حیات چیست؟

در کتاب های درسی عمدتاً به ویژگی های جانداران اشاره شده است. به عنوان مثال در کتاب های کنونی دبیرستان به این ویژگی های هفتگانه اشاره شده است: هم ایستایی، تولید مثل، رشد و نمو، جذب و استفاده از انرژی، پاسخ به محیط، سازش با محیط و نظم و ترتیب. در همین کتاب آمده که تعریف حیات سخت و دشوار است و معمولاً به جای تعریف حیات ویژگی های جانداران بیان می شود.

این شیوه شناساندن حیات مثل این است که بگوییم تعریف آب سخت و دشوار است و به جای اینکه درباره ماهیت شیمیایی و ساختار مولکولی آب صحبت کنیم، سخن را به ویژگی های فیزیکی و بزرگ مقیاس آب از قبیل شفافیت و بی رنگی، دمای انجماد یا جوش آن بکشانیم، یا درباره موضوعاتی نسبی مانند این صحبت کنیم که آب مایع حیات است و بدون آن موجودات زنده دوام نمی آورند. با چنین ویژگی هایی نمی توان کوچکترین پیش بینی درباره رفتارهای بعدی آب (مثلاً چگالی یخ) داشت.

با ذکر ویژگی های هفتگانه موجودات زنده نیز، نمی توان ساده ترین مسائل زیست شناسی را حل کرد. ویژگی های حیات به روایت کتاب درسی آنقدر مشروط و متغیر هستند که بارها برای دانش آموزان و دانشجویان این اشکال به وجود آمده که موجودات عقیمی مثل قاطر، لاجرم چون قادر به تولید مثل نیستند، لابد زنده هم نیستند! در این مقاله شما می توانید با مفهوم حیات آشنا شوید.

ابن سینا آب را با همان ویژگی های ظاهری و البته صفات طبعی (طبع سرد و تر آن) توصیف کرد. ابوریحان بیرونی هم اشکالات جالبی به تعریف ویژگی محور ابن سینا وارد کرد. مثلاً ابوریحان می گوید طبق گفته ابن سینا طبع آب سرد و تر است، اما اگر شیشه ای گوی مانند داشته باشیم و آن را از آب پُر کنیم (در برابر نور خورشید) خاصیت سوزاننده می یابد؛ در حالی که اگر شیشه را از آب تهی کنیم، هوا که طبع خشک دارد، چنین خاصیتی نخواهد داشت. همچنین ابوریحان می پرسد چرا آب خلاف مواد دیگر، وقتی یخ می زند، منبسط می شود یا چرا یخ روی آب می ماند، در حالی که تراکم سرما و سنگ گونگی آن باید آن را به سمت زمین متمایل کند؟

هر دانش آموز امروزی به راحتی پاسخ پرسش های هوشمندانه ابوریحان را با کمک توضیح ماهیت مولکولی، آب را به ساختار اوربیتال های آن مرتبط خواهد کرد. در نهایت همه چیز درباره شفافیت، حلالیت، نقطه جوش، انجماد و چگالی آب و یخ به نظریه کوانتوم تحویل خواهد شد.

آیا حیات را هم می توان به همین صورت با کمک برآیندهای نظریه ای بنیادی در فیزیک توصیف و تعریف کرد؟

اروین شرودینگر یکی از اولین افرادی بود که سعی کرد ماهیت حیات را با کمک فیزیک توضیح دهد. شرودینگر علاقه زیادی به حوزه های میان رشته ای فیزیک و زیست شناسی داشت و یکبار هم سعی کرده بود جنبه هایی از فیزیک کوانتوم را با کمک زیست شناسی و البته کمک های بی دریغ گربه محبوبش توضیح دهد، اما کمکی که زیست شناسی گربه شرودینگر به علم فیزیک کرد، در برابر کمکی که خود شرودینگر با کمک فیزیک به علم زیست شناسی کرد، شوخی با مزه ای بیش نیست.

شرودینگر در سال 1943 سخنرانی مشهوری در کالج ترینیتی دوبلین ایراد کرد به نام «حیات چیست؟» و کوشید ماهیت و منشاء حیات را با کمک نظریه ترمودینامیک شرح دهد. این سخنرانی در سال 1944 در کتابی به نام «حیات چیست؟ سیمای فیزیکی یاخته زنده» منتشر شد. 50 سال بعد، همین سخنرانی دوباره به همراه چندین مقاله تکمیلی از دانشمندان فیزیکدان، زیست شناس، ریاضیدان و دیرینه شناس با عنوان «حیات چیست؟ 50 سال بعد» منتشر شد.

شرودینگر با طرح نظریه ترمودینامیک برای تشریح مبنای فیزیکی حیات، به یکی از بزرگترین متناقض نماهای قدیمی پیرامون حیات و تکامل پاسخ می دهد: چطور همه چیز در جهان به سمت بی نظمی می رود، اما موجودات زنده منظم می مانند و حتی طی تکامل، سازواره هایی پیچیده تر از پیش پدید می آورند؟ پاسخ این پرسش به ماهیت خود نظریه ترمودینامیک باز می گردد. به جز سخنرانی نبوغ آمیز شرودینگر، مقاله «نظم از دل بی نظمی، ترمودینامیک پیچیدگی در زیست شناسی» (شنایدر و کی) که دوازدهمین مقاله ضمیمه شده به اصل کتاب در نسخه «50 سال بعد» است، این موضوع را به روشنی توضیح می دهد که چگونه بی نظم شدن سامانه ای (مثل خورشید) می تواند به منظم شدن سامانه های کوچکتر پیرامون آن (مثل جانداران یا سامانه های طوفانی جو سیاره ها) منجر شود. در حقیقت حیات و پیچیدگی آن نه تنها با ترمودینامیک تناقض ندارد، بلکه برآیند طبیعی فرآیندهای ترمودینامیک است. به این ترتیب حیات سامانه ای است که با جذب انرژی از سامانه های بی نظم شونده اطراف (خورشید یا منابع شیمیایی زمین) خود را منظم نگه می دارد و در برابر بی نظمی مقاومت می کند.

اما این فرآیند؛ برآیند و نتیجه دیگری نیز دارد. حیات الگوهای بهینه برای حفظ نظم و جذب انرژی را در قالب مولکول هایی متبلور از جنس اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) بازتولید می کند؛ یعنی فرآیندی که به آن وراثت می گوییم. با این حال ترمودینامیک می گوید بی نظمی همیشه در کمین هر سامانه منظمی است و جانداران با جذب انرژی مدام در حال بازسازی خرابی های اتفاقی پیش آمده هستند و ترمیم خرابی های اتفاقی، گاهی به پیدایش تغییراتی تصادفی (Random) منجر می شود. این تغییرات تصادفی در نهایت باعث می شود جانداران همواره در معرض تغییر نسبت به نسل های گذشته خود باشند. تغییر برآیند ماهیت ترمودینامیک حیات است و خودش برآیند مهم دیگری نیز دارد؛ اگر حیات از یک یاخته اولیه آغاز شده باشد، خواه ناخواه این یاخته اولیه به پیدایش یاخته هایی متفاوت منجر خواهد شد و پس از چند نسل، تنوع ایجاد خواهد شد.

تغییر و تنوع مهم ترین ویژگی های جانداران هستند؛ حتی مهم تر از ویژگی های هفتگانه که در کتاب های درسی آمده اند و تکامل زیستی برآیند مهم هر دو این ویژگی ها است. ویروس ها مرز مرموز زنده و نازنده شمرده می شوند؛ چون با ویژگی های جانداران که در کتاب های درسی ذکر شده، چندان سازگار نیستند. می گویند ویروس ها زنده نیستند، چون نمی توانند به تنهایی تولید مثل کنند و بقا یابند؛ اما کدام جاندار است که بتواند در دنیایی خالی از جانداران دیگر بقا یابد؟ می توان ویروس ها را زنده شمرد، چون مثل سایر جانداران تغییر می کنند، تنوع می یابند و در معرض فرآیندهای تکاملی قرار دارند.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «حیات چیست؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله عرفان خسروی در مجله دانشمند، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.