קרדיט תמונה: וודס הול אוקיאנוגרפיה
הרבה דברים נדרשים להסתדר עם החיים. אם אתה חוזר לאחור, הכל מתחיל ביקום של המפץ הגדול המוליד מרחב וזמן. באותו יקום מוקדם הדהד אור, האט את חייו בתנועת החיים, היסודות הקדומים שהתלכדו ואז התרכזו לדור הראשון של כוכבי מגדלים גדולים. לאחר ההתחממות לרעיון (על ידי דחיסה של הכבידה), החומר הקדמוני החל להתמזג בליבות הכוכבים וצורת אור פחותה הועברה כלפי חוץ לחמם ולהאיר יקום צעיר ועשוי להתרחב.
יותר ויותר מקום רואים רבים מאותם כוכבים כחולים מוקדמים משתלשלים (לאחר שחיו חייהם קצרים מאוד). פיצוצים שלאחר מכן הפיצו כמויות אדירות של אטומים כבדים יותר - לא ראשוניים לחלל. מתוך ההקמה הקוסמית העשירה הזו נוצרו כוכבים חדשים - רבים עם דיילות כוכבי לכת. מכיוון ששמשות כאלה מהדור השני והשלישי הן פחות מאסיביות מאבני דורם, הן שורפות איטיות, קרירות והרבה הרבה יותר זמן - משהו חיוני לסוג רמות האנרגיה העקיבות והנאה הדרושות בכדי לאפשר חיים אורגניים.
אף על פי שכוכבי מגדלים נוצרו תוך כמה מאות מיליון שנים מהמפץ הגדול, החיים כאן על כדור הארץ לקחו את זמנם. השמש שלנו - כוכב דור שלישי בעל מסה צנועה - נוצר כתשעה מיליארד שנה לאחר מכן. צורות חיים התפתחו מעט יותר ממיליארד שנה לאחר מכן. בזמן שזה התרחש, מולקולות התאגדו ליצירת תרכובות אורגניות אשר בתנאים מתאימים התחברו יחד כחומצות אמינו, חלבונים ותאים. במהלך כל זה, שכבה אחת של מורכבות נוספה לאחרת, ויצורים הפכו יותר ויותר לתפיסת העולם סביבם. בסופו של דבר - אחרי יותר מיליארדי שנים - התפתח חזון. והחזון - שנוסף לתחושת מודעות סובייקטיבית - איפשר ליקום להביט לאחור על עצמו.
מחקר אמפירי על יסודות החיים מראה כי רקמה של יסודות שנבחרו היטב (מימן, פחמן, חמצן וחנקן) הנחשפים לקרינה אולטרה סגולה שאינה מייננת יוצרת חומצות אמינו. לחומצות אמינו עצמן יכולת יוצאת דופן לשרשרת יחד לחלבונים. ולחלבונים יש יכולת "פרוטנית" למדי לתת צורה והתנהגות לתאים. כעת זה נחשב אפשרי לחלוטין לכך שחומצות האמינו הראשונות ביותר יצרו בחלל1 - מוגן מצורות קרינה קשות יותר בעננים עצומים המורכבים מחומר קדמוני וכוכב. מסיבה זו החיים עשויים להיות תופעה בכל מקום, פשוט ממתינים רק לתנאים נוחים מסוימים להכות שורש ולצמוח למגוון רחב של צורות.
נכון לעכשיו, אקסוביולוגים מאמינים כי מים נוזליים הם חיוניים ליצירת החיים האורגניים ולכפלתם. מים הם חומר יוצא דופן. כממס קל, מים מאפשרים למולקולות אחרות להתנתק ולערבב. בינתיים הוא יציב מאוד ושקוף לאור הנראה - דבר שימושי אם הביוטיקה אמורה להפיק אנרגיה ישירות מאור השמש. לבסוף מים שומרים על טמפרטורה היטב, מפיצים עודף חום באמצעות אידוי, וצפים כשהם מקוררים להתמצקות כקרח.
לדברי האקסוביולוג של נאס"א אנדרו פוחוריל, "מים מפגישים מולקולות אורגניות ומאפשרות התארגנות למבנים שהפכו בסופו של דבר לתאים." בכך, מים פועלים במטריקס שאין שני לו ומאפשרים למולקולות אורגניות ליצור מבנים המארגנים את עצמם. אנדרו מצטט נכס אחד הקשור באופן ייחודי למים המאפשר התארגנות עצמית וגידול אפשרי: "ההשפעה ההידרופובית אחראית לכך שמים ושמן לא מתערבבים, סבונים וחומרי ניקוי 'לוכדים' לכלוך שומני בזמן שטיפה במים ועל מספר עצום של תופעות אחרות. באופן כללי יותר, ההשפעה ההידרופובית אחראית על הפרדת מולקולות לא-קוטביות (שומניות) או חלקים של מולקולות ממים, כך שהם יכולים להיצמד זה לזה למרות שהם אינם קשורים זה לזה. בביולוגיה אלה בדיוק האינטראקציות האחראיות להיווצרות דפנות התא הממברנות ולקיפול חלבונים למבנים פונקציונליים. "
כדי שהמים ייקחו את מצב הנוזל, עליהם להישאר בטווח יחסית צר של טמפרטורות ולחצים. בגלל זה רק כמה כוכבי לכת ממוקמים היטב - ואולי קומץ ירחים גדולים מעדיפים את התנאים הדרושים כדי לאפשר לחיים לחיות. במקרים רבים הכל מסתכם בצורת נדל"ן שמיימי - מיקום, מיקום, מיקום ...
החיים הקדומים על כדור הארץ היו פשוטים מאוד בצורה ובהתנהגותם. למרות הסלולר, הם היו חסרים גרעין מרכזי (פרוקריוטי) ותתי מבנים אחרים (אברונים). בהיעדר גרעין, תאים שכאלו השתתפו באופן מיני. אנאירובים אלה היו קיימים בעיקר על ידי יצירת (anabolizing) גז מתאן מימן ופחמן דו חמצני. הם אהבו חום - והיה הרבה ממנו להסתובב!
העובדה שהחיים שהתפתחו על כדור הארץ לא אמורים להיות מפתיעים כמו שאפשר לחשוב. החיים נחשבים כיום לחזקים בהרבה מכפי שדמיינו. אפילו כעת פתחי אוורור הידרותרמיים בעומק האוקיאנו מוציאים מים רותחים כמעט. בסמוך לאווררות כאלה חיים - בצורת תולעי צינור ענק וצדפות - פורחים. עמוק מתחת לפני השטח של כדור הארץ נמצאים חיידקים אנאירוביים מטבוליזם של מינרלים. תנאים כאלה נחשבו בלתי אפשריים לאורך רוב המאה העשרים. נראה כי החיים צצים גם בתנאים הקשים ביותר.
ככל שצורות החיים התקדמו בעולמנו, התאים פיתחו אברונים - חלקם על ידי שילוב תאים פחותים ומיוחדים יותר במבנים שלהם. הכוכב התקרר, האווירה שלו הובהרה ואור השמש שיחק באוקיינוסים. חיידקים פרימיטיביים קמו כי אנרגיה קבועה מאור השמש כמזון. חלקם נותרו פרוקריוטים ואילו אחרים פיתחו גרעין (איוקריוטי). חיידקים פרימיטיביים אלו העלו את תכולת החמצן באטמוספירה של כדור הארץ. כל זה התרחש לפני כ -2 מיליארד שנה והיה חיוני כדי לתמוך באיכות ובכמות החיים המאוכלסים כיום ב"כוכב הכחול ".
במקור האטמוספירה כללה פחות מ -1% חמצן - אך ככל שהרמות עלו, צורות חיים אוכלות חיידקים הותאמו לסנתז מים מחמצן ומימן. זה משחרר הרבה יותר אנרגיה מאשר מטבוליזם מטאן מסוגל. הסינתזה המבוקרת של מים הייתה הישג עצום לכל החיים. קחו למשל את ניסויי המעבדה לכימיה בתיכון בהם משולבים גז מימן וחמצן, מחוממים ואז מתפוצצים. צורות חיים פרימיטיביות היו צריכות ללמוד להתמודד עם דברים מאוד נדיפים אלה בצורה הרבה יותר בטוחה - להכניס את הזרחן למשימה בהמרת ADP ל- ATP ובחזרה.
מאוחר יותר - לפני כמיליארד שנה - נוצרו היצורים הרב-תאיים הפשוטים ביותר. זה התרחש כאשר התאים נפגשו לטובת הכלל. אבל יצורים כאלה היו מושבות פשוטות. כל תא היה עצמאי לחלוטין ודאג לצרכיו. כל מה שהם נדרשים היה חשיפה מתמדת למרק החם של האוקיאנוסים המוקדמים לרכישת חומרים מזינים ולהיפטר פסולת.
השלב הגדול הבא בהתפתחות החיים2
הגיעו עם התפתחות סוגי רקמות תאים. שריר, עצב, אפידרמיס וסחוס קידמו את התפתחות צורות החיים המורכבות הרבות המאכלסות כיום את כדור הארץ שלנו - מצמח פורח לאסטרונום צעיר המתהווה! אך יצור מאורגן ראשון מאוד זה יכול היה להיות תולעת (annelid) החופרת בתוך הרפש הימית של לפני 700 מיליון שנה. מחסור בעיניים ומערכת עצבים מרכזית הוא היה בעל יכולת לגעת ולטעום. אולם כעת היו לחיים יכולת להתמיין ולהתמחות. היצור עצמו הפך לאוקיאנוס ...
עם כניסתם של יצורים מאורגנים היטב קצב החיים התמהר:
עד 500 MYA התפתחו החולייתנים הראשונים. אלה היו ככל הנראה יצורים דמויי צלופח חסרי ראייה אך רגישים לשינויים כימיים ואולי גם חשמליים בסביבתם.
עד 450 MYA, בעלי החיים הראשונים (חרקים) הצטרפו להטמעת צמחים על היבשה.
כ -400 MYA החולייתנים הראשונים טיפסו מהים. יתכן שזה היה דג אמפיבי שקיים על חרקים וחיי צמחים לאורך החוף.
עד 350 MYA - זוחלים ראשונים "דמויי איגואנה" הופיעו. אלה היו לסתות חזקות וקשות בגולגולת מקשה אחת. ככל שהתגדלו, זוחלים כאלה הקלו על גולגולותיהם על ידי הוספת פתחים (מעבר לארובות עיניים פשוטות). לפני שהדינוזאורים שלטו בכדור הארץ, קדמו להם תנינים, צבים ופטרזאורים (זוחלים מעופפים).
יונקים פרימיטיביים חוזרים כמעט על 220 מיליון. מרבית היצורים הללו היו קטנים ודמויי מכרסמים. גרסאות מאוחרות יותר פיתחו את השלייה - אך מינים קודמים פשוט בקעו ביציות באופן פנימי. כל היונקים, כמובן, בעלי דם חם ובגלל זה חייבים לאכול בעצבנות כדי לשמור על טמפרטורת הגוף - במיוחד בלילות קרים וסוערים העוקבים אחר גלקסיות קלושות לאורך נהר ארידנוס ...
בדומה ליונקים, גם ציפורים בעלות דם חם דורשות יותר מזון מאשר זוחלים - אך כמו זוחלים - ביצים שהונחו. רעיון לא רע ליצור טיסה! כיום עופות ציפורים שמימיות (כגון סיגנוס הברבור של סוף הקיץ ואקווילה הנשר) מכיוון שציפורים אמיתיות זכו לכנף כ -150 MYA.
הפרימטים הקדומים ביותר היו קיימים אפילו בתקופת הכחדתם של הדינוזאורים עדויות חזקות תומכות ברעיון שהדינוזאורים עצמם עברו כקבוצה לאחר שאסטרואיד - או כוכב שביט - השפיע על חצי האי יוקטן של ארצות הברית של מקסיקו. לאחר אירוע קטסטרופלי זה ירדו הטמפרטורות כאשר ירד חורף "לא גרעיני". בתנאים כאלה אוכל היה חילוף, אך הדם החם הגיע לשלו. עם זאת, לא עבר זמן רב לפני שסוג אחד של "גיגנטיות" החליף בקרוב אחר - יונקים עצמם גדלו לגדלים יוצאי דופן והגדול ביותר התפתח ברחם הים ועכשיו הם מקבלים את צורת הלווייתנים הגדולים.
סוף "הלטאות הנוראיות" לא היה ההכחדה ההמונית הראשונה של החיים - ארבעה הרוגים קודמים קדמו להם. כיום, מודעים לפוטנציאל להשפעות קטלמיות אחרות שכאלה, כמה מהאסטרונומים של העולם משגיחים על נזקי האדמה המסתובבים בקרקע האדמה שנותרה מהיווצרות מערכת השמש. הסוגים הקטנים ביותר - למשל מטאורים - מעלים מופעי אור שמימיים לא מזיקים. מטאורים גדולים יותר (בולידים) מפיצים מדי פעם "להבה" ועוקבים אחר "עשן" כשהם מתרסקים לכדור הארץ. גופות גדולות הותירו ערות של הרס טבעי לאורך קילומטרים של יערות - אפילו בלי להשאיר אחריה שמץ מחומר "מפלגה" שהתרסק. אבל לפורצים גדולים יותר יש מעט צניעות כזו. אסטרואיד או שביט בקוטר של כקילומטר אחד מאיים על אסון מוחלט עבור מרכז אוכלוסייה. גופים שגודל פי עשרה מהגודל עשויים להסביר את הנפילות האדירות מהסוג שאיים את קץ הדינוזאוריה.
בני אדם הלכו לראשונה זקוף כ 6MYA. זה כנראה התרחש כאשר השביל התפצל בין פרוטו-שימפנזה להומינידים מוקדמים. הסטייה ההיא באה אחרי תקופה של עשרה מיליון שנה של התפתחות מהירה של פרימאטים והשתלבה במחזור של שש מיליון שנה של התפתחות אנושית. כלי האבן הראשונים נוצרו על ידי יד אנושית לפני כ -2 מיליון שנה. אש רתמה על ידי איזה בן יוזמה של המין האנושי מיליון שנה לאחר מכן. הטכנולוגיה צברה תאוצה לאט לאט - מאות אלפי שנים חלפו ללא כל שיפור משמעותי בכלים בהם השתמשו חברות השבטים של פעם ארוכה.
בני האדם המודרניים מקורם לפני יותר מ -200,000 שנה. כ- 125 אלף שנה לאחר מכן התרחש אירוע שעשוי לצמצם את כלל האוכלוסייה האנושית בכדור הארץ לכמעט פחות מ -10,000 פרטים. אירוע זה לא היה מחוץ לארץ בטבעו - האדמה עצמה ככל הנראה הוציאה "אש וגופרית" במהלך התפרצות תא מאגמה טעון גז (בדומה לזה שמתחת לפארק הלאומי ילוסטון במערב ארה"ב). 65,000 שנה נוספות חלפו ותקופת האבן פינה את מקומה לעידן החקלאות. לפני 5000 שנה מדינות העיר הראשונות התאחדו בעמקים פוריים המוקפים באזורים הרבה פחות מסבירי פנים. תרבויות שלמות באו ונעלמו. כל אחת מעבירה לפיד של תרבות וטכנולוגיה מתפתחת לאט לאט לשני. כיום עברו רק כמה מאות קצרות מאז עדשות הזכוכית הראשונות בצורת יד האדם והפנו את העין האנושית לדברים של שמי הלילה.
כיום מראות ענקיות ומבחני חלל מאפשרים לנו להרהר בשטחי היקום העצומים. אנו רואים דינמיקה של קוסמוס ואולי מרגשת את החיים בשפע מכפי שמישהו יכול לדמיין. כמו אור וחומר, ייתכן מאוד שהחיים הם תכונה בסיסית של הרצף במרחב-זמן. החיים יכולים להיות אוניברסליים כמו גרביטציה - ואישיים כמו ערב לבד עם טלסקופ מתחת לשמי הלילה ...
1 למעשה, טביעת האצבע הספקטרוגרפית בתדר הרדיו של לפחות חומצת אמינו אחת (גליצין) נמצאה בענני אבק וגז עצומים בתוך המדיום הבין-כוכבי (ISM). (ראו חומצת אמינו שנמצאת בחלל העמוק).
2 כי החיים מתפתחים מצורות פחות מתוחכמות יותר מתוחכמות זו שאלה שמעבר למחלוקת מדעית. בדיוק כיצד מתרחש תהליך זה הנו נושא של חלוקה עמוקה בחברה האנושית. אסטרונומים - בניגוד לביולוגים - אינם נדרשים לקיים תיאוריה מסוימת בנושא זה. בין אם מוטציה מקרית ובחירה טבעית מניעות את התהליך או שקיימת "יד" בלתי נראית כלשהי בכדי להביא דברים כאלה היא מחוץ לתחום החקירה האסטרונומית. אסטרונומים מתעניינים במבנים, בתנאים ובתהליכים ביקום בכלל. ככל שהחיים יהפכו לבולטים יותר לדיון הזה, לאסטרונומיה - בפרט לאקסוביולוגיה - יהיה יותר מה לומר בנושא. אך עצם העובדה שאסטרונומים יכולים לאפשר לטבע לדבר בסוגיות כמו "יצירה ex nihilo" פתאומית ומיידית בצורה של מפץ גדול מראה עד כמה חשיבה אסטרונומית גמישה היא ביחס למוצא האולטימטיבי.
הכרה: התודה שלי יוצאת לאקסוביולוג
אנדרו פוהוריל מנאס"א שהאיר אותי באשר למשמעות הגדולה של ההשפעה ההידרופובית על היווצרות מבנים המארגנים את עצמם. למידע נוסף על אקסוביולוגיה אנא עיין באתר הרשמי Exobiology Life Through Space and Time של נאס"א, דרכו זכיתי ליצור קשר עם אנדרו.
על הסופר:
בהשראת יצירת המופת של תחילת המאה העשרים: "השמיים דרך טלסקופים של ארבעה, ארבעה וחמישה אינץ '", ג'ף ברבור התחיל באסטרונומיה ומדעי החלל בגיל שבע. נכון לעכשיו ג'ף מקדיש חלק ניכר מזמנו לתצפית בשמיים ולתחזוק האתר
אסטרו.
