حیات در جهان

استیفن هاوکینگ [۱]

مترجم: زهره شیشه

در این گفتگو میخواهم کمی درباره تکامل حیات در جهان و بویژه به تکامل حیات هوشمند بپردازم. من مجبورم که نژاد انسان را بحساب بیاورم هر چند که غالب عملکرد بشر در طول تاریخ نه تنها بسیار ابلهانه بوده بلکه کمکی به بقا همنوع خود نیز محسوب نمیشود. دو سئوالی را که من به بحث آنها خواهم پرداخت از اینقرارند: احتمال وجود حیات در نقاط دیگر جهان به چه اندازه است؟ و دیگر اینکه پیشرفت حیات در آینده به چه صورتی خواهد بود؟ ...

در این گفتگو میخواهم کمی درباره تکامل حیات [۲] در جهان وبویژه به تکامل حیات هوشمند[۳] بپردازم. من مجبورم که نژاد انسان را بحساب بیاورم هر چند که غالب عملکرد بشر در طول تاریخ نه تنها بسیار ابلهانه بوده بلکه کمکی به بقا همنوع خود نیز محسوب نمیشود. دو سئوالی را که من به بحث آنها خواهم پرداخت از اینقرارند: احتمال وجود حیات در نقاط دیگر جهان به چه اندازه است؟ ودیگر اینکه پیشرفت حیات در آینده به چه صورتی خواهد بود؟

اینکه اشیا در طول زمان هر چه بیشتر نامنظم و نامتعین میشوند موضوع یک تجربه ساده است. این مشاهده میتواند به صورت یک قاعده و قانون ارتقا یابد که قانون دوم ترمودینامیک نامیده میشود. این قانون میگوید که مجموع بی نظمی و یا انتروپی در جهان همواره در طول زمان در حال افزایش است.هرچند که این قانون فقط به مجموع بی نظمی اشاره دارد. نظم در یک جسم میتواند افزایش یابد و بی نظمی در محیط اطرافش را به مقدار بیشتری افزایش دهد. این همان چیزی است که در موجود زنده رخ میدهد. میتوان حیات رابعنوان یک سیستم منظم که میتواند خودش را دربرابر تمایل به بی نظمی حفظ کرده وهمچنین میتواند خود را تکثیرکند تعریف کرد. برای اینکه سیستم بتواند بطور مستقل و منظم باقی بماند بایدشکلهای منظم انرژی مثل غذا، نور خورشید، و یا الکتریسیته را به انرژی نامنظم به صورت گرما تبدیل کند. به این طریق سیستم میتواند این ضرورت را برآورده سازد که مجموعه بی نظمی را افزایش داده در همان آن که واحد نظم را در درون خود و نسل خود افزایش میدهد. یک موجود زنده معمولا دارای دو عنصر است : مجموعه ای از دستورالعمل ها که به سیستم میگوید که چگونه خود را حفظ و تکثیر نماید، و مکانیزمی که این دستورالعمل ها را به اجرا درمی آورد. در علم زیست شناسی، این دو جزء را ژن ها و متابولیسم می نامند بدون اینکه این اجزاء لزوما بیولوژیکی باشند مثلا یک ویروس کامپیوتری که یک برنامه است که در حافظه کامپیوتر از خودش کپی درست کرده و به کامپیوترهای دیگر سرایت میکند. به عبارتی این با تعریف سیستم زنده که من ارائه دادم مطابقت دارد. این ویروس کامپیوتری همانند یک ویروس بیولوژیکی است ولی انحطاط پذیرتراست زیرا که تنها حاوی دستورالعمل ها و یا ژن ها ست ولی از خودش متابولیسمی ندارد. به جای آن، متابولیسم کامپیوتر میزبان را برنامه ریزی میکند.

بعضی در این تردید دارند که بتوان ویروسها را به عنوان حیات بحساب آورد چرا که آنها پارازیت هستنند و نمیتوانند مستقل از میزبانهای خود وجود داشته باشند. اما بیشتر شکلهای حیات ، از جمله خود ما، پارازیت هستند بدین معنا که تغذیه میکنند و وبرای بقا ِ خویش وابسته به دیگر شکلهای حیات اند. من فکر میکنم ویروسهای کامپیوتری را باید بعنوان حیات بحساب آورد. این که ویروس کامپیوتری که تنها شکل حیات است که ما آفریده ایم و در اصل مخرب می باشد به گونه ای طبیعت انسان را فاش می کند. درمورد پیدایش حیات به هیئت خود ما (انسان ها) من مجبورم که بعدا به اشکال الکترونیکی حیات برگردم.

چیزی را که ما عادتا ازآن بعنوان حیات یاد میکنیم از زنجیره ای از اتمهای کربن با تعداد اندکی از اتمهای دیگر مانند نیتروژن یا فسفرساخته شده است. ممکن است کسی فکرکند که حیات احتمالا میتواند از بنیانهای دیگر شیمیایی مانند سیلیسیم هم وجود داشته باشد، ولی کربن مساعدترین آنهاست، زیرا که دارای غنی ترین بافت شیمیایی است. برای اینکه اتمهای کربن با تمام خصوصیاتی که دارا هستند وجودداشته باشند، نیاز به میزان معین و مناسبی از ثابتهای فیزیکی مثل مقیاس کیو سی دی [ ۴]، بارالکتریکی، و حتی بعد فضا-زمان است. اگر این ثابتها از ارزشهای بسیار متفاوتی برخورداربودند، یا هسته کربن نمیتوانست متعادل باشد و یا الکترونها بروی هسته فرو می ریخت. درنگاه اول، بنظرمیرسد که جهان بطورقابل توجهی میزان نهاده شده باشد.شاید این که جهان بطور ویژه برای تولید انسان طراحی شده سندیت داشته باشد. بهر حال در مورد چنین بحثی باید محتاط بودو آنهم بدلیل آنچیزی که به اص انتروپی معروف است. این اصل بر مبنای حقیقت خودآشکار بنا شده است که می گوید اگرجهان مناسب پیدایش حیات نمی بود، ما هم وجود نداشتیم تا از خود بپرسیم که چرا آن اینگونه میزان ومناسب است. میتوان اصل انتروپی را در شکل قوی و ضعیف آن بکاربرد. در مورد اصل انتروپیک قوی، فرض میشود که جهان های متفاوتی وجوددارند؛هر کدام با مقادیر متفاوتی از ثابتهای فیزیکی. این مقادیر در تعداد اندک به وجود عناصری مانند اتمهای کربن که میتوانند بعنوان سنگ بنای موجود زنده عمل کنند منجر میگردد. ازآنجائیکه ما در یکی از این جهان ها زندگی میکنیم ، نباید متعجب شویم که ثابتهای فیزیکی اینچنین یکنواختند. چرا که اگر نبودند ما اینجا نبودیم. شکل قوی اصل انتروپیک خیلی قابل قبول نیست. چه معنای قابل استفاده ای میتوان به وجود جهان های دیگر داد؟ و اگر آنها از جهان ما جداهستند، چگونه چنین چیزی که درآنها اتفاق افتاده می توانسته روی جهان ما اثر گذارد. درعوض باید چیزی را که بعنوان اصل انتروپیک ضعیف شناخته شده را بپذیریم. که در آن می بایستی مقادیرثابتهای فیزیکی را همانطور که هستند در نظر بگیریم. اما باید ببینم که چه نتایجی را میتوان از این واقعیت، که حیات در این مرحله از تاریخ جهان در این سیاره (کره زمین) وجود دارد، بدست آورد.

لحظه ای که جهان در انفجار بزرگ [۵] در ۱۵ میلیارد سال گذشته آغازشد، کربنی وجود نداشت.حرارت آنقدر بالا بود که ماده نمیتوانست به شکل ذرات که به پروتون و نوترون نامیده میشوند وجود داشته باشد. در ابتدا تعداد پروتون ها و نوترون ها برابر بود.هر چه جهان گسترش پیدا میکرد، سرد میشد. حدود یک دقیقه پس از انفجار بزرگ، حرارت به حدود ۱ میلیارد درجه سانتیگرادکاهش یافت یعنی صد برابر درجه حرارت خورشید ما. در این درجه حرارت نوترونها به پروتون های بیشتری تبدیل شدند. اگر همه اینها اتفاق افتاده باشد، تمامی ماده موجود در جهان در انتها به ساده ترین عنصر(شیمیائی) هیدروژن که هسته آن تنها از یک پروتون ساخته شده است، تبدیل یافته است. بهر حال، برخی ازنوترون ها به پروتونها اصابت کرده و بهم چسبیده اند تا شکل ساده از عنصر بعدی یعنی هلیوم که هسته اش از دو پروتون و دو نوترون ساخته شده راتشکیل دهند. اما هیچ عنصر سنگینی از جمله کربن یا اکسیزن در جهان اولیه نمیتوانست شکل گیرد. مشکل میتوان تصور کرد که سیستم زنده ای فقط از هلیوم و هیدروژن ساخته شده باشد. بهر حال جهان اولیه به اندازه ای برای اتمها داغ بود که نمیتوانستند بهم متصل شده و به صورت مولکول درآیند.

جهان همچنان گسترش یافته و سرد شد. اما بخشهائی از آن بطور مختصری ازمناطق دیگرمتراکم تر بود. کشش جاذبه ای ماده اضافی در این مناطق ازگسترش آنها می کاست و سرانجام آن را متوقف میکرد. در عوض آنها در خود فروریخته و کهکشانها و ستاره ها را تشکیل دادندکه حدود ۲ میلیارد سال بعد از انفجار بزرگ آغاز شد. بعضی از ستارگان اولیه بسیار سنگینتر از خورشید ما بودند. و از خورشید ما داغ تر بطوریکه هیدروژن و هلیم اولیه خود را سوزانده تا اینکه این عناصر به عناصر سنگینتری مثل کربن ، اکسیژن و آهن تبدیل شدند.اینها ممکن است فقط چند میلیون سال طول کشیده باشد. پس از آن بعضی از ستارگان به شکل سوپرنواها[۶] منفجر شده و عناصر سنگینتر را به درون فضا پرتاب کردند که همان ماده خام نسل بعدی ستارگان را تشکیل دادند.

ستارگان دیگر آنقدر از ما دوراند، که اگر سیاراتی داشته باشند که بدورشان بچرخند، ما نمیتوانیم آنها را ببینیم. اما موجهای رادیوئی متناوب معمولی بعضی از ستارگانی که پولسار [۷]نامیده میشوند دائما قطع و وصل میشوند. ما یک تغییر جزئی در اندازه تناوب موجها مشاهده میکنیم و این بدین معناست که سیاره هائی به اندازه کره زمین ما وجود دارند که بدورآنها (پولسارها) می چرخند. احتمال وجود حیات در این سیاره ها که بدور پولسارها میچرخند بعید بنظر میرسد زیرا که تمام موجودات زنده در انفجارهای سوپرنواها که منجر به پیدایش پولسارها گشته کشته میشوند. اما حال که تعدادی پولسار مشاهده شده که گفته میشود که سیاراتی بدورشان میچرخند، پس ممکن است که کسرمعقولی از صدها میلیارد ستارگان کهکشان ما هم دارای سیاراتی باشند. ازاینرو شرایط سیاره ای لازم برای تشکیل حیات از نوعی که ما داریم احتمالا از ۴ میلیارد سال بعد از انفجار بزرگ وجود داشته است.

منظومه شمسی ما در حدود ۴ و نیم میلیارد سال پیش، در حدود ۱۰ میلیارد سال بعد از انفجار بزرگ از گازهای تولید شده ممزوج از بقایای ستارگان پیشین شکل گرفته است. کره زمین اساسا از عناصر سنگینتر از جمله کربن و اکسیژن شکل گرفت. بطوریکه بعضی از این اتمها بعدا به شکل ملکول های دی ان ای [۸] ترکیب یافتند. دی ان ای دارای شکل مارپیچ های دوگانه ای معروفی است که توسط کریک و واتسن [۹] در کلبه ای در محل موزه جدید در کمبریج کشف شد. جفت اسیدهای هسته ای این دو زنجیره مارپیچی را به هم متصل میکنند. چهار نوع اسید هسته ای عبارتند از آدنین، سایتوسین، گوآنین و تیامین [۱۰]. البته من نگرانم که تلفظ این نامها در دستگاه ترکیب کننده سخنان من بسیارخوب نباشد چرا که آن برای ملکول - زیست شناسان طراحی نشده است. یک آدنین از یک زنجیره همواره به یک تیامین از زنجیره دیگر متصل است وبه همین طریق یک گوآنین به یک سایتوسین از زنجیره دیگر. درنتیجه رشته اسیدهای هسته ای یک زنجیره منحصرا با سلسله ای از مکملهای خود تعریف میشوند. این دو زنجیره میتوانند از هم جدا شده و هر کدام به عنوان نوارهایی برای ساختن زنجیره های بعدی در آیند. بدینسان ملکولهای دی ان ای میتوانند اطلاعات ژنتیکی را که بشکل کدهایی در رشته های اسیدهای هسته ای شان درآمده است را تکثیر کنند. بخشهایی از این رشته ها همچنین میتوانند برای ساختن پروتئین و دیگر عناصر شیمیائی مورد استفاده قرار گیرند. عناصر شیمیائی که میتوانند دستورالعمل هائی که در رشته ها کدبندی شده اند را منتقل کرده و مواد خام را برای دی ان ای فراهم آورند تا خود را تکثیر کند