مارتن هانزيك: الخط الفاصل بين الحياةِ وعدمها

من ناحيةٍ تاريخيةٍ إذن كان هناك فصلٌ كبير بين ما يعتبره الناس أنظمةً غير حيةٍ من جهةٍ وأنظمةً حيةً من جهةٍ أخرى وهكذا ننتقل، على سبيل المثال، من قطعة الكريستال الجميلة والمعقدة هذه كنموذج غير حي، وهذه القطة الجميلة المعقدة على الجانب الآخر. خلال الأعوام المائة والخمسين الماضية تقريباً، قام العلم بتمييع هذا التمييز بين الأنظمة الحية وغير الحية، والآن نعتبر أن هناك ربما نوعاً من التواصلية بين الاثنين. سنطرح مثالاً واحداً هنا فقط: الجرثومة نظامٌ حي، أليس كذلك؟ لكنه بسيط جداً. إنه مبسط جداً. إنه لا يفي تماماً بجميع الشروط، ولا يملك كل خصائص الأنظمة الحية، وهو في الواقع متطفلٌ على الأنظمة الحية الأخرى من أجل أن يتناسل ويتطور.

لكن ما سنتحدث عنه هنا الليلة هي تجارب أجريت على مثل هذا النظام غير الحي القائم في طرف السلسلة - لذا واقعاً نجري تجارب كيميائية في المختبر، نمزج مكوناتٍ غيرَ حيةٍ معاً لنصنعَ بُنـىً جديدة، ولعل هذه البُنى تملك بعضَ خصائص الأنظمة الحية. ما أتحدث عنه حقاً هو محاولة خلق نوعٍ من الحياة المصطنعة.

إذن ما هي الخصائص التي أتحدث عنها؟ ها هي. ننظر أولاً إلى أن للكائن الحي كتلة. هذا مهمٌ لتمييز الذات عن البيئة المحيطة. للكائن الحي أيض (تمثيل غذائي) كذلك. هذه عملية يقوم فيها الكائن الحي بتحول المواد من البيئة إلى وحداتٍ بنائية ليتمكن من المحافظة على نفسه وبنائها. يملك الكائن الحي أيضاً نوعاً من المعلومات المتوارثة. نحنُ، كبشرٍ، نقوم بحفظ المعلومات على هيئة DNA في جينوماتنا ثم ننقل هذه المعلومات إلى ذريتنا. إذا ما جمعنا أول خاصيتين - الجسم والأيض - ينتج لدينا نظام لديه القدرة ربما على الحركة والتكاثر، وإذا قمنا جمع هاتين مع خاصية المعلومات المتوارثة، قد ينتج لدينا نظامٌ لعله أقرب إلى شكل الحياة، ثم يتطور ربما. إذن هذه هي الأمور التي سنقوم بتجربتها في المختبر، سنجري بعض التجارب التي تحمل خاصية أو أكثر من خصائص الحياة هذه.

إذن كيف نقوم بذلك ؟ حسناً، نستخدمُ نظاماً نموذجياُ نطلق عليه اسم "خليةٍ أولية". يمكنكم تصور الأمر كشئ أشبه بخلية بدائية. نموذج كيميائي بسيط للخلية الحية، ولو نظرتم إلى خليةٍ من أجسامكم على سبيل المثال فإنها تنبني على تنظيم من الملايين من الجزيئات المختلفة التي عليها أن تجتمع سويةً، وتلعبَ معاُ في شبكةٍ معقدة لتنتج شيئاً نسميه حياً. ما نريد القيام به في المختبر هو الشئ نفسه تقريباً، لكن عبر تنظيم عشرات من الجزيئات المختلفة - مما يؤدي إلى تقليص كبير في درجة التعقيد، لكن ما زلنا نحاول إنتاج شئ شبيهٍ بالكائن الحي. إذن ما نقوم بعمله هو البدء بنموذج بسيط ثم نطور عملنا ليبلغ نموذج الأنظمة الحية. لنتفكر لبرهةٍ في هذا الاقتباس الذي قاله لودَك ، قبل مائة عام، حول نوعٍ من البيولجيا الاصطناعية: " إن اصطناع الحياة، لو تحقق يوماً، لن يأخذ شكل الاكتشاف المحسوس الذي نربطه بالفكرة عادةً". هذه عبارته الأولى. لذا إن قمنا واقعاً باختلاق حياةٍ في المختبر، فقد لا تؤثر في حياتنا على الأرجح.

"إذا تقبلنا فكرة التطور، فإن بداية اصطناع الحياة يجب أن يتضمن إنتاج أشكالٍ وسطٍ بين العالم اللا عضوي والعضوي، أو بين العالم اللا-حي والعالم الحي، أشكالاً لا تملك سوى بعض خصائص الحياة البدائية" - إذن، الخصائص التي ناقشتها للتو - "التي ستضاف لها خصائص أخرى تدريجياً خلال عملية الارتقاء التي تسببها عمليات البيئة التطويرية." إذن نبدأ بنموذج بسيط، نصنع بعض البُنى التي قد تملك بعض خصائص الحياة هذه ثم نحاول تطويرها لتصبح أشبه بالكائن الحي. هكذا يمكننا البدء بصنع خلية أولية. نستخدمُ فكرةً نطلق عليها اسم التركيب الذاتي. ما يعنيه ذلك هو أن باستطاعتي مزج بعض المواد الكيميائية معاً في أنبوب اختبار في معملي، وستبدأ هذه المواد الكيميائية بالاتحاد بنفسها لتكوين بُنىً أكبر وأكبر. إذن ففي تنظيمٍ من عشرات الآلاف، ستقوم مئات الآلاف من الجزيئات بالتجمع لتكوين بنية أكبر لم تكن توجد سابقاً. وفي هذا المثال بالذات، فإني استخدمت بعض الجزيئات الغشائية، ومزجتها معاً في بيئة مناسبة، وفي بضع ثوانٍ قامت بتشكيل هذه البنى الجميلة المعقدة هنا. هذه الجزيئات الغشائية شبيهة جداً، تكوينياً ووظيفياً، بالأغشية في أجسامنا، ويمكننا استخدامها، كما يقولون، لتشكيل كتلة خليتنا الأولية.

كذلك يمكننا العمل على نظام الزيت والماء. كما تعلمون، حين نضع الزيت والماء معاً، فإنهما لا يمتزجان، لكن من خلال التركيب الذاتي يمكن أن تتشكل لدينا قطيرات زيت لطيفة، ويمكننا واقعاً استخدامها لتكون كتلةً لكائننا الحي الاصطناعي أو لخليتنا الأولية كما سترون لاحقاً. إذن فالأمر متعلق بتشكيل كتلة فقط، صحيح ؟ من قبيل البنيات . ماذا عن الجوانب الأخرى للأنظمة الحية ؟ لذا أتينا بنموذج الخلية الأولية الذي أعرضه الآن. بدأنا بصلصالٍ طبيعي اسمه مونتموريونيت. هذا الصلصال طبيعيٌ مستخرج من البيئة. ويكون سطحاً فاعلاً كيميائياً. ويمكن لعملية الأيض أن تتم عليه. تفضل أنواع معينة من الجزيئات أن تتحد بهذا الصلصال. على سبيل المثال، في هذه الحال، RNA٫ المعروض بالأحمر - إنه قريبٌ من الـ DNA- إنه جزئ معلوماتي - يمكنه أن يتقدم ويبدأ بالاتحاد بسطح هذا الصلصال. يمكن لهذه البنية إذن أن تنظّم تَكوّنَ حدودٍ غشائية حول نفسها. ٌإذن يمكنها تكوين كتلة من الجزيئات السائلة حول نفسها، كما هو معروضٌ بالأخضر في هذه الصورة المجهرية. ٌٌٌإذن، فعن طريق التركيب الذاتي فقط، ومزج أشياءٍ مع بعضها في المختبر، يمكننا أن ننتج سطحاً أيضياً مع بعض الجزيئات المعلوماتية المتصلة داخلَ هذه الكتالة الغشائية، صحيح ؟

إذن فنحن في طريقنا إلى إنشاء أنظمةٍ حية. لكنكم حين ترون هذه الخلية الأولية، فلن تخطئوا بينها وبين شئٍ حي بالفعل. إنها خالية من الحياة في واقع الأمر. فما إن تتكون لا تقوم بعمل أي شئ فعلاً. إذن هناك شئ ينقصها. هناك أشياء تنقصها. ٌإذن، فضمن الأشياء الناقصة على سبيل المثال، لو أن لدينا تدفقاً من الطاقة عبر نظامٍ ما، فما نريده هو خلية أولية يمكنها جمع بعض هذه الطاقة للحفاظ على نفسها، كما تقوم بذلك الأنظمة الحية. لذا أنتجنا نموذج خلية أولية مختلف، وهو واقعاً أبسط من النموذج السابق. نموذج الخلية الأولية هذا مجرد قطرة زيت لكن في داخله تتم عملية أيض كيميائي تسمح للخلية الأولية باستخدام الطاقة لإنجاز شئ، لتصبح حيوية، كما سنرى هنا. نقوم بإضافة القطرة إلى النظام. إنه حوض ماء. ثم تبدأ الخلية الأولية بتحريك نفسها حول النظام. حسناً؟ تتكون قطرة الزيت عن طريق التركيب الذاتي، ولديها أيضٌ كيميائي بالداخل لتتمكن من استخدام الطاقة، وتستخدم هذه الطاقة لتحريك نفسها حول بيئتها المحيطة.

كما سمعتم في البداية، فإن الحركة مهمة جداً لهذه الأنواع من الأنظمة الحية. إنها تتجول، لتكتشف بيئتها، ولتغير بيئتها، كما ترون، من خلال هذه الموجات الكيميائية التي تكونها الخلية الأولية. إنها تتصرف إذن كخلية حية، نوعاً ما، محاولة الحفاظ على نفسها. نأخذ هذه الخلية المتحركة نفسها هنا، ونضعها في تجربة أخرى، ندفعها للحركة. ثم سأقوم بإضافة بعض الغذاء إلى النظام وسترون ذلك باللون الأزرق هنا، صحيح ؟ إذن أضيف مصدراً غذائياً إلى النظام. تتحرك الخلية الأولية. تصادف الغذاء. تقوم بإعادة تشكيل نفسها، ثم واقعاً تتمكن من بلوغ التركيز الأعلى للغذاء داخل النظام وتتوقف هناك. حسناً ؟ إذن ما لدينا ليس مجرد نظامٍ له كتلة و يقوم بالأيض، ويستخدم الطاقة، ويتحرك. بل يمكنه الشعور ببيئته المحلية والعثور فعلاً على موارد داخل البيئة للحفاظ على نفسه.

هذا النظام ليس لديه عقل، ولا جهاز عصبي. إنه مجرد كيسٍ من المواد الكيميائية الذي يتمتع بهذا السلوك الشبيه بالحياة، المعقد، والمثير للاهتمام. لو أحصينا عدد المواد الكيمائية في هذا النظام، ومن ضمنها الماء الذي في الطبق، يصبح لدينا خمس مواد كيميائية يمكنها القيام بذلك. إذن نقوم بوضع هذه الخلايا الأولية معاً في تجربةٍ واحدة لنرى كيف تتصرف، وبناء على الظروف المحيطة، لدينا يساراًُ بعض الخلايا الأولية التي تتجول وتحب أن تلامس البُنى الأخرى في بيئتها. على الجانب الآخر لدينا خليتين أوليتين متحركتين وتحبان الدوران حول بعضهما، وتشكلان شيئاً يشبه رقصة، رقصةً معقدة مع بعضهما البعض. صحيح؟ إذن لا تتمتع هذه الخلايا الأولية المفردة بسلوكٍ فقط، أو ما فسرناه بسلوك داخل هذا النظام، بل إن لديها أيضاً سلوكاً بدائياً على المستوى الجمعي شبيهاً بسلوك الكائنات الحية. فبما أنكم أصبحتم الآن خبراء بالخلايا الأولية، سنلعب لعبةً مع هذه الخلايا الأولية. سنقوم بصنع نوعين مختلفين. الخلية الأولية (أ) لديها نوعٌ كيميائي معين بداخلها وحين يتم تفعيله، تبدأ الخلية بالاهتزاز حول المكان، بالرقص فقط. تذكروا أن هذه أشياء بدائية لذا فإن وجود خلية أولية راقصة بعد مثيراً بالاهتمام بالنسبة لنا. (ضحك)

الخلية الأولية الأخرى لديها كيمياء مختلفة بداخلها، حين يتم تفعيلها، فإن الخلايا تجتمع معاً وتتحد مشكلةً خلية واحدة كبيرة. حسناً ؟ ونقوم بوضع هذين النوعين معاً في النظام ذاته. إذن هناك المجموعة (أ)، والمجموعة (ب)، ثم نقوم بتفعيل النظام، الخلايا الأولية (ب)، باللون الأزرق، تجتمع معاً، تتحد معاً لتكون قطرة واحدة كبيرة، أما الخلايا الأخرى فتتراقص حول المكان. ويتم الأمر حتى تنفد الطاقة بأكملها في النظام وتنتهي اللعبة. بعد ذلك قمت بتكرار هذه التجربة لعدة مرات، وفي إحدى المرات حدث أمر مثير للاهتمام. أضفت هذه الخلايا الأولية معاً إلى النظام، فاتحدت الخلايا (أ) و(ب) مكونة خلية أولية هجينة (أ ب) هذا الأمر لم يحدث سابقاً. ها هو الآن. ثمة خلية (أ ب) داخل هذا النظام. تحب الخلية (أ ب) أن ترقص في المكان قليلاً، في حين تقوم الخلية (ب) بالاتحاد. حسناً ؟

ثم يحدث أمر آخر مثير للاهتمام أكثر. راقبوا حين تقوم هاتين الخليتين الكبيرتين، الهجينتين، بالاتحاد معاً. الآن لدينا خلية راقصة وحدث تناسخٍ ذاتي. صحيح. (ضحك) باستخدام قطراتٍ كيميائية فقط، مرة أخرى. طريقة عمل الأمر إذن هي أن يكون لديك نظام بسيط مكون من خمس مواد كيميائية من جهة، ونظام بسيط من جهة. وحين يتم خلطها، يتشكل لديك شئ مختلف عن السابق وأكثر تعقيداً من النظام السابق، وينشأ لديك نوع آخر من السلوك المشابه للحياة ألا وهو التكاثر في هذه الحالة.

إذن فإذا كان بوسعنا إنتاج خلايا أولية مثيرة للاهتمام كما نريدها، بألوان مثيرة وسلوك مثير، ومن السهل إنتاجها، وتتمتع بخصائص مثيرة قريبة من الكائنات الحية، فلعل هذه الخلايا الأولية يمكنها أن تطلعنا على شئ حول أصل الحياة على الأرض. لعلها تمثل خطوة سهلة العبور، واحدةً من أوائل الخطى التي بدأتها الحياة في بداية الأرض. بالتأكيد وُجِدت جزيئات على الأرض في البداية، لكنها لم تكن تركيبات نقية كهذه التي اشتغلنا عليها في المعمل والتي عرضتها في التجربة. بل كانت خليطاً معقداً فعلاً من جميع الأنواع، لأن التفاعلات الكيميائية غير المقيدة تنتج خليطاً متنوعاً من المركبات العضوية. اعتبروه حساءاً بدائياً، حسناً ؟ وهو حوضٌ يصعب توصيفه تماماً حتى بالطرق الحديثة، ومنتجاته تبدو بنية اللون، مثل هذا القطران يساراً. هذا مركب نقي معروض إلى اليمين، لتوضيح الفرق.

الأمر شبيه إذن بما يحدث عندما تأخذ بلورات سكر نقية في مطبخك، تضعها في المقلاة، وتعرضها للطاقة. تشعل الحرارة، وتبدأ بإنتاج أو تحطيم الروابط الكيميائية في السكر، مشكلاً سائل كراميل يميل للبُني، صحيح ؟ ولو تركت الأمر يستمر دون تحكم، فستستمر في صنع وتحطيم الروابط الكيميائية، مشكّلاً خليطاً أكثر تنوعاً من الجزيئات التي تنتج هذا النوع من القطران في مقلاتك، صحيح، والذي يصعب غسله. إذن هكذا كان سيبدو أصل الحياة. أنت بحاجة لاستخلاص الحياة من هذه النفاية الموجودة في بداية الأرض، منذ أربعةـ أو أربعة بلايين سنة ونصف. إذن التحدي يتمثل في التخلص من كل مركباتك الكيميائية النقية في المختبر، ومحاولة صنع خلايا أولية بخصائص شبيهة بالكائن الحي، من هذا الحساء البدائي.

إذن يوسعنا أن نرى التركيب الذاتي لكتل قطيرات الزيت هذه مرة أخرى والتي رأيناها سابقاً، والنقاط السوداء بداخلها تمثل نوعاً من القطران الأسود - هذا القطران العضوي، المعقد جداً، والمتنوع. ثم نضعهم في إحدى هذه التجارب، كما رأيتم سابقاً، ثم نشاهد الحركة الحية التي تنبعث منها. إنها تبدو جيدة، حركات لطيفة جداً، كما يبدو أن لديها نوعاً من السلوك حيث تقوم بالدوران حول بعضها البعض وملاحقة بعضها البعض، شبيهاً بما رأينا سابقاً - لكن، ثانيةً، بالعمل في ظروف بدائية فقط، بدون مركبات كيميائية نقية. هذه الخلايا الأولية المشحونة بالقطران قادرة أيضاً على العثور على الموارد في بيئتها. سأضيف مورداً ما إلى اليسار، هنا، ليتحد بالنظام ، ويمكنكم أن تروا كيف يعجبهم الأمر جداً. إنها تصبح نشطة جداً، وقادرة على العثور على الموارد في البيئة، والأمر شبيه بما رأينا سابقاً. لكن من جديد، هذه التجربة تُجرى في ظروف بدائية، ظروف فوضوية جداً، لا تشبه ظروف المختبرالمجدبة. هذه خلايا صغيرة قذرة جداً، في واقع الأمر (ضحك) غير أن المهم أن لديها خصائص شبيهة بالكائن الحي.

لذا فإن إجراء تجارب الحياة المصطنعة هذه يساعدنا على تعريف السبيل المحتمل بين الأنظمة غير الحية والحية. وليس ذلك فقط، بل إنه يساعدنا على توسيع نظرتنا لماهية الحياة وما هي احتمالات الحياة المتوفرة حولنا - حياة قد تكون مختلفة تماماً عن الحياة التي وجدناها هنا على الأرض. مما يقودني إلى المصطلح التالي، وهو "الحياة الغريبة". إنه مصطلح أطلقه ستيف بانر. وقد استخدم للإشارة إلى تقرير في عام ٢٠٠٧ للمجلس الوطني للأبحاث في الولايات المتحدة، حيث حاولوا فهم كيف يمكننا البحث عن الحياة في مكان آخر في الكون، حسناً، خاصةً إذا ما كانت هذه الحياة مختلفة جداً عن الحياة على الأرض. لو ذهبنا إلى كوكب آخر واعتقدنا باحتمال وجود حياة هناك، كيف يمكننا التعرف عليها كحياة حتى ؟

حسناً، لقد أتوا بثلاثة معايير عامة. أولاً - وهي مدرجة هنا. أولاً يجب على النظام أن يكون غير مستقر. مما يعني أن على النظام ألا يكون ميتاً في واقع الأمر. ما يعنيه ذلك أساساً هو أن لديك مُدخلاً من الطاقة إلى النظام يمكن للحياة أن تستخدمه وتستغله للحفاظ على نفسها. هذا شبيه بإشعاع الشمس على الأرض محفزة التركيب الضوئي، ومحفزة النظام البيئي. من غير الشمس، فعلى الأرجح ستنعدم الحياة على وجه الأرض. ثانياً، على الحياة أن تكون في هيئة سيالة، مما يعني أنه حتى لو كان لدينا بعض البنى المثيرة للاهتمام، وجزيئات مثيرة للاهتمام معاً، لكنها جامدة فإنه ليس مكاناً ملائماً للحياة. ثالثاً، يجب أن نكون قادرين على صنع وتحطيم الروابط الكيميائية. وهذا مهم لأن الحياة تقوم بتحويل الموارد من البيئة إلى وحدات بنائية لتتمكن من الحفاظ على نفسها.

فاليوم إذن، حدثتكم عن خلية أولية غريبة وعجيبة جداً - بعضها يحتوي صلصالاً، بعضها يحتوي على حساء بدائي، بعضها يحتوي في تركيبته زيتاً بدلاً من الماء. وأغلبها لا يحتوي على DNA بيد أن لديها خصائص شبيهة بالكائن الحي. لكن هذه الخلايا الأولية تفي بالشرائط العامة للأنظمة الحية، فعن طريق إجراء تجارب الحياة الكيميائية المصطنعة، نأمل ليس فقط في فهم أمرٍ جوهري عن أصل الحياة ووجود الحياة على هذه الأرض، بل أيضاً ما هي الحيوات المحتملة في هذا الكون. شكراً. (تصفيق)