עולם קטן מופלא

אם נסתכל על היצורים הזעירים שבגופנו ועל גרמי השמיים העצומים שבחלל החיצון, נתחיל להבין אילו שאלות יש לשאול על מקור החיים
X זמן קריאה משוער: רבע שעה

ב-1609 הביט גלילאו גליליי ברקיע מבעד לעדשות (בעיצוב הולנדי) שהגדילו אותו פי 20, והצית מהפכה במחשבה האנושית. כעשור לאחר מכן, אותן עדשות כמעט שחוללו מהפכה נוספת, כאשר גלילאו גילה שאם יהפוך את הסדר שבו הן מוצבות, הוא יוכל להגדיל גם דברים זעירים. לראשונה בתולדות האנושות יכולנו לראות את אבני הבניין של הגוף, את הגורמים למחלות או את מנגנון הרבייה. ובכל זאת, לפי ספרו של פול פלקובסקי, "Life’s Engines":
"נדמה שגלילאו לא התעניין במיוחד במה שהוא ראה מתחת לטלסקופ המהופך שלו. לא נראה שהוא עשה מאמץ מיוחד להבין, קל וחומר לפרש, את האובייקטים הקטנים כל כך שנגלו לעיניו".

ירחי שבתאי והאתגר שהם הציבו בפני המודל ההליוצנטרי כישפו את גלילאו, והוא התעלם מהאפשרות שהפרעושים המוגדלים שנגלו לעיניו קשורים למגפה שהשתוללה אז באיטליה. וכך, במשך 300 שנים נוספות המשיך אחד הפגעים האכזריים ביותר בתולדות האנושות לזרוע הרס, בלי שנוכל להבינו או למנוע ממנו לקפח את חייהם של מיליוני אנשים. אולי זו תכונה אנושית בסיסית, להתפעל מהאדיר ולהתעלם מהזעיר. ואם זה המצב, הרי שהנטייה הזו סיכלה את הקדמה האנושית שוב ושוב. חצי מאה לאחר שגלילאו הביט ב"טלסקופ המהופך" שלו, גילו אנטוני ואן לוונהוק ורוברט הוק, חלוצי המיקרוסקופיה, שעולם ננסי קיים סביבנו ואף בתוכנו. אבל לאף אחד מהם לא היו תלמידים, ומחקריהם הובילו לשחר כוזב נוסף בעולם המיקרוסקופיה. רק באמצע המאה ה-19, כשיצרנים גרמניים החלו לייצר כלים משוכללים יותר, התחילו התגליות הזעירות לחולל שינויים יסודיים במדע.

וכיום, חקר ה-nanoverse (כפי שהממלכה הזעירה מכונה לעתים) צובר תאוצה בזכות החדשנות הטכנולוגית. אחד מחלוצי התחום הוא פול פלקובסקי, אוקיינוגרף ביולוגי שבילה את רוב הקריירה המדעית שלו בצומת המחברת בין הפיזיקה, הכימיה והביולוגיה. ספרו, “Life’s Engines: How Microbes Made Earth Habitable”, מתמקד באחת התגליות המדהימות ביותר של המאה ה-20 – התאים שלנו בנויים מאוסף של "מנועים קטנים" (או "ננו-מכונות") מתוחכמים ביותר שאחראים לתפקודים החיוניים ביותר של החיים. זהו ספר מלא בהפתעות, הטוען למשל שכל החידושים החשובים ביותר שהחיים תרמו לעולם היו קיימים כבר לפני 3.5 מיליארד שנים – פחות ממיליארד שנים לאחר היווצרות כדור הארץ, בתקופה שבה כוכב הלכת שלנו לא התאים, בעיקרו, להתפתחות חיים. כיצד ייתכן שמורכבות מדהימה כזו יכלה להתפתח בשלב מוקדם כל כך, ובסביבה עוינת כל כך? זו שאלה שהכריחה אותנו לשקול מחדש באופן יסודי את מקור החיים עצמם.

בעודנו מהרהרים במקור החיים, וורד וקירשווינק מזהירים אותנו לא לחשוב במונחים פשטניים כמו חיים ומוות, אלא לבחון את "המקום השוכן ביניהם", שאותו רק גילינו. מקורותיהם העתיקים ביותר של החיים שוכנים בתרכובות אורגניות בשם חומצות אמינו

ברמה אישית, עבודתו של פלקובסקי מאתגרת. אנחנו רגילים לחשוב על עצמנו כעל יצורים המורכבים ממיליארדי תאים, אבל פלקובסקי מציין שאנחנו מורכבים גם מטריליוני מכונות אלקטרו-כימיות שמתאמות, איכשהו, את פעילותן בצורה המאפשרת לגופנו ולמוחנו לתפקד במהימנות ובדיוק הנדרשים לו. וככל שהספר ממשיך ומתאר את צורת ההתפתחות והתחזוקה של המערכת המורכבת הזו, תדהמתנו הולכת וגוברת עד כדי אי-אמון.

אחת המכונות הביולוגיות העתיקות ביותר של פלקובסקי היא הריבוזום, שילוב של חלבונים וחומצות גרעין האחראי לתהליך יצירת החלבון. זוהי ישות זעירה כל כך שאפילו עם מיקרוסקופ אלקטרונים קשה לראות אותה. 400 מיליון ריבוזומים יכולים להיכנס בנקודה שבסוף המשפט הזה. רק עם הופעת הסינכרוטרונים – מכונות שמאיצות תנועת חלקיקים וניתן להשתמש בהן כדי לייצר קרני רנטגן חזקות ביותר – נחשפה פעולתו של הריבוזום. הריבוזומים משתמשים בהוראות המקודדות בקוד הגנטי שלנו כדי לייצר חלבונים כגון אלו הנמצאים בשרירים ובאיברים אחרים. ייצור החלבונים האלה אינו תהליך פשוט. לריבוזומים אין קשר ישיר עם הדנ"א שלנו, ולכן הם צריכים לקרוא את הרנ"א (RNA), מולקולות שמעבירות מידע גנטי מהדנ"א. הריבוזומים מורכבים משני מבנים מרכזיים שפועלים כמו גלגלי שיניים: הם נעים על הרנ"א ומחברים חומצות אמינו לחלבון ההולך ומתהווה.

כל הריבוזומים – החל מאלה שבחיידק הצנוע ביותר וכלה באלה שבגוף האדם – פועלים באותו קצב, ומוסיפים רק 20-10 חומצות אמינו בשנייה לרצף החלבוני. וכך גופינו נבנים על-ידי פעולות מכאניות זעירות, חלבון אחר חלבון, עד להשלמתו של אותו יצור מדהים שנקרא "בן אדם". בכל הדברים החיים יש ריבוזומים, ולכן המכונות הזעירות והמורכבות האלה היו חייבות להיות קיימות באב הקדמון המשותף של כל צורות החיים. ייתכן שרגע הופעתן הוא הוא רגע לידת החיים. אבל המועד המדויק שבו התפתחו לראשונה והאופן שבו התפתחו -- אלה עדיין שתיים מהתעלומות הגדולות של המדע.

כל המכונות זקוקות למקור אנרגיה כדי לפעול, והאנרגיה שעליה פועלים הריבוזומים, ובעצם כל התפקודים התאיים, מגיעה מאותו מקור – "מטבע אנרגיה" אוניברסלי הידוע בשם "אדנוזין טרי-פוספט", או ATP. בבעלי חיים ובצמחים גם יחד, מולקולת ה-ATP מיוצרת במבנים תאיים מיוחדים שנקראים מיטוכונדריה. הננו-מכונות שפועלות בתוך המיטוכונדריה הן מנועים חשמליים ביולוגיים זעירים הדומים להפליא למקביליהם המכניים - גם הם בעלי רוטורים, סטטורים וראשים קטליטיים מסתובבים.

מכונות ה-ATP הן הכלים שבעזרתם משתמשים החיים בגרדיאנטים חשמליים (ההבדל בריכוז היונים והפוטנציאל החשמלי בין נקודות) כדי להפיק אנרגיה. מכונת ה-ATP ממוקמת בממברנה (קרום) שמפרידה בין אזור בתא בעל ריכוז גבוה של פרוטונים (יונים של מימן) לבין אזור בעל ריכוז נמוך. בדיוק כמו בסוללה, הפרוטונים עוברים מאזור הריכוז הגבוה לאזור הריכוז הנמוך. אבל כדי לעשות זאת בתא הם חייבים לעבור דרך ה-ATP. הזרימה שלהם דרך המנוע החשמלי הזעיר מניעה את הרוטור נגד כיוון השעון. על כל סיבוב של 360 מעלות נוצרות שלוש מולקולות ATP.

מבנה מרחבי של ATP

מבנה מרחבי של ATP

יצורים חיים משתמשים במגוון של מקורות אנרגיה ראשיים כדי ליצור ATP. הישויות החיות הפרימיטיביות ביותר נקראות ארכאונים. אף על פי שהם דמויי-חיידקים, מדובר בקבוצה נבדלת שחבריה השונים ניצלו, ככל הנראה, כל מקור אנרגיה שהיה זמין בימיו הראשונים של כדור הארץ. המתאנוגנים, למשל, גורמים לפחמן דו-חמצני להגיב למימן ולייצר את הגרדיאנט האלקטרו-כימי הנדרש ליצירת ATP (כתופעת לוואי הם מייצרים מתאן). אחרים משתמשים באמוניה, יונים של מתכת או גז מימן כדי ליצור את הגרדיאנט האלקטרוכימי. גם חיידקים משתמשים במגוון של מקורות אנרגיה, אבל בשלב מסוים, קבוצה של חיידקים החלה להשתמש באור השמש כדי לתפעל את הפוטוסינתזה. התהליך הניב הרבה יותר אנרגיה מאשר מקורות אחרים, והעניק לשולטים בו יתרון אבולוציוני אדיר. פלקובסקי הקדיש את רוב הקריירה שלו לפענוח המסתורין העמוק של הפוטוסינתזה והאופן שבו היא שינתה את העולם.

לדבריו, תהליך הפוטוסינתזה הוא "כמעט קסום". התיאור שלו נותן לנו טעימה מהקסם המתרחש:

"כשמולקולת כלורופיל מסוימת מאוד המוטמעת ב"מרכז התגובה" סופגת אנרגיה מפוטון, האנרגיה של אותו חלקיק אור יכולה להדוף את האלקטרון ממולקולת הכלורופיל. במשך ננו-שנייה, פחות או יותר, מולקולת הכלורופיל היא בעלת מטען חיובי".

ה"חור" הנוצר במולקולת הכלורופיל מתמלא בתורו באלקטרון מ"קוורטט של אטומי מַנגַן [היסוד הכימי] הנשמרים בסידור מיוחד באחד מצדי הממברנה. וה"חור" שנוצר בקוורטט המַנגַן מתמלא באלקטרונים ממולקולת מים. כתוצאה, מולקולת המים מתפרקת, וכך נוצר חמצן חופשי.

הפוטוסינתזה מאפשרת היפוך מקומי וזמני של החוק השני של התרמודינמיקה – יצירת סדר ממצב של אי-סדר. קסום בהחלט, אבל בתחילת 2014 התגלה כי הפוטוסינתזה קסומה אף יותר מהמתואר מספרו של פלקובסקי. פיזיקאים הפועלים בבריטניה הוכיחו שלמכניקת הקוונטים יש תפקיד חיוני בפוטוסינתזה, כיוון שהיא עוזרת להעביר ביעילות, בצורה גלית, את האנרגיה שהיא לוכדת.

פלקובסקי אומר לנו שמיקרואורגניזמים שולטים בכדור הארץ. הם יצרו אותו בצורתו הנוכחית, והם שומרים עליו במצבו הנוכחי בעזרת שוק האלקטרונים העולמי שאנו מכנים "ביוספרה"

אם כימיה היא לא כוס התה שלכם, פלקובסקי מציע צורת חשיבה חלופית בכל הקשור לפוטוסינתזה - הוא מתאר אותה כמופע מיקרוסקופי אור-קולי. האור, כמובן, הוא הפוטון המעניק אנרגיה להופעה, והקול מגיע ממולקולת הכלורופיל, שמפיקה צליל "פַּאק" כשהיא מאבדת את האלקטרון שלה. התופעה הזאת התגלתה על-ידי אלכסנדר גרהאם בל, שב-1880 השתמש ב"אפקט פוטו-אקוסטי" כדי לבנות את מכשיר ה"פוטופון", ובעזרתו העביר הודעה קולית אלחוטית למרחק יותר מ-200 מטר. בל החשיב את הפוטופון להמצאתו הגדולה ביותר (ואולי הוא צדק, מכיוון שהייתה זו למעשה גרסה מוקדמת של תקשורת בסיבים אופטיים).
האופן שבו הננו-מכונות המתוחכמות שפלקובסקי מתאר השתלבו והפכו לתאים, כמו אלה שגופינו מורכבים מהם, מדהים כל כך עד שהוא נשמע כמו סיפור דמיוני.

מיקרואורגניזמים מסוגלים לתקשר בעזרת מערכת הנקראת "חישת צפיפות", והם משתמשים ביכולת הזאת כדי להדליק ולכבות תפקודים שונים באוכלוסיותיהם ובתוך מערכות אקולוגיות המורכבות מזנים שונים של מיקרואורגניזמים. חישת צפיפות יכולה אף לפעול כשמיקרואורגניזם אחד בולע אחר, כפי שקרה לפני יותר ממיליארד שנה כשתא מסוים החל לתקשר עם תא קטן יותר שהוא עיכל. חישת צפיפות מאפשרת לפריט מזון פוטנציאלי לחיות בתוך ה"פונדקאי" שלו במקום להתעכל. ואז היא מאפשרת לגנים להיכבות ולהידלק בדרכים שמסייעות ליצור הכימרי – קרי בן הכלאיים – החדש. שני הגנומים שהתקיימו זה לצד זה בכימרה אף הצליחו להחליף ביניהם כמה גנים, וכך הגדילו את הסיכוי שיוכלו לתפקד יחד כמבנה שלם. בעקבות כל השינויים האלה הפך האורגניזם הנבלע למיטוכונדריה והחל לספק ATP לתא האיקריוטי החדש – כלומר לתא שמכיל גרעין ומבנים מורכבים נוספים.

אף על פי שכל התהליך הזה נשמע בלתי אפשרי, התרחש אחריו דבר מוזר אף יותר. איכשהו, האורגניזם הבינארי החדש הזה בלע יצור נוסף – מין חיידק שמסוגל לבצע פוטוסינתזה. ושוב, היצור המעוכל חי בתוך התא והשתמש בחישת צפיפות כדי לסנכרן את המכונות הזעירות שלו, ה"כמעט-קסומות", עם אלה של האורגניזם הבינארי. ה"אורגניזם המשולש" החדש הזה הפך לאב הפוטוסינתטי הקדמון של כל הצמחים על פני כדור הארץ.

פלקובסקי אומר לנו שמיקרואורגניזמים שולטים בכדור הארץ. הם יצרו אותו בצורתו הנוכחית, והם שומרים עליו במצבו הנוכחי בעזרת שוק האלקטרונים העולמי שאנו מכנים "ביוספרה". פלקובסקי טוען שאפשר לתפוס את העולם שלנו כמכשיר חשמלי אחד גדול הפועל על מגוון מנועים חשמליים קטנים וננו-מכונות אלקטרו-כימיות שנמצאים בתאים. כשמסתכלים על העולם בצורה הזו מבינים כי המדע המודרני טומן בחובו סכנות שעד כה לא הערכנו כראוי. ישנם ביולוגים מולקולאריים שמנסים להחדיר גנים למיקרואורגניזמים כדי ליצור צורות חיים חדשות לחלוטין. אחרים מנסים להבין אם אפשר לשפר את הננו-מכונות שבתאים. לפלקובסקי יש המלצה בעניינים אלה:

"במקום לשחק עם אורגניזמים שלא נוכל להנדס לאחור, עדיף לנו להפנות את יכולותינו האינטלקטואליות והטכנולוגיות להבנת האבולוציה של הננו-מכונות הבסיסיות והאופן שבו התפשטו ברחבי כדור הארץ והפכו למנועי החיים".

ספרם החדש של פיטר וורד וג'ו קירשווינק, "A New History of Life", מבהיר עד כמה אנו רחוקים מהבנת האבולוציה של אותן ננו-מכונות. שני המחברים הם איקונוקלסטים, וכיאה למעמדם זה, ספרם מספק רגעים אנטי-אורתודוקסיים נהדרים. הוא כולל טיעונים חדשניים בנושא האבולוציה של החיים, ועל כן הקריאה בו מאתגרת אך מספקת. אפשר להקביל את עבודתו של הפלאונטולוג לשחזור פסיפס עתיק: ככל שנחזור עוד ועוד בזמן, כך יש לנו פחות אריחים להרכיב מהם את הפסיפס. מי שמנסה למצוא את מקורותיהן של הננו-מכונות נדרש לעבוד עם חצי תריסר אריחים מפסיפס הכולל רבבות. את יתר האריחים השמידו הזמן וכדור הארץ חסר המנוחה. למרות המגבלה האדירה הזאת, וורד וקירשווינק משוכנעים שבזכות טכנולוגיות חדשות אנו שואלים, סוף סוף, את השאלות הנכונות.

יש לנו כעת טווח תאריכים קטן יחסית להיווצרות כדור הארץ – זה קרה לפני 4,560 מיליון שנים, פלוס-מינוס עשרה מיליון. חצי מיליארד השנים שבאו לאחר מכן, הידועות בשם "עידן האדן" (Hadean), היו רבות חשיבות. אסטרואיד עצום התנגש בכוכב הלכת, יצר את הירח והפך את כדור הארץ לכדור של סלע מותך. כשכוכב הלכת התקרר, נוצרו הגרסאות המוקדמות של הליבה והקרום המודרניים של כדור הארץ. הסלעים העתיקים ביותר בכדור הארץ – גבישי זירקון זעירים ממערב אוסטרליה, בני 4.4 מיליארד שנים - הם הראיה הפיזית היחידה שיש לנו לתקופה הזו. ניתוח כימי מראה שהם נוצרו במקום שבו מי אוקיינוס נשאבו מטה אל תוך המעטפת – השכבה שבין הליבה, או הגלעין, לקרום כדור הארץ. לכן אפשר לשער שכדור הארץ התקרר במהירות אחרי התנגשות האסטרואיד, ושבשלב מוקדם היו בו אוקיינוסים.

אנו יודעים כמעט בוודאות שבעידן האדן לא התקיימו חיים בכדור הארץ, למרות קיומם של אוקיינוסים. אסטרואידים התנגשו בכדור הארץ שוב ושוב, זעזעו אותו, הרתיחו את האוקיינוסים ושינו את האטמוספרה. אבל לפני ארבעה מיליארד שנים החלו העניינים להירגע, עם תחילתו של עידן הארכאיקון, שנמשך 1.5 מיליארד שנים. במהלך השליש הראשון של עידן זה התפתחו הננו-מכונות, או לחילופין, כפי שטוענים וורד וקירשווינק, הגיעו ממקום אחר והתיישבו בכדור הארץ.

בעודנו מהרהרים במקור החיים, וורד וקירשווינק מזהירים אותנו לא לחשוב במונחים פשטניים כמו חיים ומוות, אלא לבחון את "המקום השוכן ביניהם", שאותו רק גילינו. מקורותיהם העתיקים ביותר של החיים שוכנים בתרכובות אורגניות בשם חומצות אמינו – מולקולות שאינן חיות ומהוות "קודמן" (precursor) לרנ"א. הן קיימות במטאוריטים, מניחים שהן נמצאות בכל רחבי היקום, והן נוצרו לבטח הרבה לפני כדור הארץ. לננו-מכונות האלה יש מאפייני-חיים, וכשמכנסים אותן בתא הן הופכות לאותם יצורים משתכפלים בעלי כושר ויסות-עצמי שאנו מזהים כדבר חי.

תקריב על שכבה של גרפיט שהשתמרה בסלעים בני 3.8 מיליארד שנה בגרינלנד. צילום: אמילי פופ, אתר אונירברסיטת סטנפורד

תקריב על שכבה של גרפיט שהשתמרה בסלעים בני 3.8 מיליארד שנה בגרינלנד. צילום: אמילי פופ, אתר אונירברסיטת סטנפורד

במשך זמן רב חשבנו שהעדות הקדומה ביותר לקיומם של חיים על פני כדור הארץ היא שכבה חלקה של גרפיט שהשתמרה בסלעים בני 3.8 מיליארד שנה ליד איסואה שבגרינלנד. אבל מחקרים שנערכו לאחרונה מראים שהפחמן שממנו עשוי הגרפיט כלל לא נוצר על-ידי דבר חי. עדות נוספת היא מאובני אצות מיקרוסקופיים בני 3.5 מיליארד שנים ממערב אוסטרליה. אבל מחקרים חדשי מראים שה"מאובנים" האלה חדשים הרבה יותר, ובכל מקרה הם בכלל לא מאובנים, אלא גבישים. מחקר מ-2012 הכריז שמאובנים של מערכות אקולוגיות חיידקיות, המתוארכים לפני 3.49 מיליארד שנים, התגלו באזור פילברה במערב אוסטרליה, וכעת נחשבים לעדות הקדומה ביותר לקיומם של חיים.

צ'רלס דרווין שיער שהחיים התחילו ב"בריכה רדודה שחוממה על-ידי השמש". אבל סביר להניח שכאשר כדור הארץ נוצר, פני השטח שלו היו מכוסים לחלוטין, או ברובם, על-ידי אוקיינוסים. ומכיוון שלכדור הארץ לא הייתה שכבת אוזון במהלך שני מיליארד השנים הראשונות לקיומו, לא סביר שמקור החיים הוא במים רדודים, כיוון שהקרינה האולטרה-סגולה הייתה מחסלת את הרנ"א העדין.

יש מגוון מועמדים מועדפים כיום למקור החיים על-פני כדור הארץ, החל ממעיינות חמים וכלה בנביעות הידרו-תרמיות השוכנות ברכסים מרכז-אוקייניים הנקראים "מעשנות שחורות" (black smokers). ייתכן כי התנאים באתרים אלה סייעו ליצירת מחרוזות ארוכות יותר ויותר של חומצות אמינו ומולקולות, כולל רנ"א, שבסופו של דבר יכלו לבצע חילוף חומרים ולהתרבות. רכסים מרכז-אוקייניים מוגנים מפני קרינה אולטרה-סגולה על-ידי האוקיינוסים שמעליהם. והם גם עשירים במרכיבים הנדרשים ליצירת דנ"א. נוסף לכך, רוב צורות החיים הקדומות ביותר על פני כדור הארץ הן תרמופילים, אורגניזמים קטנים שחלקם משגשגים במים כמעט-רותחים. אחת הבעיות בתיאוריה הזאת היא שמים תוקפים ומפרקים את פולימר חומצת הגרעין שמרכיב את הרנ"א. וללא הגנה, הוא מאבד את יציבותו בחום.

רוב המחקר מתמקד בחיפוש אחר צורות החיים המוקדמות ביותר. אבל אולי עלינו לחפש במקום זאת אחר הננו-מכונות הראשונות. חתימות כימיות בסלע, שנובעות מפעילותן של ננו-מכונות, הן אחד האמצעים שבעזרתם נוכל לעשות זאת. לדוגמה, מחקרים מראים שהננו-מכונות שמייצרות את החנקן באטמוספרה (ומסוגלות לייצר ניטרט על-ידי הוספת חמצן לאמוניה), כבר היו קיימות לפני 2.5 מיליארד שנים.

ג'ו קירשווינק טוען שהסלעים של כדור הארץ הם לא המקום הנכון לחפש בו את מקורן של הננו-מכונות. הוא אחד התומכים המובילים בתיאוריה קיצונית-לכאורה, שאומרת כי הננו-מכונות, ואולי החיים עצמם, נולדו בכיפות הקרח והקרחונים של מאדים הקדום

ג'ו קירשווינק טוען שהסלעים של כדור הארץ הם לא המקום הנכון לחפש בו את מקורן של הננו-מכונות. הוא אחד התומכים המובילים בתיאוריה קיצונית-לכאורה, שאומרת כי הננו-מכונות, ואולי החיים עצמם, נולדו בכיפות הקרח והקרחונים של מאדים הקדום. את התיאוריה הזו הוא פורש בפנינו במלואה ב-"A New History of Life", ותגליות חדשות מספקות ראיות התומכות בה. לדוגמה, הגשושית "קיוריוסיטי" של נאס"א מצאה ראיות לקיומם נחלים ובריכות קדומים במאדים: ככל הנראה, לפני מיליארדי שנים היה במאדים אוקיינוס, כמו גם כיפות קרח ואדמה. יכול להיות שהכוכב האדום היה סביבה עוינת הרבה פחות לבניית מחרוזות רנ"א מאשר כדור הארץ. קירשווינק אף מציין כי ייתכן שצורות חיים מוקדמות יכלו לשרוד ולנוע בחלל. מאדים הוא קטן, וכוח הכבידה שלו חלש בהשוואה לזה של כדור הארץ. לכן פגיעת אסטרואידים במאדים יכולה לגרום לפיזור הרבה רסיסים המסוגלים להימלט מכוח הכבידה שלו. ובעזרת ניסויים למדנו שמטאוריטים ממאדים יכולים להגיע לכדור הארץ בלי ש"יעוקרו" .

אבל אם מקורן של הננו-מכונות אכן במאדים, איפה הן היו מסוגלות לחצות את ה"סף הדרוויניסטי" ולהפוך ליצורים חיים של ממש? קירשווינק טוען שהאטמוספרה של כדור הארץ הייתה עשויה לאפשר זאת. חלקיקי הרנ"א ממאדים, שנישאו על גבי רוחות וזרמי אוויר עזים, היו יכולים להתערבב זה בזה ולהעביר חלקיקים משרשרת אחת לאחרת. הברירה הטבעית הייתה מבכרת את הגדילים המורכבים והיעילים יותר מבחינה תפקודית, ואלה היו מתרבים. בסופו של דבר, אולי לאחר שהגדילים הוקפו על-ידי קירות תאים המורכבים מרסיסי ליפידים (מולקולה שמכילה שומנים ושעוות), האט המעבר ההמוני של הגנים בין הננו-מכונות, והמבנה הכימי שלהן התייצב.

חתן פרס הנובל כריסטיאן דה דוּב האמין שבשלב זה, החיים היו נוצרים מתוך הלא-חיים במהירות רבה, ואולי תוך דקות בלבד. בזכות ההגנה שקירות התא הליפידיים סיפקו לרנ"א, הוא היה יכול להיכנס לאוקיינוס ולמצוא את החומרים המזינים יקרי הערך ששכנו סביב המעשנות השחורות. ומאותו רגע הייתה האבולוציה הדרוויניסטית מבטיחה את הישרדותם של אלה שפעלו בצורה היעילה ביותר בסביבה החמה. מובן שלכל הסיפור הזה אין ראיות והוכחות. זהו תרחיש – חזון המתאר מה היה יכול לקרות – ולא תיאוריה מדעית מבוססת. ובכל זאת, זהו תרחיש יעיל, כי הוא נותן מטרה לחוקרי העתיד.

"A New History of Life" עוסק במסלול המלא של התפתחות החיים, מהזמן שלפני הניצוץ הראשון ועד לימינו אנו. התפיסה המקובלת אומרת שבמשך מיליארד שנה לאחר שהחיים נוצרו לראשונה, מעט מאוד קרה. ואז, אולי לאורך כמה מאות מיליוני שנים, שינה החמצן את פני כדור הארץ לבלי הכר. החמצן הגיע מהננו-מכונות התאיות המורכבות ביותר שהתפתחו אי פעם – אותם "אורגניזמים משולשים" המורכבים משלושה אורגניזמים המוטמעים בתא יחיד ומסוגלים לבצע פוטוסינתזה. אבל הננו-מכונות של פלקובסקי גורמות לי לחשוב שאותה "הפוגה" בת מיליארד שנים אינה אלא אשליה. שינויים עצומים התרחשו במנועי החיים בשעה שהם הפכו מננו-מכונות פשוטות יחסית למכשירי פוטוסינתזה שבכוחם לשנות את פני כוכב הלכת.

תהליך החמצון של כדור הארץ אפוף מסתורין. החמצן שהופק על-ידי מכונות הפוטוסינתזה היה אמור לקיים אינטראקציה מידית עם חומר אורגני ולמנוע עליה ברמת החמצן החופשי באטמוספרה. נראה שזה אכן מה שקרה במשך מאות מיליוני שנים אחרי הופעתם של האורגניזמים המשולשים הראשונים. כדי שחמצן חופשי יצטבר באטמוספרה, היה צריך להיווצר מצב שבו חלק מהחומר האורגני שהחמצן מגיב אליו יהיה מחוץ לטווח השפעתו.
פלקובסקי חושב ש"החמצון של כדור הארץ היה תהליך מקרי ותלוי נסיבות". וורד וקירשווינק מסכימים ואומרים שאחת הנסיבות המקריות המהותיות ביותר הייתה היווצרות דלקי המאובנים. הרי דלקי מאובנים, וכמוהם גם מולקולות אורגניות קבורות נוספות, הם חומרים אורגניים שיצאו מחוץ לטווח השפעתו של החמצן לפני מיליוני שנים, והם קיימים בקרום כדור הארץ ביחס ישר לכמות החמצן באטמוספרה.

התלות של השינוי האבולוציוני בנסיבות שונות ממשיכה להתגלות כשוורד וקירשווינק דנים באבולוציה של בעלי החיים הגדולים הראשונים. בעלי חיים אלה התפתחו לפני כחצי מיליארד שנים, ב"מפץ הקמבריוני". מדענים שואלים זה מכבר מדוע הםהתפתחו מהר כל כך, ודווקא במועד הספציפי הזה. וורד וקירשווינק חושבים שיש להם תשובה: "נדידה קוטבית אמיתית" (true polar wander). בעיקרו של דבר, מושג זה אומר שתנועת היבשות על פני כדי הארץ, משנה את מרכז הכובד שלו. ולפני חצי מיליארד שנים השינוי המצטבר כבר היה גדול כל כך, שגם מיקומן של השכבות החיצוניות של כדור הארץ ביחס לליבתו החל להשתנות. לאורך מיליוני שנים, האדמה ששכנה במקור מעל הקטבים נעה עד שהתמקמה מעל קו המשווה.

תנועה דרומית זו הייתה עשויה לשחרר את המתאן הלכוד בקלאתראטים (Clathrates, תרכובות של מתאן וקרח שנשארות יציבות בזכות טמפרטורות נמוכות או לחץ נמוך), ומכיוון שמתאן הוא גז חממה, שחרורו היה מעלה את הטמפרטורות ויוצר את התנאים המתאימים להגדלת המגוון הביולוגי. יש ראיות המאששות חלקים מהתיאוריה הזו. משהו מוזר התרחש בקטבים של כדור הארץ בסביבות תקופת התפתחותם של החיים המורכבים. ו"נדידה קוטבית אמיתית" מתרחשת גם בכוכבי לכת אחרים, כולל מאדים. אבל יש לזכור שגם כאן וורד וקירשווינק מציגים תיאוריה רדיקלית ובלתי מוכחת.

שני הספרים שהצגתי כאן אינם פשוטים להבנה, אבל שניהם טומנים בחובם סיפוק רב למי שיצליח להתגבר על הקריאה. כמו הטלסקופ והמיקרוסקופ של גלילאו, הם מתמקדים בקטן מאוד (פלקובסקי) ובגדול מאוד (וורד וקירשווינק). שניהם מלאים בחשיבה חדשנית על אודות מקור החיים והאבולוציה שהתרחשה לאחר מכן. יחד הם עוזרים לנו להתחיל להבין מהן השאלות הגדולות הבאות על מקור החיים, וכיצד נוכל לחקור אותן.

טים פלאנרי הוא חבר מייסד של ה-Climate Council והנציב הראשי לשעבר של ה-Australian Climate Commission. ספרו האחרון הוא "Among the Islands: Adventures in the Pacific".

מאמר זה התפרסם באלכסון ב על־ידי טים פלאנרי, New York Review of Books.
§ מאמר | # אינטרנט
- דימוי שערצילום של וירוס באדיבות טי אימג׳ס


תגובות פייסבוק

> הוספת תגובה

5 תגובות על עולם קטן מופלא

05
ניר סמדר

אחרי 4 שנות לימודים גבוהים נאלצתי לקחת קורס חובה בביולוגיה, שלא היה קשור בשום צורה לתואר שעשיתי. רצה הגורל וזהו אחד הקורסים שנהניתי מהם הכי הרבה. תודה על המאמר המצוין שהזכיר לי זאת.