حیات چیست؟

برای بیشتر ما، تفاوت بین یک «موجود زنده» و یک «موجود غیر زنده» کاملا آشکار است. به سادگی، انسان را یک موجود زنده می‌پنداریم و سنگ را یک موجود غیر زنده.

به گزارش دیجی مگ، برای بیشتر ما، تفاوت بین یک «موجود زنده» و یک «موجود غیر زنده» کاملا آشکار است. به سادگی، انسان را یک موجود زنده می‌پنداریم و سنگ را یک موجود غیر زنده.

ولی فیلسوفان و دانشمندان این‌قدر ساده به تفاوت بین دو مفهوم زنده و غیر زنده نگاه نمی‌کنند. آن‌ها هزاران سال است به پاسخ این سوال می‌اندیشند: «چه عاملی باعث می‌شود یک چیز زنده و یک چیز دیگر غیر زنده باشد؟»

از ارسطو گرفته تا کارل ساگان، هزاران سال است که اندیشمندان مختلف به این سوال فکر کرده‌اند و البته هنوز به پاسخی نرسیده‌اند که بتواند همه‌‌ی ما را قانع کند. به سادگی باید گفت که «ما هنوز معنی زندگی را نمی‌دانیم.»

طی یک قرن گذشته، تعریف زندگی و پاسخ دادن به پرسش «حیات چیست؟»،‌ سخت‌تر هم شده است. دست‌کم تا قرن نوزدهم،‌ یکی از ایده‌ها‌ی رایج این بود که حیات در نتیجه‌ی یک «ضمیر ناپیدا» یا «جرقه‌ای حیاتی» بوجود می‌آید.

ولی دانشمندان امروزی این ایده را خیلی دوست ندارند. در عوض، آن‌ها یک سری تعاریف علمی مطرح کرده‌اند. مثلا از نظر ناسا، موجود زنده یک سامانه‌ی شیمیایی خود سامان‌ده است که قابلیت تکامل داروینی دارد.

تعریفی که ناسا ارائه می‌دهد، تنها یکی از تعاریف بسیار در تلاش برای ارائه‌ی توضیحی ساده و کوتاه از معنی موجود زنده است. در حقیقت، تا به حال بیش از یکصد تعریف برای زندگی ارائه شده است. بیشتر این تعاریف بر صفت‌هایی مثل «تکثیر» و «سوخت و ساز» تمرکز دارند. [یعنی در بیشتر آن‌ها موجود زنده ماشینی است که حتما متابولیسم (سوخت و ساز) دارد و تولید مثل می‌کند.]

دانشمندان حوزه‌های مختلف بسته به تخصص خود، چیزهای متفاوتی را برای وجود زندگی ضروری می‌دانند. مثلا از نظر یک شیمیدان، ممکن است چند مولکول منشاء زندگی باشند. اما اگر از یک فیزیک‌دان درباره‌ي معنی زندگی بپرسید، احتمالا به سراغ یک تعریف ترمودینامیکی از حیات می‌رود.

برای اینکه بهتر بفهمید چرا یافتن معنی زندگی سخت است، بیایید با چند دانشمند ملاقات کنیم که می‌خواهند بدانند چه چیزی باعث تفاوت یک موجود زنده با چیزهای غیر زنده می‌شود.

ویروس‌شناسان: کاوش منطقه‌ی خاکستری در مرز حیاتی که می‌شناسیم

کتاب علوم دوران مدرسه را به یاد می‌آورید؟ معمولا هفت ویژگی را به عنوان خصوصیات مشترک موجودات زنده به ما یاد می‌دادند:

حرکت

تنفس

حساسیت

رشد

تولید مثل

دفع

تغذیه

هرچند مجموعه‌ی این هفت ویژگی نقطه‌ی شروع خوبی برای رسیدن به معنی حیات است، ولی خوب اشکالات زیادی به تعریف حیات بر اساس این ویژگی‌ها می‌توان وارد کرد. در واقع خیلی چیزها می‌توانند ویژگی‌های بالا را داشته باشند ولی از نظر ما موجود زنده به حساب نیایند. بعضی کریستال‌ها، پروتئین‌های عفونی به نام پریون‌ها یا حتی بعضی برنامه‌های کامپیوتری ممکن است خصوصیات بالا را داشته باشند و بنابراین باید موجود زنده حساب شوند.

ویروس‌ها از جمله موجوداتی هستند که بر سر زنده بودن یا زنده نبودنشان بحث زیادی وجود دارد. یک میکروب‌شناس از انستیتوی پاستور در پاریس به نام «پاتریک فورتر» (Patrick Forterre) می‌گوید: «آن‌ها سلول نیستند، سوخت و ساز ندارند و تا زمانی که به یک سلول برخورد نکرده‌اند، بی‌جان هستند. بنابراین بسیاری از مردم (از جمله دانشمندان) نتیجه گرفته‌اند که ویروس‌ها زنده نیستند.» ولی پاتریک فورتر فکر می‌کند که ویروس‌ها موجود زنده هستند.

هرچند ویروس‌ها تقریبا فاقد هرچیزی هستند که باعث شود بتوانیم آن‌ها را موجود زنده بنامیم، ولی نکته این‌جاست که آن‌ها DNA یا دست‌کم RNA دارند. مولکول‌های DNA یا RNA در همه‌ی موجودات زنده‌ی روی زمین وجود دارند و از آن‌جا که در ویروس‌ها هم یافت می‌شوند، معنیش این است که ویروس‌ها می‌توانند تکثیر شوند و تکامل پیدا کنند. البته آن‌ها فقط زمانی که وارد سلول‌های زنده می‌شوند، توانایی تکثیر و تکامل پیدا می‌کنند.

این واقعیت که ویروس‌ها مثل دیگر موجودات زنده دارای DNA یا دست‌کم RNA هستند، باعث شده بسیاری بگویند ویروس‌ها باید جزو موجودات زنده به حساب بیایند. بعضی دیگر می‌گویند که ویروس‌ها می‌توانند به ما اطلاعاتی در زمینه‌ی چگونگی آغاز زندگی روی زمین بدهند. اگر این‌طور باشد، تفاوت بین یک موجود زنده و یک موجود غیر زنده مثل تفاوت بین سیاه و سفید نیست و شاید مرز دقیقی بین این دو وجود نداشته باشد. شاید موجوداتی داشته باشیم که نه کاملا زنده و نه کاملا غیر زنده هستند.

بعضی دانشمندان از این ایده استقبال کردند. آن‌ها ویروس‌ها را به عنوان موجوداتی در مرز بین ترکیب شیمیایی و زندگی طبقه‌بندی کرده‌اند. این طبقه‌بندی، یک پرسش هیجان‌انگیز بوجود آورد: «چه زمانی یک ترکیب شیمیایی به موجود زنده تبدیل می‌شود؟»

هارولد یوری درباره‌ی منشاء حیات پژوهش می‌کرد.

شیمی‌دان‌ها: جستجو در دستور‌العمل ساخت زندگی
«جفری بادا» (Jeffrey Bada) از انستیتوی اقیانوس‌شناسی اسکریپس در سن‌دیگو کالیفرنیا می‌گوید: «حیاتی که می‌شناسیم، از پلیمرهای کربن‌پایه درست شده است.» نوکلئیک اسیدها (آجرهای سازنده‌ی DNA)، پروتئین‌ها، پلی‌ساکاریدها و در واقع همه‌ی اشکال گوناگون زندگی که می‌بینید، از این پلیمرها ساخته شده‌اند.

جفری بادا زمانی دانشجوی «استنلی میلر» (Stanley Miller) بود. استنلی میلر یکی از دو نفری است که در دهه‌ی ۱۹۵۰، آزمایشی را به نام «میلر-یوری» (Miller-Urey) انجام داد. میلر-یوری یکی از اولین آزمایش‌هایی است که برای اثبات ایده‌ی بوجود آمدن زندگی از مواد شیمیایی غیر زنده انجام شد.

حالا جفری بادا دوباره آن آزمایش را تکرار می‌کند و هدفش این است که نشان دهد با گذر الکتریسیته از ترکیب مشخص مواد شیمیایی که به نظر می‌رسد در زمین اولیه وجود داشته‌‌، گستره‌ی بزرگتری از مولکول‌های زیستی ساخته می‌شود.

ولی این مواد شیمیایی زنده نیستند و تنها زمانی می‌توانند لقب موجود زنده بگیرند که شروع به انجام کارهای حیرت‌انگیزی مثل ترشح یا از بین بردن یکدیگر ‌کنند.

پس مواد شیمیایی برای ورود به دامنه‌ی زندگی باید چه چیزی داشته باشند؟ پاسخ بادا شگفت‌آور است.

بادا می‌گوید: «همانند‌سازی نادقیق مولکول‌های اطلاعاتی (DNA یا RNA)، نقطه‌ي شروع زندگی، تکامل و البته انتقال از شیمی غیر زنده به زیست‌‌شیمی است.» شروع همانندسازی و به خصوص همانندسازی نادقیق، به خلق فرزندانی می‌انجامد که سطوح متفاوتی از قابلیت‌ها را دارند. این فرزندان مولکولی سپس می‌توانند برای بقا با یکدیگر رقابت کنند.

بادا می‌گوید: «این همان تکامل داروینی در مقیاس مولکولی است.»

از نظر بسیاری شیمیدان‌ها، قابلیت تولید مثل معرف اصلی یک موجود زنده است. این واقعیت که مولکول‌های حامل اطلاعات، یعنی DNA و RNA تولید مثل را محقق می‌کنند، بیانگر این است که موجودات زنده حتما باید DNA یا RNA داشته باشند.

ولی آیا می‌توان زندگی را به DNA، RNA و یکسری ماده‌ی شیمیایی مشخص محدود کرد؟ آیا ممکن است نوعی حیات وجود داشته باشد که بر اساس یک سری مولکول‌ها و ترکیبات شیمیایی نامتعارف بنا شده باشد؟

اگر در مریخ زندگی وجود داشته باشد آیا ما متوجه آن می‌شویم؟

اختر زیست‌شناسان: در جستجوی حیات بیگانه
اگر حتی موجودات زنده‌ی فضایی وجود داشته باشند، تا زمانی که آن‌ها را ندیده‌ایم، مشکل می‌توانیم حدس بزنیم چه شکلی هستند. پژوهشگران زیادی از جمله «چارلز کاکِل» (Charles Cockell) و همکارانش در مرکز اخترزیست‌شناسی بریتانیا واقع در دانشگاه ادینبورگ، روی انواعی میکروارگانیسم‌ تحقیق می‌کنند که توانایی زندگی در شرایط محیطی خاص را دارند. استدلال آن‌ها این است که هرچند زندگی در جاهایی به غیر از زمین ممکن است شرایط خیلی متفاوت و سخت داشته باشد، ولی در عین حال می‌تواند دارای خصوصیات کلیدی مشترک زیادی با زندگی زمینی باشد.

کاکِل می‌گوید: «ولی ذهنمان باید در برابر یافتن نوعی زندگی که ممکن است خارج از این تعریف قرار ‌گیرد، باز باشد.»

گاهی اوقات معیارهایی برای تشخیص یک موجود زنده در نظر می‌گیریم و می‌خواهیم با استفاده از آن معیارها در سیارات دیگر به دنبال حیات بگردیم، ولی ممکن است این معیارها کاملا ما را به اشتباه بیندازند.

برای مثال در سال ۱۹۷۶، مریخ‌نشین «وایکینگ ۱» متعلق به ناسا روی سیاره‌ی سرخ فرود آمد. وایکینگ ماموریت داشت که روی مریخ نشانه‌هایی از حیات پیدا کند. ناسا معیارهای مشخصی برای تعریف حیات در نظر گرفته بود که بر اساس آن‌ها، وایکینگ ۱ باید روی مریخ نشانه‌های حیات پیدا می‌کرد.

در کمال ناباوری، وایکینگ ۱ در خاک مریخ کربن‌ دی‌اکسید پیدا کرد و این یافته، نشانه‌ای بر وجود میکروب‌های زنده روی مریخ تلقی شد.

می‌دانیم که دانشمندان ناسا درباره‌ی وجود میکروب در خاک مریخ اشتباه کرده بودند چون معیارهای آن‌ها درباره‌ی نشانه‌های حیات اشتباه بود. کربن دی‌اکسیدی که آن‌ها مشاهده کرده بودند تقریبا هر جای دیگر می‌تواند به دلیل واکنش‌های شیمیایی غیرزیستی اکسیداتیو بوجود آید.

اخترزیست‌شناسان دائما از این تجربه‌ها درس می‌گیرند و معیارهای خود را برای جستجوی حیات‌ فرازمینی دقیق‌تر می‌کنند. با این حال هنوز هم تلاش‌های آن‌ها برای یافتن حیات بیگانه ناکام مانده است.

کارل ساگان اعتقاد داشت که دانشمندان نباید در جستجوی حیات فرازمینی به دنبال کربن باشند و باید «تعصب کربنی» را کنار بگذارند. او می‌گفت که این دیدگاه باعث کند شدن سرعت جستجو برای حیات فرازمینی می‌شود.

کاکِل می‌گوید: «بعضی‌ها می‌گویند که موجودات فضایی ممکن است سیلیکون پایه باشند یا بر اساس حلال‌های دیگر (حلال‌هایی به جز آب) شکل گرفته باشند.»

در سال ۲۰۱۰، گونه‌ای باکتری کشف شد که در DNA آن به جای فسفر، آرسنیک وجود داشت. این کشف، بسیاری از اختر زیست‌شناسان را هیجان‌زده کرد.

هرچند کشفیات این‌چنینی مرتب زیر سوال رفته‌اند، عده‌ی زیادی همچنان امیدوارند اشکالی از زندگی را پیدا کنند که از اساس شبیه به زندگی زمینی نیستند. از این عجیب‌تر، بعضی‌ها به دنبال اشکالی از زندگی هستند که اساسا پایه‌ی شیمیایی ندارند.

حیات مصنوعی ممکن است کاملا با حیاتی که می‌شناسیم متفاوت باشد.

تکنولوژیست‌ها: حیات مصنوعی
هرچند که حیات مصنوعی زمانی در حیطه‌ی داستان‌های علمی-تخیلی بود، اکنون کاملا علمی شناخته می‌شود.

حیات مصنوعی می‌تواند به معنی این باشد که دانشمندان در آزمایشگاه و از طریق ترکیب کردن یک سری چیزها، موجودی زنده بوجود آورند؛ ولی عجیب‌تر از این هم می‌توان فکر کرد.

در دهه‌ی ۱۹۹۰ فردی به نام «توماس ری» (Thomas Ray) یک برنامه‌ی شبیه‌سازی کامپیوتری به نام «تیرا» (Tierra) درست کرد. این برنامه نوعی اکوسیستم زنده‌ی دیجیتالی را نشان می‌داد. در این اکوسیستم، برنامه‌های کامپیوتری برای بدست آوردن زمان (پردازنده) و فضا (حافظه کامپیوتر) با یکدیگر رقابت می‌کردند.

از آن زمان تا کنون، بعضی پژوهشگران در تلاش برای ساخت برنامه‌هایی کامپیوتری هستند که به طور کامل حیات را شبیه‌سازی می‌کنند.

یک کارشناس حیات مصنوعی از کالج رید در پورتلند ایالت اورگان آمریکا به نام «مارک بداو» (Mark Bedau) می‌گوید: «ایده‌ی ما این است که تلاش کنیم ویژگی‌های ضروری همه‌ی سامانه‌های زنده را بفهمیم، نه فقط سامانه‌های زنده‌ای که روی زمین یافت می‌شوند. می‌خواهیم یک دید کلی درباره‌ی زندگی پیدا کنیم، چرا که زیست‌شناسی فقط روی شکل‌هایی از زندگی تمرکز می‌کند که ما هم‌اکنون نیز با آن‌ها آشنا هستیم.»

بسیاری از پژوهشگران حوزه‌ی حیات مصنوعی، در تحقیقات خود از آن‌چه هم‌اکنون درباره‌ی زندگی روی زمین می‌دانیم استفاده می‌کنند.

بداو می‌گوید که پژوهشگران برای ساخت حیات مصنوعی، از مدلی به نام PMC - Program, Metabolism, Container استفاده می‌کنند.

یعنی به دنبال ساخت یک زندگی مصنوعی هستند که سه فاکتور PMC را داشته باشد. PMC سرواژه‌های کلمه‌های برنامه (برای مثال DNA)، متابولیسم و ظرف (برای مثال دیواره‌ی سلول) است.

بداو توضیح می‌دهد: «مهم است اشاره کنیم که این معنی زندگی در حالت کلی نیست، فقط معنی یک زندگی شیمیایی در ساده‌ترین حالت است.»

پژوهشگرانی که روی شکل‌های غیر شیمیایی حیات مصنوعی کار می‌کنند، به دنبال ساخت نرم‌افزار یا سخت‌افزار بر اساس مدل PMC هستند.

«استین راسموسن» (Steen Rasmussen) که در دانشگاه جنوبی دانمارک در اودنس کار می‌کند می‌گوید: «اساسا من فکر نمی‌کنم که تعریف دقیقی برای زندگی وجود داشته باشد، ولی ما به چیزی نیاز داریم که بتوانیم بوسیله‌ی آن حیات را نشان دهیم.»

گروه‌هایی از سراسر جهان روی مدل PMC کار می‌کنند و سامانه‌هایی می‌سازند که دست کم یکی از سه جزء آن را دارا هستند. البته تا به حال هیچ گروهی نتوانسته نوعی حیات مصنوعی بسازد که هر سه فاکتور PMC را داشته باشند. راسموسن می‌گوید: «این یک فرایند پایین به بالا است، قطعه به قطعه ساخته می‌شود.»

پژوهش در حوزه‌ی حیات مصنوعی شاید در نهایت به نتیجه برسد و نوعی زندگی بوجود آورد که کاملا با آن بیگانه هستیم. این گونه پژوهش‌ها می‌توانند به ما کمک کنند که تصور خود از زندگی را بازتعریف کنیم. خطوط تیره و روشن روی بدن گورخرها ویژگی‌هایی نیستند که باعث شوند بتوانیم آن‌ها را پستاندار بنامیم.

فیلسوفان: تلاش برای حل معمای زندگی
فیلسوفی از دانشگاه کلرادو در بولدر به نام «کارول کلِلاند» (Carol Cleland) می‌پرسد: «اگر قرار باشد با دیدن گورخرها، رده‌ی پستانداران را تعریف کنید، کدام ویژگی از گورخرها را برای این تعریف انتخاب می‌کنید؟ احتمالا آن ویژگی، غده‌های پستانی نیست چون فقط نیمی از گورخرها (ماده‌ها)، این غده‌ها را دارند. خطوط تاریک و روشن روی بدن آن‌ها هم انتخاب واضحی به نظر می‌رسد ولی به هر حال این خطوط هم عواملی نیستند که باعث می‌شوند گورخرها پستاندار باشند.»

در مورد زندگی هم همینطور است. ممکن است درباره‌ی آن‌چه فکر می‌کنیم برای زنده بودن یک موجود ضروری است، در اشتباه باشیم. به هر صورت از باکتری گرفته تا شیرها، همه‌ی حیات روی زمین از یگانه جدی مشترک منشاء گرفته است و موجودات زنده‌ی مختلف در ظاهر به شدت نسبت به یکدیگر متفاوت هستند.

کارل ساگان می‌گوید: «انسان سعی می‌کند با تعاریفی آشنا [به زندگی] معنا ببخشد، ولی حقیقت بنیادین ممکن است کاملا نا آشنا باشد.»

تا زمانی که هنوز شکل‌های دیگر زندگی را کشف و مطالعه‌ نکرده‌ایم، نمی‌توانیم مطمئن شویم آن ویژگی‌هایی که فکر می‌کنیم برای حیات ضروری هستند، حالت جهان شمول دارند. ساخت حیات مصنوعی ممکن است راهی برای جستجوی شکل‌های دیگر زندگی فراهم کند. با این حال هر شکلی از زندگی که درون یک کامپیوتر ساخته می‌شود، ممکن است تحت تاثیر تصورات کنونی ما درباره‌ی سامانه‌های زنده قرار گیرد.

برای اینکه بتوانیم تعریف صحیحی از زندگی ارائه بدهیم، احتمالا نیاز داریم موجودات بیگانه را پیدا کنیم.

نکته‌ی طنز این‌جاست که هرگونه تلاش برای یافتن یک تعریف برای زندگی پیش از کشف موجودات بیگانه، ممکن است باعث شود سخت‌تر بتوانیم آن‌ها را بیابیم. می‌توان تصور کرد مریخ‌نورد جدیدی که در سال ۲۰۲۰ به سیاره‌ی سرخ می‌رود، به راحتی از کنار یک موجود زنده‌ی مریخی رد شود و آن را نادیده بگیرد، چون اصلا نمی‌تواند بفهمد که آن موجود زنده است.

کلِلاند می‌گوید: «تعریف کردن زندگی ممکن است باعث شود نتوانیم اشکال جدید زندگی را کشف کنیم. ما باید از تصور کنونی خود درباره‌ی زندگی دور شویم. در آن صورت آماده‌ی کشف نوعی زندگی خواهیم بود که فعلا نمی‌شناسیم.»