نظریه سی پی اچ بر اساس تعمیم سرعت نور از انرژی به ماده بنا شده است.
سی پی اچ در ژورنالها
|
مروری بر تکامل حیات
|
|
در زمین چه نهقته است که ما را تا ژرفا به سمت خود می کشد و وادار به پرسش می کند؟ زمانی که بشر از گهواره ای که سالهای سال در آن میزیست فراتر رفت پاسخ این سوال بر او روشن شد.پیش از رفتن انسان به فضا حیات همیشه مهمترین پرسش بشر بوده است.این که حيات از كجا آغاز شده است؟ جهش در تكامل انسان چه نقشي داشته است و ...؟ پاسخ این سوالات بدون تردید در ماهیت و نحوه شکل گیری نوع زی شعوری است که فعلا تنها نمونه ما هستیم و گزیری جز این ممکن نیست. پاسخ ساده این است که حیات از ابتدایی ترین گونه ها انشعاب یافته است .حیات فرآیندی است که در طول میلیون ها سال کامل شده است. هر چه می گذرد تغییری در ساختار موجودات روی می دهد . تغییرات ناگهانی که جهش نام گرفته اند در طول ١٠ تا ١٠٠ سال قابل رویت نیستند، ولی بی شک در طی هزاران سال موجودات زنده چهره ای متفاوت خواهند داشت. اگر بخواهیم به نتیجه ای قانع کننده دست یابیم و به پرسش های مطرح شده پاسخ دهیم نخست باید به سوالات انتیکي توجه كنيم و تاریخچه شکل گیری و پرورش حیات در زمین را دنبال کنیم . خوشبختانه هر چه می گذرد دانشمندان شواهد بسیاری را کشف می کنند و بهتر از پیش پازلها را کنار یکدیگر قرار می دهند. تصویر مبهم است ! البته این مشکل در شکل گیری نخستین ساختار بی جان است که منتهی به نخستین گونه های بسیار ابتدایی زنده شد و البته نمي توان مرزي ميان آن قائل شد يعني بين ساختارهاي پيش زيستي تا ساختاري زنده.
تاریخچه حیات سن جهان آنچه شواهد علمی به دست مي دهد و از مطالعات کیهانشناسان مورد تایید قرار گرفته باید چیزی حدود ١٤ بیلیون سال باشدکه عمده عناصر آن را هیدروژن و هلیوم تشکیل می دهند. منظومه شمسی نیز دست کم ٥/٤ بیلیون سال قدمت دارد که در مقایسه با سن جهان چندان بزرگ نیست. خورشید و ستارگان از انقباض گرانشی ابرهای گاز و غبار میان ستاره ای متولد شده اند. این توده که ابتدا کروی شکل بوده در اثر چرخش شکلی بیضوی به خود گرفت و نهایتا تمام مواد به سمت مرکز جمع شد و توده مرکزی (پیش ستاره) را تشکیل داد . به مرور بر اثر نیروی ثقل ، تراکم خورشید بیشتر شد و دمای آن به حد مطلوب واکنش های جوش هسته ای رسید . در مورد منشا منظومه شمسی بهترین نظریه که پیدایش سیارات و اجرام دیگر را توصیف می کند فرضیه فیزیکدان آلمانی کارل فریدریش وایتزاکر است . این نظریه توضیح می دهد که در اطراف خورشید در زمان پیدایش گازهای قرصی شکلی تجمع یافته بود و به کندی دوران داشت. این توده مواد ابتدایی که به گرد خورشید می چرخیدند و به طور کلی از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بودند پس از گذشت ٢٠٠ میلیون سال دستخوش تغییرات بسیاری شدند. هیدروژن و هلیوم از این توده قرص مانند بیرون رفتند و در فضا پراکنده شدند و جرم آن را به مقداری اندکی کاهش دادند. در این دگرگونی اندازه حرکت اولیه سحابی دستخوش تغییری نشد اما در این ٢٠٠ میلیون سال به علت تفاوت سرعت در قسمت های مختلف سحابی ، نواحی متلاطمی به وجود آمدند که خلاف جهت حرکت عقربه های ساعت و ماده درون آن نیز موافق جهت عقربه های ساعت حرکت می کردند. این شدکه درون نواحی متلاطم سیارات شکل گرفتند و به مرور به علت جریانهای بسیاری از مواد اطراف بزرگتر شدندکه در این میان زمین نیز به بلوغ خود رسید. زمین در ابتدای حیات خود تقریبا فاقد جو به شکل کنونی آن بود اما بعد ها طی فرآیندهایی جو زخیم تر و مملو از ترکیبات آلی شد. ابتدا فوران آتشفشانها باعث تولید گازهای CO2 ، H2O ، کمی N2 و مقداری HF ، HCl ،SO2 ،H2 ، H2S شد ، مهمترین منبع N2 و CO2 در این فرآیند تولید ، فعالیت های آتشفشانی بود که منجر به تشکیل مقدار قابل توجهی H2O هیدروسفر شد. در این گازهای آزاد شده ، گاز O2 وجود نداشت اما در ترکیباتی مانند اسیدها و سیلیکاتها و آب به چشم می خورد. بعدها تجزیه نوری H2O موجب تولید O2 آزاد و پس از جذب تابش UV محافظ خوبی برای لایه های پایین تر جو شد. در این فرآیند فقط مقدار کمی O2 چیزی حدود ١/٠% مقدار کنونی تولید میشد. در فرآیند تشکیل حیات بی شک مهم ترین عنصر در شکل گیری آن آب بوده است . آب حلال بسیار خوبی به شمار می آید و دیگر عناصر را در خود حل می کند. مواد آلی پیش از پیدایش نخستین گونه حاوی کربن و نیتروژن با ساختمانی حلقه ای چون ( پورین ها و پایریمیدیتها ) بودند . ساختار های ابتدایی حیات گمان می رود زمانی در جایی پر آب شکل گرفته باشند(سوپ آغازین). به مرور در اثر واکنش مواد آلی مرکب مجموعه ای از عناصر در کنار یکدیگر قرار گرفتند و ساختمان کوچکی را تشکیل دادند که اساس حیات در زمین شد. اما این ساختمان بدون عنصر کربن C براستی دوام نمی یافت و شاید هیچ گاه تشکیل نمی شد. فراوانترین عنصر جهان هیدروژن نیز در این فر آیند عامل بسیار مهمی بوده است. مجموعا عناصر آب ، هیدروژن ، اکسیژن و کربن ، چهار عنصر اساسی در شکل گیری حیات محسوب می شوند. اتم کربن که در این مجموعه ویژگی بسیار مهمی دارد با چهار پیوند می تواند به چهار اتم متصل شود. از ترکیب عناصر مختلف با کربن است که مواد آلی ساخته می شوند. به عنوان مثال از ترکیب یک اتم کربن با چهار اتم هیدروژن گاز متان که از گندیدن علفهای مرداب به وجود می آید ، ساخته می شود. قند نیز که بدون اتم کربن ساخته نمی شود با فرمول C6H12O6 یکی از مواد آلی است که نشان می دهد کربن چگونه می تواند عناصر مختلف را در کنار یکدیگر نگاه دارد.
ترکیبات بسیاری می توانند از اتم کربن به وجود آیند. همانطور که
اشاره شد اسیدهای امینه از همین ترکیب های کربنی شکل می گیرند و
اگر کربن را از این مجموعه ها حذف کنیم پایداری از میان می رود.
گلیسین یا گلی کول که اسید
امینه است با فرمول
پروتئین ها از همین مجموعه بسیاری گلیسین ساخته می شوند.بدون پروتئین ها نه شکل گیری حیات و نه ادامه آن امکان پذیر خواهد بود. پروتئین ها و لیپید ها در واقع اجزای اصلی سازنده غشای سلول اند. تمام اینها از مجموعه اتم های کربن گرد هم آمده اند و حتی چربیها نیز ساختاری کربنی دارند. لیپید ها از ترکیب اسید های چرب ساخته می شوند . ترکیب لیپید ها همان ترکیبی است که هیدراتهای کربن دارا هستند ، اما در لیپید ها نسبت اکسیژن کمتر از مقداری است که در کربو هیدراتها وجود دارد. ساختار کربو هیدراتها از اتم های کربن ، اکسیژن و هیدروژن شکل گرفته اند. مونوساکارید ها نیز کوچکترین هیدراتهای کربن هستند که بارز ترین آنها گلوکز است و معمولا سوخت خوبی برای سلولها محسوب می شود. از ترکیب دو گونه مونوساکارید ، دی ساکاریدها به وجود می آیندکه معروف ترین آنها ساکارز است که به صورت قند یا شکر می شناسیم. پلی ساکارید ها نیز مواد آلی بسیار خوبی هستند و از ترکیب بسیاری گلوکز به وجود می آیند که نشاسته معروفترین آنها است، سلولز که قسمت اصلی دیواره ای سلولهای گیاهی را می سازد و نیز غذای بسیاری از گیاهخوران محسوب میشود نوعی پلی ساکارید است. در این میان گلیکوژن یکی از پلی ساکاریدهایی است که شباهت بسیاری به نشاسته دارد اما نشاسته برای سلولهای گیاهی کار آمد است و گلیکوژن نیزبرای سلولهای جانوری و قارچها. در سال ١٩٢٤ اپارین زیست شیمیدان روسی در رساله ای با عنوان "Origin of Life" این موضوع را مطرح کرد که تکامل حیات بدون تردید در سوپ آغازین شکل گرفته است.او شرایط سنتز مواد اولیه را شرح داد و اضافه کرد اتمسفر ابتدایی که با اتمسفر فعلی تفاوت داشته ، این شرایط را که عامل مهمی در سنتز مواد آلی کربنی بوده فراهم کرده است. همانطور که اشاره شد در آن زمان آب به مقدار کافی وجود داشته و مواد آلی در جو به پیشواز آن رفته و در این سوپ آغازین ساختارهای آلی پیش زیستی تشکیل شده است. در سال ١٩٥٣ استنلی میلر ثابت کرد اپارین گذشته را خوب توصیف کرده است ، او نشان داد مولکولهای آلی اجزای اصلی سازنده حیات هستند ، و موادی نظیر اسیدهای امینه سازنده پروتئینها منشاء اصلی حیات در زمین بوده اند. بی شک در تاریخ زمین ، زمانی اختصاص به شکل گیری همین مواد آلی داشته. نتایج مطالعات آزمایشگاهی حاکی از این است که از اتحاد اسید های آمینه با یکدیگر پلی پتیدها و ماکرو مولکولهایی شبیه پروتئین شکل گرفتند. تولید پروتئین از اهمیت فراوانی برخوردار بود چرا که بعضی از پروتئینها به همراه بعضی فلزات توانستند فعل و انفعالات شیمیایی را سرعت بخشند زیرا دارای خاصیت کاتالیزوری بودند. امروزه می دانیم که یکی از مهمترین خصوصیات آنزیم ها خاصیت کاتالیزوری آن ها است و این یکی از بارزترین نشانه های موجودات زنده است . مواد پیچیده از متحد شدن ( پورین ها و پایریمیدینها ) به همراه قند و فسفات به دست آمدند این مواد که ( نوکلئوتید ها ) نام گرفته اند توانستند با یکدیگر مولکولهای درازی به شکل زنجیر را تشکیل دهند. در پی این فرآیندها اسیدهای نوکلئیک ، اسیدهای نوکلئیک بیشتر و پروتئینهای خاصی را ایجاد کردند. حیات در واقع از ابتدای همین مرحله آغاز شده است ! شکل اولیه زندگی محتملا مجموعه ای از اسیدهای نوکلئیک و پروتئین بوده است که گمان می رود گرداگرد آن را لایه ای از پروتئین فراگرفته بود که شباهت زیادی به ویروس داشت. به احتمال زیاد این ویروس اولیه [1] اجزای اصلی خود را از مواد آلی موجود در اقیانوس ها یا مناطق پر آب تامین می کرده که در واقع شباهت بسیار زیادی به پروکاریوت اولیه داشته سلول کوچکترین ساختار مولکولی است که از مجموعه بسیاری مواد آلی شکل گرفته و پیکر تمامی جانداران از آن ساخته شده است. ساختار کوچک سلول خلاصه ترین ساختار در واقع زنده است زیرا تمامی رویدادهایی که در سلول رخ می دهد در انتها مجموعه ای را می سازد که از رویدادهای شیمیایی سلول حادث شده است و این کنش و واکنش و سوخت و ساز و فعالیت سلول است که جاندار را زنده نگاه می دارد. سلولها به دودسته تقسیم می شوند ایوکاریوت ها و پروکاریوت ها. ایوکاریوت ها ساختمانی پیچیده دارند و به سلولهای گیاهان ، حیوانات و پروتوزواها ، قارچها ، و جلبکها اطلاق می شوند که دارای هسته ای مشخص و کامل هستند. پروکاریوت ها ساختمانی ساده دارند و به باکتری ها اطلاق می شوند که فاقد غشاء اند. بر اساس مطالعات انجام شده و نتایج به دست آمده در کل نخستین آثار موجودات زنده به کمتر از ٤ بیلیون سال پیش چیزی حدود ٥٠٠ تا ٧٠٠ میلیون سال پس از شکل گیری زمین باز می گردد. در ابتدا پروکاریوت های بی هوازی تشکیل شدند و پس از آن به ایوکاریوت های فتوسنتزی بی هوازی انشعاب یافتند طی فرآیندهایی ایوکاریوت های بی هوازی به هوازی غیر فتوسنتزی تبدیل شدند و پس از آن به جلبک ها ٬ قارچها ، گیاهان و جانوران انشعاب یافتند.در ابتدا پروکاریوت ها که آرشی باکتریها تا ایوباکتریهای هوازی را شامل می شوند بر زمین می زیستند. نحوه تکامل پروکاریوت ها به ایوکاریوتهای فتوسنتزی هوازی بسیار هائز اهمیت است زیرا بر اساس نوع شکل گیری ایوکاریوت ها که دارای قسمتهای مختلفی در یاخته چون میتوکندری و کلروپلاست است تصور بر این است که ایوکاریوت ها از همزیستی گونه های میانی پروکاریوتی یا بین ایوکاریوت های اولیه و پروکاریوت ها به وجود آمده اند. توجیه این فرض بر پایه این قضیه استوار است که یک یاخته میکروبی که دارای خاصیت فتوسنتزی بوده می توانسته درون یاخته ای که فاقد این قسمت است وارد شود و سیستمی جدید به وجود آورد که در حضور نور خورشید قادر به تامین انرژی از طریق تنفس یا تخمیر باشد. با استناد به فسیلهای یافت شده نخستین گونه که استرماتولیت[2]
نام گرفته در حدود ٥/٣ بیلیون سال پیش شکل گرفت ،گونه توده مانندی که از تعداد بسیاری دانه ها ی معدنی تجمع یافته میکرو اورگانیزمها به وجود آمد، میکرو ارگانیزم هایی که درشکل گیری این گونه دخالت داشتند سیانوباکتری هایی چون جلبک فیروزه ای رنگ فتو اتوتروفیک بودند که از راه فتوسنتز یا از طریق مواد اطراف زندگی می کردند که اکنون میتوان در سواحل استرالیا مدرن گونه ای از آنها را یافت. سن این گونة نخستین از روی فسیلهای کشف شده به دست آمده است. احتمالا زندگی خود را باید مدیون استراماتولیتها این مجموعه ای از باکتریها باشیم. در حدود ٤/١ بیلیون سال پیش سلولهای یوکاریوت شکل گرفتند که مجموعه ای از تک سلولی ها بودند (پیش از این دوره یعنی یک بیلیون سال پس از شکل گیری زمین ، تنها گونه به شکل تک سلولی یافت می شد). در اثر پیشرفت و رشد این ساختارها به همین منوال در طی میلیون ها سال سلولهای بزرگتری که ده ها برابر بزرگتر از گونه های پیشین بودند به وجود آمدند، سلولهای پیشرفته تری با هسته ای شامل دی ان آ که اطلاعات را از نسلی به نسلی دیگر منتقل می کند. در اثر فتوستز گونه های گیاهی بود که مقدارO2 در اتمسفر زیاد شد و موجب پدید آمدن لایه حفاظتی اوزون شد، اثر گلخانه ای نیز شرایط مساعد دمایی را فراهم کرد و دمای شب به میزان قابل توجهی بالا رفت و جانداران پر یاخته ای به وجود آمدند. این حادثه که از اهمیت فراوانی برخوردار است انفجار کامبریان نام گرفته (پایان دوره پروتروزوئیک – آغاز دوره فانروزوئیک) که منجر به پدید آمدن گونه های پیشرفته تری از حیات شد. تنوعي از موجودات زنده بر روي زمين پديد آمد بيش از آن كه تصور مي شود .پيش از پرداختن به چگونگي پيدايش گونه هاي متفاوت و برسی طبقه و رده بندی این گونه های جاندار براستي ضرورت ايجاب مي كند مقوله مهم جهش مورد برسي قرار گيرد.
جهش[3] در سال ١٩٥٣ واتسون و کریک با ارائه مدل مارپیچی دو رشته ای نشان دادند که اطلاعات ژنتیکی به وسیله این رشته طویل که از واحد های کوچک نوکلئوتیدی تشکیل شده اند نگهداری میشوند. در داخل سلول این پیچیده ترین مولکولهای آلی و بسیار مهم در هسته آن کروماتین یا DNA یا دزوکسی ریبو نوکلئیک اسید و RNA ریبو نوکلئیک اسید وجود دارند که نقش اساسی در کنترل تولید پروتئین و انتقال اطلاعات ژنتیکی یا به عبارتی (وراثت) از نسلی به نسل بعد را ایفا می کنند. دی ان آ انسان بسیار بزرگ می باشد به طوری که اگر بتوانیم آن را از هسته خارج و باز کنیم طولش به ٢ متر خواهد رسید. ریبو نوکلئیک اسید یا آر ان آ شباهت بسیاری به دی ان آ دارد و قدری از آن کوچکتر است. وظیفه آن این است که اطلاعات جمع آوری شده توسط دی ان آ را به بیرون از هسته منتقل کند. تکامل انسان از گونه های ابتدایی به گونه های پیشرفته را باید در درون این سیستم یعنی هسته جستجو کرد. دی ان آ پلی مری است که در آن واحد تکراری از مولکول تغییر شکل یافته قند ریبوز به شکل فورانوز به چشم می خورد. تغییر شکل ریبوز یعنی حذف اتم اکسیژن متصل شده به کربن ٢ ، منجر به ساخته شدن مولکول داکسی ریبوز می شود یا همان واحد تکراری منومر، مولکول داکسی ریبوز. در این میان بازهایی از نوع امینو ها که باز ازته نام دارند با پیوند کوالانسی متصل می شوند که تعداد آنها ٥ عدد است:چهار نوع آن در دی ان آ عبارتند از سیتوزین (C) ، تیمین (T)، آدنین (A)، و گوانین (G) که به کربن شماره ١ داکسی ریبوز نوکلئیک اسید پیوند خورده اند. در، آر ان آ نیز بازهای اوراسیل (U)،آدنین (A)، گوانین (G) و سیتوزین (C) به مولکول ریبونوکلئیک اسید متصل هستند. پیوند مهمی که میان دو رشته برقرار است پیوند هیدروژنی است که ساختار نردبانی را به وجود می آورد.در تقسیم سلولی( میتوز ) این رشته کروماتین است که فشرده می شود و به شکل مشخصی به نام کروموزوم تبدیل می گردد. هریک از سلولهای بدن انسان دارای ٤٦ کروموزوم است و شناسه هر موجود زنده ای تعداد کروموزمهای درون هسته آن است. هر کروموزوم از ٢ کروماتید ساخته شده است که در جایی به نام سانترومر به هم متصل هستند. رشد یک موجود زنده از تقسیم پیاپی سلولی یا میتوز حاصل میشود. در این جا است که هر کروموزوم همانند سازی میشود و کروموزموم ها دوبرابر می شوند. تقسیم دیگری که تقسیم کاهشی ( میوز ) نام دارد تعداد کروموزوها را نصف میکند، این تقسیم برای اندامهای جنسی و ایجاد سلولهای جنسی که تعداد کروموزوم های آن نصف تعداد کروموزومهای دیگر است مناسب است. اندازه یک ژن چیزی حدود ٣٠٠ آنگستروم است ! باید بیشتر بیندیشیم که دسته ای از این ژن های بسیار کوچک اند که آدرس دهی شده اند و این ژن های آدرس دهی شده هستند که شناسنامه هر قسمت از سیستم هوشمند را به دست گرفته اند! یا به تعبیری الگویی برای همانند سازی موجود زنده هستند. دی ان آ از نسلی به نسل دیگر منتقل می شود. تغییر ساختار دی ان آ است که در طول تاریخ منجر به بهینه سازی اطلاعات می شود و یا بالعکس به دلایل خاص و شاید نادر هماهنگی و استحکام را از میان می برد که عواقب آن عدم کارآیی اندام ها و یا مرگ خواهد بود. جهش است که ریخت موجود زنده را در طول تاریخ دگرگون می کند! برای روشن شدن داستان براستی پیچیده ای که دوریس دانشمند هلندی آن را جهش یا موتاسیون نامید باید بطور جدی ساختار شیمیایی ژن ها مورد برسی قرار گیرند و با توجه به دانش به دست آمده در ژنتیک می توان گفت که جهش ها تنها به علت پرش های کوانتومی توجیح پذیرند.
در فیزیک کوانتومی انتقال از یک وضعیت به وضعیت دیگر به مانند پاندول ساعت یا آونگی که در نوسان است ،پرش کوانتومی[4] نامیده می شود . جهش ها بدون هیچ رونوشت یا دستوری به وقوع می پیوندند وچیزی که بتوان آن را یک حالت از پیش تعیین شده نامید وجود ندارد زیرا در فیزیک کوانتومی با ذراتی که آینده شان به درستی معلوم نیست روبه رو هستیم وتنها آمار است که مقادیری ( تقریبی ) به دست می دهند. مندل معتقد بود که عناصر وراثتی در طی نسلها ثابت بوده و تغییری در آن حاصل نمی شود اما دوریس با برسی به این نتیجه رسید که نه تنها تغییرات کوچکی در ماده ژنتیکی می تواند رخ دهد بلکه می تواند ساختار زنتیکی موجود زنده را دست خوش تغییرات چشمگیری کند که منجر به دگرگونی موجود زنده خواهد شد. اغلب جهش ها در نتیجه تغییر در یک جفت باز و جایگزینی جفت باز بوسیله جفت باز دیگر ، و یا با دوبرابر شدن یا حذف شدن جفت آنها به وجود می آیند(نکته ای که باید به آن اشاره کرد این است که هر تغییری در ژن موجب تغییر در رمز نحواهد بود) به این گونه موتاسیون ها یا جهش ها، موتاسیون های نقطه ای گفته می شود. سه ویژگی مهم جهش عبارتند از : آ- ایجاد تغیرات دائمی در گونه ، نعداد یا ترکیب ماده نوکلئو تیدی. ب- ایجاد تغییراتی که وقوع آنها بر اساس اطلاعات ماده ژنتیکی برنامه ریزی نشده باشند. ت- وقوع تغییرات غیر عادی و نادر.
علل بسیاری موجب جهش می شوند که به ترتیب می توان عوامل شیمیایی (که در اینجا به اختصار می توان به گاز خردل اشاره کرد) و فیزیکی را نام برد. عوامل فیزیکی عبارت تند از: امواج الکترومغناطیسی بین طول موج های ٠١/٠ تا ١٠ آنگستروم پرتوهایی چون X و گاما ، پرتوهای β و نوترونها ، شوکهای حرارتی ، برودتی و بی وزنی که موجب تغیرات در ماده ژنتیکی می شوند. از این دست پرتوها به دو دسته با شدت های متفاوت به پرتوهای یونساز و غیر یونساز تفکیک می شوند. تقریبا تمام پرتوهای نام برده منهای پرتویUV ماوراء بنفش پرتوهایی یونساز هستند که موجب عمل یونیزاسیون در ماده ژنتیکی می شوند. هر آنچه قرار است روی دهد در واقع در همین رشته نردبان بلند و مارپیچی رخ خواهد داد. هر چه ( دز ) پرتوهای یونساز بالاتر باشد درصد جهش ها یا ظهور نا هنجاری ها در آن محدوده ( نه نقطه مورد نظر ) بیشتر خواهند بود. توضیح این مسئله ساده است : تصور کنید سیلی از ذرات بسیار پرانرژی چون پروتونها در اثر واپاشی اورانیوم در یک انفجار اتمی به سمت شما روانه شود ! پیش بینی این که چه جهشی رخ خواهد داد ممکن نیست چون نمی توان تعیین کرد که کدام الکترون از مدار خارج خواهد شد. همانطور که اشاره شد هرچه دز بیشتر باشد درصد جهش بالاتر خواهد بود ٬ این موضوع به تاثیر بیولوژیکی نسبی معروف است. تاثیر بیولوژیکی نسبی در پرتوهای ایکس به مراتب کمتر از نوترونهای سریع یا در پرتوهای گاما است. تاثیر بیولوژیکی تابعی از انتقال خطی انرژی پخش شده در واحد طول است. برای جدا ساختن یک الکترون در مدار بیرونی اتم کمترین انرژی لازم برابر است با 3.8x10-14 کالری . در شرایط استاندارد برای تعیین مقدار یونها در اثر تابش واحدی به نام رونتگن R در محاسبه به کار می آید و آن واحد 1.8x109 جفت یون در هر سانتی متر مکعب هوای خشک در دمای صفر درجه و فشار ٧٦ میلی متر جیوه است. واحد دیگری نیز وجود دارد که کل تابش جذب شده در بافت موجود زنده را اندازه گیری می کند که راد rad نامیده می شود.
در تصویر الف با تابش UV ماوراء بنفش به دی ان آ ، باز T و باز C به هم متصل می شوند و همانند تصویر ب به اصطلاح تشکیل باز دایمری می دهند که اغلب از نوع تیمین دایمری هستند.این خود یک تغییر اساسی در الگو محسوب می شود. دایمر ها باعث ایجاد برآمدگی در رشته دی ان آ و موجب از هم پاشیدن پیونده های بین مولکولهای تیمین در دایمر و آدنین های مکمل و در نهایت موجب اختلال در همانند سازی می شوند. در این جا است که جهش روی می دهد و تاثیر آن اگر ویران کننده باشد باعث مرگ موجود زنده خواهد شد واگر نه در طی سالها با تغییر خاصی که در مولکول وراثتی ایجاد شده است و آدرس ها دگرگون شده است ریخت موجود زنده دگرگون خواهد شد. تصور کنید میلیون ها سال پیش فوران گامایی در نزدیکی خورشید موجب چنین تغییراتی در ساختار مولکولی موجودات زنده شده باشد .
رده بندی جانداران ٬ مراحل تکاملی و تاریخی در اینجا با توجه به گوناگونی و فراوانی گونه های متفاوت جانداران مجال آن نخواهد بود که مفصل به طبقه جانداران و دسته بندی و مراحل تکاملی آن ها و دیگر رخدادهای طبیعی نگاهی کنیم.این هدف اصلی مقاله نیست ٬ اما مختصرا سودمند خواهد بود. دانش رده بندی جانداران و تبیین مراحل تکاملی در طول زمان دست خوش تغییرات چشم گیری بوده است و در این میان می توان به تحول چشم گیر آن از ارسطو تا لینه ٬ ژرژ گاوییر ٬ جیمز هاتن ٬ لامارک و داروین اشاره کرد.ارسطو گیاهان را بر حسب این که علفی ٬ بوته ای ٬ یا درختی باشند و جانوران را بر حسب زیستگاهشان : خاکی ٬ آبی ٬ هوایی تفکیک کرده بود.دیگر فیلسوفان نیز جانداران رابر حسب سودمند بودن و یا زیان آور بودنشان تقسیم بندی کرده بودند هر چند که می توان گفت به چه اندازه این دو رده بندی نتایج شان از یکدیگر متفاوت بودند. لینه نیز در سده هجدهم سیستم رده بندی خود رابر پایه دو فرض استوار کرد.نخست این که هر گونه از جانداران نشان دهنده نمونه ای از طبیعت است و افراد تشکیل دهنده آن گونه الزاما با این استاندارد مقایسه شوند.و بالاخره دومین فرض نیز از این قرار بود که گونه ها در طبیعت تغییر ناپذیر اند.نباید خدمات فراوان این دانشمند در خصوص جمع آوری و نامگذاری گونه ها ی گیاهی و جانوری را از نظر دور داشت .او سیستم دونامی را برای نامگذاری جاندارن برگزید و تکمیل کرد و دیگر خدماتی که به سبب آن او را پدر علم طبقه بندی می دانیم.اما در کل می توان گفت که چهار نوع رده بندی وجود دارد. أ- رده بندی مصنوعی که صرف نظر از اهمیت ویژگیهای جانداران ٬ که بر حسب یک یا چند صفت انتخابی صورت می پذیرد. ب- رده بندی طبیعی بر خلاف رده بندی مصنوعی ٬ ویژه گیهای موجودات زنده ارزشهای متفاوتی دارند.که برای تفکیک گروه های بزرگ به ویژه گیهای مهم و با ثبات توجه میشود و در گروه های کوچک نیز به ویژه گیهای کم اهمیت و بی ثبات تاکید میشود. رده بندی فیلوژنتیک یا تبار شناسی رده بندی بیو سیستماتیک یا زی سازگان شناختی ژرژ کاوییر آناتومیست فرانسوی در خصوص طبقه های مختلف جانوری بر این نظر بود که جانوران تابع رخدادهای طبیعی زمانشان میباشند و از مشاهده فسیلها نتیجه گرفته بود که الگوی مناسبی برای بررسی تاریخ حیات به دست می دهند.این الگو را که نشان دهنده صورت های مختلفی از فسیلها است می توان به لایه های مختلفی تفکیک کرد که روی هم انباشته شده اند و رابطه تنگاتنگی با دوران زمین شناختی دارند.به این ترتیب حوادثی که در دل تاریخ رخ داده اند چون طوفان و دوره هایی که با خشکی بسیاری همراه بوده اند منجر به مرگ گونه های متفاوت شده اند(دوره تاریخی کاتاستروفیسم). جیمز هاتن نیز بر این نظر بود که تغییرات ایجاده شده به صورت تدیجی روی داده اند به این شکل که تغییراتی که به چشم می خورند حاصل انباشته شدن تغییرات مداوم اما آهسته می باشند.به دنبال این نظریه بود که چارلز لایل با تعمیم نظریه تدریجی بودن نظریه خود را تحت عنوان (یونی فرمیتاریانیسم) ارائه داد.این نظریه نیز بر این پافشاری می کند که مراحل ژئولوژیکی بسیار به آرامی و یکنواخت و در طول تاریخ متعادل شده است. در سال ١٨٠٩ لامارک متصدی بخش جانوران بی مهره موزه تاریخ طبیعی پاریس تئوری تکامل خود را منتشر ساخت.وی بر این نظر بود که با مقایسه گونه های فعلی و گونه های فسیلی می توان به این نتیجه رسید که روند دگرگونی تاریخی از گونه های ابتدایی به سمت گونه های پیچیده تر ادامه یافته و موجود زنده با کامل شدن سازگاری بهتری با محیط پیدا کرده است و سازگاری های جدید با تغییرات محیطی شکل می گیرند. داروین نیز تکامل موجودات زنده را در رویارویی با محیط و قدرت مطرح کرده است. در زیست شناسی تکامل٬ به تغییر حیات از ابتدای پیدایش تا گونه های امروزی اطلاق می شود. این بحث ها به طور جدی با چاپ کتاب داروین " پیدایش گونه ها " آغاز شد. داروین اظهار داشت که موجودات زنده از یک نقطه انشعاب یافته اند و گونه های جدید به طور ( خود بخودی ) به وجود نیامده اند که فرآورده گونه های پیشین و ابتدایی بوده اند. وی بر این اساس معتقد بود که اکثر موجودات زنده که بر زمین می زیسته اند از بین رفته اند و ما گونه ای هستیم که از دسته های گوناگونی انشعاب یافته ایم. در کتاب پیدایش گونه ها داروین نظریات خود را بدین شکل طبقه بندی کرد که بر پایه تاثیر محیط بر موجودات و تنوع ارثی بود: أ. افراد هر جامعه با هم در بسیاری صفات متفاوت هستند حتی اجداد خود. ب. تفاوت های بالا وراثتی هستند. ت. افراد جامعه نتایجی را موجب می شوند که نسبت به محیط مقاومت پیدا می کنند. ث. افرادی که به محیط سازگاری بیشتری پیدا کنند نسبت به دیگر افراد نتایج بهتری تولید می کنند و بقایشان بیش از دیگر افراد تضمین می شود. همانطور که اشاره شد محیط ، افراد شایسته را گزینش می کند و افرادی که عدم کارآیی شان به بوته آزمایش گذاشته شد به مرور نسلشان منقزض میشود. ظهور بهترین گونه ها که توانستند خود را با محیط سازگار کنند در اثر همین توانایی و استفاده از قدرت بود که منجر به دگرگونی نوع پیشرفته تر شبه انسان شد. در پیدایش گونه ها زمین بستری بوده که در دگرگونی آن نقش چشم گیری داشته است.
خصوصیت و ویژگی حیات چیست؟ همه چیز را با هر کم و کاستی گفتیم اما یک چیز را نگفتیم و آن این است که موجود زنده با همه پیچیدگی اش از چه فیزیکی پیروی می کند و آیا قوانین فیزیک را نقض می کند ؟ ابتدا باید در یک جمله برای پاسخ به سوال دوم گفت که موجود زنده از آنچه گفتیم معلوم است که فیزیک را زیر پا نمی گذارد و شیمی کربنی بر پایه فیزیک استوار است اما این همه داستان نیست که به عنوان مثال برای ساختن یک ساختمان تنها مصالح آن لازم است! در واقع مجموعه رفتار ها چه شیمیایی و چه نا معلوم یا ناشناخته خارج از قوانین فیزیک رخ نمی دهند.با این حال چگونه است که نمی توان مرزی میان موجود زنده و غیر زنده به طور مشخص قائل شد. چرا تعریف موجود زنده در چهار چوب فیزیک امروزی چنین سخت قرار می گیرد؟ چرا نمی توان گفت موجود زنده چیست؟ بیایید تفاوت موجود زنده را از نظر فیزیکی نسبت به جسمی بی جان مقایسه کنیم.
موجود زنده حرکت می کند ٬ کار انجام می دهد٬ و بر محیط تاثیر می
گذارد و با پیرامون اش تبادل مواد می کند.اما اگر مقایسه کنیم و
مشاهده کنیم جسمی بی جان نیز چنین می کند! اگرجسمی بی جان را به
حال خود رها کنیم در محیط به علت اصطکاک به سرعت به سکون می گراید
و اختلاف پتانسیل های الکتریکی و شیمیایی از بین میروند .اگر در
این جسم موادی یافت شوند که میل به ساختن ترکیب تازه ای دارند
دگرگون خواهند شد و کارشان را انجام خواهند داد به این ترتیب در
اثر انتقال گرما دما سراسر یکسان خواهد شد ٬ پس از آن جسم به توده
ای از ماده مرده و بی تحرک تبدیل می شود که دیگر تمایلی به دگرگونی
نخواهد داشت و دیگر هیچ رویداد مشخصی که نشان دهنده حالتی دیگر از
تغییر باشد رخ نخواهد داد.در این حالت است که اگر از یک فیزیکدان
سوال کنید او خواهد گفت جسم در حالت تعادل
ترمودینامیکی یا بیشینه
آنتروپی قرار
دارد. (در دمای به این ترتیب موجود زنده این روند زوال به سوی تعادل را خنثی می کند و عامدا چنین می کند .یعنی خود را به شکل دیگر به تعادل می رساند. موجود زنده چگونه در برابر این روند زوال (تعادل) پایداری می کند و دوام می آورد؟پاسخ این سوال ساده است: خوردن ٬ آشامیدن ٬ نفس کشیدن یا به تعبیری دیگر سوخت و ساز.در واقع در آنچه که تغذیه می کنیم مقدار بسیاری انرژی نهفته است که وقتی به ساختمان موجود زنده اضافه می شود آنتروپی را افزایش می دهد.موجود زنده آنتروپی اش را افزایش می دهد و این یعنی میل به سمت آنتروپی بیشینه یا خطرناک.در این صورت موجود زنده بی وقفه از پیرامون اش آنتروپی منفی میکشد از این رو در سوخت و ساز سعی می کند تا خود را از آنتروپی تولید شده نیز آزاد سازد و به شکلی برای آن که دوام یابد خود را به حد مطلوبی که فاصله بسیاری از حالت بیشینه دارد برساند. نکته ای که اشاره به آن اهمیت بسیاری دارد حالتی از نظم است که بر پایه بی نظمی کوانتومی شکل گرفته است.نظم حالتی است که موجود زنده به سمت آن گرایش دارد.همانطور که با ساختمان ژن تا حدی آشنا شدید چنین نظمی در ساختمان ژن ها مشهود است و دیدیم که کوچکترین تغییر در ساختمان اتم های ژن ها تغییراتی را بروز می دهند.در واقع این نظم شگفت انگیز ماده وراثتی را به تعبیری که از سخن شرودینگر در کتاب حیات استنباط کرده ام باید مدیون بلور های بی تناوب بود.بلور هایی که بر پایه فیزیک کلاسیک بنا نشده اند که بی شک بر پایه اصلی مبتنی بر قوانین فیزیک کوانتومی سامان گرفته اند. آنچه به فرجام رسید (منظور تکامل گونه های ابتدایی به گونه های امروزی) بی شک برای ما انسانها کاملا روشن نشده است.به هر روی به اهمیت جهش تا اینجا می توان پی برد و این که در آینده نیز باید در انتظار گونه ای جدید از انسان و دیگر موجودات باشیم. اما آنچه که ما را آگاه می کند این رویدادهای فیزیکوشیمیایی است که اگر شرایط اش فراهم شود که بستگی به ویژگیهای مهمی چون دمای سطح سیاره و فاصله آن از ستاره مادر٬جو و فشار آن و فراوانی آب و مواد کربنی که اساس پروتئینها است ٬جاذبه که می تواند جو را را در پیرامون خود نگاه دارد و شاید فاکتورهایی که هنوز برای ما شناخته شده نیستند٬ می توانند در جای دیگری نیز روی دهند٬جایی در ورای منظومه ما .اما میتوان حالتهای دیگری از حیات را هم تصور کرد که بر پایه شیمی غیر کربنی بنا شده باشند.
دانیال سب
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 |
|
Sub quantum space and interactions from photon to fermions and bosons |
|
نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی |
آرشیو موضوعی
|
|
از آغاز کودکی به پدیده های فیزیکی و قوانین حاکم بر جهان هستی کنجکاو بودم. از همان زمان دو کمیت زمان و انرژی بیش از همه برایم مبهم بود. می خواستم بدانم ماهیت زمان چیست و ماهیت انرژی چیست؟