نظرية ميلر ويوري

-1-

‫ألـمـقـدمـة ‪:‬‬ ‫تساءل العلماء عن أصل الحياة على األرض منذ األزل ‪ ،‬وقد تم اقتراح العديد من النظريات ‪،‬‬ ‫فإن نظرية الحساء البدائية التي قدمها ‪ Oparin‬و ‪ Haldane‬في عشرينيات القرن الماضي‬ ‫معترف بها على نطاق واسع من قبل المجتمع العلمي‪ .‬يشار إلى إليها أيضا نظرية الحساء‬ ‫البدائية‪ ،‬تأييدا لنظرية داروين في التطور التي نصت على أن األرض قبل ‪ ٣ – ٢‬مليار سنة‬ ‫كانت عبارة عن حمم ومواد كيميائية أختلطت مع بعضها البعض بعملية تفاعلية لتكون محلول‬ ‫أشبه بالشوربة أطلق عليه إسم (الحساء البدائي ‪ ،) Primordial Soup‬لينتج عنها األحماض‬ ‫األمينية المسؤولة عن بناء البروتين في الخلية ولتتطور الحقا ً الى ‪ DNA‬ثم كائن بدائي تطور‬ ‫الى ما نحن عليه اليوم‪.‬‬

‫يعتقد غالبية المجتمع العلمي أن نظرية الحساء البدائية هي أفضل مرشح لشرح كيف نشأت‬ ‫الحياة على األرض‪ .‬تقترح هذه النظرية أن العلماء قاموا بمحاكاة نسخ مختلفة من األرض‬ ‫البدائية وخلقوا بنجاح اللبنات األساسية للحياة‪ .‬مونومرات تسمى األحماض األمينية‪ .‬ومع ذلك‬ ‫‪ ،‬فإن الرأي باإلجماع حول كيفية بدء الحياة على األرض لم يظهر بعد‪.‬‬ ‫قبل أن تتطور الحياة على كوكبنا ‪ ،‬كان هناك القليل جدًا من األكسجين في الغالف الجوي‪ .‬بدالً‬ ‫من ذلك ‪ ،‬كانت هناك كميات وفيرة من الغازات مثل الميثان واألمونيا‪ .‬تنص نظرية الحساء‬ ‫البدائي على أنه عندما تضاف الطاقة إلى هذه الغازات في شكل حرارة أو برق أو أشعة فوق‬ ‫البنفسجية ‪ ،‬يُعتقد أن الحساء البدائي احتوى على اللبنات األساسية ألشكال الحياة األولى على‬ ‫األرض‪ .‬وفقًا لنظرية الحساء البدائية ‪ ،‬احتوى الحساء البدائي على جزيئات عضوية صغيرة‬ ‫(مونومرات) وجزيئات عضوية معقدة (بوليمرات) تكونت من مواد غير عضوية في الغالف‬ ‫الجوي البدائي‪.‬‬

‫‪-2-‬‬

‫النظرية الكيميائية أو الحساء البدائي ‪: Primordial Soup Theory‬‬ ‫اقترح تشارلز داروين في عمله الرائد فكرة أن الحياة ربما نشأت من خالل العمليات الكيميائية‬ ‫في بركة صغيرة دافئة تعج بمواد مختلفة مثل األمونيا واألمالح الفوسفورية والضوء والحرارة‬ ‫والكهرباء‪ .‬طوال القرن العشرين ‪ ،‬ركز العلماء على فرضية داروين الستكشاف كيف يمكن أن‬ ‫يؤدي تفاعل الجزيئات البسيطة في البحيرات أو المحيطات ‪ ،‬دون أي تدخل خارق للطبيعة ‪ ،‬إلى‬ ‫ظهور سلف مشترك لجميع أشكال الحياة‪.‬‬ ‫في عشرينيات القرن الماضي‪ ،‬وفقًا لنظرية الحساء البدائية ‪ ،‬نشأت األشكال األولى للحياة من‬ ‫المسطحات المائية البدائية على األرض ‪ ،‬والتي كانت تحتوي على مواد عضوية معقدة‪ .‬يُعتقد‬ ‫أن المادة العضوية التي أدت إلى تكوين الحياة قد تكونت من مواد غير عضوية (أقل حياة)‬ ‫موجودة في الغالف الجوي المختزل لألرض البدائية‪.‬‬ ‫تقترح الفرضية أن الحياة نشأت من سلسلة من التفاعالت خطوة بخطوة بين المادة غير العضوية‬ ‫مدفوعة بمدخالت طاقة كبيرة‪ .‬أنتجت هذه التفاعالت في البداية لبنات البناء للحياة (على سبيل‬ ‫المثال ‪ ،‬األحماض األمينية والنيوكليوتيدات) ‪ ،‬ثم المزيد والمزيد من الجزيئات المعقدة حتى‬ ‫نشأت أشكال الحياة البدائية‪.‬‬ ‫افترض ‪ Oparin‬و ‪ Haldane‬أن الغالف الجوي المبكر لألرض ‪ ،‬على غرار الكواكب‬ ‫الخارجية مثل كوكب المشتري ‪ ،‬يفتقر إلى األكسجين ‪ O2‬أو يحتوي على كميات قليلة منه ‪،‬‬ ‫بينما يكون غنيًا الهيدروجين ‪ H2‬ومركبات أخرى مثل الميثان ‪ CH4CH‬واألمونيا ‪.NH3‬‬

‫‪-3-‬‬

‫اعتقد أوبارين أن المركبات العضوية قد خضعت لسلسلة من التفاعالت لتشكيل جزيئات معقدة‪.‬‬ ‫واقترح أن الجزيئات شكلت ‪ coacervates‬في البيئة المائية‪ .‬اقترح هالدين أن الغالف‬ ‫الجوي للبحر البدائي كان خال ًيا من األكسجين ‪ ،‬وكان يتألف من األمونيا وثاني أكسيد الكربون‬ ‫واألشعة فوق البنفسجية‪ .‬هذا أدى إلى مجموعة من المركبات العضوية‪ .‬احتوى البحر على‬ ‫كميات كبيرة من المونومرات العضوية والبوليمرات ‪ ،‬وكان البحر يسمى حساء المخفف‬ ‫الساخن‪ .‬تصور أن البوليمرات والمونومرات اكتسبت أغشية دهنية‪ .‬تطورت الجزيئات بشكل‬ ‫أكبر وأفضت إلى أول كائن حي‪.‬‬ ‫عام ‪ ، 1924‬الكسندر إيفانوفيتش أوبارين‪ ،‬اقترح أن التولد التلقائي حدث بالفعل في جسم مائي‬ ‫دافئ مثل البركة أو المحيط على األرض البدائية‪ .‬وأوضح أن الظروف السائدة في ذلك الوقت ‪،‬‬ ‫يمكن أن تكون قد أدت تلقائيًا إلى ظهور أشكال بسيطة وفجأة للحياة‪ .‬يمكن تفسير عدم وجود‬ ‫دليل تجريبي بحقيقة أن بيئة األرض لم تتغير جذريًا فقط منذ ذلك الحين ‪ ،‬ولكن أيضًا أن أي‬ ‫أشكال حياة جديدة ستستهلك على الفور من قبل الكائنات الحية الحالية التي تعيش في تلك‬ ‫المنطقة‪ .‬لقد افترض أن المستوى الحالي لألكسجين في الغالف الجوي يمنع تخليق المركبات‬ ‫العضوية الضرورية لتوليد الحياة ‪ ،‬وأن "الحساء البدائي" من الجزيئات الحيوية العضوية يمكن‬ ‫أن يتولد عن طريق عمل ضوء الشمس في جو خا ٍل من األكسجين‪.‬‬ ‫في نفس الوقت تقريبًا ‪ ،‬قدم عالم األحياء البريطاني هالدين مفهومه عن األصل الكيميائي للحياة‪.‬‬ ‫لقد شبه المحيط البدائي بمختبر كيميائي ضخم ‪ ،‬كان يحتوي على مزيج من المركبات غير‬ ‫العضوية‪ .‬تحت تأثير أشعة الشمس ‪ ،‬سيسمح الغالف الجوي لثاني أكسيد الكربون واألمونيا‬ ‫وبخار الماء بتحويل الجزيئات غير العضوية إلى جزيئات عضوية (أشكال حياة بدائية)‪ .‬ثم‬ ‫تتفاعل هذه الجزيئات مع بعضها البعض إلنتاج مركبات معقدة ‪ ،‬والتي بدورها ستشكل مكونات‬ ‫خلوية‪ .‬في النهاية ‪ ،‬سيتم تشكيل هيكل غشاء ‪ ،‬ثم يتطور هذا لتغليف الجزيئات ذاتية التكاثر ‪،‬‬ ‫وبالتالي إنتاج أول خلية حية‪ .‬تم وصف هذه الفرضية الخاصة بأصل الحياة على أنها تكوين‬ ‫حيوي‪.‬‬

‫‪-4-‬‬

‫نظرية ميلر ويوري ‪:‬‬ ‫قام العالمان ستانلي ميلر و هارولد يوري في جامعة شيكاغو ‪ ١٩٥٣‬بعمل تجربة إلثبات نظرية‬ ‫الحساء البدائي ‪ ،Primordial Soup Theory‬وأن الجزيئات العضوية يمكن أن تنشأ من‬ ‫جزيئات ال عضوية‪.‬‬ ‫قام ميلر ويوري بمحاكاة الظروف اإلفتراضية التي وجدت على األرض حيث خلطوا بخار الماء‬ ‫والميثان واألمونيا والهيدروجين وسخنوها ليتصاعد البخار ثم عرضوا البخار لتيار كهربائي‬ ‫يحاكي العواصف الرعدية فكثفوا هذا البخار ليعيدوه إلى الحالة السائلة‪ .‬اعادوا هذه التجربة‬ ‫عدة مرات وبعد اسبوع وجد ميلر ويوري ان بمساعدة تقنيات الكروماتوغرافيا أن هذا السائل‬ ‫أصبح مليئا ً ب مركبات عضوية ومنها األحماض األمينية التي تعد المكون األساسي للحياة على‬ ‫األرض‪ .‬أن درجات الحرارة الدافئة لألرض والمسطحات المائية بها مزيج من الغازات بما في‬ ‫ذلك الميثان (‪ )CH4‬والهيدروجين (‪ )H2‬واألمونيا (‪ )NH3‬وبخار الماء (‪ )H2O‬مع بعض‬ ‫أشكال الطاقة (بافتراض البرق) كانت مسؤولة عن تكوين اللبنات األولى للحياة ‪ ،‬وهي األحماض‬ ‫األمينية‪.‬‬

‫‪-5-‬‬

‫تجارب ميلر‪-‬أوري لم يكن مقصودا ً أبدا ً لتفسير ظهور الحياة‪ .‬كانت هذه التجارب لمعرفة هل‬ ‫يمكن للتفاعالت الكيميائية أن تنتج المواد الكيميائية الموجودة في الحياة؟ قبل أن تكون لديك‬ ‫حياة ‪ ،‬يجب أن يكون لديك األحماض األمينية والسكريات والقواعد الموجودة في البروتينات‬ ‫والحمض النووي ‪ RNA‬للحياة‪ .‬في الحديث الخاليا والبروتينات هي اإلنزيمات لعملية التمثيل‬ ‫الغذائي ‪ RNA ،‬يصنع البروتينات ويشارك في تخليق البروتين الموجه ‪ ،‬والحمض النووي‬ ‫‪ DNA‬هو المادة الوراثية‪.‬‬

‫ما لم تحدث هذه الخطوة األولى – األحماض األمينية والسكريات والقواعد ‪ -‬ال توجد خطوات‬ ‫تاليه‪.‬‬

‫‪-6-‬‬

‫الخطوات ‪:‬‬ ‫‪ -1‬محاكاة الغالف الجوي لألرض المبكرة‪ :‬أعاد الباحثون خلق الغالف الجوي لألرض في‬ ‫وقت مبكر في نظام مغلق باستخدام مزيج من الغازات التي يعتقد أنها موجودة خالل‬ ‫تلك الحقبة‪ .‬واستخدموا مزيجا من الغازات‪ ،‬بما في ذلك الميثان (‪ ،)CH4‬واألمونيا‬ ‫(‪ ،)NH3‬وبخار الماء (‪ ،)H2O‬والهيدروجين (‪.)H2‬‬ ‫‪ -2‬مقدمة الطاقة‪ :‬تم إدخال الشرر أو التفريغ الكهربائي لمحاكاة مصادر الطاقة على األرض‬ ‫المبكرة ‪ ،‬مثل ضربات البرق‪.‬‬ ‫‪ -3‬التكثيف‪ :‬تم تعميم خليط الغاز والطاقة بشكل مستمر ‪ ،‬مما يحاكي دورة مياه األرض‬ ‫ويسمح بتشكيل مركبات عضوية مختلفة‪.‬‬ ‫‪ -4‬جمع وتحليل‪ :‬تم جمع عينات من النظام المغلق وتحليلها باستخدام اللوني وقياس الطيف‬ ‫لتحديد وتوصيف المركبات العضوية التي تشكلت خالل التجربة‪.‬‬

‫‪-7-‬‬

‫االستنتاجات ‪:‬‬ ‫‪ -1‬يمكن تصنيع المركبات العضوية ‪ ،‬بما في ذلك األحماض األمينية ‪ ،‬من مواد غير عضوية‬ ‫في ظل ظروف األرض المبكرة المحاكية‪.‬‬ ‫‪ -2‬قد تكون اللبنات األساسية للحياة قد نشأت تلقائيًا من مادة غير حية‪.‬‬ ‫‪ -3‬أظهرت التجربة إمكانية تكوين مركب عضوي متنوع ‪ ،‬بما في ذلك األحماض األمينية‬ ‫النادرة‪.‬‬ ‫دورا حاس ًما في تسهيل التفاعالت الكيميائية وتوليف‬ ‫‪ -4‬لعبت مصادر الطاقة الخارجية‬ ‫ً‬ ‫المركب العضوي‪.‬‬ ‫‪ -5‬قدمت التجربة رؤى حول التفاعالت الكيميائية التي قد تكون حدثت في الغالف الجوي‬ ‫لألرض في وقت مبكر‪.‬‬ ‫‪ -6‬دعمت النتائج مفهوم التولد التلقائي‪ ،‬حيث يمكن أن تنشأ الحياة من مادة غير حية من‬ ‫خالل العمليات الطبيعية‪.‬‬ ‫‪ -7‬وضعت تجربة ميلر‪-‬أوري األساس لمزيد من البحث في كيمياء ما قبل الحيوية ودراسة‬ ‫أصول الحياة‪.‬‬

‫قبل هذه النتائج ‪ ،‬كان العلماء يعتقدون أن اللبنات األساسية للحياة مثل األحماض األمينية ال‬ ‫يمكن أن تنتج إال عن طريق الحياة ‪ ،‬داخل كائن حي‪.‬‬

‫مع هذا‪ ،‬أنتجت تجربة ميلر‪-‬يوري أول دليل على أن الجزيئات العضوية يمكن أن تنتج تلقائ ًيا‬ ‫من الجزيئات غير العضوية فقط‪ ،‬مما يشير إلى أن حساء أوبارين البدائي يمكن أن يكون موجودًا‬ ‫في مرحلة ما من تاريخ األرض القديم‪.‬‬

‫‪-8-‬‬

‫النــقـد ‪:‬‬ ‫️▪ قد ال تمثل محاكاة التجربة للغالف الجوي لألرض في وقت مبكر الظروف الفعلية بشكل مثالي‪.‬‬ ‫️▪ قد ال تعكس الغازات المحددة المستخدمة بدقة التركيب الحقيقي للغالف الجوي لألرض في‬ ‫وقت مبكر‪.‬‬ ‫️▪ قد ال تلتقط مدة التجربة القصيرة وحجمها بشكل كامل تعقيد وطول العمليات الطبيعية المتضمنة‬ ‫في أصل الحياة‪.‬‬ ‫️▪ في حين أن التجربة أنتجت مركبات عضوية ‪ ،‬إال أنها لم تتناول تجميع الجزيئات الحيوية‬ ‫المعقدة أو األنظمة المضاعفة الحاسمة ألصل الحياة‪.‬‬ ‫️▪ يجادل النقاد بأن التجربة تبالغ في تبسيط الطبيعة المترابطة لألنظمة البيوكيميائية وقد ال تمثل‬ ‫بشكل كامل العمليات وراء أصل الحياة‪ .‬هناك جدل مستمر حول الظروف المحددة والمسارات‬ ‫المؤدية إلى ظهور الحياة‪ ،‬مع تجربة ميلر‪-‬أوري تقديم سيناريو واحد معقول‪ .‬في حين أنه ال‬ ‫يعالج أصل المعلومات الوراثية أو أنظمة التكرار الذاتي‪.‬‬

‫️▪ إن العديد من العلماء اآلن يشكون في أن الجو البدائي كان مختلفا عما افترضه ميلر في‬ ‫البداية‪ .‬إنهم يعتقدون أنه كان متكونا من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين بدال من الهيدروجين‬ ‫والميثان واألمونيا‪.‬‬ ‫️▪ نفهم من أحدث الدراسات أن جو األرض كان حار جدا في تلك األزمنة وأنها كانت تتكون من‬ ‫النيكل والحديد المذاب‪ ،‬وباآلتي كان يجب أن يتكون الجو الكيمائي لتلك الفترة في معظمه من‬ ‫النيتروجين وثاني أكسيد الكربون وبخارالماء‪.‬وال تعد هذه الغازات غازات مناسبة مثل الميثان‬ ‫واألمونيا‪.‬‬

‫️▪ االحماض االمينية هي تركيب كيميائي ممكن أن تملئ بها أحد المحيطات فهل تستطيع أن توجد‬ ‫من خالل هذا المحيط الممتلئ بهذه االحماض االمينية أبسط صور الحياة؟ والغريب أن‬ ‫الهيدروجين الى هو اساسي في تجربة يوري ميلر الذي يقوم بتحول النيتروجين الى امونيا‬ ‫وثاني أكسيد الكربون الى ميثان‪ ,‬هذا ليس موجود أصال في بيئة االرض االولى ألنه فور خروجه‬ ‫من البراكين يتسرب بسرعة الى الفضاء‪.‬‬

‫️▪ يوري وميلر افترضوا أن نسبة ‪ %76‬من بيئة االرض االولى كانت هايدروجين وعملوا هذه‬ ‫التجربة على هذا االساس‪ ,‬ولقد افترضوا أنه ال يوجد اوكسجين ‪.‬ألن وجود اوكسجين معناه‬ ‫تدمير الميثان الى ثاني اوكسيد الكربون والماء ‪،‬لكن لو كان ال يوجد اوكسجين فال يوجد طبقة‬ ‫االوزون وهذا معناه أن االشعة الفوق البنفسجية واالشعة الكونية سوف تصل الى االرض وهذا‬ ‫يؤدي الى تدمير االمونيا فورا فبجميع الحاالت لن تظهر لدينا لُبنات الحمض االميني ‪.‬‬

‫‪-9-‬‬

‫️▪ حسب القانون الكيميائي فإن الماء يفكك أي تجمع اميني الن اي تجمع اميني يفقد جزيء ماء‬ ‫ولو اضفنا جزيء ماء سوف يتفكك ويذوبها فكيف تكون الحياة نشأة الحياة في بيئة مائية‪..‬‬

‫️▪ الغازات المتجمعة بالغالف الجوي قبل ‪ 2‬الى ‪ 3‬مليار سنة والتي ال تحتوي على الغازات‬ ‫المذكورة في تجربة ميلر يوري بل تحتوي على بخار الماء ‪ ،‬ثنائي اكسيد الكربون والنيتروجين‪.‬‬ ‫️▪ بدون األمونيا كان من المستحيل ترکيب حمض أميني‪ .‬ويدلي كيفن ماكين باعترافه بقوله‬ ‫قام ميلر ويوري بمحاكاة الجو القديم لألرض بخليط من غازي الميثان واألمونيا‪ .‬وحسبما ورد‬ ‫عنهما‪ ،‬فقد كانت األرض بحق خليط متجانس من المعدن والصخر والجليد‪.‬‬ ‫️▪ المشكلة ليست بتصديق وجود ذلك الحساء من عدمه‪ ،‬بل ألن ال توجد أصالً ألية علمية‬ ‫ملموسة لدمج تلك المواد مع بعضها لتصبح حساء ومن ثم كائن بدائي ليتطور بعدها الى كائن‬ ‫حي‪.‬‬

‫️▪ طرح بروفيسور البيولوجيا الجزيئية د‪.‬ديفيد ديمر عام ‪ ١٩٩٧‬دراسة تحليلية لهذه التجربة‬ ‫استنادا ً على دراسات جيوكيميائية أكدت على أن الحمم البركانية في باطن األرض تحتوي على‬ ‫نسبة عالية من ثنائي اكسيد الكربون والنيتروجين وال تحتوي على عنصري الميثانين واألمونيا‬ ‫اللذان تم استخدامهما في التجربة‪ ،‬وبالتالي فأن المواد المستخدمة في تجربة ميلر‪-‬يوري ليست‬ ‫دقيقة مقارنة بالواقع‪ .‬كما وأن نظرية الحساء البدائي غير واردة الحدوث علمياً‪ ،‬وعملية تكوين‬ ‫البروتين إلنتاج ‪ DNA‬هي مستحيلة بحد ذاتها ولم يتوصل لها العلم حتى اليوم وال بأي شكل‬ ‫من األشكال‪.‬‬

‫‪- 10 -‬‬