מהיכן הגיעו החיים התבוניים?

מהם התנאים הנחוצים להתפתחות חייבם במקום כלשהו ביקום. האקסוביולוגים עוסקים בחקר האפשרות לחיים על פני כוכבי לכת אחרים

המאמר פורסם לראשונה באתר univeretoday שהתיר לאתר הידען להשתמש בחומרים שלו ב-8 במארס 2005 והתרגום המצ”ב הופיע באתר הידען ב-1.4.2005

מאת: ג'ף בָּרְבַּאור, Universetoday, תרגם אריאל אייזנהנדלר

הכתבה מועלית לרגל העלאתם לאתר החדש של שני ידענים (שפוצלו מידען ראשית החיים באתר הישן): ידען ראשית החיים, וידען חדש שיעסוק בפנספרמיה (ההשערה לפיה החיים הגיעו לכדור הארץ מן החלל)

ביולוגים כמו גם הורים יודעים שהחיים נוצרים מחיים קודמים; החל מהחיידק האנאירובי (שאינו זקוק לחמצן) הפרימיטיבי ביותר ועד לבעלי החיים המורכבים ביותר כבני האדם. ברור לחלוטין שצאצאים אינם בהכרח דומים לאבותיהם בכל התכונות. בינתיים, האקסוביולוגים (מומחים לאקסוביולוגיה – חקר אפשרות החיים על פני כוכבי לכת אחרים) לא יכולים להפריך את העובדה כי חיים מתקיימים מחוץ לכוכב הלכת הכחול שלנו. הפרכה של משהו קשה יותר מההוכחה שלו. אחרי הכל, אם חיים תבוניים נוצרו כאן, הם יכולים להיווצר במקום אחר.

דברים רבים היו צריכים להתרחש כדי שהחיים יתפתחו. אם נלך אחורנית, הכל החל במפץ הגדול שהוליד את המרחב ואת הזמן. בתקופה ההתחלתית של היקום, האור הדהד והיסודות הראשוניים התחברו ביחד כדי ליצור את הדור הראשון של הכוכבים
המסיבים. לאחר שהתחממו, בשל הדחיסה הכבידתית, החל החומר הבראשיתי הזה להינתך בליבות הכוכבים וסוג חלש יותר של אור החל לנוע החוצה כדי לחמם ולהאיר את היקום הצעיר, שיש לו הפוטנציאל להתפשט לעד. לאחר זמן נוסף ומרחב נוסף, הכוכבים הגדולים הללו החלו למות לאחר שחיו חיים קצרים. התפרצויות המשך הציפו כמויות גדולות של אטומים כבדים – לא ראשוניים – אל החלל. בתוך הסביבה העשירה הזו נוצרו כוכבים רבים, ולרבים מהם היו כוכבי לכת נספחים, דבר החיוני להתחיל במקום שבו תהיה רמה עקבית של קרינה הדרושה לאפשר חיים אורגניים.

אף כי כוכבי הדור הראשון נוצרו בתוך מאות מיליוני שנים מהמפץ הגדול, לחיים כאן על כדור הארץ לקח זמן. השמש שלנו, כוכב בעל מסה בינונית מהדור השלישי, נוצרה רק כ-9 מיליארד שנים מאוחר יותר. החיים נוצרו רק לאחר מעט יותר ממיליארד שנים לאחר מכן. בתנאים אלה, מולקולות התאחדו כדי ליצור תרכובות אורגניות – שבתנאים מתאימים הצטרפו ביחד לחומצות אמינו, חלבונים ולבסוף תאים. במהלך כל זאת נוצרה שכבה נוספת של מורכבות לשכבה הקודמת והיצורים הפכו ליותר ויותר בעלי הבחנה לעולם הסובב אותם. בסופו של דבר, לאחר מיליארדי שנים נוספות התפתחה הראיה, ובנוסף לחושי מודעות סובייקטיביים אפשרה ליקום להביט אחורה על עצמו.

מחקרים אמפיריים (מחקרים שמבוססים על ניסוי, מחקרים ניסיוניים) שחקרו את בסיס החיים הראו כי צירוף של יסודות בסיסיים (מימן, פחמן, חמצן וחנקן) הנחשפים לקרינה אולטרה סגולה לא מיוננת יוצרים חומצות אמינו. לחומצות עצמן יכולת מרשימה ליצור שרשרות ולהפוך לחלבונים. לחלבונים יש את היכולת לשנות צורה בקלות וכן לתת צורה והתנהגות לתאים. כיום אומרים המדענים כי חומצת האמינו הראשונה עשויה הייתה להגיע מן החלל1, כשהיא מוגנת מפני הקרינה המפרקת בתוך הענן הדחוס המורכב מחומר בין כוכבי. מסיבה זו, יתכן שהחיים הם תופעה נפוצה ופשוט מחכים לתנאים מתאימים כדי להכות שורש ולגדול למגוון רחב של צורות.

נכון לעכשיו, האקסוביולוגים מאמינים כי מים נוזליים הם מרכיב חיוני ביצירת והכפלת צורות החיים האורגניות. מים הם יוצא מן הכלל. כממיס מתון, המים מאפשרים למולקולות אחרות להתפרק ולהתערבב מחדש. בינתיים הם גם מספיק יציבים ושקופים כדי לאפשר לאור לחדור דרכם, גורם חיוני לצורות חיים המאפשר לגזור אנרגיה ישירות מאור השמש. לבסוף, מים משמרים טמפ' בצורה טובה, מטפלים כהלכה בחום עודף ע”י אידוי וצפים כשקר כדי להתמצק לקרח.

ע”פ האקסוביולוג אנדרו פּוֹהוֹרִיל (Andrew Pohorille) מנאס”א, “המים מפגישים מולקולות אורגניות ומאפשרים ארגון לכדי מבנה שלבסוף הופך לתאים.” כך המים מהווים מצע שאין שני לו המאפשר למולקולות אורגניות לגבש מבנים המאורגנים עצמאית. אנדרו מציין לשבח תכונה אחת המיוחדת למים שהופכת את הארגון העצמאי והגדילה לאפשריים: “האפקט ההידרופובי אחראי לכך שמים ושמן אינם מתערבבים, שסבון וחומרי ניקוי 'לוכדים' לכלוך שומני במהלך שטיפה עם מים ולמספר גדול של תופעות אחרות. בכלליות יותר, האפקט ההידרופובי אחראי להפרדתן של מולקולת בלתי-קוטביות (שומניות) או חלק ממולקולת מהמים, כך שהן יכולות להתחבר יחדיו למרות שאינן דבוקות. בביולוגיה אלה הם בדיוק יחסי הגומלין האחראים ליצירת קירות התא הקרומיים ולקיפול החלבונים לכדי מבנים שימושיים.”

כדי שמים יישארו במצב נוזלי עליהם להישאר בתחום צר יחסית של טמפ' ולחץ. בגלל סיבה זו רק מספר מועט של כוכבי לכת הממוקמים היטב, ויתכן שגם מספר ירחים גדולים, מועדפים להיות בעלי התנאים הנחוצים לאפשר לחיים להתקיים. בהרבה מהמקרים הכל מסתכם בסוג של נדל”ן שמימי – מיקום, מיקום, מיקום…

החיים המוקדמים על-פני כדוה”א היו מאוד פשוטים מבחינת צורה והתנהגות. למרות שהיו תאיים, התאים היו חסרי-גרעין (פרוקריוטים) וכן חסרו תת-מבנים נוספים (אברונים בתא). היות שהיו חסרי גרעין תאים אלו התרבו בצורה א-מינית. אנרובים אלו התקיימו בעיקר ע”י יצירת גז מתאן ממימן ופחמן דו-חמצני. הם אהבו חום – והיה להם חום בשפע!

העובדה שחיים התפתחו על-פני כדוה”א אינה צריכה להיות מפתיעה כמו שחושבים. החיים נחשבים היום הרבה יותר חסונים מאשר חשבו בעבר. אפילו כרגע פתחים הידרותרמיים (פעילות תמיסות וגזים חמים על פני כדוה”א) בתחתית האוקיינוס משחררים מים כמעט רותחים. חיים, בצורת תולעי צינור או צדפות, משגשגים בקרבה לפתחים כאלה. עמוק מתחת לפני השטח של כדוה”א ניתן למצוא בקטריות אנאירוביות שחיות ע”י מטאבוליזם (חילוף חומרים) של מינרלים. תנאים כאלו נחשבו בלתי-אפשריים לאורך רוב המאה ה-20. נראה כי החיים מופיעים אפילו תחת התנאים הקשים ביותר.

כאשר התפתחו צורות החיים על פני כדוה”א, התאים פיתחו אברונים – חלקם ע”י הכללה של תאים נחותים יותר אך ייחודיים אל תוך המבנה שלהם. כוכב הלכת התקרר, האטמוספירה התבהרה ואור השמש ריצד על פני האוקיינוסים. בקטריות פרימיטיביות הופיעו, שהפיקו אנרגיה מאור השמש כאוכל. חלקן נשארו פרוקריוטים בעוד שאחרות פיתחו גרעין (אוקריוטים). בקטריות פרימיטיביות אלו העלו את כמות החמצן שבאטמוספירת כדוה”א. כל זה התרחש לפני כ-2 מיליארד שנים והיה הכרחי לאיכויות ולכמויות של החיים המאכלסים כיום את “כוכב הלכת הכחול”.

מלכתחילה האטמוספירה הכילה פחות מ-1% חמצן, אך כשרמות אלה עלו צורות חיים של בקטריות-אוכלות הסתגלו לסנתוז מים מחמצן ומימן. בדרך זו הושגה הרבה יותר אנרגיה ממה שמטבוליזם של מתאן מסוגל לתת. השליטה בסינתזה של מים הייתה הישג גדול לחיים. חישבו על ניסויי מעבדה בכימיה שעשיתם בתיכון, בהם מימן וחמצן גזיים משולבים יחד, מחוממים ומתפוצצים. צורות חיים פרימיטיביות נאלצו ללמוד לטפל בחומרים נדיפים אלה בצורה הרבה יותר זהירה – שימוש בזרחן לשם המרת ADP (אדנוזין דו-פוספט) ל-ATP (אדנוזין תלת פוספט, סוג של אנרגיה האצורה בתוך) ובחזרה (תהליך הנשימה התאית בו מופקת אנרגיה, ע”י מעבר מתרכובות ATP ל-ADP, או נשמרת אנרגיה, ע”י מעבר מתרכובות ADP ל-ATP).

מאוחר יותר, בערך לפני מיליארד שנים, הופיעו היצורים הרב-תאיים הפשוטים ביותר. הדבר התרחש כאשר התאים התכנסו יחדיו לשם טובת הכלל. עם זאת, יצורים אלה היו מושבות פשוטות: כל תא היה עצמאי ודאג לצרכיו, וכל מה שהיה נחוץ להם הוא החום של האוקיינוס על מנת להשיג חומרים מזינים וכדי להיפטר מפסולת.

הצעד הגדול הבא באבולוציה של החיים2 התרחש כאשר התפתחו תאי-רקמה ייחודיים. שרירים, עצבים, אפידרמיס (שכבת העור החיצונית) וסחוס קידמו את התפתחות צורות החיים הרבות והמורכבות המאכלסות כיום את כוכב הלכת – מצמח מלבלב ועד לניצני אסטרונום צעיר! עם זאת, אותו יצור מאורגן בהחלט היה יכול להיות סוג של תולעת אשר מסתובבת ברפש הימי שהיה קיים לפני כ-700 מיליון שנים – עם מחסור בעיניים ומערכת עצבים מרכזית, היו לאותו יצור היכולת לחוש ולטעום בלבד, אבל לחיים הייתה היכולת להתבדל ולהתמחות. היצור עצמו הפך לאוקיינוס…

עם הופעתם של יצורים מאורגנים היטב קצב החיים הואץ:
500 מיליון שנים אחורה: בעלי החוליות הראשונים התפתחו. אלה היו כנראה דמויי צלופח, חסרי ראייה אבל רגישים לשינויים כימיקלים, וכנראה שגם חשמליים, בסביבתם.
450 מיליון שנים אחורה: בעלי החיים הראשונים (חרקים) הצטרפו לצמחים שורשיים על היבשה.
400 מיליון שנים אחורה: בעלי החוליות הראשונים טיפסו החוצה מהים. אלה היו כנראה דגים אמפיבים שהתקיימו על חרקים וצמחים לאורך החוף.
350 מיליון שנים אחורה: הזוחלים הראשונים, דמויי איגואנה, הופיעו. לאלה הייתה לסת חזקה וקשה בגולגולת עשויה מקשה אחת. כשהם נעשו גדולים יותר, זוחלים אלה הורידו ממשקל הגולגולת ע”י הוספת פתחים (מאחורי ארובות עיניים פשוטות). לפני שהדינוזאורים שלטו בכדוה”א, קדמו להם תנינים, צבים ופְטֶרָזַאוּרוֹס (זוחלים מעופפים).
220 מיליון שנים אחורה: מופיעים יונקים פרימיטיביים, רובם קטנים ודמויי מכרסמים. “גרסאות” מאוחרות יותר פיתחו את השליה (האיבר שנוצר על קיר הרחם בזמן הריון, מזין את העובר ומסלק פסולת), אבל מינים מוקדמים יותר התרבו ע”י בקיעת ביצים פנימית. כל היונקים הם בעלי דם חם כמובן, ולכן עליהם לאכול ברעבתנות כדי לשמר את חום גופם- במיוחד בלילות קרים וסוערים, במהלך חיפוש אחר גלקסיות עמומות לאורך הקבוצה השמיימית “נהר הארידנוס” (הנהר השמימי, המקושר לרוב לנילוס או לפרת, מכיוון שהיה חשוב לציוויליזציות קדומות. קבוצת הכוכבים השניה באורכה בשמי הלילה. ישנן מעל ל-36 גלקסיות עמומות בקבוצה זו).
ציפורים בעלות דם חם, בדומה ליונקים, נזקקות ליותר אוכל מאשר זוחלים, אבל בדומה לזוחלים הן מטילות ביצים – רעיון לא רע ליצור מעופף. כיום ציפורים שמימיות (כמו קבוצות הכוכבים של שלהי הקיץ: ברבור [Cygnus] ונשר [Auriga] ) עפות בגלל שציפורים אמיתיות פרשו כנפיים לפני 150 מיליון שנה.

הפרימטים (יונק עילאי ומפותח העוסק בהתנהגות מורכבת ויחסי גומלין חברתיים, כגון אדם או קוף) המוקדמים התקיימו עוד בזמן היכחדות הדינוזאורים. עדויות חזקות תומכות ברעיון שהדינוזאורים עצמם מתו כקבוצה אחרי שאסטרואיד (או שביט) פגע בחצי-האי יוקטן (Yucatan), מקסיקו. אחרי האירוע הקטסטרופי הזה הטמפ' ירדו כאשר חורף “לא-גרעיני” נפל על כדוה”א. בתנאים כאלה כמות האוכל הפכה דלה, ובעלי דם חם זכו בכבוד המגיע להם. לא עבר הרבה זמן עד שסוג אחד של “ענקים” החליף סוג אחר: היונקים עצמם גדלו לממדים יוצאי דופן, כאשר הגדול ביותר התפתח ב”רחם” של הים והיום לובש את צורתו של הלוויתן הגדול.

סופן של ה”לטאות הנוראיות” (מקור השם דינוזאור הוא מיוונית: דינוס- נורא ; זאורוס-לטאה) לא הייתה ההכחדה המאסיבית הראשונה של חיים – ארבע היכחדויות קדמו לה. כיום חלק מהאסטרונומים בעולם, אשר מודעים לאפשרות של פגיעה קאטאקליסמית (שואתית, קטסטרופית) שכזאת, משגיחים על גושי סלע הנמצאים במסלול קרוב לכדוה”א, גושים שהם שרידים מהיווצרות מערכת השמש. הסוג הקטן ביותר, מטאורים למשל, נותנים מופע אור שמיימי ובלתי מזיק. מטאורים גדולים יותר (בולידים) משאירים אחריהם שובלי “להבות” ו”עשן” כאשר הם מתרסקים על כדוה”א. גופים גדולים יותר השאירו אחריהם עקבות של חורבן טבעי לאורך ק”מ רבים של יערות, מבלי להשאיר זכר מהחומר של עצמם אחריהם. מסיגי גבול גדולים יותר אינם מסתפקים במועט. אסטרואיד או שביט בקוטר של ק”מ אחד ימיטו שואה מוחלטת על מרכז של אוכלוסייה. גופים הגדולים פי 10 מאלו עלולים לגרום להכחדה מאסיבית, מהסוג שהמיט על הדינוזאורים את סופם.

בני האדם החלו להלך זקופים לראשונה לפני בערך 6 מיליון שנים. הדבר התרחש כנראה כשדרכם של אבות השימפנזים וראשוני האדם התפצלה בשרשרת האבולוציונית. לאחר הפיצול באה תקופה של 10 מיליון שנים בהם הייתה התפתחות מהירה של הפרימטים, אשר התמזגה עם מחזור התפתחות אנושי בן 6 מיליוני שנים. כלי האבן הראשונים יוצרו ע”י יד אנושית לפני בערך 2 מיליון שנים. מיליון שנים מאוחר יותר כבר הפיקו תועלת מהאש, ע”י אחד מהמינים האנושיים בעלי יוזמה. הטכנולוגיה צברה תנופה איטית מאוד: מאות ואלפי שנים חלפו מבלי שיהיה שיפור משמעותי בכלים ששימשו את החברות השבטיות של העבר הרחוק.

בני אדם מודרניים הופיעו לפני כ-200 אלף שנים. 125 אלף שנים מאוחר יותר התרחש אירוע שכנראה צמצם את כלל האוכלוסייה האנושית על פני כדוה”א לכדי 10,000 פרטים. אירוע זה לא היה חוץ ארצי בטבעו. הארץ עצמה פלטה כנראה אש וגופרית בזמן התפרצות של תא מגמה טעון גז (דומה לזה שנמצא מתחת לפארק הלאומי יֶלוֹסְטוֹן – Yellowstone – שבמערב ארצות הברית). 65 אלף שנים נוספות חלפו ועידן האבן פינה את מקומו לעידן החקלאות. לפני כ-5,000 שנים ערי המדינה הראשונות התאחדו בתוך עמקים פורים המוקפים אקלים פחות נוח. כל הציוויליזציות באו והלכו, כל אחת מעבירה את לפיד התרבות והטכנולוגיה שהתפתחה באיטיות לבאה בתור. כיום חלפו להם מספר קטן של מאות שנים מאז יד האדם הראשונה עיצבה עדשות מזכוכית והפנתה את העין האנושית כלפי העצמים שבשמי הלילה.

כיום מראות ענקיות וגשושי חלל מאפשרים לנו להתבונן בהישג-יד על היקום העצום. אנו רואים קוסמוס פעיל ובמידה מסוימת אף מרגש, עם חיים עשירים יותר ממה שמישהו יכול לדמיין. כמו אור וחומר, החיים בהחלט יכולים להיות מאפיין בסיסי של רצף החלל-זמן (מערכת קואורדינטות בת ארבעה ממדים המשמשת בתורת היחסות). החיים יכולים להיות אוניברסליים כמו הכבידה, או אישיים כמו ערב לבד עם טלסקופ מתחת לשמי הלילה… ________________________________________
1 למעשה, טביעת אצבע ספקטרוגרפית של לפחות חומצת אמינו אחת (גליצין) נמצאה בענני גז ואבק עצומים בתווך הבין-כוכבי. (לפרטים נוספים: Amino acid found in deep space).

2 השאלה האם החיים התפתחו מצורה פחות מתוחכמת אל צורה יותר מתוחכמת איננה נתונה לויכוח. איך התהליך התרחש בדיוק הוא נושא בעל מחלוקת עמוקה בחברה האנושית. אסטרונומים, בניגוד לביולוגים, לא נדרשים להחזיק בתיאוריה מסוימת בנושא. בין אם מוטציה מקרית או הברירה הטבעית הניעו את התהליך או איזו “יד” בלתי נראית קיימת כדי לחולל דברים כאלה, הדבר הוא מחוץ לממלכת החקירה האסטרונומית. אסטרונומים מתעניינים במבנים, תנאים ותהליכים ביקום באופן כללי. כאשר החיים יהפכו חשובים לשם הדיון, לאסטרונומיה – בפרט לאקסוביולוגיה – יהיה מה להגיד בעניין. אבל העובדה שאסטרונומים מאפשרים לטבע “לדבר” בנושאים אלו כבריאה של יש מאין פתאומי ומיידי, בצורת המפץ הגדול, מראה עד כמה החשיבה האסטרונומית היא גמישה בהתייחס למוצא המוחלט (של היקום והחיים).

הבעת תודה

תודותיי נתונות לאקסוביולוג אנדרו פוהוריל מנאס”א, שהסביר לי את החשיבות הגדולה שיש לאפקט ההידרופובי על מבנים העשויים מקשה אחת. לפרטים נוספים גלשו אל האתר הרשמי של נאס”א על אקסוביולוגיה, http://exobiology.arc.nasa.gov/, דרכו התמזל מזלי ליצור קשר עם אנדרו.

על המחבר

ג'ף בָּרְבַּאור (Jeff Barbour), שקיבל השראה מיצירת המופת של תחילת המאה ה-20 “השמיים דרך טלסקופ שלוש, ארבע וחמש אינץ”, החל את דרכו באסטרונומיה ומדעי החלל כבר בגיל 7. כרגע מקדיש ג'ף את רוב זמנו לצפייה בשמים ולתחזוקת האתר Astro.Geekjoy.