مرزهای تاریک حیات
«کارل زیمر» از بحران حلنشده زیستشناسی پرده برمیدارد
تنوع گسترده حیات، تعریف آن را دشوار کرده است، اما زیستشناسان همواره در تلاش بودهاند تا تعریفی جامع و مانع از حیات ارائه دهند. از سوی دیگر، معمولا مردم حس میکنند که میتوانند بدون نیاز به تعریف حیات، زنده یا غیرزنده بودن موجودات را تشخیص دهند، اما طبیعت پر از موجوداتی است که در مرزهای حیاتاند و بنابراین نمیتوان آنها را زنده یا غیرزنده شمرد.
ترجمه: محمد کرامالدینی: تنوع گسترده حیات، تعریف آن را دشوار کرده است، اما زیستشناسان همواره در تلاش بودهاند تا تعریفی جامع و مانع از حیات ارائه دهند. از سوی دیگر، معمولا مردم حس میکنند که میتوانند بدون نیاز به تعریف حیات، زنده یا غیرزنده بودن موجودات را تشخیص دهند، اما طبیعت پر از موجوداتی است که در مرزهای حیاتاند و بنابراین نمیتوان آنها را زنده یا غیرزنده شمرد. آیا ممکن است تعریف واحدی از حیات به دست نیاید؟ این چالش ممکن است با بازشدن راه سیارات و قمرهای دیگر تشدید شود. «کارل زیمر»، زیستشناس و نویسنده علم، در این نوشته درباره تلاشهای نومیدانه زیستشناسان برای ارائه یک تعریف جهانپسند از حیات بحث میکند.
علم زیستشناسی پیروزمندانه به قرن بیستویکم وارد شده است. زیستشناسان هنوز به حیات فرازمینی دست نیافتهاند، اما در تلاشاند حیات زمینی را هرچه دقیقتر بشناسند. آنها میدانند که ژنها در دیانای رمزگذاری میشوند و میتوانند این رمزها را سریع و ارزان بخوانند؛ میتوانند ژنوم انسانهای نئاندرتال را که صدهزار سال پیش منقرض شدهاند، بازسازی کنند؛ فهرست ژنهای فعال یک سلول را که از یک قطره خون جدا کنند؛ مغز را بشناسند، پیوندهای عنکبوتی بین نورون را در شبکهای سهبعدی مغزی شبیهسازی و با کمک رادیواکتیویته حیات را در اعماق زمین ردیابی کنند. با وجود این همه داده جدید، آنان هنوز به تعریفی از حیات که مورد توافق همه باشد دست نیافتهاند. موجوداتی مانند ویروسها و میتوکندریها مانع دستیابی به تعریفاند. تعریف ناسا از حیات نیز اگرچه خاطرهانگیز است، اما به دانشمندان خود ناسا نیز کمک نکرده است؛ چون آنها هنوز در تلاشاند بدانند که آیا درون شهابسنگ آلنهیلز ۸۴۰۰۱ آثار حیاتی وجود دارد یا نه. برخی منتقدان تعریف ناسا را نهتنها غیرعملی، بلکه گمراهکننده میدانند. مثلا این تعریف میگوید حیات میتواند مراحل تکامل داروینی را طی کند، یعنی تغییر بسیار خاص در طول زمان و وقتی اتفاق میافتد که ژنها دقیقا، اما نه کاملا، از نسلی به نسل دیگر کپی شوند. انتخاب طبیعی ژنهایی را که به موجود کمک میکنند تا نسبت به دیگران بهتر تولیدمثل کنند، گسترش میدهد. با گذشت زمان، انتخاب طبیعی جهشها را انتخاب و متراکم میکند. اما آیا میتوان این قدر مطمئن بود که تکامل در جاهای دیگر به راههای دیگر رخ نمیدهد؟ مثلا هیچ احتمالی وجود ندارد که وراثت صفات اکتسابی از طریق تکامل لامارکی انجام شود؟ اگر وراثت نهتنها بین نسلها، بلکه بین افراد یک نسل انجام شود، چطور؟ این نارضایتیها منجر به انفجار تعریفها و پیدایش صدها تعریف جدید شده است:
- حیات از ویژگیهای قابل پیشبینی و گروهی پلیمرهای کاتالیزوری است.
- حیات شبکهای متابولیک درون یک مرز است.
- حیات کیفیت جدیدی است که بر اساس یک ماده شیمیایی آلی به وجود میآید.
- حیات کیفیت جدیدی است که تغییر دیالکتیک حاصل از افزایش کمیت پیچیدگی در سامانهای شیمیایی آلی به وجود میآورد. ویژگی این کیفیت جدید توانایی خودنگاهداری و خودزادآوری دارد.
- حیات فرایند وجود سامانههای کامل غیرتعادلی باز است که از پلیمرهای کربنی تشکیل شدهاند و میتوانند بر اساس سنتز قالب اجزای پلیمری خودزادآوری کنند و تکامل یابند.
- حیات سامانهای شیمیایی خودنگهدارنده غیرتعادلی است که میتواند اطلاعاتی را که از محیط میگیرد، پردازش و انباشته کند و تغییر دهد.
- وجود ناحیهای منظم و دینامیک از آب که باعث تراکم بوزون فوتونهای ناپایدار در داخل و خارج سلول و ایجاد حیات میشود.
- حیات یک کلاد تکتبار است که از آخرین نیای مشترک جهانی پدید آمده و شامل همه زادهای آن است.
- و جالبتر از همه، حیات چیزی است که نهادهای علمی (احتمالا پس از برخی اختلافات سالم) آن را به عنوان حیات میپذیرند.
دشواری تعریف
«فرانسیس وستال» و «آندره براک» در سال ۲۰۱۸ چنین نوشتند: «گفته میشود تعداد تعریفهایی که از حیات وجود دارد، به اندازه تعداد افرادی است که سعی میکنند حیات را تعریف کنند». نگارنده، به عنوان زیستشناس و ناظر علم این رفتار را عجیب میدانم. مانند آن است که ستارهشناسان هر یک تعریفی برای ستارگان ارائه دهند. یک بار از «رادو پوپا»، میکروبشناس که در اوایل دهه ۲۰۰۰ تلاش کرده بود تعاریف حیات را جمعآوری کند، پرسیدم نظرش درباره تعدد تعاریف حیات چیست؟ او پاسخ داد: «چنین چیزی برای هیچیک از موضوعات دیگر علوم قابل تحمل نیست. شما میتوانید علمی را پیدا کنید که در آن دو یا سه تعریف برای یک چیز وجود داشته باشد، اما آیا رشتهای علمی وجود دارد که مهمترین موضوع آن تعریف نداشته باشد؟ این کاملا غیرقابل قبول است. مگر میشود دو نفر با هم درباره حیات بحث کنند، درحالیکه یکی از آنها معتقد است تعریف حیات بر اساس دیانای است، ولی دیگری فکر میکند حیات یعنی نظام پویا؟ ما نمیتوانیم حیات مصنوعی بسازیم، نمیتوانیم حیات را در مریخ پیدا کنیم؛ چون نمیتوانیم درباره ماهیت حیات به توافق برسیم».
زیستشناسان و فیلسوفان
درحالیکه زیستشناسان در اقیانوسی از تعاریف دست و پا میزنند، فیلسوفان نیز بیکار ننشستهاند و چند تعریف برای آن ارائه دادهاند. برخی از آنها سعی میکنند آتش بحث را فروبنشانند و به زیستشناسان اطمینان دهند که میتوانند با این فراوانی تعاریف، بسازند. آنها استدلال میکنند که نیازی به یک تعریف واحد و واقعی برای حیات نیست؛ چون تعاریف کاربردی میتوانند مشکل را حل کنند. ناسا میتواند به کمک بیاید و بهترین ماشین را برای جستوجوی حیات در سیارهها و قمرهای آنها بسازد. پزشکان میتوانند تعریف دیگری برای روشنکردن مرزهای تاریکی که حیات را از مرگ متمایز میکند، ارائه دهند. دو فیلسوف، «لئوناردو بیچ» و «سارا گرین» معتقدند: «ارزش تعریف به اجماع بستگی ندارد، بلکه به تأثیر آنها بر پژوهشها بستگی دارد». برخی دیگر از فیلسوفان این طرز تفکر، یعنی عملگرایی را شانه خالی کردن میدانند. تعریف حیات دشوار است، اما این نباید بهانهای برای دستکشیدن از تلاش باشد. «کلی اسمیت» فیلسوف میگوید: «تعاریف عملگرا گاه ممکن است مفید و اجتناب ناپذیر باشند، اما نمیتوان آنها را جانشین تعریفی مناسب از حیات کرد». «اسمیت» و دیگر مخالفان تعاریف عملگرا شکایت دارند که اساس چنان تعاریفی توافق گروهی افراد است، اما مهمترین دشواری وجود موجوداتی در مرزهای آن است و به سختی میتوان درباره آنها به توافق رسید. او میگوید: «هر آزمایشی بدون اندیشه روشن درباره موضوع مورد آزمایش، عقیم است و دستاوردی ندارد». «اسمیت» استدلال میکند بهترین کار آن است که به جستوجوی تعریفی از حیات بپردازیم که همه بتوانند با آن کار کنند؛ تعریفی که شکستهای دیگران را جبران کند. اما برای «ادوارد تریفونوف»، متخصص ژنتیک متولد روسیه نیز این پرسش پیش آمد که آیا در حال حاضر تعریف مناسبی برای حیات وجود دارد؟ «تریفونوف» در سال ۲۰۱۱، تعداد ۱۲۳ تعریف از حیات را مرور کرد و هر یک از آنها را با دیگری متفاوت یافت، اما واژههای یکسانی را بارها در بسیاری از آنها پیدا کرد. او ساختار زبانی تعاریف را تجزیه و تحلیل و تعاریف را دستهبندی کرد؛ در این تعاریف یک هسته اساسی پیدا کرد و به این نتیجه رسید که همه تعاریف در یک مورد توافق دارند: حیات «خودزادآوری با تنوع» است؛ یعنی آنچه زیستشناسان ناسا در 11 واژه گنجاندهاند: «حیات نظام شیمیایی خودپایدارکنندهای است که میتواند تحت تکامل داروینی قرارگیرد»، «تریفونوف» در سه واژه خلاصه کرده است، اما تلاشهای او گرهی از کار نگشود. همه ما، ازجمله زیستشناسان، فهرستی شخصی از چیزهایی که به نظر ما زنده یا غیرزندهاند، داریم. اگر کسی تعریفی از حیات ارائه دهد، آن را با فهرست خود مطابقت میدهیم تا ببینیم که آیا تعریف او در محدوده فهرست ما قرار دارد یا نه. برخی از زیستشناسان به تعریف خلاصهشده «تریفونوف» نگاه میکنند و محدودیت آن را دوست ندارند. «اووه مایرهنریک» زیستشیمیدان چنین میگوید: «ویروس رایانهای خودزادآوری میکند، ولی زنده نیست».
فیلسوفان در صدد نجات زیستشناسان از اقیانوس تعاریف
برخی از فیلسوفان پیشنهاد کردهاند ما باید درباره خود حیات بیشتر دقت کنیم. ابتدا باید به جای تعریف حیات، به چیزی فکر کنیم که سعی در تعریف آن داریم؛ شاید آن چیز خود به سخن آید. این فیلسوفان از «لودویگ ویتگنشتاین» پیروی میکنند که در دهه ۱۹۴۰ استدلال کرد مکالمات روزمره ما پر از مفاهیمی است که تعریف آنها بسیار دشوار است. یکی از آنها مفهوم «بازی» است. اگر سعی کنیم با فهرستی از الزامات بازی را تعریف کنیم، نخواهیم توانست. برخی از بازیها برنده و بازنده دارند، اما پایان برخی دیگر باز است. در برخی بازیها از نشانه استفاده میکنند، اما در برخی دیگر از کارت و در تعدادی دیگر از توپ. در بعضی از بازیها، بازیکنان برای بازی دستمزد دریافت میکنند، اما در بعضی دیگر، بازیکنان برای بازی هزینه میپردازند. با وجود این همه سردرگمی در تعریف، ما هرگز از صحبت در مورد بازی دست نمیکشیم. فروشگاههای اسباببازی برقرار و پر از اسباببازیاند و ما هرگز نمیبینیم که بچهای در برابر اسباببازیها گیج و منگ ایستاده باشد و نتواند آنها را بازشناسد. «ویتگنشتاین» استدلال کرده است که بازی راز سر به مُهر نیست؛ چون همه بازیها به نوعی با هم شباهت گروهی دارند: «اگر به آنها نگاه کنیم، چیز مشترکی بین آنها مشاهده نخواهیم کرد، اما همه در مواردی با هم شباهت دارند». گروهی از فیلسوفان و زیستشناسان دانشگاه لوند واقع در سوئد به این فکر افتادند که بهتر است تلاش کنیم سؤال «حیات چیست» را به شیوهای پاسخ دهیم که «ویتگنشتاین» درباره «بازی چیست؟» ارائه داده است؛ یعنی سعی کنیم به جای ارائه فهرستی دقیق از ویژگیها، شباهتهای گروهی موجودات زنده را پیدا کنیم. آنها در سال ۲۰۱۹ با انجام نظرسنجی از زیستشناسان و دانشمندان به دنبال یافتن شباهتهای گروهی موجودات زنده بودند و برای این کار، فهرستی از موجودات شامل انسان، مرغ، ماهی مولی آمازون، باکتری، ویروس، دانه برف و مانند آنها را تهیه کردند و در کنار هر مدخل، مجموعهای از اصطلاحات مانند نظم، دیانای و متابولیسم را که معمولا برای صحبت درباره موجودات زنده استفاده میشوند، قرار دادند. شرکتکنندگان در این پژوهش اصطلاحاتی را که فکر میکردند در مورد هر یک از این موجودات صدق میکنند، مشخص کردند؛ مثلا دانههای برف نظم دارند، اما متابولیسم ندارند و سلولهای قرمز خون متابولیسم دارند، اما دیانای ندارند. این پژوهشگران برای بررسی نتایج و گروهبندی مدخلها بر اساس شباهتهای گروهی، از یکی از فنون آماری به نام آنالیز خوشهبندی استفاده کردند. در این خوشهبندی انسان با مرغ، موش و قورباغه، یعنی جانورانی که مغز دارند، در یک گروه قرار گرفتند. ماهی مولی آمازون هم مغز دارد، اما آنالیز خوشهبندی باعث شد که در گروه جداگانهای نزدیک به گروه انسان قرار گیرد؛ چون از طریق مادهزایی زادآوری میکند. این پژوهشگران در فاصلهای دورتر خوشهای پیدا کردند که از موجودات بدون مغز مانند گیاهان و باکتریهای آزادزی تشکیل شدهاند و در گروه سوم، خوشهای از سلولهای قرمز خون و دیگر سلولهایی که نمیتوانند به تنهایی زندگی کنند، قرار داشت. دورترین موجودات نسبت به انسان موجوداتی هستند که معمولا زنده تلقی نمیشوند مانند ویروسها و پریونها که پروتئینهای تغییرشکلیافتهای هستند و میتوانند شکل پروتئینهای دیگر را تغییر دهند. گروه دیگر شامل دانههای برف، کریستالهای خاک رس و موارد دیگری است که مانند جانداران تولیدمثل نمیکنند. پژوهشگران لوند دریافتند که میتوانند موجودات را به دو گروه زنده و غیرزنده طبقهبندی کنند، بدون اینکه درباره حیات به توافق برسند. آنها پیشنهاد کردند که میتوانیم موجودی را زنده بنامیم که تعدادی از ویژگیهای زندهبودن را داشته باشد و لازم نیست همه این ویژگیها را با هم داشته باشد. شباهتهای گروهی کافی است. «کارول کللند» از فیلسوفانی است که موضعگیری بسیار بنیادگرایانهتری دارد. او استدلال میکند که جستوجوی تعریف برای حیات بیفایده است؛ چون تعریف مانع از درک عمیق حیات میشود و این برای علم خوب نیست. «کللند» به اندازهای به بیفایدهانگاری تعریف اصرار داشت که برخی فیلسوفان او را مورد انتقاد قرار دادند. حتی «کلی اسمیت» اندیشههای «کللند» را «خطرناک» خواند. «کللند» این موضوع را مورد توجه قرار داد که چگونه برخی از دانشمندان، مانند فیزیکدانان، میتوانند آزمایشهای خود را بارها انجام دهند، اما برخی دیگر، مانند زمینشناسان، نمیتوانند به میلیونها سال پیش برگردند و آزمایش را تکرار کنند. او درحالیکه درباره این تفاوتها فکر میکرد، از وجود شهابسنگی مریخی که در قطب جنوب فرود آمده بود و معمایی فلسفی ایجاد کرده بود، آگاه شد. این سنگ مریخی در واقع شهابسنگی بود با نام آلنهیلز ۸۴۰۰۱ که در سال ۱۹۹۶ از سوی تیمی در ناسا به سرپرستی «دیوید مککی» مورد بررسی قرار گرفته بود. این تیم گزارش داد که شواهدی از حیات باستانی ازجمله فسیلهای میکروبی را در آن مشاهده کرده است، اما اکثر زیستشناسان این شواهد را بسیار مبهم و غیرقابل اعتماد دانستند. بسیاری از اختلافنظرها بر سر سنگ آلنهیلز ۸۴۰۰۱ کمتر به خود سنگ مربوط میشد، بلکه بیشتر به روش علمی مرتبط بود. اگرچه برخی پژوهشگران تصور میکردند که تیم ناسا کار تحسینبرانگیزی در بررسی این سنگ انجام داده است، برخی دیگر نتیجه گرفتند که ادعای وجود فسیل در این شهابسنگ مضحک است. «بروس جاکوسکی» اخترشناسی که یکی از همکاران «کللند» در دانشگاه کلرادو بود، تصمیم گرفت بحثی عمومی ترتیب دهد که در آن دو طرف بتوانند نظرهای خود را بیان کنند، اما متوجه شد که قضاوت درباره آلنهیلز ۸۴۰۰۱ به چیزی بیش از انجام برخی آزمایشها برای اندازهگیری مواد معدنی مغناطیسی آن نیاز دارد و مستلزم تفکر در مورد چگونگی کاربرد روش علمی است. او از «کللند» خواست به این رویداد بپیوندد و به عنوان یک فیلسوف درباره آلنهیلز ۸۴۰۰۱ صحبت کند. سخنرانی «کللند» به جهشی در فلسفه حیات فرازمینی تبدیل شد. او نتیجه گرفت که اختلافنظر بر سر آلنهیلز ۸۴۰۰۱ نتیجه شکاف بین روشهای علوم تجربی و تاریخ است. منتقدان اشتباها بررسی شهابسنگ را به دانشمندان علوم تجربی سپرده بودند، اما نمیتوانستند انتظار داشته باشند که تیم «مککی» تاریخ را تکرار کند. آنها نخواهند توانست به چهار میلیارد سال پیش بازگردند، میکروبها را روی مریخ ببینند و آنها را با آثار آلنهیلز ۸۴۰۰۱ مطابقت دهند. آنها نخواهند توانست هزار سیارک را از هزار مریخ بفرستند تا ببینند چه روی میدهد. «کللند» به این نتیجه رسید که تیم ناسا با مقایسه بهترین توضیحات، تاریخشناسی خوبی انجام داده است. او در سال ۱۹۹۷ در گزارش خود که در پلانتاری ریپورت منتشر شد، نوشت: «فرضیه حیات در مریخ توضیح خوبی درباره ویژگیهای ساختاری و شیمیایی شهابسنگ مریخی است». کار «کللند» روی این شهابسنگ «جاکوسکی» را به اندازهای تحت تأثیر قرار داد که در سال ۱۹۹۸ او را دعوت کرد تا به یکی از تیمهای مؤسسه زیستاخترشناسی ناسا بپیوندد. در سالهای پس از آن، «کللند» استدلالی فلسفی برای چگونگی علم زیستاخترشناسی ارائه کرد. او افکار خود را با دانشمندانی که در حال انجام انواع مختلف تحقیقات زیستاخترشناسی بودند، در میان گذاشت، با یک دیرینهشناس به دنبال سرنخهایی درباره چگونگی انقراض پستانداران غولپیکر در ۴۰۰۰۰ سال پیش، به نقاط دوردست استرالیا سفر کرد؛ به اسپانیا رفت تا ببیند ژنتیکدانان توالی دیانای را چگونه تعیین میکنند و وقت زیادی را در جلسات علمی گذراند. او یک بار به من گفت: «من احساس میکردم کودکی در شیرینیفروشی هستم». «کللند» به عنوان یک فیلسوف تشخیص داد که دانشمندان در اشتباهاند. خطای آنها مربوط به تعیین ویژگیها نیست، بلکه اشتباهی اساسی است که مانع پیشرفت خود علم میشود. «کللند» ماهیت این اشتباه را در مقالهای بیان کرد و در سال ۲۰۰۱ به واشنگتن رفت تا این اشتباه را در جلسه انجمن پیشرفت علم آمریکا گزارش دهد. او در برابر تماشاچیانی که بیشتر آنها دانشمند بودند، ایستاد و به آنها گفت تلاش برای یافتن تعریفی از حیات بیمعنی است. «کللند» میگوید: «در آن لحظه انفجاری رخ داد. همه سرم داد میزدند. واقعا شگفتانگیز بود. هریک از آنها تعریف خاص خود را داشت و میخواست آن را اشاعه دهد. به آنها گفتم که کل پروژه تعریف حیات بیارزش است». خوشبختانه، برخی از افرادی که صحبتهای «کللند» را میشنیدند، گفتههای او را درک کردند. او برای کشف پیامدهای افکار خود همکاری با زیستاخترشناسان را آغاز و طی دو دهه، مجموعهای از مقالات خود را منتشر کرد که آخرین آنها کتابی است تحت عنوان «تلاش برای نظریه جهانی حیات»
(The Quest for a Universal Theory of Life). مشکل دانشمندان در تعریف حیات ربطی به ویژگیهای بارز حیات مانند هموستازی یا تکامل ندارد. این موضوع به ماهیت خود تعریف مربوط میشود؛ چیزی که دانشمندان بهندرت به آن توجه کردهاند. «کللند» نوشته است: «تعاریف ابزارهای مناسبی برای پاسخدادن به این پرسش علمی که حیات چیست، نیستند». تعاریف به سازماندهی مفاهیم کمک میکنند. مثلا تعریف واژه انگلیسی bachelor بسیار ساده است: مردی که ازدواج نکرده است؛ یعنی، طبق تعریف اگر کسی مرد است و ازدواج نکرده، bachelor است. مرد بودن یا مجرد بودن هیچیک بهتنهایی برای bachelor بودن کافی نیستند. معنای مرد بودن، ممکن است پیچیده باشد و ازدواج هم پیچیدگیهای خاص خود را دارد، اما میتوانیم «bachelor» را بدون درگیرشدن در این پیچیدگیها تعریف کنیم. واژه bachelor بهسادگی مفاهیم را بهطور دقیق به هم پیوند میدهد و از آنجا که تعاریف نقش بسیار محدودی دارند، نمیتوانیم از طریق تحقیقات علمی روی آنها تجدیدنظر کنیم. راه سادهای وجود ندارد که بفهمیم در تعریف bachelor به عنوان مردی که ازدواج نکرده است، اشتباه کردهایم. حیات متفاوت است؛ چیزی نیست که بتوان آن را به سادگی با پیونددادن مفاهیم به هم تعریف کرد. در نتیجه، جستوجوی فهرست بلندبالایی از ویژگیهایی که برای تعریف حیات احتیاج داریم، بیهوده است. «کللند» گفته است: «ما نمیخواهیم بدانیم واژه حیات برای ما چه معنایی دارد، بلکه میخواهیم بدانیم حیات چیست؟» «کللند» استدلال میکند که اگر میخواهیم خواسته خود را برآورده کنیم، باید جستوجوی خود را برای تعریف حیات متوقف کنیم.
Life’s Edge: The Search for What It Means to Be Alive by Carl Zimmer, Penguin Publishing Group, Penguin Random House LLC.