ביולוגיה חיים

האבולוציה וההיסטוריה של החיים על כדור הארץ

מורשת

העדויות מכריעות כי כל החיים על כדור הארץ התפתחו מאבות אבות משותפים בשרשרת בלתי שבורה מאז מוצאם. עקרון האבולוציה של דרווין מסוכם על ידי העובדות הבאות. כל החיים נוטים להתגבר: יותר אורגניזמים הולמים, נולדים, בוקעים, נובעים מזרע, מונבטים מנבגים, או מיוצרים על ידי חלוקת תאים (או באמצעים אחרים) מכפי שיכולים לשרוד. כל אורגניזם המיוצר כך משתנה, מעט ככל שיהיה, באופן מדיד כלשהו מקרוביו. בכל סביבה נתונה בכל זמן נתון, אותם גרסאות המתאימות ביותר לסביבה זו נוטים להשאיר יותר צאצאים מהאחרים. צאצאים דומים לאבותיהם. אורגניזמים משתנים ישאירו צאצאים כמוהם. לכן אורגניזמים יתחלגו מאבות אבותיהם עם הזמן. המונח סלקציה טבעית מצוין באומרו כי כל האורגניזמים אינם שורדים כדי להשאיר צאצאים באותה הסתברות. אלה החיים כיום נבחרו יחסית לאלה הדומים שלעולם לא שרדו ולא הולידו. כל האורגניזמים בכדור הארץ כיום מתפתחים באותה מידה שכן כולם חולקים את אותם אבות אבות מקוריים עתיקים שעמדו בפני איומים רבים על הישרדותם. כולם נמשכו מאז לפני בערך 3.7 מיליארד עד 3.5 מיליארד שנה במהלך האיון הארכי (לפני 4 מיליארד עד 2.5 מיליארד שנה), מוצרים של התהליך האבולוציוני הגדול עם הבסיסים הביולוגיים המולקולריים שלו. מכיוון שסביבת כדור הארץ כל כך מגוונת, הפרטים הספציפיים בהיסטוריה האבולוציונית של כל אורגניזם שונים מאלו של מין אחר למרות הדמיון הכימי.

התכנסות

בכל מקום הסביבה של כדור הארץ הטרוגנית. הרים, אוקיינוסים ומדבריות סובלים מקיצוניות של טמפרטורה, לחות וזמינות מים. כל המערכות האקולוגיות מכילות סביבות מיקרו מגוונות: נוזלים אוקיאניים מדוללים בחמצן, קרקעות עשירות בגופרית או אמוניה, אדמות מינרליות עם תוכן רדיואקטיבי גבוה או מעיינות עשירים אורגניים למשל. מלבד גורמים פיזיים אלה, הסביבה של כל אורגניזם כוללת את שאר האורגניזמים בסביבתו. לכל תנאי סביבתי קיימת נישה אקולוגית מקבילה. מגוון הנישות האקולוגיות המאוכלסות על כדור הארץ הוא די מדהים. אפילו סדקים רטובים בגרניט מלאים בחיידקים "אוכלים סלעים". נישות אקולוגיות בתולדות החיים מולאו באופן עצמאי מספר פעמים. לדוגמה, די אנלוגי לזאב היונק השגרתי הרגיל היה זאב הכבד, התילצין (שנכחד מאז 1936) שחי באוסטרליה; לשני היונקים הטורפים יש דמיון בולט במראה גופני ובהתנהגותם. אותה צורה יעילה לתנועה ימית במהירות גבוהה התפתחה באופן עצמאי לפחות ארבע פעמים: בסטנופופטוגיוס ובזוחלים מזוזואים אחרים; בטונה שהם דגים; ובדולפינים וחותמות שהם יונקים. אבולוציה מתכנסת בצורה הידרודינמית נובעת מהעובדה שרק מגוון צר של פתרונות לבעיית התנועה הימית במהירות גבוהה על ידי בעלי חיים גדולים קיים. העין, קולטן אור שעושה דימוי, התפתחה באופן עצמאי יותר משני תריסר פעמים, לא רק אצל בעלי חיים בכדור הארץ אלא בפרוטסטיטים כמו הדינוסטומיוטה Erythropsodinium. כנראה שמבנים דמויי עיניים פותרים בצורה הטובה ביותר את בעיית ההקלטה החזותית. כאשר פיזיקה או כימיה מבססים פיתרון יעיל ביותר לבעיה אקולוגית נתונה, אבולוציה בשושלות נפרדות נוטה לרוב לכיוון של פתרונות דומים כמעט זהים. תופעה זו מכונה אבולוציה מתכנסת.

דור ספונטני

החיים בסופו של דבר הם תהליך חומרי אשר נבע ממערכת חומרית שאינה חיה באופן ספונטני - ולפחות פעם בעבר הרחוק. בהמשך נדון כיצד מקורם של החיים. עם זאת, לא ניתן לצטט שום עדות לדור ספונטני. יש לדחות את הדור הספונטני, המכונה גם אביוגנזה, התהליך ההיפותטי בו מתפתחים אורגניזמים חיים מחומר שאינו חי. על פי תיאוריה זו, נחשבו חתיכות גבינה ולחם עטופות סמרטוטים והושארו בפינה חשוכה לייצר עכברים, מכיוון שלאחר מספר שבועות הופיעו עכברים בסמרטוטים. רבים האמינו בדור ספונטני מכיוון שהוא הסביר התרחשויות כמו רמות שזורות בבשר מתפורר.

עד המאה ה -18 התברר כי לא ניתן לייצר צמחים ובעלי חיים על ידי חומר שאינו חי. מקורם של מיקרואורגניזמים כמו שמרים וחיידקים, לעומת זאת, לא נקבע במלואו עד שהכימאי הצרפתי לואי פסטר הוכיח במאה ה -19 שמיקרואורגניזמים מתרבים, שכל האורגניזמים מגיעים מיצורים קיימים מראש, ושכל התאים מגיעים מתאים קיימים לפני כן. אז איזה ראיות קיימות לחיים הקדומים ביותר על כדור הארץ?