راهنما · ۱۲ مهر ۱۴۰۵
راهنمای زیست‌شناسی و دانشمندان بزرگ
از یاخته و دیانای تا خاستگاه حیات، تکامل و انقراض‌ها؛ و داستان دانشمندانی از ابن سینا تا کوری و داروین که این دانش را ساختند.
علم زیست داستان این است که از شیمی بی‌جان چگونه چیزی زنده پدید آمد و در چهار میلیارد سال به آنچه امروز می‌بینیم رسید. این راهنما نخست واحدهای بنیادی حیات، یعنی یاخته و ژن را معرفی می‌کند، سپس خط زمان بزرگ تکامل را از نخستین میکروب‌ها تا انقراض‌های بزرگ می‌گذراند و در پایان به دانشمندانی می‌پردازد که هر کدام قطعه‌ای از این تصویر را کشف کردند.
حیات از کوچک‌ترین واحدش چگونه کار می‌کند؟
یاخته (سلول) کوچک‌ترین واحد زنده است و هر جاندار از یک یا میلیاردها یاخته تشکیل شده است. یاخته غشایی دارد که درونش را از بیرون جدا می‌کند، و در آن واکنش‌های شیمیایی متابولیسم رخ می‌دهد. دستور ساخت و کار یاخته را دیانای نگه میدارد: مولکولی مارپیچ دوتایی که چهار «حرف» شیمیایی (A، T، C، G) را در رشته‌ای بلند ردیف می‌کند. برای استفاده از این دستور، یاخته آن را به آرانای رونویسی می‌کند، و ریبوزوم‌ها آرانای را به پروتئین ترجمه می‌کنند. ترجمه با رمز ژنتیکی انجام می‌شود، جدولی که هر سه حرف پشت‌سرهم، یعنی یک کدون، را به یک اسید آمینه نسبت می‌دهد: ۶۴ کدون برای ۲۰ اسید آمینه و چند علامت توقف. شگفت‌آور است که این رمز در تقریباً همهٔ جانداران، از باکتری تا انسان، یکسان است.
حیات به انرژی هم نیاز دارد، و بیشترین انرژی زمین از خورشید می‌آید. فتوسنتز فرایندی است که گیاهان، جلبک‌ها و برخی باکتری‌ها با آن نور را به قند شیمیایی تبدیل می‌کنند و اکسیژن آزاد می‌کنند. بدن هم ریتم خود را دارد: ساعت زیستی نوسانی حدود ۲۴ ساعته در بدن موجودات است که خواب، دما و هورمون‌ها را تنظیم می‌کند و ژن‌های ویژه‌ای آن را می‌گردانند.
حیات از کجا آمد؟
پرسش آغاز حیات هنوز بی‌پاسخ قطعی است، اما چند سرنخ مهم داریم. خاستگاه حیات به احتمال زیاد در زمینی شکل گرفت که حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش پدید آمده بود و در چند صد میلیون سال بعد، مولکول‌های ساده به شبکه‌ای از واکنش‌های خودنگهدار تبدیل شدند. آزمایش میلر–یوری در ۱۹۵۲ نشان داد جرقه در مخلوطی از گازهای جوی اولیه میتواند اسیدهای آمینه بسازد؛ ترکیب گازهای جو اولیه بعدها بازبینی شد ولی ایدهٔ اصلی، یعنی ساخت ترکیب‌های زیستی از مواد غیرزیستی، همچنان معتبر ماند. بسیاری از پژوهشگران گمان می‌برند نخست «دنیای آرانای» بود، چون آرانای هم میتواند اطلاعات را نگه دارد و هم واکنشها را تند کند.
نیای همهٔ جانداران امروز نیای مشترک جهانی نام دارد، جمعیتی از یاخته‌ها در حدود ۳٫۵ تا ۴ میلیارد سال پیش که ژن‌های مشترک همهٔ باکتری‌ها، آرکی‌ها و یوکاریوت‌ها از آن به ارث رسیده است. قدیمی‌ترین نشانههای مطمئن حیات به زمان کمی پس از آن برمی‌گردد: استروماتولیت‌ها تپه‌هایی لایه‌لایه از رسوب‌اند که کلنی‌های سیانوباکتری ساخته‌اند و نمونه‌های سنگوارهٔ آن حدود ۳٫۵ میلیارد سال سن دارند.
تاریخ حیات چه لحظه‌های تعیین‌کننده‌ای داشت؟
سه رویداد بزرگ ظاهر زمین را عوض کردند. نخست رویداد بزرگ اکسیژنسازی در حدود ۲٫۴ میلیارد سال پیش بود، وقتی سیانوباکتری‌ها با فتوسنتز آن‌قدر اکسیژن تولید کردند که هوا و اقیانوس‌ها دگرگون شد؛ این رویداد بسیاری از جانداران بی‌هوازی را نابود کرد و راه را برای موجودات پرانرژی هموار ساخت. دوم انفجار کامبرین در حدود ۵۴۰ میلیون سال پیش بود که طی چند ده میلیون سال، بیشتر شاخه‌های بزرگ جانوران در سنگواره‌ها پدیدار شدند. ردپای این جانوران را سنگواره‌ها برای ما نگه داشته‌اند.
سوم، انقراض‌های دسته‌جمعی هستند: دست‌کم پنج بار بخش بزرگی از گونه‌ها در مدتی کوتاه از میان رفتند. بزرگ‌ترین آنها در پایان دورهٔ پرمین، حدود ۲۵۲ میلیون سال پیش، به نظر بیش از ۹۰ درصد گونه‌های دریایی را از بین برد، و آخری در ۶۶ میلیون سال پیش به برخورد سیارک و نابودی دایناسورهای غیرپرنده انجامید. هر انقراضی فضای زیستی را خالی کرد و تنوع تازه‌ای شکفت.
سازوکار تکامل چیست؟
چارلز داروین در ۱۸۵۹ در «خاستگاه گونه‌ها» نشان داد گونه‌ها ثابت نیستند. تکامل تغییر ویژگی‌های ارثی جمعیت‌ها در طی نسل‌هاست، و انتخاب طبیعی مهم‌ترین سازوکار آن: افراد ناهمگون‌اند، بعضی خصوصیت‌ها ارثی‌اند و آنهایی که بهتر با محیط می‌سازند فرزندان بیشتری می‌گذارند. این روند در بلندمدت گونه‌های تازه می‌سازد. با کشف ژن‌ها در سدهٔ بیستم و خواندن توالی دیانای، تکامل پشتوانهٔ محکم‌تری یافت.
دانشمندانی که این دانش را ساختند
علم از دل رشتهٔ بلندی از پژوهشگران بیرون آمده است. در دوران زرین تمدن اسلامی ابوعلی سینا «قانون در طب» را نوشت که قرن‌ها مرجع پزشکی بود، و محمد بن زکریای رازی بالینی‌نگر پزشکی بود که آبله را از سرخک جدا کرد. ابن هیثم در «المناظر» روش آزمایشی را در نور و بینایی به کار برد و خوارزمی با کتاب جبر خود نام «الگوریتم» را به جهان داد.
در دوران جدید، مایکل فارادی مفاهیم میدان و القا را بنا نهاد و جیمز کلرک ماکسول آنها را به معادله‌هایی تبدیل کرد. نیکولا تسلا جریان متناوب را برای انتقال برق عملی کرد. ماکس پلانک آغازگر نظریهٔ کوانتوم شد و نیلز بور آن را به اتم بست. ریچارد فاینمن هم نظریهٔ الکترودینامیک کوانتومی را ساخت و با درس‌های روشنش فیزیک را برای نسل‌ها آموزش داد. ماری کوری پرتوزایی را بررسی کرد و تنها کسی است که در دو رشتهٔ مختلف، فیزیک (۱۹۰۳) و شیمی (۱۹۱۱)، جایزهٔ نوبل گرفت. دمیتری مندلیف جدول عنصرها را ساخت و آلفرد وگنر فرضیهٔ رانش قاره‌ها را در ۱۹۱۲ مطرح کرد؛ مدتی طول کشید تا دانشمندان بپذیرند و امروز در قالب زمین‌ساخت صفحه‌ای معتبر است. در ایران نیز محمود حسابی (۱۲۸۲–۱۳۷۱) فیزیک‌دانی بود که بنیان‌گذار آموزش علوم جدید در دانشگاه تهران شمرده می‌شود.
پرسش‌های رایج
### تفاوت دیانای و آرانای چیست؟
دیانای مولکول مارپیچ دوتایی است که اطلاعات ژنتیکی را بلندمدت نگه میدارد، و آرانای معمولاً تکرشتهای است و نقش پیامرسان و سازنده دارد. آرانای میتواند هم اطلاعات حمل کند و هم واکنشها را سرعت بدهد.
### آیا انسان از میمون آمده است؟
خیر، انسان و شمپانزه نیای مشترکی دارند که حدود شش تا هفت میلیون سال پیش می‌زیسته است. تکامل خطی از یک گونه به گونهٔ دیگر نیست و درختی شاخه‌شاخه است.
### نخستین جانداران کجا و کِی پیدا شدند؟
نشانههای مطمئن حیات به حدود ۳٫۵ میلیارد سال پیش میرسد و جانداران نخستین میکروبهایی در دریا بودند. دانشمندان هنوز دربارهٔ شرایط دقیق پیدایش آنها اتفاقنظر ندارند.
### رویداد بزرگ اکسیژنسازی چه بود؟
رویداد بزرگ اکسیژنسازی دورهای در حدود ۲٫۴ میلیارد سال پیش بود که اکسیژن آزاد در جو زمین برای نخستین بار بهطور چشمگیری افزایش یافت. آن را سیانوباکتریهای فتوسنتزکننده ایجاد کردند.
### چرا ماری کوری مشهور است؟
ماری کوری نخستین زنی بود که جایزهٔ نوبل گرفت و تنها کسی است که در دو رشتهٔ علمی متفاوت آن را دریافت کرده است. او با همسرش پولونیوم و رادیوم را کشف کرد و پژوهش‌های بنیادین پرتوزایی را انجام داد.