نظرية التطور الكوني

عبر القرون ، بحث الإنسان باستمرار في السماء عن أدلة على مصيره ، وقد أسرت النجوم خياله ، وتحدى عقله لغز أصلها ومداها ، وروحه مشبعة بالعطش لفهم دوره في الكون ، ولقد قربتنا الاكتشافات العلمية في مجالات متنوعة مثل علم الفلك ، والبيولوجيا الجزيئية ، خلال السنوات الخمس عشرة الماضية فقط ، من حل ثلاثة ألغاز خالدة حاولت العديد من الثقافات تفسيرها : كيف بدأ الكون وتطور، وكيف نشأت الحياة وتطورت ، ما هو مكاننا ومصيرنا في الكون.

أدى هذا الانفجار من الاكتشافات متعددة التخصصات إلى ظهور مفاهيم جديدة لأصل الحياة، مثل تكوين المواد الجامدة على الأرض البدائية، وتشكيل الكواكب والنجوم، وتوليف الجسيمات الأساسية للمادة، وبداية الكون نفسه.

فيبدو أن الجميع قد تأسس على نفس القوانين الأساسية للكيمياء والفيزياء ، والاستنتاج القائل بأن أصل وتطور الحياة متشابكان بشكل لا ينفصم مع أصل وتطور الكون ، يبدو لا مفر منه ، حيث يشكل هذا المسار ، من مجمله ، من الجسيمات الأساسية إلى الحضارات المتقدمة ، جوهر مفهوم التطور الكوني.

يعتبر التسلسل من الكرة النارية الأولية إلى المادة، ثم النجوم والكواكب، ثم الكيمياء الما قبل الحياة، وأخيراً الحياة والذكاء، عملية غير كاملة ومثيرة للجدل في بعض تفاصيلها، ومع ذلك، فإنه يظهر صورة واسعة وخيالية ومضيئة.

بدايات التطور الكوني

يبدو أن الكون بدأ ككرة نارية رائعة مشعة بشكل نقي، والتي تعرف عادة بالانفجار العظيم، قبل حوالي 15 مليار سنة. تحتوي المادة الكونية بشكل عام على الجسيمات الأساسية في الطبيعة، وهي الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات، وقد تم تفتيتها بسرعة هائلة.

ومع توسع كرة النار وتبريدها ، أنتجت التفاعلات الحرارية النووية نوى هيليوم ، لا يزال التوسع الإضافي يخفض درجة الحرارة إلى النقطة التي تتكون فيها ذرات الهيدروجين ، والهيليوم التي تتكون من مزيج من الإلكترونات مع البروتونات ، ونوى الهيليوم ، ولكن العناصر الأثقل من الهيليوم ، لم يتم إنتاجها بكميات كبيرة.

خلال مراحل التوسع اللاحقة، قد تؤدي قوى الجاذبية إلى تعزيز أي تماثل في الكثافة الحاضرة، مما يؤدي في النهاية إلى التكثف التسلسلي الهرمي الذي يؤدي إلى تشكل المجرات والنجوم وفي النهاية الكواكب.

التطور الكوني للمجرات

يبدو أن المجرات أصلها في غيوم كروية تقريبًا ، وتدور ببطء ، قبلية من الهيدروجين والهيليوم التي انهارت تحت جاذبيتها ، وعندما بدأ الانكماش بشكل كافٍ ، بدأت النجوم تتشكل ، وزاد معدل تكوينها بسرعة ، كما  يتوافق التوزيع المرصود لمجموعات النجوم ، بشكل نوعي مع هذه الصورة العامة ، لانكماش سحابة غاز المجرة المتطورة.

تشبه النجوم، ككائنات الحياة، الكائنات الحية في عدم ثباتها، حيث يولدون ويتطورون ويموتون. يبدأ النجم كجزء من كتلة كروية من غاز أكبر، ثم ينكمش الغاز تحت جاذبيته الخاصة، فيصبح أكثر كثافة وحرارة حتى يتوهج ويشع الضوء. وبتحول الطاقة الكامنة في الجاذبية إلى حرارة، يزيد لمعان النجم بشكل مستمر.

عندما يصل النجم إلى درجة حرارة داخلية كافية لإطلاق التفاعلات النووية، يتوقف الانقباض ويدخل النجم في مرحلة التسلسل الرئيسي. عندما يحترق كل وقوده، يموت النجم ويتحول إما إلى قزم أبيض أو ينفجر كمستعر أعظم، وذلك يعتمد على كتلته.

على الرغم من أن الهيدروجين والهيليوم تكونا في الانفجار العظيم، إلا أن بقية العناصر تشكلت داخل النجوم وانفجاراتها. وبالتالي، جميع العناصر الثقيلة في أجسامنا، بما في ذلك الأكسجين الذي نتنفسه والكربون والنيتروجين في أنسجتنا والكالسيوم في عظامنا والحديد في دمنا، تكونت عن طريق اندماج الذرات الأخف في مركز النجم أو أثناء انفجار النجم.

يقضي النجوم 99% من حياتهم النشطة في حرق الهيدروجين، حيث يتم تحويل الهيدروجين في النواة إلى الهيليوم، ويبدأ الانقباض عندما يحصل ذلك، ويتم إطلاق طاقة كافية لإشعال الهيليوم، الذي يحترق بعد ذلك إلى الكربون.

على الرغم من أن جميع النجوم تساهم في النهاية في إنتاج الكربون والنيتروجين والأكسجين وعناصر أخرى، بما في ذلك الحديد، إلا أن العناصر الأثقل ربما تكون مصنوعة من التقاط النيوترون، وتحلل بيتا في النجوم الضخمة خلال مراحل تطورها النهائية، أو عندما تنفجر النجوم على شكل مستعرات أعظمية.

لذلك، يمكن أن تكون المستعرات الأعظمية هي الطريقة الرئيسية لإعادة تدوير العناصر التي تم إنشاؤها في النجوم إلى الوسط النجمي، ويتم رش المواد حول المجرة بواسطة هذه الانفجارات، حيث يمكن تشكيل نجمجديد مع كواكب صخرية في مكان آخر.

تطور مجرة درب التبانة

مجرة درب التبانة هي واحدة من حوالي عشرة مليارات مجرة في الكون المرئي حالياً، وشمسنا هي واحدة من حوالي ثلاثمائة مليار نجم في المجرة، والحقيقة المذهلة هي أن مجرتنا وشمسنا التي ندين لها بوجودنا، ليست غير عادية بأي طريقة أساسية مقارنة بالمجرات الأخرى.

تشير البيانات الفلكية إلى عدم وجود خصوصيات في الأصل أو الموقع أو الكتلة أو السطوع أو العمر أو خصائص أخرى للشمس، لذا فإنها عبارة عن نجمة قزمة شائعة نسبيًا، تقع في جزء نموذجي من قرص مجرة حلزونية نموذجية.

وقد أدت الاكتشافات التي تم إجراؤها خلال السنوات الثلاثين الماضية ، إلى زيادة الدعم للنظرية السديمية لتشكيل أنظمة الكواكب ، ووفقًا لهذه النظرية ، كان تطور السديم الشمسي ناتجًا عن انهيار سحابة كبيرة بين النجوم تدور ، بعد ذلك يتم تسخين الجزء الداخلي ، من خلال امتصاص الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الشمس الأولية.

في هذه المرحلة، يتم تسوية السحابة بشكل كبير عن طريق دورانها، وتتكون من قرص يحتوي على منطقة مركزية أكثر كثافة وأسرع دوران. يعتقد أن توزيعات الكثافة غير المنتظمة في القرص تؤدي إلى تكون مراكز تنوي لتراكم المواد في الكواكب، وربما تشكل معظم الغازات البدائية الواجدة في المناطق الخارجية للقرص الأجواء الكثيفة للكواكب من نوع المشتري.

وفي الجزء الداخلي من القرص ، ربما تكون الكواكب الأرضية ، قد شكلت أجواء مبكرة تم تبديدها بعد ذلك بواسطة النجم المركزي ، واستبدالها بالغاز من الكواكب الداخلية ، أو ربما تكونوا قد تشكلوا بدون أجواء ، بعد أن تم إخراج الهيدروجين والهيليوم من السديم الشمسي الداخلي ، بواسطة الشمس الصغيرة.

إذا كانت الكواكب تتشكل من الغبار والغاز في القرص الشمسي الأولي، فمن المتوقع أن تعكس تكويناتها الأولية تركيبة الشمس. وتحتوي الشمس على نسب ذرية متنوعة للعناصر، وهي كالتالي بالترتيب: الهيدروجين (87.0 في المئة)، الهليوم (12.9 في المئة)، الأكسجين (0.025 في المئة)، النيتروجين (0.02 في المئة). يجب الإشارة إلى أن هذه العناصر، باستثناء الهليوم، هي نفسها العناصر التي تشكل 99٪ من المادة الحية.

التطور الكوني والكواكب العملاقة

يبدو أن الكواكب العملاقة لها تركيبة مماثلة ، أي أقل من 1٪ من العناصر الثقيلة ، والهيدروجين والهيليوم المتبقي ، علاوة على ذلك ، يحتوي المشتري على الميثان والماء والأمونيا ، والأشكال المخفضة للكربون ، والأكسجين والنيتروجين ، كما هو متوقع بناءً على الخصائص الديناميكية الحرارية ، لهذه العناصر في وجود فائض كبير من الهيدروجين.

وبالتالي ، قد يكون الغلاف الجوي جوفيان الحالي هو الغلاف الجوي البدائي ، وقد تم الاحتفاظ به لمليارات السنين ، بسبب كتلة الكوكب ، ومن ناحية أخرى ، تتكون الكواكب الداخلية بالكامل تقريبًا من عناصر ثقيلة ، وبهذه الكتل الحالية ، لا تستطيع هذه الكواكب منع هيدروجين ، أو هليوم من الهروب.

وبالتالي، قد يمر الغلاف الجوي الأولي للأرض بفترة عابرة، ويظهر جو أكثر استقرارًا نتيجة لغازات القشرة التي تفرزها البراكين، حيث تطلق البراكين كميات كبيرة من بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وبعض النيتروجين والغازات الأخرى.

كما يمكن اختزال ثاني أكسيد الكربون والماء إلى هيدروجين وميثان ، بواسطة الحديد الحر الموجود في القشرة المبكرة ، ويمكن أن يتحد الهيدروجين والنيتروجين لتكوين الأمونيا ، لذلك ربما يكون الغلاف الجوي المبكر للأرض يتكون بشكل أساسي ، من الهيدروجين والنيتروجين والميثان والأمونيا والمياه وثاني أكسيد الكربون ، مع كميات صغيرة من الغازات الأخرى ، ويعتقد أن التطور الكيميائي المؤدي إلى الحياة على الأرض ، بدأ في مثل هذه البيئة منذ حوالي 4.5 مليار سنة.

كما تم التفكير في نظرية التطور الكيميائي ، من قبل داروين ، وتم تصورها من قبل Oparin و Haldane ، واختبارها تجريبيًا من قبل Miller و Urey ، وببساطة ، تقترح النظرية أن إطلاق الطاقة في الغلاف الجوي البدائي للأرض ، بواسطة آليات مختلفة أدى إلى تخليق جزيئات عضوية بسيطة ، والتي بدورها تم تحويلها إلى جزيئات ذات تعقيد أكبر.

ظهرت التفاعلات الكيميائية الجديدة تدريجياً نتيجة تعقيد العلاقات الكيميائية العضوية الأكثر بساطة، وتم فرض ترتيب كيميائي جديد لتلك العلاقات، وفي مرحلة ما من هذه العملية ظهرت أول جزيئات ذاتية التكاثر.

ومصادر الطاقة المتاحة لتركيب المركبات العضوية ، تحت ظروف ما قبل الحيوية كانت ضوء الأشعة فوق البنفسجية من الشمس ، والصرف الكهربائي ، والإشعاع المؤين ، والحرارة ، وقد تم استخدام معظمها الآن في المحاكاة المختبرية ، لإنتاج مجموعة واسعة من الجزيئات العضوية ، من الغلاف الجوي البدائي المفترض للميثان والأمونيا والمياه والهيدروجين.

نتيجة تجدد النظرية السديمية

هذا الدعم العلمي المتجدد للنظرية السديمية يعيد الاهتمام بوجود حياة خارج كوكب الأرض، حيث يتنبأ بأن النجوم ذات الأنظمة الكوكبية يجب أن تكون القاعدة وليس الاستثناء، في غير مثل النظريات الأخرى التي تربط تكوين الكواكب بأحداث كارثية مثل انفجارات النجوم أو التصادمات. تقترح نظرية السديم أن تكوين الكواكب عادة ما يترافق مع تكوين النجم، وهذا يعني أن المجرة والكون يجب أن تكون مليئة بمستوطنات كوكبية يمكن أن تدعم الحياة.

لم يتم رصد الكواكب المحيطة بالنجوم الأخرى بشكل مباشر باستخدام التلسكوبات بسبب الفروق الكبيرة في السطوع بين النجم والكوكب وبسبب قربها من بعضها البعض. وتم الحصول على دليل غير مباشر على وجود نظام كوكبي آخر عن طريق مراقبة حركة نجم بارنارد على مدى 30 عامًا، ولكن هذا الدليل لا يعد حاسمًا.

إذا كان التذبذب في حركته حقيقيًا، فقد يكون ذلك بسبب وجود كوكب بحجم كوكب المشتري تقريبًا، وفي الوقت الحاضر، يجري تطوير تقنيات قد تسمح في المستقبل القريب بمراقبة الكواكب التي تعمل بالطاقة الشمسية بشكل مباشر.

المحاكاة ونظرية التطور الكوني

تنتج تفاعلات المحاكاة هذه بعض المركبات المتطابقة ، مع تلك الموجودة في الهياكل البيوكيميائية المعقدة للكائنات الحية الحالية ، ومن بين المركبات التي يتم تصنيعها في هذه التجارب الأحماض الأمينية (السلائف لبروتينات الأنظمة الحية) ، البيورين والبيريميدين (وحدات مونومر من المواد الوراثية للأحماض النووية) ، الكربوهيدرات ، الهيدروكربونات ، الأحماض الدهنية ، والمركبات الأخرى ذات الأهمية الهيكلية والتمثيل الغذائي.

وقد أنتجت المزيد من المحاكاة البريبايوتك مركبات ذات خصائص مذهلة ، على سبيل المثال ، تم تكثيف الأحماض الأمينية لتشكيل بروتينات بروتينية تظهر مستويات منخفضة من النشاط الإنزيمي ، وأيضا ، فقد ثبت أن المركبات العضوية ، التي تشكلت في ظروف ما قبل البكتيريا ، يمكن أن تتراكم في هياكل أكثر تعقيدًا تعرض خصائص كيميائية وهيكلية وفيزيائية مشابهة ، بشكل ملحوظ لتلك الموجودة في الخلايا الحية.

تعتبر هذه الاكتشافات مثيرة للاهتمام لأنها توفر نماذج للبيئات الدقيقة التي يمكن أن تتركز فيها مركبات معينة، ويمكن أن تحدث تفاعلات مهمة للأنظمة البيولوجية بطريقة أسهل.

أدلة تدعم نظرية التطور الكوني

بجانب التجارب المحاكاة، هناك أيضا خطان آخران من الأدلة يدعمان نظرية التطور الكيميائي ويشيران إلى أن هذه التركيبات موجودة عالميا بالفعل. كشفت الملاحظات الفلكية الراديوية الحديثة عن وجود الأمونيا وبخار الماء والفورمالديهايد وأول أكسيد الكربون وسيانيد الهيدروجين وسيانو أسيتيلين وأسيتالديهايد وحمض الفورميك والميثانول ومجموعة من المركبات الأخرى المعروفة في بيئة غير صالحة للفضاء بين النجوم، وهي وسيطة في تجارب محاكاة التطور الكيميائي.

يتم الإشارة إلى وجود مجموعة متنوعة من المركبات العضوية في الأطياف الكونية، ويتم الاقتراح على وجود مواد بوليمرية عالية مثل البورفيرينات أو الهيدروكربونات العطرية المتعددة. ونظرا لأن المذنبات مشابهة في التكوين للمواد البدائية للسديم الشمسي، فإن ذلك يشير إلى وجود المواد العضوية في المادة نفسها التي تشكل منها النظام الشمسي.

وقد أشار تحليل النيازك بوضوح شديد إلى وجود مادة عضوية ، حيث تحتوي الكوندريتات الكربونية على ما يصل إلى 5% ، وقد حددت التحليلات الكيميائية العضوية المتطورة الأحماض الأمينية ، والمركبات الأخرى المهمة بيولوجيًا في عينات النيازك ، وإن طبيعة المركبات ، وخصائصها البصرية ، وتوزيع النظائر داخل الجزيئات كلها تجادل بشكل قاطع لكونها أصلية في النيزك ، وبالتالي من أصل بيولوجي ، خارج الأرض ، ويبدو أن المادة العضوية شائعة في الكون.

إلى هذه النقطة ، فنظرية التطور الكيميائي معقولة ومفهومة ومدعومة جيدًا بأدلة تجريبية ، ومع ذلك ، فإن تسلسل الأحداث بين الوقت الذي لم يكن فيه سوى مزيج من السلائف العضوية ، موجودًا في البحار البدائية للأرض ، والوقت الذي وفقًا للسجل الجيولوجي ، ظهرت أول خلية حية منذ حوالي 3 مليارات سنة ، لا يزال لغزًا.

يعتبر الإنسان هو الجزء الوحيد من سلسلة الأحداث بأكملها الذي وصل إلى ذروتها، والذي يفتقر إلى النظريات والبيانات الموضوعية.

هذه خطوة حاسمة لأنها تشير إلى التحول من الكائنات غير الحية إلى الأنظمة الحية، ويتم تجميع الجزيئات العضوية في المحيط البدائي في تلك الوحدة المعقدة من الحياة، الخلية. ومع ذلك، فإن تجارب المحاكاة البريبيوتكية وسجل الأحفوريات الأرضية تشير إلى استنتاج مهم واحد: يمكن أن تتحول المواد الكيميائية العضوية إلى الأنظمة الحية في فترة زمنية قصيرة نسبيا في عمر كوكب الأرض.

على مدى 3 مليارات سنة، تطورت الكائنات البدائية على الأرض ببطء لتصبح مجموعة واسعة من الأنظمة الحية التي نراها اليوم، وكانت الخطوتان الأساسيتان في تطور الحياة تطوير القدرة على التمثيل الضوئي، والتي تسببت في تحويل الغلاف الجوي إلى حالته المؤكسدة الحالية، مما سمح للخلايا بالحصول على طاقة أكبر من الجزيئات المغذية، والتكاثر الجنسي الذي سمح بتجميع طفرات مفيدة في فرد واحد.

الآلية الأساسية لنظرية التطور الكوني

الآلية الأساسية الكامنة وراء التطور البيولوجي هي الطفرة ، وتعديل بنية المادة الوراثية ، والاحتفاظ في مجموعة الجينات من الصفات المواتية ، وتوفر الطفرة المواتية فرصة أكبر للبقاء على قيد الحياة ، حيث يمكن للخلية أو الكائن الحي الآن التنافس بنجاح أكبر على مصادر الطاقة ، ويمكنه تحمل الضغوط البيئية بشكل أفضل.

على مدى عدة أجيال، الكائنات الحية التي تحمل طفرات مواتية ستحل محل تلك التي لا تحملها تدريجيا، وهذا هو جوهر الانتقاء الطبيعي. قدم داروين ووالاس هذا التفسير المنطقي لتاريخ التطور الكامل، حيث تتشكل ممالك النباتات والحيوانات المختلفة على نطاق واسع.

تدعم الأدلة التجريبية من البحث الجيني والسجل الأحفوري والكيمياء الحيوية المقارنة للأنواع الحالية النظرية بشكل كامل، حتى أن القليل منها يشكك في صحتها بشكل كبير.

ظهر الإنسان في وقت متأخر جدًا في هذا السياق من الأحداث، ومع زيادة ذكائه، ظهرت الحضارة والعلوم والتكنولوجيا، وبدأ التطور الثقافي وتقدم بسرعة كبيرة خلال الآلاف من السنين القليلة الماضية، وتم تحويل جزء صغير جدًا من المادة الكونية إلى المادة العضوية للدماغ البشري.

ونتيجة لذلك ، يمكن لجزء واحد من الكون أن ينعكس الآن على كامل عملية التطور الكوني التي تؤدي إلى وجود الفكر البشري ، ونتساءل عما إذا كانت هذه العملية هي حدث متكرر في الكون : من خلال القيام بذلك نفترض أن الحياة منتشرة في الكون ، وعلى الأقل في بعض الحالات ، قد تكون هذه الحياة قد تطورت إلى مرحلة الذكاء ، والحضارات التكنولوجية التي فعلتها على الأرض.

قد تكون بعض هذه الحضارات أكثر تقدما منا، وربما استطاعوا التواصل مع بعضهم البعض وتحقيق تقدم كبير في تطورهم نتيجة لذلك، وعلى الرغم من وجود العديد من الثغرات والألغاز والشكوك التي لا تزال قائمة، إلا أن هذا المفهوم الموحد الذي يشرح توسع الكون وولادة وموت المجرات والنجوم وتكوين الكواكب وأصول الحياة يظل موضوعا مركزا للبحث.

من خلال خصائص التطور المختلفة للكون، يوفر الأساس العلمي المنطقي السليم الذي يستند إليه برنامج البحث عن الحياة الذكية خارج الأرض.