Back to chapter

11.14:

الظروف على الارض فى بداياتها

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Conditions on Early Earth

Languages

Share

كيف ظهرت الخلايا في البداية على كوكب الأرض؟بناءًعلى الملاحظات التجريبية،يظن العلماء أن ظروفاًمعينة في بدايات الأرض أدت إلى تكوين خلايا في عدة خطوات. حدثت سلسلة من الانفجارات البركانية على الأرض قبل حوالي 4 مليارات سنة،أدت إلى ظهور الأمونيا،والميثان،والهيدروجين،وغازات أخرى في جو مليء ببخار الماء. عندما بردت الأرض،تكثّف بخار المال وتحوّل إلى محيطات.عام 1920،اقترح العلماء أن الأشعة فوق البنفسجية أو الإضاءة قد سبّبت تكوين جزيئات عضوية صغيرة في هذه المحيطات. عام 1952،اختبر ستانلي ميلر”و”هارولد يوري”هذه الفكرة في المختبر. تجربة ميلر يوري”صوّرت الجو في بدايات الأرض ومحيطاتها.في وجود الكهرباء،لاحظوا تكوين الأحماض الأمينية،اللبنات الأساسية للبروتينات. منذ ذلك الحين،اقترح العلماء أن هذه اللبنات الأساسية قد تكون تكوّنت بالقرب من فتحات حرارية مائية في المحيط،أو بالقرب من نشاط بركاني،أو كنتيجة لنيازك تضرب الأرض. كيف تكوّنت الجزيئات المعقدة التي نعرفها اليوم؟أظهرت دراسات حديثة أن النكليوتيدات يمكن أن ترتبط معاًتلقائياًلتشكيل الأحماض النووية.يشير ذلك إلى أن الجزيئات الحيوية الأولى التي تجمعت ذاتياًمن لبنات أساسية أصغر. هناك فئة أخرى من الجزيئات،تُدعى الدهون،يمكنها أن تنتظم ذاتياًوتكوّن حويصلات،التي تفصل داخل الحويصلة عن البيئة الخارجية. قد تكون البيئة الثابتة داخل الحويصلات قد سهّلت تكوين الخلايا الأولية،وهي خطوة حاسمة في تطور الحياة.من المرجح أن هذه الخلايا الأولية تحتوي الرنا كمادة وراثية. الحمض النووي الريبي أو الرنا يتنسّخ ذاتياًويُنقل إلى الأجيال التالية. مكّنت الظروف القاسية في بداية الأرض من تكوين هذه الخلايا الأولية التي تحتوي على الحمض النووي الريبي التي يُرجح أن الخلايا المحتوية على الرنا قد تطورت من خلالها.

11.14:

الظروف على الارض فى بداياتها

منذ حوالي ٤ مليارات سنة ، بدأت المحيطات تتكثف على الأرض بينما أطلقت الانفجارات البركانية النيتروجين وثاني أكسيد الكربون والميثان والأمونيا والهيدروجين في الغلاف الجوي البدائي. ومع ذلك ، لم تكن الكائنات الحية ذات خصائص الحياة موجودة في البداية على الأرض. استخدم العلماء التجارب لتحديد كيفية تطور الكائنات الحية التي يمكنها أن تنمو وتتكاثر وتحافظ على البيئة الداخلية.

في عشرينيات القرن الماضي ، اقترح العالمان أوبارين و هالدن فكرة أن المركبات البيولوجية البسيطة يمكن أن تكون قد تشكلت على الأرض المبكرة. بعد أكثر من ٣٠ عاماً ، اختبر ستانلي ميلر وهارولد أوري في جامعة شيكاغو هذه الفرضية من خلال محاكاة ظروف الغلاف الجوي والمحيطات المبكرة للأرض في جهاز معملي. باستخدام الكهرباء كمصدر للطاقة ، أنتجت تجربة ميلر_أوري الأحماض الأمينية والجزيئات العضوية الأخرى ، مما يدل على أن بيئة الأرض المبكرة كانت مواتية لتكوين الجزيئات البيولوجية. أسفرت التجارب الأحدث عن نتائج مماثلة وتشير إلى أن الأحماض الأمينية ربما تكونت بالقرب من مناطق النشاط البركاني أو الفتحات الحرارية المائية في المحيط.

قد تكون الأحماض الأمينية والجزيئات العضوية الصغيرة قد تجمعت ذاتياً لتكوين جزيئات كبيرة أكثر تعقيداً. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي تقطير الأحماض الأمينية أو النيوكليوتيدات في الرمال الساخنة إلى تكوين البوليمرات والبروتينات والأحماض النووية المقابلة ، على التوالي. فئة من الجزيئات الكبيرة تسمى الدهون قد تكون قد شكلت بعد ذلك حويصلات توفر بيئة داخلية منفصلة. هذه القدرة على فصل الداخل عن الخارج هي إحدى الخصائص الأساسية للحياة. خاصية أخرى للحياة هي امتلاك المواد الجينية. من المحتمل أن يكون الحمض النووي الريبي هو أول معلومات وراثية موروثة. من المحتمل أن الحويصلات المتخصصة ، المسماة الخلايا الأولية ، تحتوي على الحمض النووي الريبي الذي يمكنه تكرار نفسه. يمكن أيضاً أن تنمو هذه الخلايا الأولية البسيطة وتتطور ، مما يمهد الطريق لتشكيل الحياة الخلوية على الأرض.

Suggested Reading

Joyce, Gerald F., and Jack W. Szostak. “Protocells and RNA Self-Replication.” Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 10, no. 9 (September 1, 2018): a034801. [Source]

Ma, Wentao, and Yu Feng. “Protocells: At the Interface of Life and Non.” Life 5, no. 1 (March 2015): 447–58. [Source]