ه‍.ش. ۱۳۹۵ خرداد ۱۱, سه‌شنبه

آغاز حيات بر روی سياره‌ی زمين

از: بهنام محمدپناه

فرگشت و ژنتيک


فهرست مندرجات

.



آغاز حيات بر روی سياره‌ی زمين

فرگشت و ژنتيک

با وجود این که شروع فرگشت انسان (تکامل آن) به‌عنوان یک موجود زنده، مانند تمام موجودات زنده‌ی دیگر، به زمان پیدایش حیات بر روی کره زمین باز می‌گردد؛ ولی به‌طور کلی واژه‌ی فرگشت انسان به تاریخچه‌ی فرگشت نخستی‌سانان (پستانداران شبیه انسان) و به‌خصوص سرده انسان، از جمله پیدایش انسان‌ها به‌عنوان گونه‌ای مجزا از انسان‌سایان (کپی‌های بزرگ) اطلاق می‌شود. مطالعه‌ی فرگشت انسان زمینه‌های مختلف علمی از جمله انسان‌شناسی فیزیکی، نخستی‌شناسی، باستان‌شناسی، زبان‌شناسی، رویان‌شناسی، و ژنتیک را در بر می‌گیرد.[۱]

مطالعات ژنتیک نشان می‌دهند که فرگشت نخستی‌سانان احتمالاً در اواخر دوره‌ی کرتاسه، ۸۵ میلیون سال پیش، شروع شده‌است. مجموعه‌ی سنگواره‌های گردآوری شده نیز بیانگر آن است که این زمان پیش از دوره‌ی پالئوسن، ۵۵ میلیون سال پیش، بوده‌است.[٢] خانواده‌ی انسان‌سایان، یا کپی‌های بزرگ، بین ۱۵ تا ۲۰ میلیون سال پیش از خانواده‌ی گیبون‌ها جدا شدند. حدود ۱۴ میلیون سال پیش اورانگوتان‌ها از خانواده‌ی انسان‌سایان جدا شدند.[٣] راه رفتن روی دوپا ابتدایی‌ترین انطباق در دودمان انسان‌تباران است، و نخستین انسان‌تبارانی که بر روی دوپا راه می‌رفته‌اند، ساحل‌مردم و اررین بوده‌اند. آردی‌کپی که کاملاً بر روی دوپا راه می‌رفته‌است، اندکی بعد فرگشت پیدا کرده‌است. گوریل‌ها و شامپانزه‌ها حدوداً در یک زمان از این دودمان جدا شدند و احتمالاً ساحل‌مردم یا اررین آخرین نیای مشترک ما و آن‌ها بوده‌است. راه رفتن اولیه بر روی دو پا سرانجام منجر به فرگشت جنوبی‌کپی‌آسا و بعدها سرده انسان گردید. انسان‌های امروزی از انسان‌سایانی که بین ۲٫۳ تا ۲٫۴ میلیون سال پیش در آفریقا می‌زیستند، تکامل یافته‌اند.[۴]

نخستین گونه‌های ثبت شده از سرده‌ی انسان، انسان ماهر و انسان گاتنگی هستند که در حدود ۲٫۳ میلیون سال پیش تکامل پیدا کردند. بر طبق شواهد موجود، انسان ماهر اولین گونه‌ای بوده که از ابزار استفاده می‌کرده‌است. اندازه‌ی مغز این انسان‌های اولیه در حدود اندازه‌ی مغز شامپانزه بوده‌است. از آن زمان و در طول این چند میلیون سال تا کنون فرایند افزایش اندازه‌ی مغز ادامه یافته‌است به طوری که با پیدایش انسان راست‌قامت، حجم جمجمه‌ی آن به دو برابر حجم جمجمه‌ی انسان ماهر افزایش یافته بود. انسان راست‌قامت و انسان کارورز نخستین انسان‌هایی بودند که به خارج از آفریقا کوچ کردند. این گونه‌ها بین ۱٫۸ تا ۱٫۳ میلیون سال پیش در آفریقا، آسیا و اروپا پراکنده شدند. پنداشته می‌شود که این گونه‌ها، نخستین گونه‌هایی بودند که از آتش و ابزار پیچیده استفاده کردند.

دیدگاه غالب در میان دانشمندان این است که خاستگاه پیدایش انسان‌ امروزی با فرضیه اخیر «خروج از آفریقا» یا «تک خاستگاهی» توضیح داده می‌شود[۵] که بیان می‌دارد آغاز فرگشت انسان‌های امروزی در آفریقا بوده‌است و سپس بین ۵۰٫۰۰۰ تا ۱۰۰٫۰۰۰ سال پیش آن‌ها به خارج از قاره‌ی آفریقا مهاجرت کردند و کم‌کم جایگزین انسان‌های راست قامت در آسیا و نئاندرتال‌ها در اروپا شدند. فرضیه‌ی دیگری نیز به‌نام «فرضیه‌ی چند ناحیه‌ای» وجود دارد که عنوان می‌کند انسان‌ها پس از مهاجرت انسان‌های راست قامت از آفریقا به سایر نقاط جهان در حدود ۲٫۵ میلیون سال پیش در مناطق جغرافیایی مختلف به صورت جمعیت‌های جداگانه ولی با پیوند بین نژادها فرگشت یافتند. شواهد نشان می‌دهد که هاپلوتیپ‌های متعددی که منشأ نئاندرتالی دارند در حال حاضر در جمعیت‌های غیرآفریقایی یافت می‌شود. شواهد نشان‌دهنده‌ی آن است که نئاندرتال‌ها و گونه‌های دیگر انسان‌سایان مانند انسان‌تبار دنیسووا تا ۶ درصد در ژن‌های انسان‌های امروزی (در نژادهای مختلف این مقدار متفاوت است) مشارکت داشته‌اند.[٦]

انسان امروزی که انسان خردمند نامیده می‌شود تنها گونه‌ی بازمانده از انسان‌تباران است. انسان‌های خردمند باستانی بین ۴۰۰٬۰۰۰ تا ۲۵۰٬۰۰۰ سال پیش فرگشت یافتند و از آنان انسان‌های به‌کالبد امروزی در اواسط دوره پارینه سنگی، حدود ۲۰۰٬۰۰۰ سال پیش تکامل پیدا کردند.[٧] بنابر باور بسیاری از دانشمندان انسان‌هایی با رفتار نوین حدود ۵۰٬۰۰۰ سال پیش تکامل یافتند، هرچند که عده‌ای آغاز رفتار نوین در انسان‌ها را هم‌زمان با فرگشت انسان‌های به‌کالبد امروزی می‌دانند.[٨]


حیات بر روی زمین چگونه پدید آمد؟

۴،۵ میلیارد سال پیش وقتی سیاره‌ی زمین از به‌هم پیوستن گرد و غبار اطراف ستاره‌ی خورشید شکل گرفت، تا مدت‌ها به‌شکل کره‌ای داغ و سوزان بود. ۵۰۰ میلیون سال طول کشید تا پوسته‌ی زمین سرد و جامد شود. سپس با افزایش بخار آب حاصل از گازهای آتشفشانی در جو زمین، باران‌های سیل‌آسا باریدن گرفت و میلیون‌ها سال بعد اقیانوس‌های سطح زمین را پر کردند. با بررسی فسیل‌های میکروسکوپی و نیز سنگ‌های آن دوره، مشخص شده است که اولین آثار حیات در حدود ٣،۵ میلیارد سال پیش آغاز شده است. البته دانش امروزی هنوز به آن اندازه پیشرفت نکرده است تا به قطعیت نحوه‌ی آغاز حیات را بیان کند، با این حال، بعضی از دانشمندان فرضیات گوناگونی ارائه کرده‌اند. یکی از این فرضیه‌ها، مدل سوپ بنیادین نام دارد. بر اساس این فرضیه، اتمسفر اولیه‌ی زمین مملو از گازها دی‌اكسیدكربن، نیتروژن، آمونیاک، متان و مقدار قابل توجهی آب بود. احتمالاً در همین اتمسفر فاقد اكسیژن اولین مولكول‌های آلی به کمک تخلیه‌ی الکتریکی رعد و برق ابرها یا تابش‌های رادیواکتیو ساخته شده‌اند. این مولکول‌ها پس از فرود در اقیانوس‌ها، به یکدیگر وصل شده و زنجیره‌ای از مولکول‌های آلی بزرگ‌تر مانند RNA، فسفولیپید (چربی) و پروتئین را به‌وجود آورده‌اند.

در سال ١٩۵٣ میلادی دو تن از دانشمندان شیمی‌دان به‌نام‌های استنلی میلر و ‌هارولد یوری شرایط اولیه‌ی زمین را در آزمایشگاهی مشابه‌سازی كردند تا ببیند آیا تحت این شرایط، مولكول‌های آلی تشكیل می‌شود یا خیر؟ آن‌ها ابتدا دستگاهی مطابق شكل روبه‌رو ساختند و آن را با آب و گازهای ساده‌ی متان، آمونیاك و هیدروژن پر كردند. سپس در اتاقک احتراق، دو الكترود قرار دادند تا شرایط رعد و برق مجازی ایجاد کنند و برای آن‌كه گازها دائماً در دستگاه در حال گردش باشند، آب را در مخزنی می‌جوشاندند تا بخار حاصل موجب به گردش درآوردن گازها در لوله‌ها شود. بخار آب پس از عبور از محفظه‌ی اتمسفری حاوی الكترود، توسط لوله‌های متراكم‌كننده سرد می‌شد و درباره به‌صورت مایع به مخزن باز می‌گشت. بعد از یك هفته، آن‌ها مایع موجود در دستگاه را آزمایش كردند و مشاهده کردند که نه تنها مقادیر زیادی مولكو لهای آلی ساده تولید شد‌ه‌اند، بلكه انواعی از مولکول‌های آلی پیچیده‌تر مانند آمینواسیدها، اسیدهای چرب و كربوهیدرات‌ها (قندها) نیز پدید آمد‌ه‌اند. به این ترتیب، دانشمندان متقاعد شدند كه مواد آلی از مواد غیرآلی ساده مانند هیدروژن و متان و آب پدید آمد‌ه‌اند و بعد تحت عواملی در اقیانوس‌های داغ آن دوران جمع شد‌ه‌اند. در واقع دریاهای اولیه مانند سوپی داغ مملو از مولكول‌های آلی بنیادین بود‌ه‌اند. البته چند سال بعد برخی از دانشمندان فرضیه‌ی سوپ بنیادین را زیر سؤال بردند. آن‌ها مدعی بودند که در اتمسفر اولیه‌ی زمین به‌دلیل عدم وجود لایه‌ی اوزون، گازهای آمونیاک و متان نمی‌توانستند وجود داشته باشند و به‌همین دلیل، احتمالاً مولکول‌های آلی نه در اتمسفر، بلکه در کنار آتش‌فشان‌های زیر اقیانوس‌ها و درو ن حباب‌های گازی تشکیل شد‌ه‌اند.

به‌هر حال، پس از کشف نحوه‌ی تشکیل مولکول‌های آلی، نوبت به کشف چگونگی ساخته شدن و تولید مثل درشت مولکول‌های زیستی (تشکیل‌دهنده‌ی سلول) رسید که از ترکیب و کنار هم قرار گرفتن مولکول‌های آلی تشکیل می‌شوند. برخی از دانشمندان معتقد بودند که ابتدا در گودال‌های کم‌عمق و در اثر تابش خورشید، مولکول‌های آمینو اسیدی به یکدیگر وصل شده و پروتئین‌ها را ساخته‌اند.

اما در دهه‌ی ١٩٨۰ میلادی دانشمندان دیگری با انجام آزمایش‌هایی دریافتند كه درشت‌مولکول‌های زیستی RNA خاصیت همانندسازی دارند و به احتمال زیاد آن‌ها نخستین مولكول‌های زیستی بودند که تشکیل شده‌اند. گرچه ملکول‌های RNA مانند DNA نمی‌توانند زنجیره‌ی مکمل خود را به‌مدت طولانی حفظ کنند، اما تشکیل همین زنجیره بیانگر نحوه‌ی ساخت و تولید مثل مولکول‌های زیستی اولیه است. در قدم بعدی، بررسی نحوه‌ی تشکیل سلول‌های اولیه آغاز شد. البته این موضوع چندان هم پیچیده نبود. برای درک بهتر این موضوع مثال ساده‌ای می‌زنیم. وقتی شما یک بطری محتوی روغن و سركه را تكان می‌دهید، حباب‌های کروی از روغن درون مایع سركه تشكیل می‌شوند. این حباب‌ها در اصل حاصل تجمع و اتصال مولكول‌های لیپیدی (چربی) به‌هم هستند. این حباب‌ها می‌توانند مولكول‌های لیپیدی دیگری را جذب كنند و حباب بزرگ‌تری تشکیل دهند. آن‌ها هم‌چنین می‌توانند جوانه بزنند و مانند باکتری تقسیم شوند. جنس غشای سلول‌ها هم تقریباً از همین درشت‌مولکول‌های فسفولیپیدی است. به نظر می‌رسد در دوران قدیم، به هنگام تشکیل حباب‌های لیپیدی، تعدادی از مولکول‌های زیستی RNA داخل آن گرفتار شدند و به این ترتیب سلول‌های ابتدایی و ساده تشکیل شده‌اند.[۹]


[] يادداشت‌ها




[] پی‌نوشت‌ها

[۱]- Heng, HH. “The genome-centric concept: resynthesis of evolutionary theory”. Bioessays 31, no. 5 (May 2009): 512–25.
[٢]- “Nova – Meet Your Ancestors”. PBS.
Plesiadapis” (PDF). North Dakota Geological Survey.
[٣]- Dawkins R (2004) The Ancestor's Tale. “Query: Hominidae/Hylobatidae”. Time Tree.
[۴]- Stringer, C. B., “Evolution of Early Humans”. Steve Jones, Robert Martin and David Pilbeam. In The Cambridge Encyclopedia of Human Evolution. Cambridge University Press, 1994. 242. ISBN ‎978-0-521-32370-3.
McHenry, H.M. “Human Evolution”. Michael Ruse and Joseph Travis. In Evolution: The First Four Billion Years. Cambridge, Massachusetts: The Belknap Press of Harvard University Press, 2009. 265. ISBN ‎978-0-674-03175-3.
[۵]- “Out of Africa Revisited - 308 (5724): 921g - Science”. Sciencemag.org. 2005-05-13. doi: 10.1126/science.308.5724.921g. Archived from the original on 2010-11-22.
Nature (2003-06-12). “Access: Human evolution: Out of Ethiopia”. Nature. Archived from the original on 2010-11-22.
Origins of Modern Humans: Multiregional or Out of Africa?”. ActionBioscience. Archived from the original on 2010-11-22.
[٦]- Reich D, Green RE, Kircher M, et al. (December 2010). “Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia”. Nature 468 (7327): 1053–60. doi: 10.1038/nature09710. PMID 21179161.
Noonan J. P (May 2010). “Neanderthal genomics and the evolution of modern humans”. Genome Res. 20 (5): 547–53. doi: 10.1101/gr.076000.108. PMID 20439435.
Laurent Abi-Rached, et al. (2011-08-25). “The Shaping of Modern Human Immune Systems by Multiregional Admixture with Archaic Humans”. Science 334 (6052). doi: 10.1126/science.1209202. PMID 21868630. Archived from the original on Aug 2011.
[٧]- Fossil Reanalysis Pushes Back Origin of Homo sapiens, February 17, 2005, Scientific American.
[٨]- Mellars, Paul (2006). “Why did modern human populations disperse from Africa ca. 60,000 years ago?”. Proceedings of the National Academy of Sciences 103 (25): 9381–6. Bibcode 2006PNAS..103.9381M. doi: 10.1073/pnas.0510792103. PMC 1480416. PMID 16772383.
[۹]- مطالب این دو صفحه کمی سنگین بودند، ولی می‌بایست گفته می‌شد چون در فصل بعدی ژنتیک به آن‌ها نیاز داریم.


[] جُستارهای وابسته




[] سرچشمه‌ها

محمدپناه، بهنام، فرگشت و ژنتيک، تهران: آمه، ۱٣٨۹، صص ٢٠-٢۴