نگاهی دقیق‌تر به مفهوم حیات و موجود زنده

بنابر دلایلی، طی ۱۰۰ سال گذشته ارائه‌ی یک تعریف مشخص برای حیات، به مشکل پیچیده‌تری تبدیل شده است. تا قرن ۱۹ میلادی، یکی از ایده‌های رایج این بود که حیات به‌لطف چیزی غیرقابل درک به نام روح امکان‌پذیر می‌شود که به آن جرقه‌ی حیات نیز می‌گویند. این ایده در حال حاضر در محافل علمی، منسوخ شده است و از آن زمان تا کنون، سعی دانشمندان بر این بوده که این توضیح را با روشی علمی جایگزین کنند. به‌عنوان مثال، ناسا می‌گوید هر سیستم شیمیایی پایداری که قادر به تکامل داروینی باشد، یک سیستم زنده است. این تعریفی است که ناسا برای چیزهای زنده یا به‌طور کلی، حیات ارائه می‌دهد.

برای آن‌که درک بهتری از دشواری‌های ارائه‌ی یک توضیح جامع در مورد حیات داشته باشیم، بیایید با تعدادی از دانشمندانی که روی مرزهایی که چیزهای زنده را از هر چیز دیگری جدا می‌کنند در حال کار هستند، آشنا شویم.

با روش MRS GREN آشنایی دارید؟ این در واقع یک روش مختصر برای یادگیری ۷ فرآیندی است که تقریباً حیات را توصیف می‌کنند. این ۷ فرآیند عبارتند از:

• حرف M ابتدای Movement به معنای حرکت: تمام چیزهای زنده حرکت می‌کنند؛ حتی گیاهان.
• حرف R ابتدای Respiration به معنای تنفس: طی تنفس یاخته‌ای، سلول‌ها از غذا انرژی دریافت می‌کنند.
• حرف S ابتدای Sensitivity به معنای حواس: تشخیص تغییراتی که در اطراف به وقوع می‌پیوندند.
• حرف G ابتدای Growth به معنای رشد: تمام چیزهای زنده رشد می‌کنند.
• حرف R ابتدای Reproduction به معنای تولید مثل: چیزهای زنده‌ی بیشتری از یک گونه ایجاد می‌شود.
• حرف E ابتدای Excretion به معنای دفع: مواد زاید و غیر ضروری توسط موجودات زنده دفع می‌شود.
• حرف N ابتدای Nutrition به معنای تغذیه: موجودات زنده از غذا استفاده می‌کنند.

اگر یک پدیده‌ی خاص که در مورد آن نمی‌دانیم دارای این ۷ ویژگی باشد، می‌توان گفت که آن چیز خاص، زنده است. اگرچه این برای شروع کار خوب است؛ اما به هیچ وجه یک تعریف مشخص ارائه نمی‌دهد. چیزهای زیادی هستند که این ۷ ویژگی را دارند اما ما آن‌ها را به‌عنوان موارد زنده نمی‌شناسیم. به‌عنوان مثال، برخی کریستال‌ها هستند که این ویژگی‌ها را دارند یا گونه‌ای خاص از پروتئین بیماری‌زا به نام پریون وجود دارد که تاشونده بوده و این ویژگی‌ها را دارد؛ اما زنده نیست یا حتی برخی از برنامه‌های کامپیوتری هستند که ویژگی‌های MRS GREN را دارند و این در حالی است که در دسته‌ی مواد زنده قرار نمی‌گیرند.

پاتریک فورتر، میکروبیولوژیست شاغل در انستیتو پاستور در پاریس فرانسه، می‌گوید:

یکی دیگر از مواردی که روش MRS GREN‌ را به چالش می‌کشد، ویروس‌ها هستند. ویروس‌ها سلول نیستند، سوخت‌وساز ندارند و تا زمانی که با سلول زنده برخوردی نداشته باشند، کاملاً بی‌اثر هستند؛ بنابراین بسیاری از دانشمندان و مردم، بر این باور هستند که ویروس‌ها زنده نیستند.

اما پاتریک فورتر به شکل متفاوتی فکر می‌کند. وی بر این باور است که ویروس‌ها زنده هستند؛ اما در عین حال می‌گوید این گفته، به این بستگی دارد که شما مرز بین موجودات زنده و غیر زنده را کجا بدانید. ویروس‌ها تقریباً فاقد تمام شروطی هستند که باعث می‌شوند در دسته‌ی موجودات زنده قرار بگیرند. آن‌ها فرآیندی را طی می‌کنند که در DNA‌ یا RNA آن‌ها کدگذاری شده است. این نقشه‌ی دقیق برای حیات، تقریباً در تمام پدیده‌های زنده‌ای که روی این سیاره هستند، دیده می‌شود و در آن‌ها وجود دارد؛ پس این یعنی ویروس‌ها نیز می‌توانند تکثیر شوند و تکامل یابند؛ البته تنها هنگامی این اتفاق می‌افتد که ویروس‌ها با سلول زنده برخورد داشته باشند و آن را تخریب کنند.

حقیقتی که ما در مورد ویروس‌ها می‌دانیم این است که آن‌ها همچون سایر موجودات زنده، DNA و RNA دارند که همین باعث شده است برخی از دانشمندان بگویند که ویروس‌ها احتمالاً به درخت حیات ما تعلق دارند. برخی دیگر نیز پا را فراتر می‌گذارند و می‌گویند که ممکن است ویروس‌ها سرنخ‌هایی در خود داشته باشند که به ما در فهم این موضوع که حیات چگونه آغاز شد، کمک می‌کنند. اگر این ادعا صحیح باشد، باید گفت که حیات در روزهای ابتدایی، بیشتر شبیه یک موجود ناچیز بوده که روی مرز بودن و نبودن (اندکی زنده و اندکی مرده) قرار داشته است.

برخی از دانشمندان این ایده را پذیرفته‌اند. آن‌ها ویروس‌ها را به‌عنوان موجوداتی که روی مرز بین شیمی و حیات هستند، توصیف می‌کنند.

جفری بادا از انستیتو اقیانوس‌شناسی اسکریپس در سن دیگو کالیفرنیا، می‌گوید حیات به شکلی که ما آن را می‌شناسیم، بر پایه‌ی پلیمرهای کربنی است. عملاً تمام تنوع حیات از این پلیمرها که همان اسید نوکلئیک‌ها (پایه‌های تشکیل دهنده‌ی DNA)، پروتئین‌ها و پلی‌ساکاریدها هستند، ساخته شده است. جفری بادا از دانش‌آموزان استنلی میلر (شیمی‌دان مشهوری که آزمایش میلر-یوری را در دهه‌ی ۵۰ میلادی انجام داد) است. میلر-یوری، یکی از نخستین آزمایش‌هایی بود که به بررسی ایده‌ای که بیان می‌کرد حیات پیچیده ناشی از مواد شیمیایی غیر زنده است، پرداخت.

پاسخ جفری بادا به این پرسش بسیار جالب است:

تکثیر نامناسب مولکول‌های اطلاعاتی، منشأ حیات و تکامل را مشخص می‌کند و انتقالات از شیمی غیر زنده به مواد شیمیایی زنده را نشان می‌دهد. آغاز تکثیر شدن، به خصوص زمانی که این تکثیر دچار نواقصی بود و با خطاهایی مواجه می‌شد، به ایجاد گونه‌ای مشابه (فرزند) با سطوح مختلف توانایی منجر شد. این مولکول زاده شده، آن‌گاه می‌توانست برای بقای خود با سایرین به رقابت بپردازد. این تکامل داروینی در مقیاس مولکولی است.

برای بسیاری از شیمی‌دانان این تولید مثل (فرآیندی که ویروس‌ها می‌توانند آن را به کمک سلول‌های زیستی انجام دهند) در توصیف حیات می‌تواند کمک شایانی کند. واقعیت این است که تکثیر فعالانه مولکول‌های اطلاعاتی DNA و RNA نشان می‌دهد که آن‌ها از ویژگی‌های اساسی حیات نیز هستند.

اما بیایید از خانه‌ی خود و چهار دیواری آن بیرون آمده و کمی بزرگ‌تر فکر کنیم. توصیف حیات با این مواد شیمیایی خاص، زمانی که بزرگ فکر می‌کنید با شکست مواجه می‌شود. حیات به شکلی که ما آن را می‌شناسیم ممکن است به RNA و DNA کاملاً وابسته باشد؛ اما در مورد گونه‌ای از حیات که آن را نمی‌شناسیم باید چه بگوییم؟

پیش‌بینی کردن ماهیت حیات فرازمینی یک تجارت کاملاً گمراه کننده بوده و بر پایه حدس و گمان است و حیله و تزویر در آن دیده می‌شود. بسیاری از پژوهشگران، مانند چارلز کاکِل و همکارانش از مرکز اختر زیست‌شناسی دانشگاه ادینبورگ، به نیابت از حیات فرازمینی از میکروارگانیسم‌هایی که توانایی زنده ماندن در محیط‌های خشن را دارند، استفاده می‌کنند. دلیل کار آن‌ها این است که حیات در هر کجای جهان در شرایط مختلفی ممکن است ساکن شود؛ اما احتمالاً همچنان یکسری ویژگی‌های کلیدی حیات را همان‌طوری که در زمین می‌شناسیم، در خود دارد.

چارلز کاکِل می‌گوید:

ما باید همواره این آمادگی را داشته باشیم که چیزی را پیدا کنیم که در این تعاریف فعلی قرار نگیرد.

 اگر ما از دانش فعلی خود به دنبال یافتن حیات فرازمینی یا بیگانگان باشیم، مطمئناً با نتایج سردرگم کننده‌ای مواجه خواهیم شد که در مواردی خاص، توضیحی برای آن‌ها نداریم. به‌عنوان بهترین مثال، ناسا را در نظر بگیرید. این سازمان فضایی فکر می‌کرد وقتی که توانست با موفقیت کاوشگر وایکینگ ۱ را در سال ۱۹۷۶ روی مریخ فرود آورد، می‌تواند تعریف مناسبی از حیات ارائه دهد. وایکینگ ۱ به سه ابزار دقیق مجهز شده بود که به آزمایش کنندگان حیات مشهور بودند. در یکی از آزمایش‌ها، به شکلی کاملاً تصادفی، نتایج آزمایش‌ها نشان دادند که در مریخ حیات وجود دارد.

در یکی از آزمایش‌ها، وایکینگ ۱ با استفاده از ابزارهای علمی از خاک سطح مریخ نمونه‌برداری کرد و سپس این خاک نمونه‌‌برداری شده را با قطرات آب حاوی مواد مغذی و کربن ترکیب کرد. اگر میکروبی در آن خاک وجود داشت، باید این مواد مغذی و کربن را مصرف می‌کرد و سپس کربن دی‌اکسید یا متان را آزاد می‌کرد. پس از انجام آزمایش، نتایج حیرت‌انگیز بودند و دقیقاً همین فرآیند سوخت و ساز رخ داد و همین از نشانه‌های وجود حیات میکروبی بود؛ میکروب‌هایی که زنده هستند و تنفس می‌کنند. در واقع، آن کربن دی‌اکسید مشاهده شده در آزمایش، نشانه‌ی حیات نبود؛ زیرا امروزه ما چنین پدیده‌ای را به واکنش‌های شیمیایی اکسیداتیو غیر زنده نسبت می‌دهیم و همین نشان می‌دهد که وایکینگ ۱ توسط خاصیت غیر بیولوژیکی خاک مریخ دچار انحراف شده و یک نتیجه‌ی مثبت کاذب را به‌دست آورده است.

چارلز کاکِل می‌گوید:

مردم به ما می‌گویند ما بر اساس کربن ساخته شده‌ایم؛ اما ممکن است که بیگانه‌ها سیلیسیم محور باشند و از این عنصر یا هر عنصر دیگری ساخته شده باشند.

در سال ۲۰۱۰، یک باکتری خاص کشف شد که در DNA آن به جای فسفرهای استاندارد، آرسنیک وجود داشت و همین باعث شد بسیاری از اختر زیست‌شناسان هیجان‌زده شوند. با وجود این‌که این کشف نیز پرسش‌های بسیاری را برانگیخت؛ اما بسیاری نیز امیدوار بودند که چنین اکتشافاتی بتوانند نشان دهند که حیات از قوانین ثابت و تغییر ناپذیری پیروی نمی‌کند. مادامی که این دانشمندان روی این مولکول‌ها و ساختار آن‌ها بحث می‌کردند، دسته‌ای دیگر از دانشمندان روی گونه‌ای از حیات کار می‌کردند که به هیچ عنوان بر پایه‌ی شیمی نیست.

روزگاری تنها می‌شد آن را در فیلم‌های علمی-تخیلی مشاهده کرد؛ اما حیات مصنوعی این روزها به یکی از شاخه‌های علم تبدیل شده است و ما می‌توانیم آن‌ را ببینیم و یا ایجاد کنیم.

در یک سو، حیات مصنوعی می‌تواند به زیست‌شناسان این امکان را بدهد که در آزمایشگاه‌ها با ترکیب دو یا چند گونه‌ی حیات، ارگانیسم‌های زنده‌ی جدید و پیچیده‌تری را خلق کنند یا این‌که آن‌ها را ساده‌تر از قبل کنند. در دهه‌ی ۹۰ میلادی، یک بوم‌شناس به نام دکتر توماس ری، نرم‌افزار رایانه‌ای تیِرا (Tierra) را منتشر کرد که به‌عنوان نخستین‌ شبیه‌ساز حیات مصنوعی در سطح جهان مطرح شد. تیِرا می‌توانست ترکیب و تکامل گونه‌های حیات را به‌صورت دیجیتالی نشان دهد. از آن زمان به بعد، پژوهشگران سعی کردن نرم‌افزارهایی ایجاد کنند که می‌توانند واقعاً حیات را شبیه‌سازی کنند. حتی اکنون گروه‌هایی از دانشمندان در سرتاسر جهان سعی می‌کنند ربات‌هایی بسازند که ویژگی‌های موجودات زنده را دارند و به گونه‌ای خاص از حیات تبدیل می‌شوند.

مارک بداو، کارشناس حیات مصنوعی از کالج رید در پورتلند، اورِگان می‌گوید:

ایده و هدف اصلی حیات مصنوعی این است که ما خواص اساسی نه فقط سامانه‌های زنده‌ی روی زمین؛ بلکه تمام سامانه‌های زنده در سرتاسر جهان را درک کنیم. این شاخه از علم، سعی دارد دیدگاه گسترده‌تری را از چگونگی حیات و ماهیت آن به ما ارائه دهد و این در حالی است که علم زیست‌شناسی، روی گونه‌های واقعی که مطمئناً همه‌ی ما با آن‌ها آشنایی نسبی داریم، تمرکز دارد.

البته باید به این موضوع نیز اشاره کرد که تمام پژوهشگرانی که در زمینه‌ی حیات مصنوعی مشغول کار هستند،‌ از آن‌چه ما در مورد حیات زمینی می‌دانیم استفاده می‌کنند و پژوهش‌های خود را بر اساس آن‌ها انجام می‌دهند. مارک بداو می‌گوید که پژوهشگران از یک مدل خاص به نام «مدل PMC» استفاده می‌کنند تا پژوهش‌های خود را انجام دهند. مدل PMC متشکل از یک برنامه (به‌عنوان مثال DNA)، یک متابولیسم و یک کانتینر (مانند دیواره‌ی سلول) است. وی در این خصوص می‌گوید:

البته باید بدانید که مدل PMC یک تعریف عمومی از حیات نیست؛ بلکه صرفاً یک تعریف از حداقل حیات شیمیایی است.

پژوهشگران حیات مصنوعی که قصد دارند روی گونه‌های غیرشیمیایی حیات مطالعاتی را انجام دهند، وظیفه دارند که ابتدا یک نسخه‌ی نرم‌افزاری یا سخت‌افزاری از این اجزای PMC ایجاد کنند.

اِستین راسموسن از دانشگاه جنوب دانمارک، یکی از دانشمندانی است که روی ساخت حیات مصنوعی کار می‌کند و نظر خود را در مورد تعریف حیات، این‌گونه بیان کرده است:

من فکر نمی‌کنم که در حال حاضر تعریف دقیق و قابل فهمی از حیات وجود داشته باشد؛ اما ما به چیزی نیاز داریم که بتوانیم روی آن کار کنیم و آن را هدف خود قرار دهیم.

در سرتاسر جهان، گروه‌هایی هستند که روی تک‌تک اجزای مدل PMC کار کرده‌اند و توانسته‌اند سامانه‌هایی را خلق کنند که این مدل و جنبه‌های دیگر آن را به خوبی نشان می‌دهند؛ اما با وجود این، تاکنون کسی نتوانسته است تمام اجزای مدل را کنار یکدیگر بگذارد و یک گونه‌ی حیات پیچیده را شبیه‌سازی کند. اِستین راسموسن نیز می‌گوید که این یک فرآیند کلی نیست و باید گام به گام ایجاد شود.

پژوهش‌های حیات مصنوعی می‌توانند در مقیاس‌های بسیار وسیع انجام شوند و شاید در نهایت بتوانند گونه‌ای از حیات را ایجاد کنند که کاملاً با انتظارات ما بیگانه باشد. چنین پژوهش‌هایی می‌توانند در بازنگری آن‌چه زندگی به ما آموخته، کمک کنند؛ اما پژوهشگران هنوز به این سطح نرسیده‌اند.

اگر چه هنوز جستجوهایی که به دنبال یافتن و ساختن گونه‌های جدید زندگی هستند، به تعریفی واحد نرسیده‌اند؛ اما آیا ممکن است روزی دانشمندان نظر خود را تغییر داده و از ارائه‌ی تعریفی واحد دست بردارند؟ کارول کلِلند، فیلسوفی از دانشگاه کلرادو بولدر این‌گونه فکر می‌کند؛ حداقل برای زمان حال. وی می‌گوید:

فرض می‌کنیم می‌خواهید با استفاده از گورخر، چیزی را به تمام پستانداران تعمیم دهید؛ در این صورت شما کدام یک از ویژگی‌های گورخر را انتخاب می‌کنید؟ اگر می‌گویید غدد چربی بیرون زده از بدن که با نام پستان شناخته می‌شوند را برای تعمیم به کل پستانداران انتخاب می‌کنید، سخت در اشتباه هستید و نمی‌توانید این کار را انجام دهید؛ زیرا تنها نیمی از پستانداران در واقع پستان دارند. خطوط سیاه و سفید روی بدن، یکی از ویژگی‌های بارز گورخرها است. اگر آن‌ها را انتخاب می‌کنید، باز هم اشتباه کرده‌اید؛ زیرا این هم صرفاً یک تصادف بوده و این ویژگی باعث نشده که گورخر یک پستاندار شود.

حیات نیز این‌گونه است. شاید چیزهایی که ما فکر می‌کنیم ضروری هستند، صرفاً مخصوص حیات زمینی باشند و خارج از زمین بی‌معنی و غیرضروری باشند. به‌طور کلی، همه چیز از باکتری‌ها گرفته تا شیرها، از یک جد مشترک مشتق شده‌اند. این یعنی در نمودار حیات در کیهان که ما در اختیار داریم، تنها یک نقطه‌ی داده وجود دارد و اطلاعات دیگری در دسترس نیست. آیا با داشتن یک نقطه می‌توان نموداری کلی را ترسیم کرد؟ حتی برای ترسیم خط نیز به دو نقطه نیاز است.

کارل سیگن در این خصوص گفته است:

انسان تمایل دارد تا چیزهای آشنا را تعریف کند؛ اما ممکن است که حقیقت اصلی، کاملاً برای انسان ناآشنا باشد.

تا زمانی که ما گونه‌های دیگر حیات را کشف و مطالعه نکرده‌ایم، نمی‌توانیم دقیقاً بگوییم که کدام ویژگی‌ها برای حیات، اساسی و کاملاً ضروری هستند. ایجاد حیات مصنوعی می‌تواند راهی را برای کاوش گونه‌های مختلف حیات ایجاد کند؛ اما از همین الآن کاملاً واضح است هر گونه‌ای از حیات که در کامپیوتر ایجاد شود، تحت تأثیر پیشگویی‌های ما در مورد سامانه‌های زنده خواهد بود و نتایج گمراه کننده‌ای به همراه دارد.

کارول کلِلند بر این باور است که هرگونه تلاش دانشمندان برای یافتن مفهوم حیات، واقعاً می‌تواند یافتن حیات فرازمینی را دشوارتر کند. وی توصیه می‌کند که ما باید از مفاهیمی که برای خود تعریف کرده‌ایم دوری کنیم؛ در این صورت است که می‌توانیم با ذهنی آزاد به جستجوی حیاتی که نمی‌شناسیم بپردازیم.