30.1: السياق الكوني للحياة
- Page ID
- 197084
أهداف التعلم
في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:
- وصف الظروف الكيميائية والبيئية التي تجعل الأرض ملائمة للحياة
- ناقش الافتراض الكامن وراء مبدأ كوبرنيكوس وحدد آثاره على علماء الفلك المعاصرين
- افهم الأسئلة الكامنة وراء مفارقة فيرمي
لقد رأينا أن الكون ولد في الانفجار الكبير منذ حوالي 14 مليار سنة. بعد أن تم تبريد كرة النار الأولية الساخنة والكثيفة بدرجة كافية لوجود الذرات، تكونت جميع المواد من الهيدروجين والهيليوم (بكمية صغيرة جدًا من الليثيوم). مع تقدم الكون في العمر، خلقت العمليات داخل النجوم العناصر الأخرى، بما في ذلك تلك التي تشكل الأرض (مثل الحديد والسيليكون والمغنيسيوم والأكسجين) وتلك المطلوبة للحياة كما نعرفها، مثل الكربون والأكسجين والنيتروجين. تم دمج هذه العناصر وغيرها في الفضاء لإنتاج مجموعة متنوعة من المركبات التي تشكل أساس الحياة على الأرض. على وجه الخصوص، تعتمد الحياة على الأرض على وجود وحدة رئيسية تعرف باسم الجزيء العضوي، وهو جزيء يحتوي على الكربون. من المهم بشكل خاص الهيدروكربونات والمركبات الكيميائية المكونة بالكامل من الهيدروجين والكربون، والتي تعمل كأساس لكيمياءنا البيولوجية، أو الكيمياء الحيوية. في حين أننا لا نفهم تفاصيل كيفية بدء الحياة على الأرض، فمن الواضح أنه لجعل مخلوقات مثلنا ممكنة، يجب أن تكون أحداث مثل تلك التي وصفناها قد حدثت، مما أدى إلى ما يسمى بالتطور الكيميائي للكون.
ما الذي جعل الأرض مضيافة للحياة؟
منذ حوالي 5 مليارات سنة، بدأت سحابة من الغاز والغبار في هذا الحي الكوني بالانهيار تحت وطأة وزنها. من هذه السحابة تشكلت الشمس وكواكبها، جنبًا إلى جنب مع جميع الأجسام الصغيرة، مثل المذنبات، التي تدور أيضًا حول الشمس (الشكل\(\PageIndex{1}\)). سمح الكوكب الثالث من الشمس، أثناء تبريده، في النهاية بتكوين كميات كبيرة من الماء السائل على سطحه.
أدى التنوع الكيميائي والظروف المعتدلة على الأرض في النهاية إلى تكوين جزيئات يمكنها صنع نسخ من نفسها (تتكاثر)، وهو أمر ضروري لبدء الحياة. على مدى مليارات السنين من تاريخ الأرض، تطورت الحياة وأصبحت أكثر تعقيدًا. تخلل مسار التطور تغيرات عرضية على مستوى الكوكب بسبب الاصطدامات مع بعض الأجسام الصغيرة التي لم تصل إلى الشمس أو أحد العوالم المصاحبة لها. كما رأينا في الفصل الخاص بالأرض ككوكب، قد تدين الثدييات بهيمنتها على سطح الأرض لمثل هذا التصادم قبل 65 مليون سنة، مما أدى إلى انقراض الديناصورات (إلى جانب غالبية الكائنات الحية الأخرى). إن تفاصيل مثل هذه الانقراضات الجماعية هي حاليًا محور قدر كبير من الاهتمام العلمي.
من خلال العديد من المنعطفات الملتوية، أنتج مسار التطور على الأرض مخلوقًا يتمتع بالوعي الذاتي، وقادرًا على طرح أسئلة حول أصوله ومكانه في الكون (الشكل\(\PageIndex{2}\)). مثل معظم الأرض، يتكون هذا المخلوق من ذرات تشكلت في الأجيال السابقة من النجوم - في هذه الحالة، تم تجميعها في كل من الجسم والدماغ. قد نقول أنه من خلال أفكار البشر، يمكن للمادة في الكون أن تدرك نفسها.
فكر في تلك الذرات في جسمك لمدة دقيقة. إنها فقط مستعارة لك من مكتبة إعارة الذرات التي تشكل ركننا المحلي من الكون. تدور الذرات من أنواع عديدة عبر جسمك ثم تتركها - مع كل نفس تستنشقه وتزفره والطعام الذي تأكله وتفرزه. حتى الذرات التي تشغل مكانًا دائمًا في أنسجتك لن تكون جزءًا منك لفترة أطول مما أنت على قيد الحياة. في نهاية المطاف، ستعيد ذراتك إلى خزان الأرض الواسع، حيث سيتم دمجها في الهياكل الأخرى وحتى الكائنات الحية الأخرى في آلاف السنين القادمة.
هذه الصورة للتطور الكوني، لنزولنا من النجوم، تم الحصول عليها من خلال جهود العلماء في العديد من المجالات على مدى عقود عديدة. لا تزال بعض تفاصيلها مؤقتة وغير مكتملة، لكننا نشعر بثقة معقولة في خطوطها العريضة. من اللافت للنظر مدى قدرتنا على التعلم في الوقت القصير الذي امتلكنا فيه الأدوات لاستكشاف الطبيعة الفيزيائية للكون.
مبدأ كوبرنيكوس
لقد علمتنا دراستنا لعلم الفلك أننا كنا دائمًا مخطئين في الماضي عندما زعمنا أن الأرض فريدة إلى حد ما. أظهر لنا غاليليو، باستخدام تقنية التلسكوب المبتكرة حديثًا، أن الأرض ليست مركز النظام الشمسي، ولكنها مجرد واحدة من عدد من الأجسام التي تدور حول الشمس. أظهرت دراستنا للنجوم أن الشمس نفسها هي نجم غير مميز إلى حد ما، في منتصف مرحلة التسلسل الرئيسي الطويل مثل العديد من المليارات الأخرى. لا يبدو أن هناك شيئًا مميزًا في موقعنا في مجرة درب التبانة أيضًا، ولا شيء يثير الدهشة بشأن موقع مجرتنا سواء في مجموعتها الخاصة أو في المجموعة الفائقة.
إن اكتشاف الكواكب حول النجوم الأخرى يؤكد فكرتنا بأن تكوين الكواكب هو نتيجة طبيعية لتكوين النجوم. لقد حددنا الآلاف من الكواكب الخارجية - الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى، من الكواكب الضخمة التي تدور بالقرب من نجومها (تسمى بشكل غير رسمي «المشتري الساخن») وصولاً إلى الكواكب الأصغر من الأرض. يؤدي التدفق المستمر لاكتشافات الكواكب الخارجية إلى استنتاج مفاده أن الكواكب الشبيهة بالأرض تحدث بشكل متكرر - وهو ما يكفي لوجود مليارات من «الأرض الخارجية» في مجرة درب التبانة الخاصة بنا وحدها. من منظور الكواكب، الكواكب الصغيرة ليست فريدة من نوعها.
يطلق فلاسفة العلم أحيانًا على فكرة أنه لا يوجد شيء مميز في مكاننا في الكون بالمبدأ الكوبرنيكي. بالنظر إلى كل ما سبق، سيتفاجأ معظم العلماء إذا اقتصرت الحياة على كوكبنا ولم تبدأ في أي مكان آخر. هناك مليارات النجوم في مجرتنا قديمة بما يكفي لتطور الحياة على كوكب من حولها، وهناك مليارات المجرات الأخرى أيضًا. لطالما خمن علماء الفلك وعلماء الأحياء أن سلسلة من الأحداث المشابهة لتلك التي حدثت في بداية الأرض ربما أدت إلى وجود كائنات حية على العديد من الكواكب حول النجوم الأخرى، وربما حتى على كواكب أخرى في نظامنا الشمسي، مثل المريخ.
القضية العلمية الحقيقية (التي لا نعرف حاليًا الإجابة عليها) هي ما إذا كانت الكيمياء الحيوية العضوية محتملة أم غير محتملة في الكون ككل. هل نحن نتيجة محظوظة ونادرة للغاية للتطور الكيميائي، أم أن الكيمياء الحيوية العضوية جزء منتظم من التطور الكيميائي للكون؟ لا نعرف حتى الآن الإجابة على هذا السؤال، ولكن البيانات، حتى لو كانت كمية صغيرة جدًا (مثل العثور على أنظمة حية «لا علاقة لها بنا» في عالم مثل أوروبا)، ستساعدنا في الوصول إليها.
فأين هم؟
إذا تم تطبيق مبدأ كوبرنيكوس على الحياة، فقد تكون البيولوجيا شائعة جدًا بين الكواكب. عند الوصول إلى أقصى حد منطقي، يشير مبدأ كوبرنيكان أيضًا إلى أن الحياة الذكية مثلنا قد تكون شائعة. يتمتع الذكاء مثل ذكائنا ببعض الخصائص الخاصة جدًا، بما في ذلك القدرة على إحراز تقدم من خلال تطبيق التكنولوجيا. قد تكون الحياة العضوية حول النجوم الأخرى (القديمة) قد بدأت قبل مليار سنة مما كنا عليه على الأرض، لذلك ربما كان لديهم الكثير من الوقت لتطوير التكنولوجيا المتقدمة مثل إرسال المعلومات أو المجسات أو حتى أشكال الحياة بين النجوم.
في مواجهة مثل هذا الاحتمال، طرح الفيزيائي إنريكو فيرمي سؤالًا قبل عدة عقود يسمى الآن مفارقة فيرمي: أين هم؟ إذا كانت الحياة والذكاء شائعان ولديهما مثل هذه القدرة الهائلة على النمو، فلماذا لا توجد شبكة من الحضارات المجرية التي يمتد وجودها حتى إلى نظام كوكبي «متأخر» مثل نظامنا؟
تم اقتراح العديد من الحلول لمفارقة فيرمي. ربما تكون الحياة شائعة ولكن الذكاء (أو على الأقل الحضارة التكنولوجية) نادر. ربما ستنشأ مثل هذه الشبكة في المستقبل ولكن لم يكن لديها الوقت لتطويرها بعد. ربما هناك تدفقات غير مرئية من البيانات تتدفق من خلالنا طوال الوقت ولم نكن متقدمين بما يكفي أو حساسين بما يكفي لاكتشافها. ربما تجعل الأنواع المتقدمة من الممارسة عدم التدخل في الوعي غير الناضج النامي مثل الوعي الخاص بنا. أو ربما الحضارات التي تصل إلى مستوى معين من التكنولوجيا ثم التدمير الذاتي، مما يعني عدم وجود حضارات أخرى موجودة الآن في مجرتنا. لا نعرف حتى الآن ما إذا كانت هناك حياة متقدمة، وإذا كانت كذلك، فلماذا لا ندرك ذلك. ومع ذلك، قد ترغب في وضع هذه المشكلات في الاعتبار أثناء قراءة بقية هذا الفصل.
هل هناك شبكة من الحضارات المجرية خارج نظامنا الشمسي؟ إذا كان الأمر كذلك، فلماذا لا نراهم؟ استكشف الاحتمالات في فيديو الرسوم المتحركة «فيرمي بارادوكس—أين كل الأجانب؟» https://youtu.be/sNhhvQGsMEc
ملخص
تعتمد الحياة على الأرض على وجود وحدة رئيسية تعرف باسم الجزيء العضوي، وهو جزيء يحتوي على الكربون، وخاصة الهيدروكربونات المعقدة. تشكل نظامنا الشمسي منذ حوالي 5 مليارات سنة من سحابة من الغاز والغبار تم إثرائها بعدة أجيال من إنتاج العناصر الثقيلة في النجوم. تتكون الحياة من تركيبات كيميائية من هذه العناصر مصنوعة من النجوم. يشير مبدأ كوبرنيكوس، الذي يشير إلى أنه لا يوجد شيء مميز في مكاننا في الكون، إلى أنه إذا كان من الممكن أن تتطور الحياة على الأرض، فيجب أن تكون قادرة على التطور في أماكن أخرى أيضًا. تتساءل مفارقة فيرمي لماذا، إذا كانت الحياة شائعة، لم تتصل بنا أشكال الحياة الأكثر تقدمًا.
مسرد المصطلحات
- جزيء عضوي
- مزيج من الكربون والذرات الأخرى - في المقام الأول الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والفوسفور والكبريت - بعضها يعمل كأساس للكيمياء الحيوية لدينا