نگاهی دقیق‌تر به مفهوم حیات و موجود زنده

بسیاری از ما به راحتی می توانیم چیزهای زنده را از غیر زنده تشخیص دهیم و نیازی نیست که زیاد روی مغز خود فشار بیاوریم؛ انسان زنده است و سنگ زنده نیست، به همین سادگی. این قضیه برای ما که در دسته ی انسان های معمولی هستیم بسیار واضح و ساده است؛ اما دانشمندان و فلاسفه، موضوع را به همین سادگی نمی بینند. آن ها هزاران سال است که می اندیشند و با خود می گویند چه عاملی باعث می شود که یک <<چیز>> زنده باشد. بسیاری از افراد تأثیرگذار تاریخ، ازارسطوگرفته تاکارل سیگن، روی این موضوع فکر کرده اند؛ اما هنوز هم متأسفانه دانشمندان نتوانسته اند به تعریف دقیقی از حیات دست یابند و آن را برای همه شرح دهند. واضح بگوییم، در حال حاضر ما نمی توانیم حیات را معنا کنیم.

بنابر دلایلی، طی ۱۰۰ سال گذشته ارائه ی یک تعریف مشخص برای حیات، به مشکل پیچیده تری تبدیل شده است. تا قرن ۱۹ میلادی، یکی از ایده های رایج این بود که حیات به لطف چیزی غیرقابل درک به نام روح امکان پذیر می شود که به آن جرقه ی حیات نیز می گویند. این ایده در حال حاضر در محافل علمی، منسوخ شده است و از آن زمان تا کنون، سعی دانشمندان بر این بوده که این توضیح را با روشی علمی جایگزین کنند. به عنوان مثال،ناسامی گوید هر سیستم شیمیایی پایداری که قادر بهتکامل داروینیباشد، یک سیستم زنده است. این تعریفی است که ناسا برای چیزهای زنده یا به طور کلی، حیات ارائه می دهد.

اما این تنها ناسا نیست که سعی می کند توضیحی کوتاه و قابل فهم برای حیات بیابد. تاکنون بیش از ۱۰۰ توضیح گوناگون از سوی افراد و نهادهای مختلف برای حیات ارائه شده است که تعداد زیادی از آن ها روی برخی ویژگی های کلیدی مانند تکثیر و متابولیسم (سوخت و ساز) تمرکز داشته اند. دانشمندان مختلف، ایده های گوناگونی دارند و تعاریف متفاوتی از آن چه برای توضیح یک چیز زنده نیاز است، ارائه می دهند. یک شیمی دان ممکن است بگوید زندگی به مولکول های خاصی متکی است و این در حالی است که یک فیزیک دان بحث را به ترمودینامیک می کشاند.

برای آن که درک بهتری از دشواری های ارائه ی یک توضیح جامع در مورد حیات داشته باشیم، بیایید با تعدادی از دانشمندانی که روی مرزهایی که چیزهای زنده را از هر چیز دیگری جدا می کنند در حال کار هستند، آشنا شویم.

ویروس شناسان: حرکت روی مرز زندگی و مرگ

با روشMRS GRENآشنایی دارید؟ این در واقع یک روش مختصر برای یادگیری ۷ فرآیندی است که تقریباً حیات را توصیف می کنند. این ۷ فرآیند عبارتند از:

• حرف M ابتدای Movement به معنای حرکت: تمام چیزهای زنده حرکت می کنند؛ حتی گیاهان.
• حرف R ابتدای Respiration به معنای تنفس: طی تنفس یاخته ای، سلول ها از غذا انرژی دریافت می کنند.
• حرف S ابتدای Sensitivity به معنای حواس: تشخیص تغییراتی که در اطراف به وقوع می پیوندند.
• حرف G ابتدای Growth به معنای رشد: تمام چیزهای زنده رشد می کنند.
• حرف R ابتدای Reproduction به معنای تولید مثل: چیزهای زنده ی بیشتری از یک گونه ایجاد می شود.
• حرف E ابتدای Excretion به معنای دفع: مواد زاید و غیر ضروری توسط موجودات زنده دفع می شود.
• حرف N ابتدای Nutrition به معنای تغذیه: موجودات زنده از غذا استفاده می کنند.

اگر یک پدیده ی خاص که در مورد آن نمی دانیم دارای این ۷ ویژگی باشد، می توان گفت که آن چیز خاص، زنده است. اگرچه این برای شروع کار خوب است؛ اما به هیچ وجه یک تعریف مشخص ارائه نمی دهد. چیزهای زیادی هستند که این ۷ ویژگی را دارند اما ما آن ها را به عنوان موارد زنده نمی شناسیم. به عنوان مثال، برخی کریستال ها هستند که این ویژگی ها را دارند یا گونه ای خاص از پروتئین بیماری زا به نامپریونوجود دارد که تاشونده بوده و این ویژگی ها را دارد؛ اما زنده نیست یا حتی برخی از برنامه های کامپیوتری هستند که ویژگی های MRS GREN را دارند و این در حالی است که در دسته ی مواد زنده قرار نمی گیرند.

پاتریک فورتر، میکروبیولوژیست شاغل در انستیتو پاستور در پاریس فرانسه، می گوید:

یکی دیگر از مواردی که روش MRS GREN را به چالش می کشد، ویروس ها هستند. ویروس ها سلول نیستند، سوخت وساز ندارند و تا زمانی که با سلول زنده برخوردی نداشته باشند، کاملاً بی اثر هستند؛ بنابراین بسیاری از دانشمندان و مردم، بر این باور هستند که ویروس ها زنده نیستند.

اما پاتریک فورتر به شکل متفاوتی فکر می کند. وی بر این باور است که ویروس ها زنده هستند؛ اما در عین حال می گوید این گفته، به این بستگی دارد که شما مرز بین موجودات زنده و غیر زنده را کجا بدانید. ویروس ها تقریباً فاقد تمام شروطی هستند که باعث می شوند در دسته ی موجودات زنده قرار بگیرند. آن ها فرآیندی را طی می کنند که درDNA یاRNAآن ها کدگذاری شده است. این نقشه ی دقیق برای حیات، تقریباً در تمام پدیده های زنده ای که روی این سیاره هستند، دیده می شود و در آن ها وجود دارد؛ پس این یعنی ویروس ها نیز می توانند تکثیر شوند و تکامل یابند؛ البته تنها هنگامی این اتفاق می افتد که ویروس ها با سلول زنده برخورد داشته باشند و آن را تخریب کنند.

حقیقتی که ما در مورد ویروس ها می دانیم این است که آن ها همچون سایر موجودات زنده، DNA و RNA دارند که همین باعث شده است برخی از دانشمندان بگویند که ویروس ها احتمالاً بهدرخت حیاتما تعلق دارند. برخی دیگر نیز پا را فراتر می گذارند و می گویند که ممکن است ویروس ها سرنخ هایی در خود داشته باشند که به ما در فهم این موضوع که حیات چگونه آغاز شد، کمک می کنند. اگر این ادعا صحیح باشد، باید گفت که حیات در روزهای ابتدایی، بیشتر شبیه یک موجود ناچیز بوده که روی مرز بودن و نبودن (اندکی زنده و اندکی مرده) قرار داشته است.

برخی از دانشمندان این ایده را پذیرفته اند. آن ها ویروس ها را به عنوان موجوداتی که روی مرز بین شیمی و حیات هستند، توصیف می کنند.

شیمیدان ها: جستجوی دستورالعمل حیات

جفری بادااز انستیتو اقیانوس شناسی اسکریپس در سن دیگو کالیفرنیا، می گوید حیات به شکلی که ما آن را می شناسیم، بر پایه ی پلیمرهای کربنی است. عملاً تمام تنوع حیات از این پلیمرها که هماناسید نوکلئیک ها(پایه های تشکیل دهنده ی DNA)، پروتئین ها وپلی ساکاریدهاهستند، ساخته شده است. جفری بادا از دانش آموزاناستنلی میلر(شیمی دان مشهوری که آزمایشمیلر-یوریرا در دهه ی ۵۰ میلادی انجام داد) است. میلر-یوری، یکی از نخستین آزمایش هایی بود که به بررسی ایده ای که بیان می کرد حیات پیچیده ناشی از مواد شیمیایی غیر زنده است، پرداخت.

جفری بادا پس از مدت ها باز هم به سراغ این آزمایش مشهور رفت و این بار نشان داد در صورتی که الکتریسیته از طریق ترکیبی از مواد شیمیایی در زمین اولیه وجود داشته باشد، آن گاه محدوده ای از مولکول های مرتبط با زیست شناسی به وجود آمده اند. اما این مولکول ها زنده نیستند و تنها وقتی به آن ها توجه می شود که یکدیگر را دفع می کنند و یا کارهای جالبی نظیر از بین بردن یکدیگر را انجام می دهند. با این تفاسیر، پس چه چیزی برای شکوفا کردن و جهش این مواد شیمیایی مورد نیاز است؟

پاسخ جفری بادا به این پرسش بسیار جالب است:

تکثیر نامناسب مولکول های اطلاعاتی، منشأ حیات و تکامل را مشخص می کند و انتقالات از شیمی غیر زنده به مواد شیمیایی زنده را نشان می دهد. آغاز تکثیر شدن، به خصوص زمانی که این تکثیر دچار نواقصی بود و با خطاهایی مواجه می شد، به ایجاد گونه ای مشابه (فرزند) با سطوح مختلف توانایی منجر شد. این مولکول زاده شده، آن گاه می توانست برای بقای خود با سایرین به رقابت بپردازد. این تکامل داروینی در مقیاس مولکولی است.

برای بسیاری از شیمی دانان این تولید مثل (فرآیندی که ویروس ها می توانند آن را به کمک سلول های زیستی انجام دهند) در توصیف حیات می تواند کمک شایانی کند. واقعیت این است که تکثیر فعالانه مولکول های اطلاعاتی DNA و RNA نشان می دهد که آن ها از ویژگی های اساسی حیات نیز هستند.

اما بیایید از خانه ی خود و چهار دیواری آن بیرون آمده و کمی بزرگ تر فکر کنیم. توصیف حیات با این مواد شیمیایی خاص، زمانی که بزرگ فکر می کنید با شکست مواجه می شود. حیات به شکلی که ما آن را می شناسیم ممکن است به RNA و DNA کاملاً وابسته باشد؛ اما در مورد گونه ای از حیات که آن را نمی شناسیم باید چه بگوییم؟

اختر زیست شناسان: شکار بیگانگان فضایی عجیب

پیش بینی کردن ماهیت حیات فرازمینی یک تجارت کاملاً گمراه کننده بوده و بر پایه حدس و گمان است و حیله و تزویر در آن دیده می شود. بسیاری از پژوهشگران، مانندچارلز کاکِلو همکارانش از مرکز اختر زیست شناسی دانشگاه ادینبورگ، به نیابت از حیات فرازمینی از میکروارگانیسم هایی که توانایی زنده ماندن در محیط های خشن را دارند، استفاده می کنند. دلیل کار آن ها این است که حیات در هر کجای جهان در شرایط مختلفی ممکن است ساکن شود؛ اما احتمالاً همچنان یکسری ویژگی های کلیدی حیات را همان طوری که در زمین می شناسیم، در خود دارد.

چارلز کاکِل می گوید:

ما باید همواره این آمادگی را داشته باشیم که چیزی را پیدا کنیم که در این تعاریف فعلی قرار نگیرد.

اگر ما از دانش فعلی خود به دنبال یافتن حیات فرازمینی یا بیگانگان باشیم، مطمئناً با نتایج سردرگم کننده ای مواجه خواهیم شد که در مواردی خاص، توضیحی برای آن ها نداریم. به عنوان بهترین مثال، ناسا را در نظر بگیرید. این سازمان فضایی فکر می کرد وقتی که توانست با موفقیت کاوشگروایکینگ ۱را در سال ۱۹۷۶ روی مریخ فرود آورد، می تواند تعریف مناسبی از حیات ارائه دهد. وایکینگ ۱ به سه ابزار دقیق مجهز شده بود که به آزمایش کنندگان حیات مشهور بودند. در یکی از آزمایش ها، به شکلی کاملاً تصادفی، نتایج آزمایش ها نشان دادند که در مریخ حیات وجود دارد.

در یکی از آزمایش ها، وایکینگ ۱ با استفاده از ابزارهای علمی از خاک سطح مریخ نمونه برداری کرد و سپس این خاک نمونه برداری شده را با قطرات آب حاوی مواد مغذی و کربن ترکیب کرد. اگر میکروبی در آن خاک وجود داشت، باید این مواد مغذی و کربن را مصرف می کرد و سپس کربن دی اکسید یا متان را آزاد می کرد. پس از انجام آزمایش، نتایج حیرت انگیز بودند و دقیقاً همین فرآیند سوخت و ساز رخ داد و همین از نشانه های وجود حیات میکروبی بود؛ میکروب هایی که زنده هستند و تنفس می کنند. در واقع، آن کربن دی اکسید مشاهده شده در آزمایش، نشانه ی حیات نبود؛ زیرا امروزه ما چنین پدیده ای را به واکنش های شیمیایی اکسیداتیو غیر زنده نسبت می دهیم و همین نشان می دهد که وایکینگ ۱ توسط خاصیت غیر بیولوژیکی خاک مریخ دچار انحراف شده و یک نتیجه ی مثبت کاذب را به دست آورده است.

اختر زیست شناسان از این آزمایش ها درس می گیرند و سعی کرده اند معیارهای خود را برای یافتن حیات فرازمینی، کاهش دهند؛ اما تا کنون این جستجوها هیچ موفقیتی در پی نداشته اند. شاید مشکل اصلی این است که اختر زیست شناسان معیارهای خود را بیش از حد محدود کرده اند و نباید این کار را انجام دهند. کارل سیگن به عنوان یکی از برجسته ترین دانشمندان قرن ۲۰، بارها اشاره کرده است که اگر زندگی فرازمینی را نیز کربن محور ببینیم، در واقع روی یک چیز بی مورد پافشاری کرده ایم و این قطعاً جستجوهای ما را برای یافتن حیات فرازمینی، بی نتیجه خواهد گذاشت.

چارلز کاکِل می گوید:

مردم به ما می گویند ما بر اساس کربن ساخته شده ایم؛ اما ممکن است که بیگانه ها سیلیسیم محور باشند و از این عنصر یا هر عنصر دیگری ساخته شده باشند.

در سال ۲۰۱۰، یک باکتری خاص کشف شد که در DNA آن به جای فسفرهای استاندارد، آرسنیک وجود داشت و همین باعث شد بسیاری از اختر زیست شناسان هیجان زده شوند. با وجود این که این کشف نیز پرسش های بسیاری را برانگیخت؛ اما بسیاری نیز امیدوار بودند که چنین اکتشافاتی بتوانند نشان دهند که حیات از قوانین ثابت و تغییر ناپذیری پیروی نمی کند. مادامی که این دانشمندان روی این مولکول ها و ساختار آن ها بحث می کردند، دسته ای دیگر از دانشمندان روی گونه ای از حیات کار می کردند که به هیچ عنوان بر پایه ی شیمی نیست.

خبرگان فن آوری: ساخت حیات مصنوعی

روزگاری تنها می شد آن را در فیلم های علمی-تخیلی مشاهده کرد؛ اماحیات مصنوعیاین روزها به یکی از شاخه های علم تبدیل شده است و ما می توانیم آن را ببینیم و یا ایجاد کنیم.

در یک سو، حیات مصنوعی می تواند به زیست شناسان این امکان را بدهد که در آزمایشگاه ها با ترکیب دو یا چند گونه ی حیات، ارگانیسم های زنده ی جدید و پیچیده تری را خلق کنند یا این که آن ها را ساده تر از قبل کنند. در دهه ی ۹۰ میلادی، یک بوم شناس به نام دکترتوماس ری، نرم افزار رایانه ایتیِرا (Tierra)را منتشر کرد که به عنوان نخستین شبیه ساز حیات مصنوعی در سطح جهان مطرح شد. تیِرا می توانست ترکیب و تکامل گونه های حیات را به صورت دیجیتالی نشان دهد. از آن زمان به بعد، پژوهشگران سعی کردن نرم افزارهایی ایجاد کنند که می توانند واقعاً حیات را شبیه سازی کنند. حتی اکنون گروه هایی از دانشمندان در سرتاسر جهان سعی می کنند ربات هایی بسازند که ویژگی های موجودات زنده را دارند و به گونه ای خاص از حیات تبدیل می شوند.

مارک بِداو، کارشناس حیات مصنوعی از کالج رید در پورتلند، اورِگان می گوید:

ایده و هدف اصلی حیات مصنوعی این است که ما خواص اساسی نه فقط سامانه های زنده ی روی زمین؛ بلکه تمام سامانه های زنده در سرتاسر جهان را درک کنیم. این شاخه از علم، سعی دارد دیدگاه گسترده تری را از چگونگی حیات و ماهیت آن به ما ارائه دهد و این در حالی است که علم زیست شناسی، روی گونه های واقعی که مطمئناً همه ی ما با آن ها آشنایی نسبی داریم، تمرکز دارد.

البته باید به این موضوع نیز اشاره کرد که تمام پژوهشگرانی که در زمینه ی حیات مصنوعی مشغول کار هستند، از آن چه ما در مورد حیات زمینی می دانیم استفاده می کنند و پژوهش های خود را بر اساس آن ها انجام می دهند. مارک بِداو می گوید که پژوهشگران از یک مدل خاص به نام <<مدل PMC>> استفاده می کنند تا پژوهش های خود را انجام دهند. مدل PMC متشکل از یک برنامه (به عنوان مثال DNA)، یک متابولیسم و یک کانتینر (مانند دیواره ی سلول) است. وی در این خصوص می گوید:

البته باید بدانید که مدل PMC یک تعریف عمومی از حیات نیست؛ بلکه صرفاً یک تعریف از حداقل حیات شیمیایی است.

پژوهشگران حیات مصنوعی که قصد دارند روی گونه های غیرشیمیایی حیات مطالعاتی را انجام دهند، وظیفه دارند که ابتدا یک نسخه ی نرم افزاری یا سخت افزاری از این اجزای PMC ایجاد کنند.

اِستین راسموسِناز دانشگاه جنوب دانمارک، یکی از دانشمندانی است که روی ساخت حیات مصنوعی کار می کند و نظر خود را در مورد تعریف حیات، این گونه بیان کرده است:

من فکر نمی کنم که در حال حاضر تعریف دقیق و قابل فهمی از حیات وجود داشته باشد؛ اما ما به چیزی نیاز داریم که بتوانیم روی آن کار کنیم و آن را هدف خود قرار دهیم.

در سرتاسر جهان، گروه هایی هستند که روی تک تک اجزای مدل PMC کار کرده اند و توانسته اند سامانه هایی را خلق کنند که این مدل و جنبه های دیگر آن را به خوبی نشان می دهند؛ اما با وجود این، تاکنون کسی نتوانسته است تمام اجزای مدل را کنار یکدیگر بگذارد و یک گونه ی حیات پیچیده را شبیه سازی کند. اِستین راسموسِن نیز می گوید که این یک فرآیند کلی نیست و باید گام به گام ایجاد شود.

پژوهش های حیات مصنوعی می توانند در مقیاس های بسیار وسیع انجام شوند و شاید در نهایت بتوانند گونه ای از حیات را ایجاد کنند که کاملاً با انتظارات ما بیگانه باشد. چنین پژوهش هایی می توانند در بازنگری آن چه زندگی به ما آموخته، کمک کنند؛ اما پژوهشگران هنوز به این سطح نرسیده اند.

فلاسفه: تلاش برای حل معمای حیات

اگر چه هنوز جستجوهایی که به دنبال یافتن و ساختن گونه های جدید زندگی هستند، به تعریفی واحد نرسیده اند؛ اما آیا ممکن است روزی دانشمندان نظر خود را تغییر داده و از ارائه ی تعریفی واحد دست بردارند؟کارول کلِلند، فیلسوفی از دانشگاه کلرادو بولدر این گونه فکر می کند؛ حداقل برای زمان حال. وی می گوید:

فرض می کنیم می خواهید با استفاده از گورخر، چیزی را به تمام پستانداران تعمیم دهید؛ در این صورت شما کدام یک از ویژگی های گورخر را انتخاب می کنید؟ اگر می گویید غدد چربی بیرون زده از بدن که با نام پستان شناخته می شوند را برای تعمیم به کل پستانداران انتخاب می کنید، سخت در اشتباه هستید و نمی توانید این کار را انجام دهید؛ زیرا تنها نیمی از پستانداران در واقع پستان دارند. خطوط سیاه و سفید روی بدن، یکی از ویژگی های بارز گورخرها است. اگر آن ها را انتخاب می کنید، باز هم اشتباه کرده اید؛ زیرا این هم صرفاً یک تصادف بوده و این ویژگی باعث نشده که گورخر یک پستاندار شود.

حیات نیز این گونه است. شاید چیزهایی که ما فکر می کنیم ضروری هستند، صرفاً مخصوص حیات زمینی باشند و خارج از زمین بی معنی و غیرضروری باشند. به طور کلی، همه چیز از باکتری ها گرفته تا شیرها، از یک جد مشترک مشتق شده اند. این یعنی در نمودار حیات در کیهان که ما در اختیار داریم، تنها یک نقطه ی داده وجود دارد و اطلاعات دیگری در دسترس نیست. آیا با داشتن یک نقطه می توان نموداری کلی را ترسیم کرد؟ حتی برای ترسیم خط نیز به دو نقطه نیاز است.

کارل سیگن در این خصوص گفته است:

انسان تمایل دارد تا چیزهای آشنا را تعریف کند؛ اما ممکن است که حقیقت اصلی، کاملاً برای انسان ناآشنا باشد.

تا زمانی که ما گونه های دیگر حیات را کشف و مطالعه نکرده ایم، نمی توانیم دقیقاً بگوییم که کدام ویژگی ها برای حیات، اساسی و کاملاً ضروری هستند. ایجاد حیات مصنوعی می تواند راهی را برای کاوش گونه های مختلف حیات ایجاد کند؛ اما از همین الآن کاملاً واضح است هر گونه ای از حیات که در کامپیوتر ایجاد شود، تحت تأثیر پیشگویی های ما در مورد سامانه های زنده خواهد بود و نتایج گمراه کننده ای به همراه دارد.

برای آن که بتوانیم مفهوم حیات را تعریف کنیم، باید ابتدا چند بیگانه فضایی را پیدا کنیم. نکته جالب این است که هرگونه تلاش برای یافتن مفهوم حیات پیش از یافتن بیگانگان فضایی، یافتن این موجودات فضایی را دشوارتر می کند! فرض کنید چه فاجعه ای برای بشریت است که مریخ نورد بعدی ناسا که با نام Mars 2020 شناخته می شود، مانند سایر مریخ نوردها از کنار چیزهای باارزش عبور کند؛ زیرا نمی تواند آن ها را به عنوان چیزهای زنده شناسایی کند.

کارول کلِلند بر این باور است که هرگونه تلاش دانشمندان برای یافتن مفهوم حیات، واقعاً می تواند یافتن حیات فرازمینی را دشوارتر کند. وی توصیه می کند که ما باید از مفاهیمی که برای خود تعریف کرده ایم دوری کنیم؛ در این صورت است که می توانیم با ذهنی آزاد به جستجوی حیاتی که نمی شناسیم بپردازیم.