زندگی روی زمین چگونه آغاز شد؟ آیا انجام یک آزمایش «دستی» که زندگی را به تصویر میکشد، میتواند این حقیقت را آشکار کند؟
من و فوز رانا (Fuz Rana) در کنفرانس انجمن بین‌المللی تحقیق منشأ حیات (ISSOL) که در سال 2002 از 30 ژوئن تا 5 جولای در اواکساکای مکزیک برگزار شد، شرکت کردیم. در این کنفرانس یک شیمیدان آتئیست/آگنوستیک به نام رابرت شاپیرو (Robert Shapiro) به طور شفاف درباره ی شبیه سازی آزمایشگاهی یکی از واکنشهای شیمیایی پیچیده که برای مدل سازی منشأ حیات طراحی شده بود، توضیح داد. شاپیرو دستاوردهای شگفت‌انگیز یک تیم علمی را مبنای سخنرانی فوق العاده ی خود معرفی کرد، و اشاره کرد در این آزمون، حمایت و مدل سازی هوشمندانه برای رسیدن به نتیجه لازم است. او اضافه کرد که اگر دانشمندان نتوانند از آزمایشات شیمیایی برای مدلسازی و تصور منشاء حیات نتیجه بگیرند، ثابت میکند که شبیه سازی منشاء حیات به یک طراح هوشمند نیاز دارد. در آن سخنرانی یک ردیف از شیمیدانان منشأ حیات، پشت سرمان با صدای بلند میگفتند: «بهشت ممنوع».
شانزده سال بعد شیمیدانی به نام کلمنس ریچرت (Clemens Richert)، مقاله‌ای را در مجله ی ارتباطات طبیعت (Nature Communications) منتشر کرد و در آن نظرات شاپیرو را به طور کامل‌تر بیان کرد.1 او با توضیح این نکته شروع کرد که مهمترین هدف بیوشیمی‌دانان تجربی که در زمینهی منشأ حیات تحقیق میکنند، «بازسازی اتفاقاتی است که ممکن است روی داده باشند. آن زمانی که حیات از مواد بی‌جان پدید آمده است.»2 ریچرت خاطرنشان کرد چنین بازسازی‌هایی که با یک یا چند مداخلهی انسانی انجام میگیرد غیرواقعی هستند.
قابلیت تکثیر و مداخله
یکی از این مداخلات که ناگزیر رخ میدهد، از دستاوردهای آزمایش‌کنندگان ناشی میشود، در واقع نتایج تحقیقات آنها باید توسط سایر بیوشیمی‌دانان قابل تکرار باشد. اگر نتایج آنها قابلیت تکرار مجدد نداشته باشد، احتمال انتشار آنها در مجلات علمی معتبر بسیار کم است. این تکرارپذیری، بیوشیمی دانان را مجبور میکند تا آزمایشات خود را با مقادیر مشخصی از مواد شیمیایی خالص انجام دهند. اما در حقیقت چنین مقادیر ثابت و خالصی در تمام آزمونهای طبیعی پربیوتیک غیرواقعی هستند. قانون دوم ترمودینامیک مخلوطهایی از توده های مولکولی مرتبط با ساختار آن شیء و دارای قابلیت تداخل شیمیایی را معرفی میکند.
علاوه بر این، برای مرتبط بودن آزمون با همه ی سناریوهای قابل تصور برای منشأ حیات طبیعی، آزمایش نباید پس از شروع واکنش هیچ گونه مداخلهی انسانی داشته باشد و در طول واکنش نمیتوان هیچگونه مواد شیمیایی اضافه یا کم کرد. واکنش باید کاملا بدون ابهام باشد و حتما نمونه‌ها پس از پایان کامل واکنش گرفته شود.
حتی زمانی که این سختگیریها با دقت رعایت میشوند، دخالتهای تاثیرگذار انسانی ممکن است و اتفاق بیفتد. به عنوان مثال، در آزمایش معروف میرل-اوری Miller-Urey 3محققان ادعا کردند میتوانند اسیدهای آمینه را از واکنش مخلوطی از آب، آمونیاک، متان و هیدروژن در یک محیط بسته سنتز کنند، این آزمایش حدود 200 بار انجام شد. تنها در یکی از این 200 آزمایش، پنج اسید آمینه با غلظت کل دو درصد تولید شد که تقریباً تمام این دو درصد گلیسین بود، یعنی ساده‌ترین اسید آمینه. علاوه بر این، شرایط شروع آزمایش مناسب نبود. در واکنشهای طبیعی، یکی از دو عاملِ اکسیژن یا اشعه ماوراء بنفش وجود دارند که هر کدام میتوانند واکنش را متوقف میکنند. همچنین، غلظت آمونیاک در واکنشهای طبیعی به مراتب کمتر از مقداری است که در آزمایشگاه وجود دارد و قطعا علاوه بر آب، آمونیاک، متان و هیدروژن، مواد شیمیایی بسیار بیشتری تاثیرگذار خواهند بود.
آزمایش میلر-اوری یک نمونهی بارز از مداخلات چندگانه ی انسانی است که آزمایش‌کنندگان فکر می‌کردند هیچ کدام تاثیری روی نتیجه ی آزمایش ندارند. امروزه، آزمایش میلر-اوری و بسیاری از آزمایشهای مشابه دربارهی موضوع منشا حیات روی زمین یا هر جرم یا سیارهی دیگر، به طور کل بی اعتبار هستند.
شرایط مورد نیاز برای واکنش اسید آمینه
برای واکنشهای پیچیده‌تر از آزمایش میلر-اوری، مداخلات مکرر توسط آزمایش‌گران ضروری است، مانند واکنش اسیدهای آمینه ی زیست فعال به یکدیگر برای تشکیل یک واحد پروتئین کوتاه. هر مرحله نیاز به یک محیط شیمیایی خاص و مجموعه ای از شرایط دارد تا بازدهی واکنش بالا باشد. اغلب، یک واکنش جانشین باید به طور همزمان با یک واکنش افزایشی رخ دهد و هر دو آزماش باید با مقادیر مشخصی رخ دهند.
در صورت اتصال آمینو اسیدها به یکدیگر، آمینو اسیدها باید همگی هوموکرال باشند (یعنی همگی در چینش مولکولی خود چپ دست باشند). در واکنش تصادفی و طبیعی اسیدهای آمینه چپ دست و راست دست، چنین ترکیبی با هم اتفاق نمیافتد. محدودیت کایرالیتی مشابهی برای اتصال نوکلئوبازها برای ایجاد رشتههای کوتاه RNA یا DNA رخ میدهد. برای اتصال نوکلئوبازها به یکدیگر، به قندهای ریبوز به عنوان پلهای شیمیایی نیاز است و قندهای ریبوز باید همگی در پیکربندی خود راست دست باشند. خارج از آزمایشگاه‌ها و سیستم‌های زنده یا بقایای پوسیده شدهی سیستم‌های زنده، ریبوز بسیار نادر و تقریباً همیشه غیرقابل تشخیص است و به‌صورت ترکیبات تصادفی از قرارگیری چپ و راست به دست می‌آید.
در سلول‌های زنده، سنتز بیوشیمیایی معمولاً از طریق واکنشهای کاتالیز شده توسط آنزیم‌های مختلف اتفاق میافتد که هر آنزیم به یک ریزمحیط مشخص و مجزا در محل فعالیت خود برای انجام واکنش نیاز دارد. در شبیه‌سازی یک واکنش پریبیوتیک بدون آنزیم، آزمایش‌کنندگان متوجه میشوند که باید چندین مرحله آزمایش شیمیایی بسیار منظم که شامل بارش، تبلور، خالص‌سازی و تغییرات شدید در شرایط شیمیایی، و از مرحله ی سنتز به مرحله بعد است، انجام دهند. حتی در این شرایط نیز موفقیت به ندرت اتفاق میافتد.
ریچرت در پایان مقاله‌اش آزمایشهای رایج در مورد چرخه‌های مکرر هیدراتاسیون و کم‌آبی و سرمایش و گرمایش را بررسی میکند. برای مثال، ریچرت خاطرنشان میکند که برای موثر بودن چرخه‌های سرمایش و گرمایش، اگر چرخه ی آب و هوایی در یک منطقهی خاص از شرایط قطبی به آتشفشانی به صورت مشخص و مکرر تغییر کند، سپس در عرض چند ساعت یا چند روز به شرایط قطبی باز می‌گردد. او همچنین بیان میکند که چنین اتفاقاتی برای سناریوهای طبیعی غیر واقعی به نظر میرسد.
تاثیر و نقش خداوند
ریچرت در مقاله ی خود عبارتی را برای تاثیر آزمایشگر به کار میبرد. او این تاثیر را «معمای دست خدا» مینامد. نظر او این است که نقش آزمایشگر شبیه به این ادعاست که خدا این کار را انجام داده است. او در گفتن این مطلب اذعان میکند که «اکثر ما [محققان منشأ حیات][origin-of-life researchers]با ایدهی تاثیر خداوند در این زمینه راحت نیستیم».3
با این حال، ریچرت برای محققان منشأ حیات و همکاران خود محبوبیت زیادی دارد. ریچرت توصیه میکند که همکارانش نباید اصل تاثیر آزمایشگر را برای فریب محققان در رشتههای دیگر و به‌ویژه مردم عادی به کار گیرند یا موفقیت‌هایشان را برای دیگر پژوهشگران اغراق کنند. آنها باید در نتایج تحقیقات خود تا حد امکان دقیق بیان کنند که دقیقا چند بار و در چه زمانی و در کجای آزمایشات خود، معمای دست خدا را مرتکب میشوند.
با حضور در چندین کنفرانس منشأ حیات و خواندن صدها مقاله ی تحقیقاتی با موضوع منشأ حیات، فکر می‌کنم اگر ریچرت و همتایانش توصیه‌های او را دنبال کنند، تعداد دفعاتی که معمای دست خدا در آزمایشات منشأ حیات منتشر میشود به راحتی از یک دوجین بار هم بیشتر خواهد شد. اگر چنین باشد، پس عموم مردم و دانشمندان رشتههای دیگر و شاید حتی خود محققین منشأ حیات، باید تصدیق کنند که خدا خالق مجموعه‌ای از فرآیندهای طبیعی هدایت نشده روی زمین نبوده، بلکه اولین حیات را روی زمین ایجاد کرده است.
