقات القديمة يجب أن تكون أقل من الأصغر سنا. هذا المفهوم ، الذي أطلق عليه لاحقًا مبدأ التراكب ، هو أحد القوانين الأساسية لعلم الرسوبيات.أثرت بشكل كبير على تفسير أحافير Sedgwick التي تم العثور عليها بعد أكثر من مائة عام. تخلى ستنسن نفسه في نهاية المطاف عن العلم وتحول إلى حظيرة الكنيسة ، وقرر تكريس حياته لله. تم نسيان أعماله المبكرة على الحفريات بالكامل تقريبًا ، واستمر في الاعتقاد بأن الحياة على الأرض نشأت كما هو موضح في سفر التكوين.

في رأيي ، كان الاستنتاج المنطقي بأن البقايا المحفوظة في الصخور موجودة بطريقة تتوافق مع المقياس الزمني كانت رؤية مذهلة ، ولكن لم يكن من السهل تبريرها ، حيث لم تكن البيانات الجيولوجية الأساسية متاحة بعد. إلى حد كبير ، كانت مهمة تحديد الأنماط في الأحفوريات تنتظر العقل العظيم لتشارلز ليل ، أحد المرشدين الفكريين والصديق المقرب لداروين. غالبًا ما يُشار إلى ليل ، وهو محام اسكتلندي أصبح عالمًا طبيعيًا ، على أنه مكتشف مجال علمي جديد ، سماه الجيولوجيا. مثل ستينسن ، أدرك ليل أن هناك تسلسلًا منطقيًا في حدوث البقايا الأحفورية. ومع ذلك ، على عكس Stensen ، تناول تفسير العمليات الجيولوجية ، مثل التآكل والبراكين والزلازل ،لمساعدتهم على تفسير هذا التسلسل الذي لاحظه. في الواقع ، كان تفسيره لموقع الحفريات في الطبقات الصخرية هو الذي دفع داروين لاحقًا إلى التفكير في كيفية تغير الكائنات الحية بمرور الوقت. كانت الصداقة مدى الحياة بين ليل وداروين مثالًا أسطوريًا للتعاون العلمي.

في 27 ديسمبر 1831 ، بدأت رحلة داروين الشهيرة على متن سفينة بيجيل البحرية الملكية الاستكشافية ، وهي عبارة عن عربة تسع عشرة قدمًا مع تسع وسبعين شخصًا على متنها. كغرفة نوم ، أُعطي داروين غرفة فوضى ضيقة للغاية ، حيث سُمح له فقط بالاحتفاظ بعدد قليل جدًا من الكتب. كان ينام في أرجوحة شبكية في غرفة بقياس 9 × 11 قدمًا وسقف بارتفاع 5 أقدام - كانت مظلمة وغير مريحة هناك ، وكان عليه أيضًا مشاركة الغرفة مع الآخرين. من بين الأشياء الأخرى التي أخذها داروين معه هو المجلد الأول من الطبعة الأولى من كتاب Lyell الجديد ، مبادئ الجيولوجيا ، الذي نشر في عام 1830 ، بالإضافة إلى نسخته الشخصية من كتاب الملك جيمس للكتاب المقدس. في السفن التي يجب أن أعمل فيها ، لدي الفرصة للاستحمام الساخن كل يوم ، وعلى الرغم من أنني في بعض الأحيان يجب أن أعيش في مقصورة ضيقة مع أشخاص آخرين ، فإن معظم سفن الأبحاث لديها مكتبة. بالنظر إلى الظروف على بيغل ، قد لا يكون من المستغرب بشكل خاص أن داروين ، في إشارة إلى دوار البحر ، سعى إلى الذهاب إلى الشاطئ كلما استطاع وتغطية مسافات كبيرة سيرًا على الأقدام لمقابلة بيغل في ميناء الوجهة التالي.

تولى ليل المهمة الصعبة ليشرح للجمهور القلق بشأن كيف يمكن أن تنتهي بقايا الكائنات الحية المتطابقة في جبال الألب في وسط أوروبا وفي تلال اسكتلندا ، وكذلك في جميع أنحاء الجزر البريطانية. بادئ ذي بدء ، كان من الضروري شرح كيف ومتى تم تشكيل هذه البقايا.

على مر القرون ، تم طرح العديد من الفرضيات في هذا الصدد. قال أحدهم ، يعود إلى العصور الوسطى ، أن الله خلق أحجارًا شبيهة بالحيوانات التي نعرفها من أجل اختبار إيمان قطيعه. بغض النظر عن مدى سخافة هذه الفكرة ، لا يزال لدى هذه الفكرة العديد من أتباعها ، خاصة في بعض مناطق الولايات المتحدة. كانت الفكرة الثانية أنه في العصور القديمة كان هناك انفجار براكين تنقل الحيوانات من المحيطات إلى الأرض ، حيث ماتت ، ونتيجة لذلك تم إغلاق هياكلها العظمية في الحجر. الفرضية الثالثة هي أن هذه الحيوانات ماتت بعد الطوفان العظيم عندما انخفضت مستويات المحيطات. في الواقع ، فإن فكرة الأصل البؤري (أي الفيضان) للبقايا العضوية جاءت إلى الذهن و Sedgwick نفسه. كان هناك العديد من الفرضيات الأخرى ،الذي يسرده لييل بالتفصيل والتفصيل ، مثل محام يمثل قضية في المحكمة.

طرح ليل فكرة ثورية: انتهى بقايا الحيوانات البحرية في تكوينات صخرية على الأرض لأن هذه الصخور كانت تحت الماء منذ سنوات عديدة. مع مرور الوقت ، كان هناك صعودهم ، وكانوا على الأرض. هذا الافتراض ، الذي تم اختباره بعدة طرق مختلفة ، تبين أنه حقيقي حقًا ، على الرغم من أن العمليات التي جعلت هذه الحركة ممكنة تم اكتشافها بعد أكثر من مائة عام فقط من وفاة ليل. واحدة من المشاكل الرئيسية التي واجهت ليل كانت تحديد عمر الأرض. إلى متى كان هذا "منذ سنوات عديدة"؟

تم حساب عمر الأرض بدقة بواسطة جيمس آشر ، رئيس أساقفة أرماغوس ، في كتابه Annales Veteris Testamenti ، الذي نشر في عام 1654. يعتقد كل مواطن بريطاني متعلم تقريبًا في ذلك الوقت أنه يعطي التعريف الأكثر دقة لوقت إنشاء العالم. بناء على تفسير حرفي للكتاب المقدس ، حدد آشر أن الأرض تشكلت مساء يوم الأحد ، قبل 23 أكتوبر 4004 ق. ه. وفقًا لتقويم جوليان ، أي منذ حوالي 6000 عام.

كمحامي ، أصبح ليل ماهرًا في إجراء المناقشات ، لذلك كان مندهشًا من كيفية استخدام بعض الأفكار غير المنطقية ، وأحيانًا غير العقلانية لشرح وجود الحيوانات الأحفورية والتغيرات في مظهرها. فهم قوة حجة منطقية ، كتب: "... نظام النزاعات المدرسية ، بتشجيع في جامعات القرون الوسطى ، ولسوء الحظ ، أدى إلى عادة نقاش غير محدود في الناس ، لذلك فضلوا في كثير من الأحيان الدفاع عن المواقف السخيفة والباهظة ، لأن هذا يتطلب المزيد من المهارة ؛ كانت نتيجة وهدف هذه المعارك الفكرية انتصارًا فقط ، ولكن ليس حقيقة ". ومع ذلك ، حتى المحامي الأكثر موهبة لا يمكنه الفوز في نزاع ضد كلمة الله المسجلة.

لم يكن لدى ليل فكرة عن قوانين التطور ، ناهيك عن كيفية قياس الوقت الجيولوجي. قرر أن نظرية جان بابتيست لامارك التي تكتسبها الصفات الشخصية من خلال الحيوانات طوال الحياة ثم تنتقل بطريقة ما إلى الأجيال القادمة ليست أسوأ من أي دولة أخرى وعلى أي حال أكثر معقولية من معظم الآخرين. في الواقع ، أدت دراسات لامارك حول الأنواع الحيوانية (كان السلطة الرائدة في العالم على الحيوانات بدون حافة ، أي اللافقاريات) ، إلى افتراض أنه يمكن ترتيب الكائنات الحية على طول محور الزمن - من أبسطها إلى أكثرها تعقيدًا. طرح لامارك هذا فكرة أن الكائنات الحية تتغير بطريقة أو بأخرى بمرور الوقت ، أي أنها تتطور.على الرغم من أن عمله الآن في معظم الأحيان يتم السخرية منه أو تجاهله في الكتب المدرسية وفصول علم الأحياء ، إلا أنه في الواقع كان لامارك هو الأب الفكري للعلوم ، والذي سماه علم الأحياء.

دفعت فكرة أن بقايا الحيوانات الأحفورية يتم توزيعها في طبقات الصخور على طول المحور الزمني داروين إلى التفكير في الحياة على الأرض على نطاق زمني لا يمكن أن يتخيله ويصعب تقديره. إذا كان أقدم بقايا على عمق عدة أمتار تحت أخرى ، فكم من الوقت يمكن أن يستغرق إيداع هذه الطبقات من الأعلى؟

كان داروين محيرًا للغاية من الرواسب المبكرة التي اكتشفها مورشيسون وسيدجويك. كان يعلم أنه تحت طبقات الصخور التي تحتوي على بقايا الحيوانات ، هناك طبقات لا توجد فيها بقايا ، لكنه لم يستطع فهم السبب. بدا وكأن قصة حياة عضوية قادمة من العدم ؛ بدا تطور الكائنات الحية سريعًا نسبيًا. ومع ذلك ، ما مدى سرعة ذلك؟ ولماذا لا تظهر بقايا الأسماك فجأة في الرواسب بدون سبب ، بينما في الطبقات السفلية يمكنك العثور فقط على كائنات حية تشبه اللافقاريات؟ وإذا نظرت أعمق: لماذا لا توجد بقايا كائنات حية على الإطلاق؟ كل هذا كان مشابهًا للمكافئ الجيولوجي لسجاد تركي يتكشف تاريخ الفلك ، ولكن لم يكن هناك حيوانات في نصف السجادة أو معظمها.كان على داروين توضيح هذه القضايا أولاً لنفسه ، ثم لزملائه. للعثور على إجابات لها ، كان بحاجة إلى تاريخ الصخور ، ولهذا كان بحاجة إلى ساعة.

في 7 سبتمبر 1859 ، دق جرس بيغ بن لأول مرة على برج الساعة بمبنى البرلمان. أصبحت هذه الدقات ، التي تتميز بزخارفها الدقيقة ودقتها غير العادية ، رمزًا للعبقرية والمهارات الفنية الإنجليزية في فجر الثورة الصناعية. بعد شهرين من هذا الحدث التاريخي - على وجه الدقة في 24 نوفمبر - نشر جون موراي الثالث ، وهو ناشر محترم مقره لندن من شارع ألبيمارل ، كتابًا جديدًا من تأليف تشارلز داروين ، "أصل الأنواع عن طريق الاختيار الطبيعي ، أو الحفاظ على الأجناس المواتية في النضال من أجل الحياة" ".

في الفصل التاسع من أصل الأنواع (عنوان مختصر مختصر للكتاب) ، يحاول داروين حساب الوقت الذي يستغرقه الحيوان المنقرض في التغيير أو التطور إلى حالة الأشكال الحديثة. لم تكن هذه المهمة مباشرة. اقترح لييل وسلفه ، الطبيب الاسكتلندي جيمس هوتون ، أن عمر الأرض رائع بشكل لا نهائي. لم يتمكن داروين من معرفة ما إذا كانت هذه الفرضية صحيحة ، لكنه يعتقد بالتأكيد أن الأرض كانت أقدم من 6000 عام. للحصول على مواعدة أكثر واقعية ، طور طريقة مثيرة للاهتمام إلى حد ما ، يمكن للمرء حتى أن يقول نهجًا مبتكرًا تمامًا لقياس الوقت الجيولوجي.

استندت ساعات داروين إلى ظاهرة جيولوجية - معدل التجوية للصخور الرسوبية ، أي الأنواع التي احتوت فيها البقايا العضوية. للملاحظة ، اختار داروين فيلد ، ساحل كينت المدروس جيدًا ، والذي ينفصل إلى البحر بمنحدر يتكون من طباشير ورواسب من الحجر الرملي. قدر داروين أن هذا التكوين تآكل بسرعة حوالي بوصة واحدة في القرن ، ومع مراعاة حجم المنحدر في ذلك الوقت ، قرر أن "تعرية فيلد كان يجب أن يستغرق 306،662،400 سنة ، أو عددًا دائريًا من ثلاثمائة مليون سنة".

لم يأخذ داروين في الاعتبار الوقت الذي استغرقه تكوين الجرف نفسه ، ولكن هذا كان تفصيلاً ضئيلاً ، علاوة على ذلك ، لم يعتبر الصخور الكامنة أسفل فيلد ، والتي جعل وجودها الجرف فقط أكثر قدمًا ، وربما قديمًا بشكل لا نهائي ، وفقًا ليل. كان التقدير الدارويني لعمر الجرف ، بالطبع ، استنتاجًا جريئًا ، وفي غياب قيود أخرى ، كان بلا شك مبنيًا على مفهوم عقلاني تم التحقق منه ماديًا. كان الاستنتاج واضحًا: الأرض قديمة بشكل لا يصدق - أقدم بكثير من حسابات آشر ، وأكبر بكثير مما كان يتخيله معظم الناس في ذلك الوقت. وإذا ظل وقت أصل الحياة على الأرض غير محدد (لم يتم تحديده حتى يومنا هذا) ، حقيقة أنه تحت الطبقات المغطاة كانت هناك صخور لا تحتوي على بقايا عضوية ،شهد بأن تقييم داروين لعمر الأرض كان لا يزال متواضعًا إلى حد ما.

ومع ذلك ، فإن ملايين السنين ليست السن المبين في الكتاب المقدس ، وبطبيعة الحال ، لم تتوافق مع ما تم تدريسه في المدارس في ذلك الوقت. بالطبع ، فهم داروين أن تقييمه سيكون متشككًا ، لكنه لم يستطع حتى تخيل ما سينتج عنه. إلى جانب حقيقة أن داروين دخل في صراع مع الحسابات التي قدرتها سلطة الكتاب المقدس التي قام بها رئيس أساقفة أرماغوس في القرن السابع عشر ، تعرض عمر الأرض المقترح لهجوم من قبل زملائه العلماء ، "أينشتاين" في تلك الأيام ، الفيزيائي ويليام طومسون ، الذي أصبح فيما بعد اللورد كلفن. شرع طومسون في تصحيح المواعدة بناءً على المبادئ الأساسية للفيزياء.

جادل طومسون بأنه يمكن حساب عمر الأرض بدقة كافية ، بافتراض أن الكوكب في البداية كان كتلة منصهرة ثم تم تبريده لاحقًا. مع الأخذ في الاعتبار بيانات التغيرات في درجات الحرارة عندما تتعمق في قشرة الأرض ، وكذلك نتائج تجاربه الخاصة لتحديد الموصلية الحرارية للصخور ، استمد معادلة توضح مدى سرعة تبريد الأرض لحالتها الحالية. في عام 1862 ، أعلن طومسون أن عمر الأرض يبلغ حوالي مائة مليون سنة ، على الرغم من أنها تدرك أن هذا الرقم كان غير مؤكد للغاية وأن العمر يمكن أن يكون من عشرين إلى أربعمائة مليون سنة. بمرور الوقت ، أصبح لا هوادة فيه بشكل متزايد ، بحجة أن عمر الأرض يجب أن يكون أقرب إلى عشرين مليون سنة. هذه الفترة الزمنية التي حسبها بدت قصيرة جدًا ،لتجسيد تطور الحياة ، كما رآها داروين. أصبح طومسون واحدًا من أشد منتقدي أفكار داروين المبتكرة فيما يتعلق بالتطور - ليس لأنه لم يؤمن بالتطور على هذا النحو ، بل لأنه ، كفيزيائي ، لم يثق في حسابات عمر الأرض استنادًا إلى مؤشرات جيولوجية غير موثوقة مثل سرعة التجوية . في نهاية المطاف ، أجبرت اعتراضات طومسون الجيولوجيين على تطوير نماذج أفضل لتحديد عمر الأرض ، لكن الأمر استغرق قرنًا تقريبًا.في نهاية المطاف ، أجبرت اعتراضات طومسون الجيولوجيين على تطوير نماذج أفضل لتحديد عمر الأرض ، لكن الأمر استغرق قرنًا تقريبًا.في نهاية المطاف ، أجبرت اعتراضات طومسون الجيولوجيين على تطوير نماذج أفضل لتحديد عمر الأرض ، لكن الأمر استغرق قرنًا تقريبًا.

إذا كان داروين على حق حتى عن بعد ، فإن تطور الحياة على الأرض استغرق وقتًا طويلاً جدًا - أكثر بكثير مما كان يتخيله أي شخص. ومع ذلك ، كيف حدث هذا التطور؟ في رسم على الصفحة السادسة والثلاثين من دفتر ملاحظاته "B" من عام 1837 ، صور داروين شجرة عائلة الحياة ، حيث عبر عن الفكرة الراديكالية التي مفادها أن الكائنات الحية مترابطة مع أسلاف مشتركين وأن هذه العلاقة يمكن تتبعها بسبب ميزات مماثلة في مظهرها. كان هذا المفهوم الأساسي مطابقًا لآراء لامارك ، التي طورها قبل أكثر من خمسين عامًا ؛ ومع ذلك ، كان لدى داروين وجهة نظر مختلفة لكيفية حدوث هذه العملية.

كانت التغييرات في أشكال الكائنات الحية غير محسوسة تقريبًا ، وأيضًا ، بناءً على سمك الطبقات التي تفصل البقايا العضوية في القسم الجيولوجي ، حدثت ببطء شديد. بالإضافة إلى ذلك ، لكي يكون هذا الافتراض مقبولًا ، يجب أن تنقرض بعض الكائنات الحية التي تظهر في الأقسام السابقة من القسم من أجل استبدالها بأنواع جديدة ، وإلا فإن الأرض ستكون مزدحمة بعدد متزايد من أنواع الكائنات الحية الحيوانية والنباتية. وبعبارة أخرى ، بعد أن مات الجسد ، لم يعد من الممكن أن يظهر في الطبقات اللاحقة من القسم الجيولوجي.

لقد فهم داروين أن هذه الفكرة الثورية البارزة ستثير النقد - وهكذا حدث. من الواضح أن الحفريات لا تزال تنتمي إلى الحيوانات والنباتات التي كانت موجودة من قبل ، ولكن لم يتم العثور على عظام بشرية في أي مكان في الصخور. كان داروين يدرك بوضوح أهمية الصلة البشرية "المفقودة" - مثل الحيوانات الموجودة في السجل الجيولوجي ، وكان علينا أيضًا أن ننشأ نتيجة لبعض العمليات التي سمحت لبعض الكائنات الحية بالتطور إلى أخرى خلال فترة غير محددة ولكنها طويلة إلى حد ما.

لم يكن مفهوم الجينات والمبادئ الأساسية للميراث المادي للسمات في ذلك الوقت غير معروف تمامًا لداروين أو لأي شخص آخر. (سوف ينشر غريغور مندل عمله على وراثة الشخصيات بعد أكثر من ست سنوات فقط من نشر الطبعة الأولى من أصل الأنواع - في عام 1866.) في الواقع ، على الرغم من الارتباك في معظم الأعمال في علم الأحياء ، فمن المرجح أن داروين بدون من الصعوبة الخاصة ، تبنى لامارك المفهوم الأساسي ، وهو أن الكائنات الحية يمكن أن ترث سمات بسبب البيئة. كانت المساهمة الرئيسية لداروين نفسه فكرة أنه في جميع الأنواع هناك شذوذ طبيعي يمكن توريثه. استخدم مربي الكلاب والحمام هذه القاعدة باستمرار ؛ ومع ذلك ، اقترح داروين أنه في الطبيعة ، يتم اختيار الشخصيات تحت تأثير البيئة ،التي تعيش فيها الأنواع.


التين. 2. استنساخ لرسم تخطيطي لداروين في دفتر الملاحظات "ب" (بين 1837 و 1838). الفكرة الأساسية هي أن الأنواع الحية تنحدر من الأنواع المنقرضة ، ولكنها ترتبط أيضًا بأنواع أخرى موجودة ، مما يشكل شجرة عائلة من الحياة. أصبح هذا الرسم هو جوهر نظرية أصل الأنواع مع تغييرات متتالية تؤدي إلى الانتقاء الطبيعي - العملية التطورية الرئيسية وفقًا لداروين. (نُشر بإذن من مطبعة جامعة كامبريدج ، شاكراً بيتر وروزماري جرانت. 2008 ، لجنة نشر دفاتر تشارلز داروين.)

الاختيار إما يحسن قدرة الجسم على التكاثر أم لا. إذا تحسن ، في هذه الحالة يتم تمرير العلامات الأكثر ملاءمة لموئل معين إلى الأجيال اللاحقة. يحتل مفهوم أصل الأنواع مع الانحرافات مصحوبًا بالاختيار اللاحق ستة فصول من أصل الأنواع. كانت واحدة من أبرز الأفكار العلمية المطروحة على الإطلاق ؛ حتى يومنا هذا ، يبقى جوهر وتوحيد مبدأ علم الأحياء.

تم تزويد كتاب "أصل الأنواع" بتوضيح واحد ، وضع في النهاية ، والذي يصور الأصل الافتراضي للأصناف. كان هذا الرسم عبارة عن إعادة صياغة مجانية للرسم التخطيطي من دفتر الملاحظات "B". من الغريب أن الرسم التوضيحي لم يُظهر مصدرًا واحدًا لجميع الأنواع ، ولكن العديد من المصادر تؤدي إلى ظهور أنواع جديدة. كان مفهوم الأصل - بمعنى بداية جميع الكائنات الحية - في ذهن داروين ، ولكن لم تتم مناقشته علانية في الكتاب.

بعد أكثر من عشر سنوات من نشر أصل الأنواع ، في رسالة إلى جوزيف هوكر مؤرخة عام 1871 ، داروين ينعكس على كيف يمكن أن تحدث الحياة: "... إذا ... افترض أنه في أحد الخزانات الدافئة الصغيرة لجميع المشتقات الموجودة فيه الأمونيا وأملاح حمض الفوسفوريك تحت تأثير الضوء والحرارة والكهرباء وما إلى ذلك ، كان هناك مركب بروتين ، جاهز لمزيد من التحولات الأكثر تعقيدًا ، في أيامنا هذه سيتم امتصاصه أو تدميره على الفور. ومع ذلك ، قبل ظهور الكائنات الحية ، لم يكن هذا ليحدث.

بعد ثمانين عامًا على تقديم هذه الملاحظة ، تمكن الكيميائي الشاب ستانلي ميللر ومشرفه العلمي ، الحائز على جائزة نوبل هارولد أوري ، من إنشاء أحماض أمينية (بناء "الطوب" من البروتينات) في مختبر جامعة شيكاغو. استخدموا الأمونيا الغازية والميثان والهيدروجين ، وكذلك الماء والتفريغ الكهربائي الذي يحاكي ضربة البرق. أعطت هذه التجربة ، التي نُشرت نتائجها في عام 1953 ، سببًا للأمل في أن فهم كيفية ولادة الحياة على الأرض أصبح قاب قوسين أو أدنى. ومع ذلك ، بين إنشاء المكونات الكيميائية للكائنات الحية وخلق هذه الكائنات نفسها يكمن في وجود فجوة كبيرة. حتى في أبسط الكائنات الحية ، فإن المكونات الكيميائية تشبه الآليات المجهرية التي تؤدي إلى عمليات التمثيل الغذائي وتسمح للخلايا بالانقسام.حتى الآن ، لم ينجح أحد في إعادة إنتاج كائن حي من الصفر ، على الرغم من أن هذا لا يعني أن هذا مستحيل.

أبسط الكائنات الحية هي البكتيريا - الكائنات الحية التي عرفها داروين بلا شك ؛ ومع ذلك ، لم يكن متأكدًا من كيفية دمجها في نظريته. في الواقع ، كان لدى داروين ميكروسكوب على البيجل (بالإضافة إلى الكتاب المقدس والكتب عن التاريخ الطبيعي ، كما أخذ معه مسدسين وعشرات القمصان وكتابين كان سيتعلم اللغة الإسبانية وحافظة بالمال). ومع ذلك ، نظرًا لحقيقة أن الكائنات الحية الدقيقة لم تترك آثارًا في السجل الجيولوجي واضحة للعين المجردة ، لم يتمكن داروين من معرفة أن الطبقات التي تقع أسفل الطبقات ذات البقايا العضوية المميزة لا تنتمي إلى الفترة في تاريخ الأرض التي سبقت أصل الحياة ، ولكن ببساطة إلى الأوقات التي لم يكن فيها حيوانات ونباتات. حتى لو استطاع الكشف عن البكتيريا الأحفورية ،من شبه المؤكد أنه لم يكن قادرا على التقاط علاقتهم بالنباتات أو الحيوانات. سيكون داروين ، مثل أي عالم في القرن التاسع عشر تقريبًا ، مندهشًا للغاية إذا علم أن جميع النباتات والحيوانات تنحدر من البكتيريا وقد حدث هذا على مدى فترة كان من المستحيل على الإطلاق تخيل مدتها في القرن التاسع عشر - أكثر من ثلاثمائة مليون سنة. في الواقع ، لا يقول الكتاب المقدس شيئًا مباشرًا عن الكائنات الحية الدقيقة - ما لم يكن بشكل غير مباشر ، عند ذكر أمراض مثل الطاعون. ليس هناك شك في أن نوح لم يكن ينوي اصطحابهم معه إلى الفلك ، ولن تجد صورهم على السجاد التركي المنسوج مع تاريخ الفيضان العظيم.أن جميع النباتات والحيوانات قد انحدرت من البكتيريا ، وقد حدث ذلك على مدى فترة كان من المستحيل تصور مدتها في القرن التاسع عشر - أكثر من ثلاثمائة مليون سنة. في الواقع ، لا يقول الكتاب المقدس شيئًا مباشرًا عن الكائنات الحية الدقيقة - ما لم يكن بشكل غير مباشر ، عند ذكر أمراض مثل الطاعون. ليس هناك شك في أن نوح لم يكن ينوي اصطحابهم معه إلى الفلك ، ولن تجد صورهم على السجاد التركي المنسوج مع تاريخ الفيضان العظيم.أن جميع النباتات والحيوانات قد انحدرت من البكتيريا ، وقد حدث ذلك على مدى فترة كان من المستحيل تصور مدتها في القرن التاسع عشر - أكثر من ثلاثمائة مليون سنة. في الواقع ، لا يقول الكتاب المقدس شيئًا مباشرًا عن الكائنات الحية الدقيقة - ما لم يكن بشكل غير مباشر ، عند ذكر أمراض مثل الطاعون. ليس هناك شك في أن نوح لم يكن ينوي اصطحابهم معه إلى الفلك ، ولن تجد صورهم على السجاد التركي المنسوج مع تاريخ الفيضان العظيم.أن نوح لم يكن ينوي اصطحابهم معه إلى الفلك ، ولا يمكن العثور على صورهم على السجاد التركي المنسوج مع تاريخ الفيضان العظيم.أن نوح لم يكن ينوي اصطحابهم معه إلى الفلك ، ولا يمكن العثور على صورهم على السجاد التركي المنسوج مع تاريخ الفيضان العظيم.

على الرغم من حقيقة أننا قد أحرزنا تقدمًا كبيرًا خلال الـ 150 عامًا التي مرت منذ نشر أصل الأنواع ، لا يزال العلماء لا يزالون غير قادرين على تحديد ما إذا كانت الحياة نشأت في جسم صغير دافئ من الماء ، أو ينبوع مائي حراري في المياه العميقة ، أو في أي مكان آخر. ماذا يمكن أن تبدأ؟ كيف تطورت؟ كيف تطورت البكتيريا إلى النباتات والحيوانات؟ كيف ذهبت هذه الكائنات الحية دون أن يلاحظها أحد لفترة طويلة في بحثنا عن أصول وتطور الحياة على الأرض؟

لن تجيب ببساطة على هذه الأسئلة ، ولا تزال العديد من الجوانب بعيدة عن الفهم الكامل ، ولكن بفضل الأدوات التي تم تطويرها خلال القرن الماضي ، تمكنا من تعلم الكثير. إذا أتيحت لداروين فرصة زيارة سفينة البحث الأوقيانوغرافية في البحر الأسود في القرن التاسع عشر ، لكان من المحتمل أن يلاحظ أن الحيوانات لا تعيش في عمود المياه أسفل الطبقة التي يبلغ ارتفاعها مائة متر ، وكان من الممكن أن يخلص إلى أنه لا توجد حياة في الطبقات العميقة. ومع ذلك ، إذا كان متخصصًا في علم الأحياء الدقيقة ، فقد تكون فكرتنا عن أصل الأنواع مختلفة تمامًا. على الرغم من أن البكتيريا كانت معروفة بالفعل في القرن التاسع عشر ، فقد استغرق الأمر قرنًا آخر قبل أن تأخذ مكانها في أفكارنا حول تطور الحياة على الأرض. لقد تجاهلناهم بسبب التحيز في ملاحظاتنا.لكن البكتيريا كانت موجودة على هذا الكوكب قبل مليارات السنين من ظهور الحيوان الأول عليه.

لذلك دعونا نتعرف على هذه الكائنات الدقيقة غير الواضحة ونرى ما الدور الكبير الذي لعبته في جعل هذا الكوكب يعمل. بدون البكتيريا لن نكون هنا.

يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول الكتاب على موقع الناشر على الويب.

بالنسبة لقراء هذه المدونة ، خصم 25٪ على كتالوج الكوبونات بأكمله - Life Engines
مراجعات الكتب السابقة من سلسلة New Science and Pop Science:

Energy، sex، الانتحار: الميتوكوندريا ومعنى الحياة
الخوف من الفيزياء. حصان كروي في فراغ ومفارقة. الأسرار التسعة الكبرى للفيزياء هي
الخلود. بحثا عن النظرية المطلقة للوقت
الحب والرياضيات. قلب الحقيقة الخفية هو
قصة كل شيء. 14 مليار سنة من التطور الكوني

Source: https://habr.com/ru/post/ar393283/