מוצא החיים

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Math.svg יש לפשט ערך זה: הערך מנוסח באופן טכני מדי, וקשה להבנה לקהל הרחב.
יש להוסיף מבוא אינטואיטיבי שיסביר את הרעיונות והמושגים בצורה פשוטה יותר, רצוי בליווי דוגמאות. אם אתם סבורים כי הערך אינו ברור דיו או שיש נקודה שאינכם מבינים בו, ציינו זאת בדף השיחה שלו. יש לציין כי ערכים מדעיים רבים מצריכים רקע מוקדם.

שאלת מוצא החיים העסיקה תרבויות אנושיות רבות ומעסיקה גם את המדע. המחקר אודות מוצא החיים מחפש הסבר להיווצרות החיים על פני כדור הארץ תחת הנחת יסוד לפיה חוקי הטבע החלים על החומר הדומם חלים גם על החי וכי ניתן להסביר את המעבר מחומר לא-חי לחומר חי על סמך חוקים אלה.

תורת האבולוציה מסבירה כיצד צורות חיים מורכבות ומגוונות הקיימות כיום התפתחו מצורות חיים פשוטות יותר. חשיבותה בכך שהיא ממקדת את בעיית מוצא החיים בשאלת מוצאו של היצור החי הראשון, ולו הפשוט ביותר. אך למרות זאת עד היום לא נמצא הסבר שלם ומניח את הדעת להיווצרותו של אותו יצור חי ראשוני, וזאת חרף התקדמות עצומה בהבנת התפתחות החיים וכדור הארץ הקדום - אחת הסיבות לכך היא שאין הגדרה מניחה את הדעת למושג חיים. מספר השערות ועדויות ניסיוניות מצביעות על פתרונות אפשריים לתעלומה זו המובאים להלן.

האבולוציה המולקולרית של האב-הקדמון המשותף[עריכת קוד מקור | עריכה]

מהמרק הקדמון לאדם

תחום המחקר העוסק בהיווצרות החיים בכדור הארץ (להבדיל מהתחום העוסק בהתפתחות החיים, קרי אבולוציה) נקרא אביוגנזה.

לפני כ-4 מיליארד שנים כדור הארץ היה בעל אטמוספירה דלת חמצן ומרובה תרכובות גופרית מההתפרצויות הגעשיות התכופות שהיו בו. ברקים היו תדירים בהרבה ממה שהם היום. הרכב התמיסה שהיה באוקיינוסים של כדור הארץ בתקופה זו מכונה המרק הקדום. ניסויי מעבדה הוכיחו שברקים יכולים להביא ליצירת כל[דרוש מקור] המונומרים של הפולימרים הביוכימיים מהמרק הקדום.

מונומרים אלה הפכו בריאקציות כימיות אקראיות ונדירות לפולימרים קצרים. סוג אחד של פולימרים כאלה, RNA, הוא גם בעל יכולת לזרז תגובות כימיות רצויות, כולל שכפול עצמי וגם בעל יכולת לשאת מידע לשכפול עצמי. כיום החלבונים מזרזים את רוב התהליכים הכימיים בתא והמידע התורשתי נשמר לטווח ארוך ב-DNA אולם בשלב ראשוני זה, כל המידע התורשתי וכל הפעולות הקטליטיות נעשו בעזרת RNA. לתקופה זו קוראים עולם ה-RNA. עד היום ה-RNA משמש בכל תא גם לזירוז ייצור החלבונים עצמם, גם לזירוז שכפול ה-DNA וגם להעברת מידע תורשתי מה-DNA אל מערך ייצור החלבונים.

האנרגיה לפעולות ה-RNA התקבלה מפירוק סוכרים בעזרת תרכובות גופריתנשימה גופריתית. כיום ניתן למצוא מיקרואורגניזמים הנושמים גופרית בחומר הנרקב בסביבה דלת חמצן. יצורים גדולים יותר, כמו תולעים[דרוש מקור], שנושמים גופרית קיימים היום באזורים מרובי הרי געש בקרקעית האוקיינוסים. בתקופה ההיא, באזורים אוקייניים עם פעילות געשית תדירה היה ריכוז גבוה של RNA בזכות תרכובות הגופרית שנתנו אנרגיה לשכפולם.

פולימרים שונים של RNA שעשו פעולות שונות הפכו לסמביונטים – הם עודדו זה את שכפולו של זה. חלק מהפולימרים האלה ייצרו ממברנות שעטפו את קבוצות הפולימרים השונים של ה-RNA ואפשרו לקבוצת הסבמיונטים להיסחף בזרם דרך אזורים דלי גופרית. קבוצת הפולימרים העטופה ממברנה היא למעשה נגיף. כיום נגיפים עוברים בממברנה ממאכסן למאכסן והממברנה מכילה גם חלבונים. לא כל הנגיפים כיום הם נגיפי RNA. חלקם נגיפי DNA וחלקם רטרו-נגיפים. רטרו-נגיפים הם נגיפים שבמעבר ממאכסן למאכסן החומר התורשתי שלהם הוא RNA ובין ההדבקה לבין פעילותו גורמת המחלה הוא "משועתק לאחור" – התא מספק אנרגיה לייצור DNA לפי ה-RNA הנגיפי. הרטרו-נגיפים הם עדות להתחלת השימוש ב-DNA כחומר תורשתי.

יש נגיפים עם חומר תורשתי שהוא סליל בודד של RNA, סליל כפול של RNA, סליל בודד של DNA וסליל כפול של DNA. האב הקדום של כל החיים הוא תא שהתפתח מוירוס בעל סליל כפול של DNA. אב קדום זה היה קבוצת פולימרים בממברנה שיכלו להיות פעילים כימית למשך זמן מה באזורים דלי גופרית ודלי סוכר. זאת בניגוד לנגיפים שכשלעצמם הם חסרי פעילות.

המסקנה שקיים אב-קדמון משותף למגוון החי נובעת מעובדות הבאות:

  • ישנן תכונות רבות שהן חסרות ערך הסתגלותי והן זהות בכל הפרטים של כל המינים. לדוגמה, זהות שיטת הקידוד ב-DNA. קוד אחר ב-DNA (למשל שרצף של שלושת הבסיסים המקודד לחומצה אמינית אחת יקודד דווקא לאחרת) יכול לאפשר קיום והתאמה לסביבה באותה מידה בה מאפשר הקוד הנוכחי.
  • ניתן למצוא תכונות שדומות בין פרטים ממינים שונים ושונות בין פרטים בני אותו המין.
  • הסתגלות למקום גאוגרפי מסוים לא מסבירה את כלל התכונות של המינים. יש תכונות שהן "שאריות" מזמנים ומקומות רחוקים ועוזרות לפרט במקרים נדירים ביותר.
  • קיימים שרידים של תכונות באורגניזמים שאינם מספקים הסבר לוגי לגבי תפקודם הנוכחי, אלא רלוונטיים רק לגבי האבות הקדמונים שלהם (כמו התוספתן או עצם הזנב באדם שהם ניוון לא מושלם לתכונה שאינה נחוצה כיום).
  • ניתן לסדר את המינים בעצים אבולוציוניים דומים לפי מדידות ביומטריות רבות ושונות.

התאוריה של אופרין על מוצא החיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

אלכסנדר אופרין (מימין) במעבדה

תורת האבולוציה, מסבירה את התפתחות בעלי חיים והצמחים מצורות פשוטות יותר. אך היא אינה מסבירה כיצד נוצרו החיים הראשונים, התאים הראשונים מחומר "מת". החוקר הסובייטי אלכסנדר אופרין חיבר תאוריה מקיפה על התפתחות החיים על כדור הארץ.

יצירת חומרים אורגנים פשוטים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ההנחה הרווחת היא שהתרכובות האורגניות הראשונות נוצרו מן הגזים שהרכיבו את האטמוספירה בעבר. החוקר האמריקאי סטנלי מילר העמיד הנחה זו למבחן בניסוי מילר-יורי. הוא התקין מכשיר ומילא אותו בתערובת שחיקתה את האטמוספירה הישנה של כדור הארץ. הגזים סבבו במכשיר ומילר חיבר אלקטרודות שיפעילו עליהם התפרקויות חשמליות (ברקים). תוך שבוע נוצרו בתערובת שלוש מתוך עשרים חומצות האמינו המשמשות אבני בניין של חלבונים, וחומרים אורגנים נוספים. בשנת 2008 נערך ניתוח מחדש של התוצאות, והתגלה כי בניסוי מילר-יורי נמצאו 22 חומצות אמינו, ולא 3.[דרוש מקור] 20 מבין החומצות הללו הן הדרושות לקיום חיים.

אחת החידות המרכזיות בהקשר של מוצא החיים היא מציאת הדרך שגרמה ליצירת עודף אננטיומרי של מולקולות כיראליות, כמו חומצות אמינו או סוכרים. אפילו ניסוי מילר-יורי לא הצליח לייצר תגובה סטריאוסלקטיבית שתיצור עודף כזה. ראיות לכך שמקורו של העודף מחוץ לכדור הארץ התגלו במטאוריט מורצ'יסון שמייצג את הרכב החומרים במערכת השמש הקדומה. ראיה נוספת מגיעה מתצפיות על קיטוב האור שמגיע מערפילית אוריון ועובר בדרכו חומר בין-כוכבי. מהמדידות נמצא שבאזורים מסוימים של החומר הבין-כוכבי יש עודף אננטיומרי של מולקולות כיראליות מסוימות.

יצירת קואצאוורטים[עריכת קוד מקור | עריכה]

החלבונים, שנוצרו בימים ובאגמים העתיקים, הצטרפו לטיפות מיקרוסקופיות הקרויות קואצאוורטים, המסוגלות לקלוט לתוכן חומרים. כתוצאה מקליטת חומרים לתוכן הן גדלות, וכאשר הן מגיעות לגודל מסוים הן נחצות לשניים.

הטיפות שהמבנה החלבוני שלהם היה מוצלח יותר יכלו לקלוט לתוכם חומרים במהירות רבה יותר, כולל טיפות קטנות מהן. הן התחלקו מהר יותר והיו רבות יותר מטיפות בעלות מבנה חלבונים שונה.

חומצות הגרעין שבונות את ה-DNA בתאים הנוכחיים השתלבו בטיפות. מרגע שפיתחו חומצות הגרעין דרך לקבוע את מבנה החלבונים ניתן לשייך את הטיפות ליצורים החיים. חומצות הגרעין יכלו לפקח על בניה של חלבונים שיזרזו וישלטו על תהליכי מטבוליזם וההתחלקות (התרבות).

התפתחות ממלכות העל של החיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ידוע כיום כי התאים הפרוקריוטיים היו האורגניזמים הראשונים שנוצרו על פני כדור-הארץ, לפני כ-4 מיליארד שנים. בכמיליארד השנים הבאות לא התרחשו שינוים משמעותיים במורפולוגיה או ברמת ארגון התא. אלא רק שינויים בתפוצת התאים ובפיזיולוגיה שלהם בהתאמה לסביבות רבות. נוצרו לפחות שתי על ממלכות של פרוקריוטים: הבקטריה והארכאה. הארכאה נתגלתה לאדם רק בשנות ה-80 של המאה ה-20 ולא מן הנמנע שקיימות או שהתקיימו על ממלכות פרוקריוטיות נוספות.

מיליארד שנים לאחר התפתחות התא הראשון, נוצרו האאוקריוטיים מבקטריה שהובלעה בארכאה. בתחילת התהליך היו הבקטריה והארכאה האלה סימביונטים. חלק מהחומר התורשתי של הבקטריה עבר אל החומר התורשתי של הארכאה. הארכאה סיפקה לבקטריה את החלבונים הנחוצים לה ואילו זו הפכה לאברון הנשימה של הארכאה בסביבות חמצניות. בקטריות אחרות הפכו לאברוני הפוטוסינתזה של הארכאה. הבקטריות התפתחו למיטוכונדריון ולכלורופלסט. הארכאה, שהחלה לבטא חלק גדול מהחומר התורשתי של הבקטריה גם לצרכיה שלה ולא רק לשירות הבקטריה הסמביונטית, הפכה לתא אאוקריוטי. באאוקריוטיים נוצרו ממברנות פנימיות דומות לאלה של הסמביונטים שלהם, שמידרו אזורים נוספים מלבד המיטוכנדריון והכלורופלסט כגון גרעין התא שבו מצוי החומר התורשתי. התרבות הבקטריות והאאוקריוטים שיכולים היו לבצע פוטוסינתזה הפכה את אטמוספירת כדור הארץ כולו לחמצנית. הארכאות חסרות הסמביונטים נדחקו לסביבות דלות חמצן (כדוגמת ים המלח וקרקעית האוקיינוס). עם התרבות החמצן באטמוספירה נוצרה שכבת האוזון, שהורידה את רמת הקרינה המייננת על פני כדור הארץ ואפשרה יציבות רבה יותר למולקולות ביוכימיות.

התפתחות הרב-תאיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

לפני כמיליארד שנים החלו להופיע באוקיינוסים אורגניזמים רב-תאיים. ההתפתחות האבולוציונית של האורגניזמים הרב-תאיים התרחשה מספר פעמים בנסיבות בלתי-תלויות באורגניזמים שונים כמו ספוגיות, חומיות, כחוליות, ריריות ומיכובקטריה.

במהרה לאחר הופעתם, נרשמה פעילות אבולוציונית מהירה במשך כ-10 מיליון שנים. התרחשות זו הובילה ליצירת מרבית האורגניזמים שאליהם אנו עדים כיום, יחד עם יצירת שושלות יוחסין אשר נכחדו זמן-מה לאחר-מכן. ניסיונות להסברת ההתפתחות האבולוציונית המהירה כוללים תאוריה שגורסת הצטברות חמצן מספקת באטמוספירה כתוצאה מפעילות פוטוסינתטית. לפני בערך 500 מיליון שנים החלו צמחים ופטריות ליישב את היבשה, ובמהרה הצטרפו אליהם תולעים שמהן התפתחו פרוקי הרגליים ובעלי חיים חסרי חוליות נוספים. באוקיינוסים התפתחו מיתרניים ומהם חולייתנים כגון דגים. מדגי הריאות התפתחו דו-חיים, שהופיעו לראשונה על היבשה בערך לפני 300 מיליון שנים. מדו החיים התפתחו זוחלים שמהם התפתחו היונקים לפני 200 מיליון שנים לערך. מהזוחלים התפתחו גם דינוזאורים שמהם התפתחו העופות לפני 100 מיליון שנים. עם התפתחות האורגניזמים הגדולים, המשיכו האורגניזמים הקטנים, בעלי מבנה מורפולוגי דומה לזה של הראשוניים להתקיים כשרוב הביומסה של היצורים החיים כיום היא של מינים פרוקריוטיים שונים.

הסברים שאינם מדעיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הסבר הבריאה[עריכת קוד מקור | עריכה]

לפי הסבר זה המתייחס לרוב לסיפור בריאת העולם, כל האורגניזמים בעולם, ובכלל זה האדם, נבראו בתחילה בצורתם הסופית על ידי בורא, המכונה לרוב אלוהים. כל אורגניזם נברא עם מאפיינים של יצור בוגר - לדוגמה: העץ נברא עם טבעות שנתיות, האדם נברא עם שיניים ושיער, וכו'. הסבר זה מקובל על מאמיני דתות רבות וזהו גם ההסבר הבולט בקרב המתנגדים לתורת האבולוציה (ראו גם בריאתנות).

לעומתם יש בריאתנים חדשים (ראה תכנון תבוני), המודים כי ההסבר הטבעי היחיד להתפתחות החיים הוא אבולוציוני, אולם הם שוללים את עצם האפשרות שיש הסבר טבעי לארגונן המורכב של מערכות ביולוגיות, ובעיקר של המערכת החיה הראשונית. לפיכך הם טוענים כי יש כוח עליון תבוני אשר תכנן את מהלך הדברים ואולי אף יצר את הגרעין הראשוני ממנו התפתח הכל.

חשוב לציין שבקרב חלק גדול ממאמיני היהדות (לדוגמה תלמידי הרב קוק), מקבלים לחלוטין את תיאורית האבולוציה. וזאת על פי גישת הרב קוק "אין זה כלל עיקר של תורה לספר לנו עובדות פשוטות ומעשים שהיו. העיקר הוא התוך, ההסברה הפנימית, וזה יתרומם עוד יותר בכל מקום שנמצא כוח סותר שאנו מתעודדים להתגבר על ידו" . למעשה תורת האבולוציה עוסקת בהסברת "האיך" - כיצד העולם התפתח לכדי מה שהוא היום , אבל התורה עוסקת ב"מדוע" - כלומר מסבירה מדוע אוסף של חומרים דוממים הפך לבסוף לעולם מלא חיים מגוונים ותבוניים. על פי גישה זו האבולוציה היא רק תיאור מעשה בראשית בהרחבה ואין כל סתירה בין פרטי תורת האבולוציה לבין גישת היהדות, אלא התייחסות לדברים שונים.

הסברים חלופיים נוספים[עריכת קוד מקור | עריכה]

גנרציה ספונטנית 
בתקופה הקדומה היה מקובל לחשוב, שיצורים מורכבים יכולים להווצר ישירות מחומר דומם. כך למשל עכברים מופיעים באסמי תבואה, ורימות מתהוות בבשר נרקב. תאוריה זו, המכונה יצירה (גנרציה) ספונטנית, באה לידי ביטוי עוד בכתביו של אריסטו. השפעתם של הוגי הדעות היוונים הייתה רבה, ורק במאה ה-17 החלו להתעורר ספקות באשר להתכנותה של גנרציה ספונטנית. בספרו מ-1646 היה תומאס בראון אחד הראשונים לקרוא תיגר על תורת הגנרציה הספונטנית. למרות הביקורת הרבה על פרסום זה, ב-1668 הצליח האיטלקי פרנצסקו רדי להראות כי זבובים המטילים את ביציהם בבשר הם המקור להתפתחות הרימות בו. מהמאה ה-17 ואילך, העדות הנסיונית הצטברה בהדרגה ודחקה את רגליה של תורת הגנרציה הספונטנית; בתחילה עוד ניתן היה להחזיק בה לגבי יצורים מיקרוסקופיים. היו שסברו למשל, כי חידקים יכולים להווצר מחומר נרקב. אך בסופו של דבר תיזת הגנרציה הספונטנית הופרכה סופית על ידי לואי פסטר בסדרה של ניסויים ב-1861. מוסכם היום כי כל היצורים החיים כיום נוצרו מיצורים חיים קודמים.
קדמות העולם/נצחיות המינים 
הסבר לפיו העולם, כולל מיני האורגניזמים שבו, היה תמיד כפי שהוא כיום. אחד מתומכי הסבר זה היה הפילוסוף היווני אריסטו שלרעיונותיו היו תומכים רבים בראשית העת החדשה. גם הסבר זה לא מקובל כיום בעקבות הידע על התפשטות היקום וגורמים נוספים.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]