سال‌هاست چشمه‌های آب‌گرم اعماق اقیانوس یکی از جدی‌ترین گزینه‌ها برای توضیح منشأ حیات روی زمین محسوب می‌شوند؛ اما یک مقاله جدید در نشریه معتبر PNAS استدلال می‌کند که این فرضیه با بخشی از دانسته‌های جدید درباره شیمی اقیانوس‌های اولیه و شرایط زمین‌شناختی آن دوران سازگار نیست. نویسنده مقاله در مقابل، محیط‌های آبی سطح زمین مانند دریاچه‌ها و برکه‌های تبخیری را گزینه محتمل‌تری می‌داند؛ هرچند این سناریو نیز هنوز قطعی نیست.
منشأ حیات؛ چشمه‌های آب‌گرم چرا مهم شدند؟
یکی از فرضیه‌های شناخته‌شده درباره منشأ حیات می‌گوید نخستین مولکول‌های پیچیده و در نهایت نخستین اشکال حیات، در نزدیکی چشمه‌های آب‌گرم هیدروترمال در کف اقیانوس شکل گرفته‌اند.
این محیط‌ها به دلیل وجود آب گرم، مواد معدنی و منابع شیمیایی مورد توجه دانشمندان قرار گرفتند. در برخی مدل‌ها، اختلاف اسیدیته میان سیال قلیایی خارج‌شده از چشمه و آب اقیانوس مانند یک باتری شیمیایی عمل می‌کند و انرژی لازم برای واکنش‌های پیش‌زیستی را فراهم می‌کند.
کشف میدان هیدروترمال Lost City در سال ۲۰۰۰ نیز به محبوبیت این ایده کمک کرد. این منطقه مجموعه‌ای از دودکش‌ها و سازه‌های کربناتی در کف اقیانوس دارد که محیطی گرم، قلیایی و غنی از هیدروژن ایجاد می‌کند.
مقاله جدید چه چیزی را زیر سؤال میبرد؟
بنجامین تاتولو، زمین‌شیمی‌دان دانشگاه کلگری، در مقاله‌ای که در PNAS منتشر شده، استدلال می‌کند مدل‌های فعلی منشأ حیات در چشمه‌های قلیایی به فرض‌هایی متکی هستند که با اطلاعات جدید درباره زمین اولیه سازگار نیستند.
این مقاله یک مطالعه آزمایشگاهی جدید برای «اثبات» منشأ حیات نیست؛ بلکه یک بررسی زمین‌شیمیایی و نظری از شرایطی است که در مدل چشمه‌های آب‌گرم برای آغاز حیات فرض می‌شوند.
به اعتقاد تاتولو، مشکل اصلی این است که تصور قدیمی از محیط شیمیایی اقیانوس‌ها و چشمه‌های آب‌گرم اولیه زمین با آنچه امروزه از زمین‌شناسی دوران آغازین سیاره می‌دانیم، فاصله دارد.
مشکل اول؛ چشمه‌های باستانی احتمالاً آن‌قدر قلیایی نبودند
یکی از پایه‌های اصلی فرضیه چشمه‌های قلیایی، وجود اختلاف شدید pH میان سیال چشمه و آب اقیانوس است.
در این مدل، چنین اختلافی می‌توانست یک شیب پروتونی ایجاد کند؛ سازوکاری شبیه باتری که انرژی لازم برای واکنش‌های شیمیایی را در اختیار ساختارهای پیش‌سلولی قرار می‌دهد.
اما تاتولو می‌گوید اندازه‌گیری‌های بسیار قلیایی مربوط به سیالات میدان Lost City عمدتاً پس از خروج سیال و در شرایط دما و فشار سطحی انجام شده‌اند. در شرایط واقعی دما و فشار اعماق زمین، سیال چشمه لزوماً همان میزان قلیایی بودن را ندارد.
در نتیجه، یکی از مهم‌ترین منابع انرژی مورد نیاز در مدل چشمه‌های قلیایی ممکن است در شرایط واقعی وجود نداشته باشد.
مشکل دوم؛ کمبود گوگرد در زمین اولیه
فرضیه‌های مختلف چشمه‌های آب‌گرم همچنین به مواد معدنی سولفیدی و گوگرد وابستگی دارند.
اما بر اساس بازسازی شرایط زمین اولیه، اقیانوس‌های باستانی احتمالاً بسیار فقیرتر از امروز از نظر سولفات و سولفید بوده‌اند. از سوی دیگر، سامانه‌های مشابه Lost City نیز گوگرد چندانی ندارند.
به همین دلیل، به گفته تاتولو، فراهم کردن برخی مواد معدنی مورد نیاز برای واکنش‌های پیش‌زیستی در این محیط‌ها دشوارتر از چیزی است که در مدل‌های قدیمی تصور می‌شد.
واکنش‌های شیمیایی هم ممکن است بیش از حد آهسته باشند
مشکل دیگر به سرعت واکنش‌های شیمیایی مربوط می‌شود.
برای اینکه مواد ساده موجود در محیط به مولکول‌های پیچیده‌تر مورد نیاز برای شکل‌گیری سامانه‌های پیش‌سلولی تبدیل شوند، واکنش‌های شیمیایی باید در بازه زمانی و دمایی مناسب اتفاق بیفتند.
بررسی‌هایی که در مقاله جدید مورد توجه قرار گرفته‌اند نشان می‌دهند تشکیل برخی هیدروکربن‌های پیچیده در شرایط مرتبط با چشمه‌های هیدروترمال ممکن است از نظر سینتیک شیمیایی با محدودیت مواجه باشد.
به بیان ساده، حتی اگر مواد اولیه در محیط وجود داشته باشند، ممکن است واکنش‌ها آن‌قدر سریع یا پایدار نباشند که بتوانند زنجیره لازم برای رسیدن به سامانه‌های پیچیده‌تر را ایجاد کنند.
چرا این فرضیه برای سال‌ها محبوب بود؟
یکی از دلایل محبوبیت چشمه‌های آب‌گرم این است که دانشمندان از دهه ۱۹۷۰، هنگام مشاهده نخستین چشمه‌های هیدروترمال در کف اقیانوس، با محیط‌هایی ظاهراً نامناسب برای زندگی مواجه شدند که در عین حال مملو از موجودات زنده بودند.
این کشف باعث شد این پرسش شکل بگیرد که اگر حیات امروزی می‌تواند در چنین محیط‌های افراطی دوام بیاورد، شاید نخستین حیات نیز در شرایط مشابه شکل گرفته باشد.
کشف Lost City در سال ۲۰۰۰ این ایده را تقویت کرد؛ زیرا این منطقه در نگاه نخست بسیاری از ویژگی‌های مورد نیاز مدل‌های منشأ حیات، از جمله محیط قلیایی و غنی از هیدروژن، را داشت.
اما تاتولو معتقد است با جمع‌آوری اطلاعات دقیق‌تر درباره ویژگی‌های شیمیایی Lost City، شباهت این محیط واقعی با مدل نظری اولیه کمتر شده است.
آیا دریاچه‌ها محل تولد حیات بوده‌اند؟
تاتولو به جای چشمه‌های اعماق اقیانوس، دریاچه‌ها و برکه‌های تبخیری سطح زمین را گزینه‌ای جذاب‌تر می‌داند.
یکی از مزیت‌های چنین محیط‌هایی چرخه‌های مکرر تبخیر و تغلیظ است. با تبخیر آب، برخی مواد شیمیایی می‌توانند در حجم کوچک‌تری تجمع پیدا کنند و شرایط مناسب‌تری برای واکنش‌های پیش‌زیستی ایجاد شود.
مطالعات قبلی نیز نشان داده‌اند که محیط‌های دریاچه‌ای می‌توانند شرایطی برای شکل‌گیری یا تجمع مواد اولیه مورد نیاز برای ساخت مولکول‌هایی مانند RNA، پروتئین‌ها و لیپیدها فراهم کنند. پژوهش‌های مرتبط با دریاچه‌های قلیایی همچنین امکان هم‌زمانی برخی شرایط شیمیایی و فیزیکی مورد نیاز برای شیمی پیش‌زیستی را بررسی کرده‌اند.
با این حال، این نکته بسیار مهم است که مقاله جدید اثبات نمی‌کند حیات قطعاً در یک دریاچه شکل گرفته است. پیشنهاد دریاچه‌ها نیز همچنان با پرسش‌های علمی متعددی روبه‌رو است.
این یافته چه معنایی برای جست‌وجوی حیات در فضا دارد؟
بحث فقط به تاریخ زمین محدود نمی‌شود. دانشمندان هنگام جست‌وجوی حیات در مریخ، قمرهای یخی و سایر اجرام منظومه شمسی نیز به دنبال محیط‌هایی می‌گردند که بتوانند شرایط مناسب برای حیات ایجاد کنند.
اگر فرضیه چشمه‌های آب‌گرم نیازمند شرایطی باشد که در زمین اولیه وجود نداشته است، تمرکز صرف بر شواهد مربوط به چشمه‌های هیدروترمال در اجرام دیگر نیز ممکن است تصویر کاملی ارائه نکند.
از دیدگاه تاتولو، محیط‌های سطحی مانند دریاچه‌های تبخیری می‌توانند گزینه‌های مهم‌تری باشند؛ زیرا چنین محیط‌هایی فقط به زمین محدود نیستند و در برخی سیارات یا قمرها نیز ممکن است در گذشته وجود داشته باشند.
آیا دانشمندان حالا می‌دانند حیات چگونه آغاز شده است؟
خیر. این شاید مهم‌ترین نکته در تفسیر این پژوهش باشد.
مقاله تاتولو یک فرضیه مهم درباره منشأ حیات را به چالش می‌کشد، اما به معنای حل شدن معمای منشأ حیات نیست. پژوهشگران همچنان چندین سناریو را بررسی می‌کنند و هیچ اجماع علمی درباره محل دقیق یا مجموعه واکنش‌هایی که به نخستین حیات منجر شده‌اند وجود ندارد.
حتی درباره محیط‌های دریاچه‌ای نیز پرسش‌هایی درباره چگونگی شکل‌گیری هم‌زمان مواد مختلف مورد نیاز برای حیات و تبدیل شیمی پیش‌زیستی به نخستین سامانه‌های خودتکثیرشونده باقی مانده است.
بنابراین، نتیجه اصلی پژوهش را باید لزوم بازنگری در یکی از مدل‌های پرطرفدار منشأ حیات دانست، نه کشف قطعی محل تولد نخستین موجود زنده.
جمع‌بندی
یک مقاله جدید در PNAS فرضیه شکل‌گیری حیات در چشمه‌های آب‌گرم قلیایی اعماق اقیانوس را به چالش کشیده است. بنجامین تاتولو معتقد است شواهد جدید درباره شیمی اقیانوس‌های اولیه، میزان قلیایی بودن چشمه‌ها، کمبود گوگرد و سرعت واکنش‌های شیمیایی با برخی مدل‌های موجود سازگار نیست.
او دریاچه‌ها و برکه‌های تبخیری را گزینه‌ای محتمل‌تر می‌داند، اما این ایده نیز هنوز یک فرضیه است. در نتیجه، دانشمندان هنوز پاسخ قطعی به یکی از بنیادی‌ترین پرسش‌های علم ندارند: اولین حیات روی زمین دقیقاً کجا و چگونه شکل گرفت؟
منابع
- ScienceAlert
- PNAS
- University of Calgary
- PubMed
