מאמר:
איך נוצרו החיים?/ יעקב שקד
יש המאמינים שמשהו עליון, הקרוי בפיהם אלוהים, יצר את החיים בכדור-הארץ. אחרים מאמינים בפאנספרמיה - תאוריה הטוענת שהחיים הגיעו לכאן מחוץ לכדור-הארץ. אנשי המדע, ברובם, סבורים שהחיים נוצרו כאן, בתהליכים טבעיים
עניין זה נמנה עם הנושאים שעוסק בהם ספרי 'שאלות לחיבנים', שלא יצא עדיין לאור. בספר מוצגות שאלות רבות מתחומי המדעים, אשר סביר שבני-אדם נבונים ישאלו, גם אם אינם אנשי מדע. בכדי שיהיה קל ונוח יותר לקריאה, מוצגות השאלות בספר לחיבן בדמות אשה בשם ללה מחַיבָּנוּת בת עשרות מיליוני שנים, שהגיעה לכדור הארץ בכדי לענות לשאלות. חַיבָּן ©, בניגוד לסתם חַיזָר, הוא יצור תבוני שאינו מכאן.
הנה, מתוך הספר:
אשה שָׂבַת שיער אמרה ממקומה, את יודעת בוודאי, שרוב בני-האדם מאמין, כי החיים כאן נוצרו על ידי אלוהים. אני מבינה מדברייך שאתם לא מאמינים בדברים שהם מעל לטבע. כיצד אפוא נוצרו כאן החיים? איך אתם מסבירים את היווצרות החיים כאן, ובכלל? יש לכם השערה?
ללה חייכה. איננו זקוקים להשערות. אנחנו יודעים לאשורו של דבר כיצד נוצרים חיים, ובכלל זה גם שלכם. ההערכות שלכם באשר לתחילת החיים על כוכבכם נכונות למדי. היו אלה, כמובן מאליו, תאי חיים צמחיים.
למה דווקא צמחיים? ולמה זה מובן מאליו?
בעיקרון, יש שני סוגי חיים בכוכבכם: צמחים ובעלי-חיים.
כן, אז?
אז בעלי-החיים, בעלי מערכת העיכול, לא יכולים היו להיות הראשונים להתפתח כאן, כי הם זקוקים למזון. בכל כוכבכם - באויר, ביבשה, בים ומתחת לאדמה - לא היה אז ולו פירור אחד של מזון. אף לא פירור אחד לאכלו ולעכלו.
אוֹה...
כן. לא היה כאן אף דבר, שתאי בעלי חיים הזקוקים למזון אורגני יכולים היו להיזון ממנו. המסקנה לפיכך ברורה; החיים הראשונים שנוצרו כאן היו תאים צמחיים.
איש עם כיפה שחורה גדולה לראשו הרים את ידו. אבל גם הם היו צריכים לאכול. מה הם אכלו?
הם אכלו אור.
סליחה?
כן אדוני. התאים הצמחיים לא נזקקו לחומר אורגני בכדי להיזון. הם ניזונו מאור. אך טבעי הדבר שהתאים החיים הראשונים שנוצרו כאן ניזונו ממה שהיה. ממה שהיה בשפע רב: אור שמש, מים ופחמן דו-חמצני.
באמצעות תהליך הפוטוסינתזה בעזרת כלורופיל, אמר מישהו מן השורות האחרונות בקול.
נכון. באמצעות תהליך הפוטוסינתזה. התאים הראשונים ניזונו באמצעות תהליך זה.
אופן ההזנה הזה, באמצעות כלוֹרוֹפּלַסטִים, לא היה כרוך בצורך לשָׁחֵר אחר המזון - כי הוא היה מצוי מסביב לניזון, ולא חִייֵב פיתוח תנועתיות בכדי להגיע אליו. ה"מזון" שלהם נמצא בכל מקום, ולא ניטל עליהם לנוע לשום מקום. רק אחרי התפתחות הצמחים יכולות היו להתפתח צורות חיים הֶרבּיבוֹרִיוֹת, אשר הצמחים היו המזון שלהן, ואז בעלי חיים אוֹמנִיבוֹרִיִים וקַרנִיבוֹרִיִים אשר הצמחים ואוכלי הצמחים היו המזון שלהם.
אבל איך הם התחילו?
בראשית היה הרנ"א , שהתפתח והשתכלל לדנ"א , אמרה ללה. המבנה של דנ"א משותף למרבית צורות החיים ברחבי היקום. זהו המבנה הבסיסי. הפיגום שעליו נבנה המבנה המורכב של החיים ובעלי החיים. השורש שממנו מתפתח כל היתר.
אדם עם כיפה סגולה לראשו קם באחת מן השורות האחרונות. אולי, אבל אין סיכוי שיש עוד דנ"א כל כך מורכב ומסובך ומשוכלל וייחודי כמו הדנ"א האנושי.
ללה חייכה. וזאת למה?
הדנ"א האנושי הוא החומר המורכב ביותר בטבע! אין זה סביר שגם לחיזרים יהיה דנ"א, ובוודאי שלא בהרכב כה בל ייאמן.
טעות בידך אדוני. הדברים אינם סבוכים כפי שאתה מנסה לתאר. כלל וכלל לא. נהפוך הוא! הביולוגים שכאן יודעים כי מולקולות הדנ"א הכל כך מסובכות שלכם, מורכבות בסך הכל מכעין ארבע "אותיות", ארבעה בסיסים חנקניים - אַדֶנין, גוּאַנִין, סִיטוֹזִין ותִימִין . ובמולקולות הרנ"א בסיס חנקני אחד שונה - אוּרָסִיל במקום התימין. והבסיסים האלה, כשלעצמם, מורכבים בסך הכל משלושה יסודות נפוצים.
מה...?
אכן. אמנם יש במולקולת דנ"א אנושית כשלושה מיליארד רצפים של בסיסים, וזה נשמע עצום במורכבותו. אולם, כל המולקולה העצומה הזאת, כל המרכב האדיר הזה, כל הדבר הלכאורה מסובך כל כך, בנוי משלושה חומרים שאין פשוטים מהם - יסודות. לא זאת, אף זאת: באופן כלל לא מקרי, אלה הינם יסודות שכיחים ביותר בטבע. נפוצים מאוד מאוד ביקום. שלושה יסודות המצויים כמעט בכל מקום. אלה הם המימן, החנקן והחמצן.
כל מה שנחוץ בטבע בכדי לבנות את הדנ"א שלך אדוני, הוא מימן חנקן וחמצן! יסודות הנפוצים כמעט בכל מקום ביקום. גם עובדה זאת מבהירה מדוע החיים הם דבר כה נפוץ ביקום. כפי שאמרתי, הדנ"א הוא דבר המשותף כמעט לכל צורות החיים ביקום, ובצורות חיים רבות הוא מורכב מבסיסים חנקניים העשויים ממימן וחנקן, ולרוב גם חמצן.
את בטוחה? אני לא מומחה, אבל ככל ששמעתי והבנתי. הדנ"א האנושי הוא מורכב ומסובך מאין כמותו. את אמרת בעצמך, שלושה מיליארד רצפים. שלושה מיליארד...
זה בהחלט נכון, אשה קמה בקהל, למי שלא יודע, מימן הוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום. גם החנקן והחמצן נמנים עם היסודות הנפוצים ביותר. והאטמוספרה של כדור הארץ, למשל, מורכבת משבעים ושמונה אחוז חנקן ועשרים ואחד אחוזי חמצן - שהם ביחד תשעים ותשעה אחוזים מן האטמוספרה.
הבנתי, אמר האיש עם הכיפה הסגולה שנותר עומד, הבנתי שהדנ"א מורכב מן הפשוטים שביסודות. אתן מציגות זאת כעניין פשוט. כתהליך שגרתי בטבע. אז זהו? כך נוצרו החיים, אתן אומרות? זה כל הסיפור?
לא. זה הוא רק המשפט הראשון בפסקה הראשונה, בפרק הראשון של הסיפור הארוך והמורכב של היווצרות החיים. אבל כן; ההתחלה, היווצרות הרנ"א והדנ"א, היא אכן עניין פשוט למדי ונפוץ עד מאוד. היא אכן עניין שבשגרה ברחבי היקום. בכל מקום שאינו עויין במידה קיצונית - כמו שמש או כוכב נייטרונים; שיש בו חומרי הבסיס - לרוב אלה מימן וחנקן וחמצן, אבל לא רק; תנועה של נוזלים; ותנאים בסיסיים מינימליים; שם ייווצרו רנ"א ודנ"א.
אבל, הדרך מכאן ועד להיווצרות חיים, ארוכה עדיין. אלה אינם הרנ"א והדנ"א כפי שהם מוכרים לכם. הם יותר נבטים. מולקולות קצרות. קטעי דברים חסרי משמעות. כמות אפשרויות ההרכבה השונות של ארבעה רכיבים בשלושה מיליארד רצפים, היא מספר כה גדול, עד כי הוא כמעט חסר משמעות.
היה זה דנ"א "פרא", דנ"א גולמי. היו רצפים של ארבעת הבסיסים החנקתיים, אולם הם היו חסרי משמעות. כמו בלילי אותיות, שאינם מהווים מלים או משפטים. כמו מילמוליו של תינוק.
הרצפים צריכים עדיין להיות מורכבים ומסודרים כך שיניבו דברים ברורים. אמירות ברורות. הוראות ונוסחאות לייצור. במקרה שלכם, לייצור של חומצות אמינו אשר ישמשו לייצור אלפי סוגי חלבונים. יש גם צורך במשהו, מעין מפעל - במקרה שלכם, רִיבּוֹזוֹמִים - שימלא אחר ההוראות האלו ויבצען. יש גם צורך באנרגיה, כלומר במשהו - במקרה שלכם מִיטוֹכוֹנדרִיָה - שיְיָצֵר אותה ויספק אותה למנגנון הייצור. וזהו עדיין תיאור פשטני של הדברים.
עם היווצרות הדנ"א, רק החלה הדרך המאוד מאוד ארוכה אל המשמעות. אלמלא חששתי שיש בכם רבים שייתפשו את הביטוי כמשהו מיסטי, הייתי מכנה זאת: הדרך אל "משמעות החיים".
בכדי שייווצרו חיים בני-קיימא, על תוצרי הדנ"א להתאים לתנאים השוררים בסביבת החִיוּת. כל מקום והתנאים הייחודיים לו. זה נשמע כמעט מעבר ליכולת המימוש. אבל יש שני דברים העומדים לטובת השתכללות ההתאמה: זמן, זמן כמעט ללא גבול; ומספר כמעט בלתי מוגבל של מפגשים אקראיים של חומרים בכל ההרכבים והתצורות שיש בסביבת היווצרות החיים.
איש שלראשו כפיה ועאקל הרים את ידו. ללה נפנתה אליו.
אם יצירת הרנ"א והדנ"א פשוטה וטבעית כפי שאת מתארת, האם נוכל לייצר אותם בעצמנו?
בקצב התקדמות המחקר שלכם, הזמן לא יארך, ואתם תוכלו לייצר רנ"א ודנ"א סינתטיים.
ומה נוכל לעשות איתם?
האשה שׂבת השיער קמה ממקומה, מסתובבת אל הדובר. נוכל לרפא את כל המחלות. למנוע את כל הפגמים התורשתיים והמולדים או לתקנם. נוכל להאריך את החיים. נוכל לחיות חיים בריאים וארוכים.
אמן! אמר האיש. רבים הנהנו בראשיהם.
שניהם התיישבו.
כפי שכבר אמרתי, המשיכה ללה, התנאי הבסיסי בכל המקרים של היווצרות חיים עצמונית, הוא נוזלים בתנועה ותנועה בנוזלים. אין בכך כל דבר מיסטי, מֶטָאפיזי או כוח עליון. פשוט תוצאת פגישות מקריות של חומרים כימיים, והאינטראקציות ביניהם, שהן מכורח טבעם. אין בעבור זה כל צורך בהתערבות של משהו "אלוהי". דווקא אי היווצרות חיים בתנאים כאלה היתה מעידה על התערבות "אלוהית". יש צורך בגורם מתערב במודע ובכוונה תחילה, בכדי למנוע את התהליכים הכימיים והפיזיקליים הטבעיים הבלתי נמנעים.
מתוך קוִ'ינטִיליוני המפגשים האקראיים וההתחברויות של חומרים והרכבים כימיים שונים בתוך הנוזלים, כתוצאה מתנועת הנוזלים, נוצרו גם תרכובות וחומרים שהיו ייחודיים. זה היה עדיין בגדר כימיה בלבד, אבל זהו שלב מקדמי בהיווצרות חיים. במהלך מאות מיליוני השנים הראשונות של כדור-הארץ פגשו תרכובות כאלו כמעט את כל האפשרויות להתרכבויות נוספות עם חומרים נוספים. התרכבויות כאלו אכן נוצרו. אינספור המפגשים הנוספים הניבו התחברויות מורכבות עוד יותר. בתוך "מרק" החומרים הסמיך של דימדומי שחר כדור-הארץ, נוצרו גם עוד ועוד מולקולות ארוכות מן הסוג של רנ"א ודנ"א. היו גם התחברויות של שרשרות כאלו. התחברויות והיפרדויות וקטיעות וניתוקים ושילובים, כמעט בכל הרכב אפשרי.
הבריכה הקטנה והחמימה של דארוִ'ין , קרא מאן דהוא.
ממש לא. דארוִ'ין שלכם היה אדם מופלא. אחד מחשובי אנשי המדע שלכם ומן הדגולים שבהם. הוא ראה מבעד למסך האטום והרע של אמונות ההבל, את המראה הצלול של אופן התפתחות החיים בדרך האבולוציה. הוא ראה את מה שכל ילד נבון צריך היה לראות, אבל הוא היה היחיד כמעט. עם זאת, העניין עם "הבריכה הקטנה והחמימה" שלו אינו מציאותי.
בבריכה קטנה וחמימה לא יכול היה להתרחש המספר העצום לאין שיעור של מפגשים רנדומליים בין חומרים שונים. נכון, בתאוריה, גם במספר מִצער של מפגשים כאלה עשויים היו, במקרה פנטסטי, להיווצר "זרעי החיים". אבל זה כל כך לא סביר, לעומת הסיכוי - על פי חוק המספרים הגדולים - שזה יקרה במקווי מים עצומים כמו הימים והאוקיאנוסים, שבהם יש גם המרחב, גם המגוון, וגם תנועת המים, הנחוצים.
יש אצלכם אמירה, שאם מיליון קופים יכו על מקשי מיליון מקלדות במשך מיליון שנים, אפשר להניח כי אחד מן ההרכבים של האותיות יהווה את הרומן הספרותי הגדול בכל הזמנים. סטטיסטית, זה נכון.
וזהו מה שהתרחש באינספור מקומות ביקום, וגם אצלכם, בכדור הארץ. עקרונות האבולוציה וחוקיה הם אוניברסליים.
בין אינספור ההרכבים, היו גם מולקולות דנ"א ארוכות למדי - בנות מאות ואף אלפי רצפים, שלסדר האותיות בהן היתה משמעות. הן יצרו מלים ומשפטים נכונים ליצירת אבני בניין שמהן ייווצרו דברים חיים. אלו היו שרשרות, קצרות יחסית, של תרכובות דנ"א שאפשר לקרוא להן 'חלקי הבסיס של חיים', או 'המרכיבים הבסיסיים של חיים'.
לא היה בכך כל דבר נִסִּי או נשגב, ולא היה בזה שום דבר תנ"כי, רק כימי. כימיה פשוטה ופיזיקה פשוטה. שום צו אלוהי לא היה נחוץ לכך. פשוט, תהליך כימי רגיל. בתנאים הנכונים, זה יקרה תמיד עם החומרים האלה. בדיוק כמו שמימן וחמצן מתרכבים למים בתנאים המתאימים. תמיד. אין כאן אפשרות בחירה.
כשיסודות או תרכובות מתאימים נוספים, או שרשרות קצרות מתאימות, "פגשו", תוך כדי תנועתם החופשית במים, שרשרות שהתאימו להן מבחינה מולקולרית, מבחינה כימית - אפשר לומר עליהן שכבר אז "היתה ביניהן כימיה", חייכה ללה, הן התחברו ביניהן. כמו במשחק הדומינו שלכם: איפה שהמספרים מתאימים הם "מתחברים" ונוצרת שורה ארוכה של אבני דומינו המחוברות ביניהן במקומות המתאימים.
השרשרות שהתאימו נותרו מחוברות. אחרות, שלא התאימו, התפרקו. במהלך מאות מיליוני השנים הארוכות שבהן שררו התנאים האלה, לפני שהחיים נוצרו, היו יותר מגוֹגוֹל של התרכבויות והתפרקויות כאלו. הברירה הטבעית פועלת היטב בתהליכים כאלה, אם כי במישור הכימיה ולא הביולוגיה, ומולקולות הענק המתאימות נותרו בקיום, כמעט שאמרתי 'בחיים'. אֵלו מולקולות שרדו בסופו של דבר? המולקולות שבמקרה היתה בהן גם הוראת השתכפלות, או חלוקה. אלו שרדו והוסיפו להשתכלל בעזרת מפגשים כימיים נוספים.
וכשמולקולות שידעו להשתכפל "פגשו" מולקולות שידעו ליצור סביבן קרום. היו ביניהן, מבין טריליוני האפשריות, גם כאלו ש"התאימו". הן התחברו ו"ראו כי טוב". מולקולת דנ"א עם קרום היא כבר, בעצם, וירוס. כי וירוס הוא, כידוע לכם, גרעין של חומצת גרעין, שיש לו "שכל" להורות על היווצרות קאפסיד - מעטה מקיף של חלבון סביבו.
כמובן שאין כאן שום עניין עם שכל. חומרים מסויימים פשוט מתאימים לדבוק במולקולה זאת כמעטפת. וכשחומרים כאלה "פוגשים" מולקולה כזאת, זה מוכרח להתרחש. כזו היא הכימיה. מולקולות עם הרכב עוד יותר "מוצלח" גרמו ליצירת מעטפת סביבם שהיתה לא רק מעטפת חלבון, אלא מעטפת חלבון ושומן. וזהו כבר משהו ממש משוכלל. גם מוגן למדי ויעיל למדי.
בין המבנים הכימיים המורכבים, שנוצרו ב"מרק" הקדמון הזה שהיוו הימים והאוקיינוסים, נוצרו כך גם מבנים של ריבוזומים שיודעים לרקוח חלבונים, ושל מיטוכונדריה שיודעים ליצור אנרגיה ולספק אותה. "פגישה" בין כאלה למולקולות דנ"א, עשוייה היתה להניב משהו שמתקרב להיות לתא. וזהו אכן מה שהיה.
חלק ממולקולות הדנ"א ה"קצרות" היו, בעצם, שרשרות של קטעי גֶנים, או גנים. כל מיני גנים. אין-ספור סוגים. הסביבה והתנאים שבהם הן היו לא היו ידידותיים ביותר, ורובם הגדול לא שרד - תוצאת הברירה הטבעית. ואולם חלקיק מהם - המתאימים ביותר - כן שרד. ודי היה בכך. יש לזכור מהו דנ"א : דנ"א הוא מולקולה שגורמת להיווצרות חומרים, בעיקר חלבונים. די היה בכך שלאחת, או לשתיים, ממולקולות הדנ"א ששרדו היה גם גֶן שהוראתו היתה מיוחדת במינה; כזאת שהעניקה להן יכולת מופלאה - להתחלק וליצור מולקולה זהה למקור. והנה יש לנו את ה"לידה" הראשונה, ואת הדבר הראשון שיש לו צאצאים. את הכרוֹמוֹזוֹם .
הכל האזינו בנשימה עצורה.
הימים והאוקיינוסים החלו לשקוק חיים. טוב, לא חיים ממש, אבל בהחלט התחלות של חיים. אין גבול ברור בין אי-חיים לחיים. יש כל הקשת מִדּוֹמֵם לִמדַמֵם: מִדּוֹמֵם לדמדומי חיים, למולקולות שאפשר לראות בהן כרומוזום חלקי; ואז כרומוזום זעיר ואז כרומוזום קטנטן ואז כרומוזום גדול יותר; ואז כרומוזום רציני שאולי, אולי, כבר מתחיל להיות משהו; לוירוסים; לדברים הראשונים שהיה בהם תהליך ראשוני של מטבוליזם - ספיגת חומרים וחילופי חומרים עם סביבתם לתועלתם; לחידקים פשוטים כמו פרוקאריוטיים ; לחידקים "מסובכים", כמו אֶאוּקַאריוֹטִיִים .
האשה שׂבת השיער הרימה ידה וקמה שוב ממקומה. ללה פנתה אליה, מחייכת. אנחנו יודעים שהחיים התפתחו והופיעו צורות של חיים רב-תאיים, אמרה האשה, התאוריה הנוהגת אומרת שלצורות החיים הרב-תאיים היה "אב" קדמון אחד. זה מקובל עליכם?
לא. זה לא הגיוני, השיבה ללה, שכך היה או יהיה. כבר הבהרתי שבתנאים שמניתי יתפתחו חיים כמעט בכל מקרה. בשלבים השונים, במקומות שונים, בתנאים שונים, מתפתח המון גדול ורב ומגוּון של חד-תאיים. כל אחד מאלה עשוי לשמש כ"אב קדמון" להתפתחות חיים רב-תאיים, וברבים מהם זה אכן קורה. אנחנו מכירים ביקומנו אך מקרים ספורים בלבד של התפתחות חיים רב-תאיים מתא אב מסויים אחד. ההתקדמות האבולוציונית במעלה ההתפתחות היא בדרך כלל רציפה. בתרגום משפתנו תיקרא התקדמות נדירה כזאת מתא אב אחד - 'רַצפָנוּת'. ההתקדמות האבולוציונית הרוֹוָחָת, במעלה ההתפתחות, מִתאים רבים ושונים כמקור לרצף השתכפלויות והשתכללויות והתחברויות שיצרו חיים רב-תאיים כיד האבולוציה הטובה עליה, תִיתַרגֵם לשפתכם כ'רצפנות מרחיבה'. זהו התהליך הרוֹוֵחַ ביקום להיווצרות של צורות חיים המורכבות מיותר מתא אחד, ועד לחיים מדממים כשלכם. ככה, מדמדומי חיים לחיים מדממים.
התאים הראשונים לא נותרו כמוֹת שהם. ביצורים משוכללים, יש מנגנוני בקרה שתפקידם לוודא כי השתכפלות הדנ"א הינה מדוייקת וכי ההעתק הינו נאמן לחלוטין למקור. בראשית החיים לא היו מנגנונים כאלה. גם עם היווצרותם במהלך ההתפתחות וההשתכללות ב'רצפנות מרחיבה', הם בוודאי לא היו יעילים כביצור מפותח. כתוצאה מן הטעויות בהשתכפלות, היו בהעתקים של הדנ"א טעויות ושינויים. התאים שנוצרו סביבם היו שונים. חדשים. מה שהתאים שָׂרַד ויָלַד. מה שלא התאים, נכחד. בין השינויים בתאים ששרדו, היו גם כאלה שהעניקו לתא החדש תכונות שהפכו אותו למסוגל יותר ומתאים יותר לשרוד. אלו הן המוטציות. הכל מקרי: ניסוי, טעיה, ניסוי, הצלחה, ניסוי, טעיה, כשלון, ניסוי, הצלחה. וכאלה הם בעצם החיים שלכם, לא?
