پیدایش حیات: روش‌های غیرقابل تصور پیدایش زندگی
مطالعه‌ای جدید نشان داده است شکل‌گیری خودبه‌خودی حیات، بسیار پیچیده و فراتر از ظرفیت قوانین شناخته‌شده‌ی فیزیک و شیمی است.
فرارو- پژوهش جدیدی از کالج سلطنتی لندن با بهره‌گیری از نظریه‌های ریاضی و اطلاعاتی، نگاه تازه‌ای به یکی از بنیادی‌ترین معماهای علم یعنی منشأ حیات ارائه می‌دهد.
به گزارش فرارو به نقل از دیلی گلکسی، پژوهشی جدید یکی از بزرگ‌ترین اسرار علم را زیر ذره‌بین قرار داده است: اینکه چگونه حیات از ماده بی‌جان بر روی زمین اولیه شکل گرفته است. این مطالعه نه تنها روند پیدایش حیات را پیچیده‌تر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد نشان می‌دهد، بلکه احتمال می‌دهد توضیح کامل این پدیده، فراتر از چارچوب‌های علمی فعلی باشد. تحقیقی که به‌تازگی توسط رابرت جی. اندرس از کالج سلطنتی لندن (Imperial College London) انجام شده، چارچوبی ریاضیاتی و مفهومی را برای بررسی منشأ حیات ارائه داده است که با استفاده از نظریه اطلاعات و پیچیدگی الگوریتمی، میزان دشواری شکل‌گیری حیات از ماده غیرزنده را بررسی می‌کند. یافته‌های این پژوهش به‌وضوح نشان می‌دهد که احتمال پدید آمدن حیات تنها با تکیه بر فرآیندهای طبیعی شیمیایی و تصادف، کمتر از آن است که پیش‌تر گمان می‌رفت.
غیرمحتمل بودن منشأ طبیعی حیات
در این تحقیق، اندرس با بهره‌گیری از نظریه اطلاعات و مفاهیم پیچیدگی محاسباتی، به بررسی چگونگی شکل‌گیری اطلاعات زیستی منظم در شرایط پیشابیولوژیکی زمین اولیه می‌پردازد. او با مثال جالبی این مسئله را توصیف می‌کند: تصور کنید بخواهید با پرتاب تصادفی حروف روی صفحه‌کلید، مقاله‌ای منسجم درباره منشأ حیات برای یک وب‌سایت علمی معتبر بنویسید. به گفته اندرس، هرچه میزان پیچیدگی اطلاعاتی موردنیاز بیشتر باشد، احتمال موفقیت به طرز چشم‌گیری کاهش می‌یابد.
بر این اساس، پژوهش تأکید می‌کند با وجود اینکه پیدایش حیات به‌طور کامل غیرممکن نیست، اما احتمال اینکه تنها با اتکا به تصادف و واکنش‌های طبیعی شیمیایی چنین ساختارهای پیچیده‌ای در مدت‌زمان محدودی شکل گرفته باشند، بسیار ضعیف است. طبق قوانین ترمودینامیک، سیستم‌ها معمولاً به سمت بی‌نظمی پیش می‌روند و ایجاد ساختارهای فوق‌العاده منظم و خودتکرار که لازمه حیات هستند، نیاز به غلبه بر موانع بزرگی دارد.
چالش‌های ریاضیاتی در مسیر حیات
نقطه قوت اصلی این پژوهش در به‌کارگیری نظریه نرخ-تحریف (Rate-Distortion Theory) نهفته است؛ شاخه‌ای از نظریه اطلاعات که به بررسی محدودیت‌های اطلاعاتی در سیستم‌های پیچیده می‌پردازد. با استفاده از این نظریه، اندرس نشان می‌دهد که شکل‌گیری ساختارهایی مانند پروتوسل (سلول ابتدایی) با توجه به اختلالات طبیعی و محدودیت‌های انتقال اطلاعات، با موانع ریاضیاتی و احتمالاتی قابل‌توجهی مواجه است.
پروتوسل‌هایی که توانایی تولید انرژی، نگهداری ساختار و تکثیر داشته باشند، به ساختارهایی بسیار منظم و متقابل نیاز دارند که نمی‌توان تصور کرد بدون هدایت خاص یا شرایطی ویژه، خودبه‌خود شکل گرفته باشند. به باور اندرس، برای تحقق چنین مرحله‌ای در تاریخ زمین، باید قوانینی فیزیکی و شیمیایی خاص‌تری مورد شناسایی قرار گیرد که بتوانند بر این موانع فائق آیند.
فرضیه‌های جایگزین: از زیست‌زایی طبیعی تا انتقال هدایت‌شده
گرچه تمرکز اصلی این پژوهش بر فرآیندهای طبیعی و علمی پیدایش حیات است، اما در بخشی از آن به نظریه‌ای جالب و البته بحث‌برانگیز اشاره می‌شود: فرضیه «پان‌اسپرمیا هدایت‌شده» (Directed Panspermia). این فرضیه که نخستین‌بار توسط فرانسیس کریک، یکی از کاشفان ساختار DNA، و لسلی اورگل مطرح شد، می‌گوید ممکن است حیات روی زمین منشأ زمینی نداشته باشد، بلکه توسط تمدنی هوشمند از سیاره‌ای دیگر به‌صورت عمدی به زمین منتقل شده باشد.
هرچند این ایده همچنان در سطحی کاملاً نظری و بدون شواهد قطعی باقی مانده، اما پژوهش اندرس این احتمال را نیز به‌طور ضمنی باز می‌گذارد؛ با این توضیح که اگرچه چنین سناریویی با اصل «تیغ اوکام» (اصل صرفه‌جویی در فرضیات) همخوانی ندارد، اما شاید بتواند برخی از پیچیدگی‌های ظاهراً حل‌نشدنی در منشأ طبیعی حیات را توضیح دهد.
فراتر از شیمی و فیزیک فعلی؟
آنچه این تحقیق را متمایز می‌سازد، تاکید آن بر محدودیت‌های دانسته‌های فعلی در شیمی و فیزیک است. اندرس نه‌تنها به چالش‌های احتمالاتی اشاره می‌کند، بلکه معتقد است برای پاسخ به پرسش منشأ حیات، شاید لازم باشد به اصولی عمیق‌تر و ناشناخته‌تر از فیزیک بنیادی دست پیدا کنیم؛ قوانینی که هنوز درک کامل یا حتی شناسایی نشده‌اند، اما می‌توانند توضیح دهند که چگونه ساختارهای پیچیده زیستی از دل بی‌نظمی شیمیایی سر برآوردند.
به‌رغم پیشرفت‌های علمی قابل‌توجه در حوزه زیست‌شناسی، فیزیک و شیمی، منشأ حیات همچنان یکی از بزرگ‌ترین معماهای حل‌نشده علم باقی مانده است. پژوهش اندرس بر این نکته تأکید دارد که نه تنها باید درک دقیق‌تری از فرآیندهای پیشابیولوژیکی به‌دست آوریم، بلکه شاید لازم باشد دیدگاه خود را نسبت به امکان‌پذیری آغاز حیات نیز بازبینی کنیم. چه حیات بر اثر یک تصادف بسیار نادر شکل گرفته باشد، چه به واسطه سازوکاری پیچیده‌تر و حتی منشأیی فرازمینی، آنچه مسلم است، این است که علم هنوز همه پاسخ‌ها را در اختیار ندارد و شاید بخش‌هایی از پاسخ را هنوز نتوانیم حتی تصور کنیم.
