انسان گونه غالب؛ حيات چگونه آغاز شد؟ (بخش اول)

تقريبا ۴.۶ ميليارد سال پيش، منظومه‌ي شمسي ما به شكل يك ابر متشكل از گاز و غبار، به‌نام سحابي خورشيدي بود. با چرخش اين سحابي و ريزش گرانشي مواد داخل آن، خورشيد در مركز ابر گازي شكل گرفت. با تشكيل خورشيد، مواد باقي‌مانده در سحابي، رفته رفته روي هم انباشته شدند. ذرات كوچك تحت تأثير نيروي گرانشي خورشيد به يكديگر چسبيدند و ذرات بزرگتري را ايجاد كردند. بادهاي خورشيدي ذرات سبك‌تر را، مانند هيدروژن و هليوم از مركز سحابي دور كرد و ذرات سنگين و سنگي در نزديك خورشيد باقي مانند كه بعدا سيارات سنگي و خاكي از آن‌ها تشكيل شد.

اما از آنجايي كه قدرت بادهاي خورشيدي در فواصل دور كمتر مي‌شود، ذرات فرصت اين را پيدا كردند كه با درآميختن با يكديگر غول‌هاي گازي را به وجود آورند. درنتيجه، سيارك‌ها، ستاره‌هاي دنباله‌دار، سيارات و قمر‌هاي آن‌ها تشكيل شد. در ابتدا، هسته‌ي سنگي زمين در اثر برخورد و در‌هم‌آميختگي عناصر سنگين تشكيل شد. مواد چگال‌تر به سمت مركز زمين فرو رفتند و مواد سبك‌تر پوسته‌ي زمين را تشكيل دادند. احتمالا در همين دوره‌ي زماني، ميدان مغناطيسي زمين شكل گرفته است. بر اثر گرانش، مولكول‌هاي گازي در اطراف زمين به دام افتادند و اتمسفر زمين را به وجود آوردند. در اوايل دوره‌ي تكامل زمين، يك جرم آسماني بزرگ با آن برخورد كرد كه باعث شد تكه‌هاي بزرگي از زمين كنده و وارد فضاي اطراف شوند.

بر اثر گرانش زمين، قسمت اعظمي از اين مواد به يكديگر جوش خوردند و قمري را تشكيل دادند كه به دور زمين در مدار خود شروع به گردش كرد. وقتي خرده‌‌سياره‌ها و ستاره‌هاي دنباله‌دار به زمين جديد برخورد ‌‌مي‌‌كردند، آب و هيدروژن موجود در آن‌‌ها به‌‌سرعت بخار مي‌‌شد. هنگامي كه زمين به‌مرور زمان سرد شد، بخار آب ناشي از برخورد دنباله‌دارها و سيارك‌ها متراكم شد و در فضاي اتمسفر زمين باقي ماند. شواهد مربوط به اين موضوع در نسبت‌هاي ايزوتوپي نهفته است. نسبت ايزوتوپ هيدروژن سنگين به هيدروژن معمولي يك امضاي شيميايي اختصاصي است. با در اختيار داشتن دو مقدار آب با نسبت ايزوتوپي يكسان، به اين نتيجه مي‌رسيم كه اين آب‌ها بايد از يك منشأ باشند.

آب‌‌ اقيانوس‌‌هاي زمين نيز نسبت ايزوتوپي يكساني با آب موجود روي خرده‌‌سياره‌ها دارند. ممكن است اقيانوس‌ها بين سطح زمين و ذخاير عميق‌‌‌تري از آب در اعماق زمين در چرخه باشند. اين قضيه مي‌تواند منجر به تغيير نسبت ايزوتوپي آب به‌مرور زمان شده باشد. چنين فرضي اين ايده را تقويت مي‌كند كه ممكن است آب‌‌هاي عميق‌تر، دست‌كم منشا بخشي از نخستين آب‌‌هاي موجود در زمين باشند. احتمال دارد كه اين آب مستقيما از سحابي خورشيد نشأت گرفته باشد و نه دنباله‌دارها و خرده‌‌سياره‌‌ها.

از زمان يونان باستان تا قرن نوزدهم اين ايده وجود داشت كه حيات هميشه از ماده‌ي غيرزنده منشا مي‌گيرد و خيلي از مردم بر اين باور بودند كه مثلا مگس از گوشت فاسد، ماهي‌ها از گل و لاي اقيانوس، و جانداران ميكروسكوپي از آبگوشت به وجود آمدند؛ اما همچنان مباحثه درباره‌ي اينكه موجودات ميكروسكوپي چگونه به وجود مي‌آيند تا دهه‌ي ۱۸۶۰ ادامه داشت. در سال ۱۸۶۲ پژوهشگر بزرگ فرانسوي لويي پاستور، آن چيزي را كه خيلي از افراد به آن شك داشتند، تأييد كرد. پاستور به مباحثه و گفت‌وگو درباره‌ي توليد خودبه‌خودي جانداران خاتمه داد اما پاسخي براي اين پرسش كه چگونه حيات در مكان اوليه شكل گرفت، ارائه نداد.

مولكول‌هاي آلي كوچك (مونومرها)

بيشتر زيست‌شناسان با اين فرضيه موافقند كه ابتداي شكل حيات بسيار ساده‌تر از موارد زنده‌ي امروزي است و پيدايش اين نوع حيات ساده براي نخستين بار از مواد غيرزنده صورت گرفته است. چون موجودات زنده شامل پليمرهايي هستند كه از مولكول‌هاي آلي كوچك تشكيل شده‌اند. پس پيدايش و جمع شدن مولكول‌هاي آلي كوچك بايد از ابتدايي‌ترين مراحل شيميايي و مقدم بر پيدايش حيات باشد. بعضي از پژوهشگران گفته‌اند كه شهاب‌سنگ‌ها و ستاره‌هاي دنباله‌دار منشا اين مولكول‌هاي آلي كوچك در كره‌ي زمين بوده‌اند اما انديشه متخصصين اصلي آن است كه بيشتر مولكول‌هاي آلي اوليه، از مواد غيرآلي در زمين اوليه منشا گرفته است. دومين مرحله‌ي مقدم بر پيدايش حيات را تشكيل پليمرهايي مانند پروتئين‌ها و اسيدهاي نوكلئيك از مونومرهاي آلي مي‌دانند.

همان‌طور كه مي‌دانيد قند ريبوز يك عنصر بسيار مهم در مولكول RNA است و خود RNA يكي از ۳ مولكول بزرگ حياتي است. دانشمندان براي كسب اطمينان از اين انديشه متخصصينيه به سراغ ايجاد محيط آزمايشگاهي براي شبيه‌سازي آن رفتند. براي اين كار از يخ‌هايي استفاده شد كه به‌واسطه‌ي تركيب متانول، آب و آمونياك به دست آمده از شهاب سنگ ۶۷P ايجاد شده بود. پس از قرار دادن اين يخ دربرابر تششعاتي مشابه با دوران يادشده در زمين، دانشمندان شاهد اين بودند كه فرايند تبخير در دماي عادي اتاق موجب ايجاد ريبوز و ساير انواع مولكول‌هاي شكر مي‌شود و علاوه‌بر آن نيز اسيدآمينه، الكل و ساير مولكول‌هاي ارگانيك را از خود به‌جاي گذاشت. درنهايت مي‌توان گفت كه حيات از نقطه‌اي ديگر در كهكشان‌هاي جهان به زمين راه يافته است و همين امر نيز مي‌تواند منجر به اميد بيشتر به يافتن محيط‌هايي مشابه براي زندگي انسان‌ها در خارج از كره‌ي زمين شود.

براي رسيدن به سپيده‌دم حيات بايد تقريبا ۴ ميليارد سال عقب برويم. دوراني كه اتمسفر زمين غليظ و پر از كربن‌دي‌اكسيد بود و خورشيد هم درخشندگي كنوني‌اش را نداشت. منظومه‌ي شمسي تازه در حال شكل‌گيري بود و هنوز سنگ‌هاي آسماني سرگردان زيادي در آن وجود داشت. اين سنگ‌هاي سرگردان، مرتب سطح زمين را بمباران مي‌كردند. دانشمندان از اين دوران با نام دوره‌ي بمباران سنگين ياد مي‌كنند. برخورد سنگ‌هاي بزرگ و كوچكي كه قطر بعضي از آن‌ها حتي تا ۴۵۰ كيلومتر هم مي‌رسيد، پوسته‌ي زمين را به‌طور كامل مذاب كرده بود. به انديشه متخصصين مي‌رسد كه در اين دماي فوق‌العاده زياد و محيط سمي، هيچ موجود زنده‌اي نمي‌توانست دوام بياورد.

در اين غار ميلياردها ميليارد باكتري‌ كه حيات آن‌ها وابسته به هيدروژن سولفيد است، در كولوني‌هاي عجيبي گردهم آمده‌اند. باكتري‌ها كه جزو باستاني‌ترين و معمول‌ترين موجودات زنده‌ي روي زمين محسوب مي‌شوند، انرژي شيميايي هيدروژن سولفيد را استخراج مي‌كنند. مانند ديگر موجودات زنده، آن‌ها هم رشد مي‌كنند، با محيط خود سازگار مي‌شوند و توليدمثل مي‌كنند. در هركدام از اين موجودات تك‌سلولي، مولكول DNA وجود دارد. DNA به باكتري‌ها اجازه مي‌دهد كه تكثير شوند. شرايط اوليه‌ي زمين از شرايط اين غار خيلي بدتر بوده است و اين نشان مي‌دهد كه بعضي از انواع حيات مي‌توانند در محيط‌هاي فوق‌العاده سخت حضور داشته باشند.

سوپ بنيادين و آزمايش ميلر

در دهه‌ي ۱۹۲۰، شيمي‌دان روسي آپارين و دانشمند انگليسي هالدين به‌طور مستقل چنين فرض كردند كه اتمسفر اوليه‌ي زمين داراي يك محيط كاهنده (الكترون‌دهنده يا احيايي) بوده است كه در آن تركيبات آلي مي‌توانستند از مولكول‌هاي ساده تشكيل يابند. انرژي مورد نياز براي اين سنتز آلي مي‌توانست از آذرخش و تابش شديد اشعه‌ي فرابنفش (UV) فراهم شود. به گمان هالدين، اقيانوس‌هاي اوليه محلولي از مولكول‌هاي آلي يا يك سوپ بنيادين بودند كه حيات از آن‌ها سرچشمه گرفت.

در سال ۱۹۵۳ استنلي ميلر و هارولد يوري، از دانشگاه شيكاگو، فرضيه‌ي آپارين-هالدين را ازطريق ايجاد شرايط آزمايشگاهي مشابه با آنچه كه به تصور دانشمندان آن دوره، در زمين اوليه وجود داشت، آزمودند. محصول دستگاه آن‌ها، آمينواسيد‌هاي متنوعي بود كه امروزه در موجودات زنده يافت مي‌شود و دركنار آن‌ها نيز تركيبات آلي ديگري به دست آمد. تاكنون پژوهشگران در آزمايشگاه‌هاي زيادي، با استفاده از اتمسفرهاي متفاوتي، اين تجربه را تكرار كرده‌اند. در برخي از مدل‌هاي تعديل‌شده‌ي آن‌ها نيز تركيبات آلي توليد شده‌اند.

اينكه اتمسفر زمين جوان، متان و آمونياك كافي براي كاهنده بودن را دارا بوده است يا خير، روشن نيست. براساس شواهد، گمان مي‌رود كه اتمسفر اوليه اساسا از نيتروژن و كربن‌دي‌اكسيد تشكيل شده بود و حالت كاهنده يا اكساينده (الكترون گيرنده) نداشته است. آزمايش‌هايي از نوع تجربه‌‌ي ميلر-يوري كه با به‌كارگيري چنين اتمسفرهايي «خنثي» انجام گرفته‌اند نيز، منجر به توليد مولكول‌هاي آلي شده‌اند. احتمالا بسته‌هاي كوچكي از اتمسفر اوليه، شايد نزديك به دهانه‌هاي آتشفاني، حالت كاهندگي داشته‌اند.

تركيبات آلي اوليه در زمين، شايد به‌جاي تشكيل در اتمسفر، نزديك آتشفشان‌هايي زير آب و محافظ موجود در اعماق دريا، يعني جايي كه آب گرم و مواد معدني مي‌جوشيدند و به اقيانوس فوران مي‌كردند، ساخته شده‌اند. ساختن مولكول‌هاي پيچيده از مولكول‌هاي ساده به انرژي نيز نياز دارد. ميلر و يوري استدلال كردند كه در محيط اوليه زمين، منابع فراواني از انرژي، موجود بوده است. علاوه‌بر رعدوبرق، پرتو فرابنفش در مقايسه با شرايط كنوني، احتمالا با شدت بيشتري به سطح زمين مي‌رسيده است. ميلر و يوري پيش‌بيني كردند در شرايطي مشابه زمين اوليه مولكول‌هاي آلي از مولكول‌هاي غيرآلي به‌وجود مي‌آيد.

دكتر ميلر آزمايشي انجام داده است كه اين دستگاه چگونه شرايط موجود در زمين اوليه را شبيه‌سازي مي‌كند. جو، مخلوطي از بخار آب، NH3 ،H2 ،CH2 شامل مي‌شد. پژوهشگران باور دارند، كه اين گازها در دنياي قديمي، غالب بوده‌اند. براي شبيه‌سازي رعدوبرق، الكترودها جرقه‌هايي در اين مخلوط گاز تخليه مي‌كردند. در زير محفظه‌ي جرقه، يك پوشش شيشه‌اي به‌نام متراكم‌كننده‌، بخار آب موجود در مخلوط گازي را سرد و متراكم مي‌كرد و موجب مي‌شد باران همراه‌با تركيبات محلول در آن به درياي كوچك برگردانده شود.

دكتر ميلر با ايجاد تغييراتي در دستگاه ميلر بيش از ۲۰ آمينواسيدي را كه به‌طور معمول در جانداران پيدا مي‌شود، مانند قندها، ليپيدها، بازهاي نيتروژني موجود در نوكلئوتيدهاي DNA ،RNA و حتي ATP، ايجاد كرده است. اين مطالعه‌هاي آزمايشگاهي اين موضوع را تأييد مي‌كند كه پيش از پيدايش خود حيات در زمين اوليه بسياري از مولكول‌هاي آلي كه موجودات زنده را به‌وجود مي‌آورند، ايجاد شده بودند. حالا پژوهشگران عقيده دارند كه تركيب جوي زمين اوليه تا اندازه‌اي با آنچه كه ميلر در اولين آزمايش تاريخي خود فرض كرد، تفاوت دارد.

آتشفشان‌هاي جديد Co2 ،Co و بخار آب منتشر مي‌كنند و احتمالا دارد كه اين گازها هنگام پيدايش اوليه حيات در جو فراوان بوده باشند. NH3 ،H2 ،CH2 احتمالا تركيبات اصلي نبودند. در آزمايشي كه در سال ۲۰۰۸ براي آزمودن اين فرضيه‌ي آتش‌فشاني اتمسفر انجام شد، پژوهشگران با استفاده از تجهيزات مدرن مولكول‌هايي كه ميلر در يكي از آزمايش‌ها خود به‌دست آورده بود را دوباره مطالعه كردند. اين آزمايش نشان داد كه آمينواسيد‌هاي متعدد تحت شرايطي ساخته شده بود كه مشابه با يك فوران انفجاري بود.

وجود مولكول‌هاي آلي كوچك، مانند آمينواسيد‌ها، براي ظهور زندگي‌اي كه ما مي‌شناسيم كافي نيست. هر سلول داراي يك مجموعه‌ي گسترده و منظم از درشت‌مولكول‌ها، شامل آنزيم‌ها و ديگر پروتئين‌ها و نوكلئيك‌اسيدهايي است كه براي خودهمانندسازي ضروري هستند. آيا چنين درشت‌مولكول‌هايي مي‌توانستند در زمين اوليه شكل گرفته باشند؟ پژوهشگران ازطريق چكاندن محلول‌هاي حاوي آمينواسيد‌ها روي شن، خاك رس يا سنگ جديد، پليمر‌هاي آمينواسيدي ساخته‌اند. پليمر‌ها بدون كمك آنزيم‌ها يا ريبواخبار تخصصي‌ها به‌طور خودبخودي تشكيل شدند. اما برخلاف پروتئين‌ها، اين پليمر‌ها مخلوط پيچيده‌اي از آمينواسيدها با اتصال عرضي هستند و هر پليمر با سايرين متفاوت است. در نتيجه، ممكن است چنين مولكول‌هايي براي انواع گوناگوني از واكنش‌ها در سطح زمين اوليه، به‌عنوان كاتاليست ضعيف عمل كرده باشند.

پيدايش نخستين سلول‌ها؛ پروكاريوت‌ها و يوكاريوت‌ها

اينكه طبيعت چقدر سعي و خطا و چقدر زمان صرف توليد اولين سلول زنده كرده است، هنوز در هاله‌اي از ابهام قرار دارد. به انديشه متخصصين مي‌رسد كه در ابتدا چندين نوع موجود زنده‌ي تك‌سلولي شبيه باكتري‌ها در درياها مي‌زيسته‌اند. اين باكتري‌ها از تركيبات كربني موجود در درياها استفاده مي‌كردند اما با گسترش آن‌ها مواد غذايي آماده كمياب شد و تنها باكتري‌هايي موفق به ادامه‌ي زندگي شدند كه انرژي خود را از خورشيد مي‌گرفتند و سرانجام فتوسنتز آغاز شد. فتوسنتز نياز به هيدروژن داشت كه از سولفيد هيدروژن آتشفشان‌ها به‌دست مي‌آمد، اما محدوديت اين منبع هيدروژن، راه را براي موجودات زنده پيچيده‌تري از باكتري‌ها هموار كرد؛ سيانوباكتري‌ها يا همان جلبك‌هاي آبي.

اين جلبك‌ها با دارا بودن كلروفيل توانايي آن را داشتند كه هيدروژن لازم را براي فتوسنتز از تجزيه‌‌ي آب بگيرند. كلروفيل، ماده‌اي شيميايي است كه تمامي گياهان امروزي با آن عمل فتوسنتز را انجام مي‌دهند. به‌طور خلاصه، در فتوسنتز آب و دي‌اكسيد‌كربن به قند و اكسيژن تبديل مي‌شود. البته قند در ادامه واكنش‌ها در گياهان مي‌تواند به سلولز، نشاسته، پروتئين و چربي تبديل شود. بنابراين گياهان، منبع غذايي تمامي جانوران محسوب مي‌شوند. آثار جلبك‌هاي آبي هنوز نيز روي زمين قابل مشاهده است؛ استروماتوليت‌ها. اين‌ها همان سنگ‌هاي رسوبي حاصل از عملكرد سيانوباكتري‌ها هستند كه همراه‌با برخي فسيل‌هاي ميكروسكوپي نشان مي‌دهند كه آثار حيات ابتدايي در گونه‌هاي تك‌سلولي بدون هسته، حتي در دوره‌ي پركامبرين و بيش از ۳.۵ ميليارد سال پيش وجود داشته است. به اين جانداران، پروكاريوت مي‌گويند كه شامل آركي‌ها و باكتري‌ها مي‌شود. اين دو به لحاظ ساختاري و ژنتيكي از يكديگر متمايز مي‌شوند. 

بهترين شاهد در مورد تركيب شدن باكتري با آركي چيست؟ توالي ژنومي كه امروزه مثلا در سلول يك انسان وجود دارد. ۲۰۰ ژن در اطراف كرومواخبار تخصصي هاي ما وجود دارد كه مشابهت بالايي با ژنوم آركي‌ها دارد. در عوض DNA موجود در ميتوكندري شباهت زيادي به انواع موجود در باكتري‌ها دارد. با افزايش توليدمثل، برخي از انواع تك‌سلولي ها گردهم جمع شدند و كلوني سلولي را به‌وجود آوردند. به تدريج پس از گذشت ۱۵۰ ميليون سال، ميان اين جمعيت تك‌سلولي تقسيم كار انجام گرفت و سرانجام آن تشكيل چندسلولي‌ها است. اين جريان تا تشكيل گياهان و قارچ‌‌هاي چندسلولي و نيز جانوران چندسلولي پيش مي‌رود. احتمالا با بلعيده شدن يك باكتري توسط يك آركي و تركيب اين دو با همديگر، در حدود ۲ ميليارد سال قبل، سلول پيچيده و پيشرفته‌تري كه داراي هسته بود، ايجاد مي‌شود؛ يوكاريوت. البته اين زمان براساس شواهد فسيلي اعلام شده است، درحالي‌كه مدارك ژنتيكي، ايجاد يوكاريوت را تا ۳ ميليارد سال عقب مي‌برد. اين نوع سلول‌ها مي‌توانستند انرژي بيشتري ازطريق باكتري بلعيده‌شده ذخيره كنند. در نتيجه اندازه‌ي سلول و تعداد ژنوم آن بزرگتر شدند، سازگاري آن‌ها با محيط افزايش پيدا كرد و قادر بودند مدت زمان بيشتري زنده بمانند و توليد مثل كنند.

دنياي RNA يا دنياي DNA؛ مرغ يا تخم‌مرغ؟

اينكه اسيدهاي آمينه از فضا آمده‌اند يا روي زمين توليد شده‌اند يا هر دو، پاسخ پرسش اصلي ما نيست. پرسش اصلي چگونگي پيدايش سلول زنده است. براي رفتن به سوي حل اين معما درانديشه متخصصينگرفتن يك موضوع مشترك در تمامي گونه‌هاي زنده خيلي مهم است. آنچه كه يك موجود زنده را به يك سيستم با مرزبندي مشخص نسبت به محيط تبديل مي‌كند، پوسته است. يعني سلول نيز داراي پوسته‌اي است كه ورودي‌ها و خروجي‌ها را كنترل مي‌كند. جك شاستك (Jack Shostak)، زيست‌شناس آمريكايي با الهام از حباب‌هاي صابون كه از اسيدهاي چرب و در اثر كاهش نيروي كشش سطحي آب ساخته مي‌شوند، معتقد است كه پوسته‌هاي نخستين سلول‌ها نيز از اسيدهاي چرب حاصل‌شده در همان مرداب‌هاي گرم به‌وجود آمده‌اند.

پژوهشگران زيادي تلاش كردند تا با تركيب قندهاي ريبوز به پايه‌هاي اتمي، RNA را در آزمايشگاه بسازند، اما موفق نشدند. بيشتر آن‌ها از حرارتي مشابه چشمه‌هاي گرم زمين اوليه براي رسيدن براي اين منظور استفاده مي‌كردند، اما جان ساترلند (John Sotherland) شرايط ديگر آن دوره مانند سرما، نور خورشيد و غيره را نيز اعمال كرد. در كمال شگفتي وي موفق شد به نيمي از ساختار RNA دست يابد. او باور دارد كه در آينده خواهد توانست RNA را در آزمايشگاه سنتز كند. با محصور كردن RNA در يك غشاي فسفوليپيدي كه آن هم در آزمايشگاه قابل سنتز است، يك شبه‌سلول به دست مي‌آيد. 

آيا اصولا حيات يك منشا و يك درخت دارد، يا آنطور كه برخي دانشمندان باور دارند دو درخت يا حتي بيشتر؟ اينها پرسش‌ها و معماهايي است براي آينده. اگرچه ما هنوز منشا حيات را نيافته‌ايم، اما به خوبي مي‌دانيم كه DNA تركيبي از مولكول‌هاي شيميايي است كه به سلول زندگي مي‌دهد. به احتمال بيشتر DNA روي سياره زمين توليد شد و درخت زندگي، تحت بنيان انديشه متخصصينيه‌ي داروين رشد كرده است. DNA حامل كد ژنتيكي يا رمز منحصربه‌فرد هر موجود زنده براي تكثير خود است. با محصور شدن DNA در پوسته يا غشا، ما شاهد پيدايش سلول هستيم كه به‌عنوان واحد حيات شناخته مي‌شود. يك سلول اگرچه خيلي كوچك است، اما تمام رفتارهاي يك موجود زنده را دارد. 

در يك محيط معين، مولكول‌هاي RNAيي كه توالي بازي خاصي دارند، در مقايسه با ساير توالي‌ها سريع‌تر و با اشتباهات كمتري همانندسازي مي‌كنند. با توجه به تنوع مولكول‌هاي RNA، مولكولي كه توالي آن بهترين تناسب را با محيط اطراف دارد و داراي فعاليت خود-كاتاليتيكي بيشتري است، اغلب همانندسازي بيشتري نيز خواهد داشت. زاده‌هاي حاصل از اين مولكول RNA، همگي به يك گونه‌ي منفرد RNA تعلق نخواهند داشت بلكه شامل يك خانواده از مولكول‌هاي RNA با خويشاوندي نزديك به هم خواهند بود. علت اين امر خطاهايي است كه در طي كپي‌برداري رخ مي‌دهند. يك اشتباه در كپي‌برداري مي‌تواند منجر به ايجاد مولكولي شود كه به‌علت شكل تاخوردگي خاص خود، پايداري بيشتر يا انطباق بهتري براي خودهمانندسازي، نسبت به توالي نيايي، دارد.

شايد در زمين اوليه، رويداد‌هاي انتخابي مشابهي اتفاق افتاده باشد. بر اين اساس ممكن است يك دنياي RNA متفاوت با زيست‌شناسي مولكولي شناخته‌شده‌ي امروزي به وجود آمده باشد، كه در آن مولكول‌هاي RNA كوچكي كه اطلاعات ژنتيكي را حمل مي‌كردند، قادر به همانندسازي و ذخيره‌ي اطلاعات در پروتوسل‌هاي حامل خود بودند. يك پروتوسل داراي RNAي كاتاليتيك خودهمانندساز، با بسياري از پروتوسل‌هاي ديگر كه حامل RNA نبود يا داراي RNAهاي فاقد اين قابليت‌ها بودند، متفاوت بود.

زماني‌كه توالي‌هاي RNAي حامل اطلاعات ژنتيكي در پروتوسل‌ها ظاهر شدند بسياري از تغييرات ديگر فراهم گرديد. براي مثال RNA مي‌توانست الگويي باشد كه نوكلئوتيدهاي DNA از روي آن به‌هم متصل شوند. DNA دورشته‌اي ذخيره‌‌‌ي بسيار پايدارتري براي اطلاعات ژنتيكي است و با دقت بيشتري همانندسازي مي‌كند. دركنار بزرگ شدن ژنوم ازطريق مضاعف شدن ژني و فرايند‌هاي ديگر و نيز با به رمز در آوردن بيشتر خصوصيات در پروتوسل‌ها به‌صورت اطلاعات ژنتيكي، همانندسازي دقيق يك ضرورت مي‌شد. شايد پس از ظهور DNA، مولكول‌هاي RNA نقش امروزي خود را، به‌عنوان واسطه‌هاي ترجمه ژنتيكي بر عهده گرفتند و دنياي RNA جاي خود را به دنياي DNA داد.

پروتسل‌ها (protocells)

پروتوسل پيش‌ساز سلول‌هاي زند‌ي امروزي به حساب مي‌آيد. آن‌ها از گردهم‌آيي اجزاي غيرزيستي ساخته مي‌شوند. پروتوسل با اينكه خود يك موجود زنده به حساب نمي‌آيد، اما خصوصيات مشابهي با سلول‌هاي زنده دارد. پيدايش حيات بر سطح زمين، بدون وجود واحدهاي ساختاري غيرزيستي، مانند پروتوسل‌ها، محقق نمي‌شد. هر چند هنوز هم در مورد اين واحدهاي ساختاري يا به عبارت دقيق‌تر، ريشه‌هاي حيات، اطلاعات جامعي در دست نيست، اما به انديشه متخصصين مي‌رسد چندين تركيب شيميايي ساده دست در دست يكديگر داده‌اند و طي سال‌هاي متمادي، حيات فعلي را پديدار ساختند. براي فهم اين مسئله كه تركيبات غيرزنده چگونه مي‌توانند به پيدايش سلول‌هاي زيستا كمك كنند، ابتدا بايد با ويژگي‌هاي اساسي يك سيستم زنده آشنا شويم. موجودات زنده اغلب ۳ خصوصيت عملكردي مشترك دارند:

تمامي موجودات بايد قادر به انجام توليدمثل و متابوليسم باشند. ادامه حيات بدون اين دو عملكرد ممكن نيست. مولكول‌هاي DNA حامل اطلاعات ژنتيكي هستند، كه شامل دستورالعمل‌هاي لازم براي همانندسازي دقيق خودشان، در طي همانندسازي، است. اما همانندسازي DNA به يك ماشين آنزيمي ماهر و دركنار آن به يك منبع غني از واحدهاي ساختماني نوكلئوتيدي نياز دارد كه ازطريق متابوليسم سلول فراهم مي‌شود. احتمالاَ در پروتوسل‌هاي ابتدايي، مولكول‌هاي خودهمانندساز و يك منبع متابوليسمي از واحدهاي ساختماني، با يكديگر ظهور پيدا كرده‌اند.

چگونه چنين اتفاقي افتاد؟ احتمالا اين شرايط مورد نياز در وزيكول‌ها فراهم شده است. وزيكول‌ها اجزاي پر از مايعي هستند كه توسط ساختاري شبه‌غشايي احاطه شده بودند. آزمايش‌هاي اخير نشان مي‌دهند كه وزيكول‌هاي توليدشده به روش غيرزيستي مي‌توانند بعضي از ويژگي‌هاي مرتبط با حيات را نشان دهند، كه شامل متابوليسم، توليد مثل ساده و نيز حفظ تفاوت محيط شيميايي داخلي با محيط شيميايي اطراف است. به‌عنوان مثال، هنگامي كه ليپيد‌ها يا ديگر مولكول‌هاي آلي به آب افزوده مي‌شوند، وزيكول‌ها مي‌توانند به‌طور خودبه‌خودي تشكيل شوند.

در اين زمان، مولكول‌هاي آب‌گريز در اين مخلوط به‌صورت دولايه سازمان مي‌يابند كه شبيه به دولايه‌ي ليپيدي غشاي پلاسمايي سلول‌هاي امروزي است. افزودن موادي مانند مونتموريلونيت، سرعت خودگردايش‌گر وزيكول‌ها را بسيار افزايش مي‌دهد. اين خاك رس كه تصور مي‌شود روي زمين اوليه وجود داشته است، سطحي را فراهم مي‌آورد كه مولكول‌هاي آلي روي آن تجمع يابند و احتمال واكنش مولكول‌ها با يكديگر و تشكيل وزيكول‌ها را افزايش دهند. وزيكول‌هاي توليدشده به روش غيرزيستي مي‌توانند به خودي خود توليدمثل كنند و مي‌توانند بدون رقيق شدن محتوايشان، بزرگ شوند. وزيكول‌ها همچنين قادر به جذب ذرات مونتموريلونيت، از جمله ذرات پوشيده‌شده با RNA و ديگر مولكول‌هاي آلي، هستند. در ‌‌نهايت، آزمايش‌ها نشان داده‌اند كه برخي وزيكول‌هاي دولايه، نفوذپذيري انتخابي دارند و قادر هستند با استفاده از مواد خارجي، واكنش‌هاي متابوليكي را انجام دهند كه پيش‌نياز مهم ديگري براي شكل‌گيري حيات است.

تكثير سيانوباكتري‌ها و پيدايش اكسيژن

مطالعات علمي نشان مي‌دهد كه جو زمين در نيمه‌ي اول تاريخچه‌ي حيات خود، اكسيژن نداشته است. اكسيژن جو زمين، از حدود  ۲.۴ ميليارد سال پيش به‌وجود آمد. از اين دوران اغلب با عنوان رويداد بزرگ اكسيداسيون ياد مي‌شود. اين اتفاق بدون‌ترديد يكي از مهم‌ترين رويدادهايي بوده كه زمين تاكنون به خود ديده است. اگر زمين شاهد اين اتفاق بزرگ نبود، امروز هيچ جانوري نمي‌توانست تنفس هوا را تجربه كند و بنابراين حشره، ماهي يا هيچ انساني به‌وجود نمي‌آمد. مطالعات نشان مي‌دهد كه زمين چيزي در حدود ۴.۵ ميليارد سال پيش شكل گرفته است.

در زمان وقوع رويداد اكسيداسيون بزرگ، زمين تقريباً ۲ ميليارد سال عمر داشته است. آن زمان، تنها ساكنان زمين موجودات تك‌سلولي بودند. اين موجودات تك‌سلولي به روشي تكامل پيدا كردند كه بتوانند انرژي را از نور خورشيد دريافت و با آن، انرژي لازم براي بقاي خود را تأمين كنند. درست در همين‌جا بود كه ورق برگشت. دانشمندان مي‌گويند كه اين اشكال ابتدايي و ساده‌ي زندگي، نخستين مظنونان پرونده‌ي اكسيداسيون بزرگ هستند. اما از ميان آن‌ها يك گروه بيشتر در معرض توجه قرار گرفته است؛ سيانوباكتري‌ها. امروزه هم مي‌توان اين ارگانيسم‌هاي ميكروسكوپي را گاهي در اقيانوس‌ها و حتي بركه‌ها، در حالي‌كه همچون لايه‌اي شفاف به رنگ سبز آبي روي آب را پوشانده‌اند، مشاهده كرد. جالب اين‌جا است كه اجداد همين سيانوباكتري‌ها در گذشته، نيرنگي بزرگ اما جالب را براي بقا به طبيعت زدند؛ به دست آوردن انرژي از نور خورشيد براي ادامه‌ي حيات.

سيانوباكتري‌ها يا سيانوفيت‌ها كه از آن‌ها با عنوان‌هايي چون جلبك‌هاي سبزآبي و باكتري‌هاي سبزآبي نيز ياد مي‌شود، در گذشته يك گروه از باكتري‌هاي خودكفا قلمداد مي‌شدند زيرا مي‌توانند انرژي خود را ازطريق فتوسنتز تأمين كنند. نام‌گذاري آن‌ها بارها و بارها در تاريخ زيست‌شناسي تغيير كرد، چنان‌كه امروز عده‌اي از زيست‌شناسان باور دارند، به‌كارگيري نام جلبك براي آن‌ها يكي از اشتباهات تاريخ علم زيست‌شناسي بوده است.

اين پژوهشگران به پروكاريوتي بودن، سيانوباكتري‌ها استناد مي‌كنند و مي‌گويند كه موجودات پروكاريوت، هسته‌ي واقعي و غشاي هسته ندارند در حالي‌كه جلبك‌ها در اصل يوكاريوت هستند، يعني هم هسته‌ي سلولي حقيقي و هم غشاي سلولي دارند. درهرصورت موضوع جاي‌گيري سيانوباكتري‌ها در درخت حيات (Tree of Life) هنوز يك چالش‌ در ظاهر حل‌نشدني است. اما در يك نكته جاي شك نيست، آن‌هم اينكه سيانوباكتري‌ها فتوسنتز مي‌كنند و اكسيژن توليدي آن‌ها يكي از محصولات ثانويه حاصل از اين فرايند شيميايي است.

قديمي‌ترين شواهد حيات اوليه

معماي بزرگ و پيچيده اي در مورد منشا حيات وجود دارد و ذهن تمامي كنجكاوان خستگي‌ناپذير را به سمت خود مي‌كشد؛ چگونه مولكول‌هاي شيميايي بي‌جان به موجود جاندار تبديل مي‌شوند؟ دانشي كه به‌دنبال يافتن فرايند طبيعي شكل‌گيري حيات از مواد بي‌جان است را بي‌جان‌زايي (Abiogenesis) گويند. اين شاخه از دانش اصولا ارتباطي با فرگشت يا انديشه متخصصينيه‌ي داروين ندارد. دانش فرگشت به فرايند تغييرات طبيعي موجودات زنده در طول زمان مي‌پردازد. دو ويژگي بسيار مهم كه در تئوري‌هاي بي‌جان‌زايي مورد توجه است، عبارت‌اند از: همانندسازي و متابوليسم (سوخت‌و‌ساز). تاكنون يك انديشه متخصصينيه‌ي قابل قبول براي پاسخ به پرسش بي‌جان‌زايي ارائه نشده است.

انسان هنوز نتوانسته است در آزمايشگاه از مولكول‌ها به سلول برسد. البته عدم توانايي انسان درساخت كارخانه‌اي كه علف را به شير تبديل كند، دليلي بر اين نيست كه شير گاوها توسط معجزه ساخته مي‌شود. وجود پرسش و معماهاي علمي يكي از جذابيت‌هاي علم است. اگر همه پرسش‌ها پاسخ داده شوند، با يك بن‌بست علمي روبه‌رو خواهيم شد و ديگر كنجكاوي معنايي نخواهد داشت. اولين موجود زنده چه زماني و چگونه در زمين پيدا شد؟ آيا اصولا روي زمين توليد شد يا از فضا آمد؟ پاسخ علمي به اين پرسش‌ها بسيار دشوار است.

هرچه در تاريخ زمين عقب‌تر مي‌رويم، يافتن مدارك و شواهدي كه مثل فسيل‌ها با قاطعيت همه را راضي كند، دشوارتر مي‌شود. درضمن، شرايط اوليه زمين يا دوره‌ي هادين (Hadean) كه مانند گويي جديد و مذاب بوده است، تقريبا مدركي از خود باقي نگذاشته است. بااين‌حال زمين‌شناسي به نام استيون مويزش (Stephen Mojzsis) باور دارد كه حيات حتي در اواخر اين دوره نيز وجود داشته است. وي صخره‌هايي را با قدمت ۳.۸ ميليارد سال يافته است كه نشانه‌هايي از حيات را درون خود حفظ كرده‌اند. در اين صخره‌ها توده‌هايي از كربن وجود دارد كه نسبت ايزوتوپ آن ويژه‌ي موجودات زنده است. تشخيص اينكه اين موجودات زنده چه شكلي بوده ‌اند، امكان‌پذير نيست. اما آن‌ها بايد در شرايط بسيار خشن آن دوره دوام مي‌آوردند.

مويزش بر طبق يك شبيه‌سازي كامپيوتري، معتقد است كه در اواخر دوره‌ي هادين، آب مايع مي‌توانست در برخي نقاط زمين وجود داشته باشد و اين مكان‌ها شانسي براي زندگي گونه‌هاي زنده در اختيار مي‌گذاشتند.  بيش از ۱۰۰ سال است كه دانشمندان مي‌دانند حيات احتمالا در نتيجه‌ي فعل و انفعالاتي شيميايي به‌وجود آمده است. يعني يك سري مواد شيميايي به مقدار و شكل مناسب بايد با هم تركيب شوند تا موجود زنده به‌وجود بيايد. همه‌ي موجودات زنده، از باكتري گرفته تا موش، كبوتر و زرافه از تعدادي عنصر شيميايي محدود درست شده‌اند. هيدروژن، اكسيژن، كربن و نيتروژن چهار عنصر فراوان در جهان هستند. اگر اين چهار عنصر را (همراه تعدادي ديگر از عناصر جدول تناوبي) به شكل و مقدار مناسب كنار هم قرار دهيد، مواد اوليه‌ي ضروري براي حيات به‌وجود مي‌آيد. كربن ماده‌ي سازنده‌ي اصلي موجودات زنده است.

چيزي كه كربن را خيلي خاص مي‌كند اين است كه مي‌تواند با خودش و ديگر عناصر پيوندهاي خيلي زياد و متنوع بسازد. هيچ اتم ديگري مثل كربن نمي‌تواند چنين تركيبات متنوعي بسازد. نشانه‌هاي حيات باستاني را مي‌توان در غرب گرينلد مشاهده كرد. بعضي از صخره‌هاي موجود در غرب گرينلد از انديشه متخصصين زمين‌شناسي فوق‌العاده با ارزش هستند و قدمت آن‌ها به ۳.۷ تا ۳.۹ ميليارد سال پيش مي‌رسد. قطعا اين صخره‌ها آن‌قدر قديمي هستند كه هيچ فسيلي از موجودات زنده در آن‌ها باقي نمانده است. بااين‌حال دانشمندان آنجا چيزي عجيب‌تر، يعني ردپاي شيميايي ميكروب‌هاي باستاني پيدا كردند.

آن‌ها در اين صخره‌ها ايزوتوپ‌هايي از كربن پيدا كردند كه توسط موجودات زنده به‌وجود مي‌آيند. بنابراين نتيجه گرفتند كه زمان به‌وجود آمدن اين صخره‌ها يعني ۳.۸ ميليارد سال پيش، در اين منطقه حيات وجود داشته است. البته پژوهش‌هاي دقيق‌تر در صخره‌هاي پر از كربن، پيشينه‌ي حيات را حتي تا ۴ ميليارد سال هم عقب مي‌برد. ولي شرايط خيلي سخت و برخوردهاي عظيم سياركي در زمين اوليه اين فكر را به ذهن دانشمندان ‌آورد كه شايد حيات اصلا روي زمين شكل نگرفت؛ بلكه توسط همان سنگ‌هاي آسماني از فضا به زمين آمد.

اكنون مي‌دانيم كه در دوردست‌هاي منظومه‌ي شمسي منطقه‌اي پر از سنگ‌ها و صخره‌هاي كوچك و بزرگ به نام كمربند كويپر وجود دارد كه از ۴.۵ ميليارد سال پيش و زمان تشكيل منظومه‌ي شمسي باقي مانده است. گاهي اوقات راه بعضي از اين سنگ‌ها به داخل منظومه‌ي شمسي كج مي‌شود و خيلي اتفاقي، بعضي از آن‌ها به سطح زمين برخورد مي‌كنند. در سال ۱۹۶۹ يكي از اين سنگ‌ها در استراليا فرود آمد. دانشمندان بعد از مطالعه دقيق اين سنگ متوجه شدند كه در آن مولكول‌هاي آمينواسيد وجود دارد. اين اولين‌بار بود كه در يك سنگ فضايي مي‌توانستيم چنين مولكولي پيدا كنيم.

اگر چنين سنگ‌هايي در فضا معمول هستند، در ابتداي پيدايش زمين كه بمباران خيلي شديد بوده مي‌توانستند حجم بسيار زيادي از مولكول‌هاي زندگي را روي زمين بياورند. تا به حال بيش از ۸۰ نوع آمينواسيد در شهاب‌سنگ‌ها پيدا شده است. بسياري از آن‌ها اجزاي اصلي سازنده‌ي پروتئين‌ها هستند كه در موجودات زنده يافت مي‌شوند. به‌خصوص بعضي از دنباله‌دارهايي كه در ابتدا به زمين برخورد مي‌كردند به اندازه‌ي كوه‌هاي بزرگ اندازه داشتند و مي‌توانستند پر از تركيبات زيستي باشند. بااين‌حال شدت برخورد اين اجرام خيلي زياد بود و اين ابهام وجود دارد كه به هنگام برخورد ممكن است اين تركيبات نابود شده باشند. 

دوتاي آن‌ها در همه‌ي سلول‌هاي زنده وجود دارند. بدين ترتيب فشار شديد ناشي از برخورد دنباله‌دار شبيه‌سازي مي‌شد. اين آزمايش نشان داد كه نه‌تنها آمينواسيدها از اين برخورد جان سالم به در ‌بردند، بلكه اتفاق خيلي عجيب‌تري هم ‌افتاد. محلول آمينواسيد به رنگ قهوه‌اي درآمد و مولكول‌هاي آن به هم پيوسته بودند تا موكول‌هاي پيچيده‌تر و بزرگتري به نام پپتيدها به‌وجود آيند. در حقيقت آمينواسيدها از انرژي ناشي از برخورد، براي تركيب شدن با يكديگر و ساختن پپتيدها استفاده كردند. پپتيدها با اتصال به يكديگر پروتيين‌ها را مي‌سازند. پروتيين‌ها مواد سازنده‌ي سلول‌هاي بدن ما هستند.

نخستين جاندار روي زمين

دانشمندان نقشه‌ي ژنتيكي دقيقي از جد مشترك همه‌‌ي موجودات زنده تهيه كرده‌اند و آن را لوكا (LUCA) مي‌نامند. پژوهشگران مي‌گويند اين موجود مي‌تواند اسرار پيدايش حيات روي زمين را فاش كند. دانشمندان حدس مي‌زنند كه جد مشترك ما چهار ميليارد سال پيش، در نزديكي يك چشمه‌‌ي گرمابي در اعماق اقيانوس مي‌زيست. براي اولين‌بار، دانشمندان تصويري از ظاهر احتمالي قديمي‌ترين جد ما تهيه كرده‌اند. اين پژوهشگران ۶ ميليون ژن را دسته‌بندي كردند و درنهايت به ۳۵۵ ژن رسيدند كه احتمال مي‌دادند در لوكا وجود داشته باشد.

ژن‌ها به مرور زمان به شكل قابل پيش‌بيني تغيير مي‌كنند، اين بدين معني است كه دانشمندان با مقايسه توالي DNA جانداران زنده مي‌توانند به فرضيه‌هايي درباره جانداراني برسند كه ما هيچ راهي براي مطالعه آن‌ها نداريم. بنابراين، اين دانشمندان به سرپرستي ويليام مارتين از دانشگاه هاينريش هاين، ژن‌هاي دو گروه بزرگ از حيات تك‌سلولي يعني باكتري‌ها و آركي‌ها را به دقت مطالعه كردند. پژوهشگران احتمال مي‌دادند ژن‌هايي كه حداقل در دو گروه از باكتري‌ها و دو گروه از آركي‌ها پيدا مي‌شدند به لوكا تعلق داشته باشند.

اين ۳۵۵ ژني كه پژوهشگران انتخاب كردند نشان مي‌دهند كه لوكا بدون اكسيژن مي‌توانست زنده بماند و به‌جاي آن از كربن دي‌اكسيد و هيدروژن انرژي استخراج مي‌كرد، مي‌توانست در دماهاي بالا دوام بياورد و اينكه وجود فلزها براي حياتش ضروري بود. دانشمندان حدس مي‌زنند كه شايد حيات در نزديكي يك چشمه گرمابي آغاز شده باشد. در اين مكان‌ها دماي آب دريا با گدازه‌ي جديد بالا مي‌رود و جانداران ميكروسكوپي عجيبي به‌وجود مي‌آيند. بعضي از دانشمندان در اين مورد اختلاف انديشه متخصصين دارند.

آن‌ها درباره‌ي جايگاه دقيق لوكا در گاه‌شمار جانداران اوليه مطمئن نيستند. اين جاندار بعضي از ويژگي‌هايي را كه براي حيات ضروري است، ندارد. مثلا ابزارهاي لازم آن براي ساخت آمينواسيد و نوكلئوتيد ناكافي است. همان‌طور كه مي‌دانيم اين دو آجرهاي سازنده حيات هستند. درهرصورت، دانشمندان مي‌خواهد اطلاعات بيشتري از اولين شكل‌هاي حيات به دست بياورند. آن‌ها شايد ساده و حتي بيگانه به انديشه متخصصين برسند، اما اين اجداد باستاني درنهايت به جانوران بسيار پيچيده و تكامل‌يافته‌اي تبديل شدند.

انفجار كامبرين و پيدايش مهره‌داران

يكي از پرسش‌هاي مهم تكامل اين است كه چگونه نرم‌تنان به مهره‌داران يا جانوراني كه ستون فقرات دارند، مانند ماهي‌ها، خزندگان، پرندگان و خود ما تبديل شدند؟ پاسخ اين معما در يك كرم دريايي كوچك به‌نام آمفيوكسوس يا نيزك (amphioxus) است كه در مرز جانوران بي‌مهره و مهره‌دار قرار دارد. اين جانور اگرچه استخوان ندارد، اما در پشت خود نوعي اسكلت تكامل‌نيافته شبيه شاسي يك مهره‌دار را يدك مي‌كشد. از طرفي رمزگشايي ژنتيكي نشان مي‌دهد كه در ۴۵۰ ميليون سال قبل يك جهش مهم و بنيادي در ژنتيك، باعث چهار برابر شدن زنجيره ژنوم برخي جانوران شده است.

اما تفاوت جمجمه‌ها به‌دليل اختلاف در ژن‌هاي ميان‌رتبه است. اين ژن‌ها، طول زمان رشد نواحي مختلف جمجمه را تعيين مي‌كنند. ما مي‌دانيم كه اختلافهاي كوچك ژنتيكي حتي در يك گونه جانوري و خود ما نيز تفاوت‌هاي كمي را در اين زمينه ايجاد مي‌كند. همين اختلاف‌هاي كوچك ژنتيكي كه توسط جهش‌ها ايجاد مي‌‌شوند، يكي از مهم‌ترين راهكارهاي فرگشت براي تطبيق جانوران با محيط زيست خويش است. اما جهش‌هاي ژنتيكي چگونه پدپد مي‌آيند؟ توسط كپي‌هايي كه شبيه اصل نيستند و اصولا كپي نمي‌تواند كاملا شبيه اصل باشد. كپي‌‌هاي ژنتيكي پر از اشتباه هستند كه انتخاب طبيعت، برخي از آن‌ها را به سمت موفقيت و بقا رهنمون مي‌كند.

مهاجرت جانوران از دريا به خشكي

در دوره‌ي كامبرين، حيات وابستگي كامل به درياها داشت تا اينكه سرانجام در ۴۲۰ ميليون سال پيش برخي از جلبك‌ها با پوشش موميايي خود توانستند تا حدودي از درياها مستقل شوند. اما درواقع اولين گياهان خشكي به ۴۰۰ ميليون سال قبل تعلق دارند. اين گياهان كه مانند خزه‌ها فاقد ريشه، اما داراي آوندهاي گياهي بودند، فرشي سبز و انبوه را در كناره‌ي درياها و رودها تشكيل دادند و به سمت خشكي گسترش يافتند. نخستين جانوراني كه خود را تقريبا با خشكي وفق دادند مفصل‌داران (اجداد هزار پايان) بودند كه با پوشش زره‌مانند خود قادر به حفظ آب در بدن خود بودند.

اين‌ها در ميان همان خزه‌هاي مرطوب گسترش يافتند. اما يكي از مهم‌ترين جهش‌هاي فرگشت در حدود ۳۸۰ ميليون سال قبل رخ داد كه در طي آن برخي از ماهي‌ها به‌عنوان نخستين مهره‌داران به خشكي نفوذ كردند؛ دوزيستان يادگار اين سفر هستند. اين مهاجرت سبب پيدايش تمامي جانوران خشكي و از جمله خود ما شد. فسيلي كه نشانگر مهاجرت گونه‌اي ماهي از دريا به خشكي است در سال ۲۰۰۴ توسط نيل شوبين (Neil Shubin) پس از ۵ سال جست‌وجو در يكي از جزاير كانادا كشف شد؛ نام اين جانور را تيكتاليك گذاشتند.

تيكتاليك جانوري داراي فلس، شبيه ماهي و داراي باله‌هايي شبيه پا براي راه رفتن است. اما چرا چنين جانوراني به خشكي مهاجرت كردند؟ براي فرار از دست شكارچي‌هاي بي رحم؛ خشكي هاي آن زمان بسيار امن بود. جهش مهم بعدي به جانوراني تعلق دارد كه با پوست و تخم‌هاي غيرقابل نفوذ خود توانستند به‌معناي واقعي كلمه خشكي را جولانگاه خود سازند. اين جانوران خزندگان بودند؛ دايناسورها محصول همين گروه از جانوران بودند. حشرات حدود ۳۵۰ ميليون سال قبل، يعني در دوره‌‌ي كربونيفر پديد آمدند و پژوهش‌ها نشان مي‌دهد كه گروه‌هاي اوليه آن‌ها به سنجاقك‌ها شباهت داشته‌اند اما پس از مدتي در انواع گوناگون پديد آمدند و اغلب نيز از انواع امروزي بزرگتر بودند.

يك سنجاقك مي‌توانست بزرگي يك عقاب را داشته باشد. فراواني اكسيژن سبب اندازه‌ي بزرگ آن‌ها بوده است. غلظت اكسيژن در بالاترين حد تاريخ زمين و تقريبا دو برابر امروز بود و چون حشرات ازطريق روزنه‌هاي بدن خود تنفس مي‌‌كنند، مي‌توانستند اكسيژن را به اندام‌هاي داخلي بدن خود برسانند و تا اين حد بزرگ شوند. حشرات بالدار اولين جاندارني بودند كه پرواز كردند و ۱۰۰ ميليون سال در پرواز رقيب نداشتند. بزرگ‌ترين خطر براي آن‌ها عنكبوت‌هاي دام‌گستر بود. پرندگان جهش بعدي خزندگان هستند.

فسيل آركئوپتريكس كه ۱۴۰ ميليون سال قبل مي‌زيست حد واسط خزندگان و پرندگان را نشان مي‌دهد. تسلط خزندگان و به‌ويژه دايناسورها بر خشكي و حتي دريا حدود ۱۸۵ ميليون سال به درازا كشيد تا اينكه حدود ۶۵ ميليون سال پيش به يكباره ناپديد شدند. بيشتر دانشمندان دليل اين موضوع را برخورد يك شهاب‌سنگ بزرگ به زمين مي‌دانند. انقراض دايناسورها راه را براي فرگشت پستانداران و از جمله انسان هموار كرد.

ادامه دارد...