"In any other context, the identification of a nanotechnology vessel capable of energy production, information processing, and the other identified requirements would immediately be recognized as a product of design by any reasonable criteria"
Brian Miller - The Mystery of Life's Origin
“فى أى سياق اخر فان العثور على الة مصنوعة بتقنية متناهية الصغر (نانو) قادرة على توليد الطاقة و معالجة المعلومات و غيرها من الخصائص كان ليعتبر علامة على التصميم"
عالم الفيزياء – برايان ميلر
The entire cell can be viewed as a factory that contains an elaborate network of interlocking assembly lines, each of which is composed of a set of large protein machines…. Why do we call the large protein assemblies that underlie cell function protein machines? Precisely because, like machines invented by humans to deal efficiently with the macroscopic world, these protein assemblies contain highly coordinated moving parts.
BRUCE ALBERTS, “The Cell as a Collection of Protein Machines: Preparing the Next Generation of Molecular Biologists” CELL, Volume 92, Issue 3, P291-294, FEBRUARY 06, 1998
ان الخلية مصنع يحتوى على شبكة من خطوط الانتاج المتكاملة و كل خط يتكون من الات بروتينية؟ لماذا نسميهم الات؟ لأنهم تماما كالالات التى يصنعها البشر تحتوى على قطع تتحرك بتناسق عال
-من مقال فى دورية Cell العلمية العلمانية التى لا علاقة لها بالتصميم الذكى
"I have told you some things about a free-living organism only one micron in size. It is equipped with sensors that count molecules of interest in its environment, coupled to a readout device that computes whether these counts are going up or down. The output is an intracellular signal that modulates the direction of rotation of a set of rotary engines, each turning a propeller with variable pitch. Each engine (or motor) is driven, in turn, by several force-generating elements (like pistons), powered by a transmembrane ion flux. In addition to a gear shift(labeled forward and reverse but prone to shift on its own) there is a stator, a rotor, a drive shaft, a bushing, and a universal joint."
Howard C. Berg "E. coli in Motion" (Biological and Medical Physics, Biomedical Engineering) 2004th Edition - Epilogue
لقد أخبرتكم ببعض الأشياء عن كائن صغير. انه مزود بمجسات لعد الجزيئات و جهاز لرصد ما اذا كان تركيزها فى ازدياد أم تناقص يرسل اشارة تتحكم فى المحركات الدوارة التى تعمل بطاقة تدفق الأيونات عبر الغشاء.
هوارد برج مكتشف السوط البكتيرى (لا علاقة له بمايكل بيهى أو تيار التصميم الذكى) عن بكتيريا ايكولاى
ناقشنا فى الملخص السابق للجزء الأول من الكتاب t.ly/YTNY استحالة وجود الحساء البدائى و لكن يعترض البعض بالقول أننا نحتاج حدوث هذا مرة واحدة فقط و الا أن هذا اعتراض لا معنى له فالمستحيل سيظل مستحيلا حتى لو احتجته مرة واحدة فقط و بيئة الأرض البدائية لن تتغير لمجرد أنك تحتاج هذا التغير مرة واحدة فقط و ليس مرات عديدة!!! ثم ما هذا الذى حدث مرة واحدة فقط؟؟؟ هل ستنشأ الحياة بسلسلة واحدة صحيحة سواءا كانت سلسلة بروتين أو حمض نووى أو حتى رنا!!! أم بمركب سكرى واحد أم بمركب نشوى واحد؟؟؟ لا توجد أى "مرة واحدة" فى الموضوع.
من صفات السيناريو المثالى فى مثل هذه الظروف أن يحيلك الى عنصر مجهول لا تستطيع رصده و بالتالى لا تستطيع نفيه و يا حبذا لو يقوم بمضاعفة الموارد الاحتمالية بشكل ضخم جدا للايحاء بأنه ليس مستحيلا كما يبدو و لكنه ممكن فان لم تكن "ملايين السنين" فلتكن "ملايين الكواكب" اذن. هذا رائع جدا و مستوف للشروط فهو يحتوى على كلمة "ملايين" للايحاء بامكان حدوث الاحتمال الضئيل و يحتوى على غيب مجهول غير قابل للرصد التفصيلى و بالتالى غير قابل للنفى و هو الكواكب الأخرى فى المجرة أو ربما فى الكون كله. لماذا لا يكون الحساء البدائى قد نشأ على كوكب اخر بظروف مختلفة ثم جاءت المكونات أو حتى الخلايا الحية الينا على متن الصخور و النيازك المسافرة فى الفضاء؟ لقد تعرضت الأرض قديما لقصف نيزكى مكثف فلماذا لا يكون هو المصدر؟ طبعا هذا كلام فارغ لأن ظروف الأرض البدائية المذكورة سابقا ستقضى على كل ما يصل اليها و لكن دعنا نساير هذه الفرضية حتى النهاية تنزلا و نفترض نشأة الحساء البدائى على كوكب اخر أو حتى على الأرض...هل وجود المكونات سيؤدى الى ظهور خلية أولية؟ الاجابة العلمية هى: لا. ان قواعد الفيزياء و الكيمياء و الرياضيات واحدة فى كل مكان لذا فان القاء المشكلة على كوكب اخر قد يحل مشكلة تواجد لبنات البناء الأولى و لكنه لن يحل باقى المشاكل التى استعرضناها فى المقال السابق أو التى نستعرضها فى هذا المقال و الذى يليه
The transformation of an ensemble of appropriately chosen biological monomers (e.g. amino acids, nucleotides) into a primitive living cell capable of further evolution appears to require overcoming an information hurdle of superastronomical proportions (Appendix A), an event that could not have happened within the time frame of the Earth except, we believe, as a miracle
Edward J. Steele et al., "Cause of Cambrian Explosion - Terrestrial or Cosmic?" Progress in Biophysics and Molecular Biology Volume 136, August 2018, Pages 3-23
James Tour “Animadversions of a Synthetic chemist” Inference: International Review of Science, no. 2 (May 2016)
أضف الى ذلك أننا نعلم يقينا أن الكثير من العناصر المطلوبة للحياة لم تكن موجودة طول عمر الكون فالكون بدأ بهيليوم و هيدروجين و كميات ضئيلة جدا من عنصرين اخرين فقط دون وجود كريون أو أكسجين أو اى عنصر اخر من العناصر المكونة لجزيئاتنا ثم تم انتاجها عبر ثلاثة أجيال من نشأة و انفجار النجوم حتى نصل الى الوضع الحالى لكون بمكونات صالحة لانتاج الأحماض الأمينية و النيوكليوتيدات و السكريات...الخ لذلك فان نقل المسألة الى الكون لن يعطيك عمر الكون كله لأنه لم يحتوى على موارد أصلا عندها و الزعم الخيالى بنشأة الحياة من هذه العناصر الأبسط الى جانب كونه خيالى فهو لا يحل لك مشكلة نشأة الحياة بعناصرنا نحن ومن أجل هذا فان بعضا من كبار أنصار التطور كفرانسيس كريك و ليزلى أورجل بل و رتشارد دوكنز ذاته قد افترضوا امكان وجود تصميم للخلية من "ذكاء ما" فى قلب الكون كالكائنات الفضائية مثلا...لاحظ هنا المنطق: التصميم يمكن أن يكون فرضية مقبولة لكن "مصمم ما" بعينه هو المرفوض
Francis Crick and Leslie Orgel “Directed Panspermia” Icarus 19, no. 3: 341-346
Fred Hoyle and N.C. Wickramasinghe “Evolution from Space”
الطريف أن هويل فى المصدر الأخير استشهد بأن احتمال تكون الانزيمات المطلوبة للحياة 1 من 10^40000 و هو رقم لا يكفيه كون كامل من الحساء البدئى و لم ينتبه الى أن نفس المشكلة ستنطبق على نشأة الذكاء الفضائى المزعوم الذى صمم الخلية الأولى اذ سيحتاج الى عدد من الوحدات الوظيفية الأساسية لينشأ هو الاخر و بالتالى فهو دفع المشكلة خطوة واحدة الى الخلف و لكن لم يحلها ما لم يزعم أن هذا الذكاء الفضائى "أزلى" بلا بداية. ان هويل فى ص 33 يشير الى أن سبب رفض هذه الفرضية عادة ما يكون نفسى لأن العلماء لا يريدون تصور ذكاء أعلى منهم يدينون له بوجودهم و نحن نتفق معه و ذكرنا أمثلة للتصريحات النفسية و الفلسفية لعلماء البيولوجيا التطورية من قبل t.ly/3jHa و لكن يبدو أن هويل لم ينتبه الى أنه هو ذاته سقط فى نفس الانتقائية النفسية عندما قبل ذكاء و تصميم من الفضائيين و لكن رفضهما فى حالة أى وجود متعالى على الكون. انه نفس الاستدلال الانتقائى الذى بدأه داروين عندما استخدم فرضية نشأة عقولنا من القرود بهدف البقاء لا بهدف العلم و ادراك الحقائق للتشكيك فى استنتاج وجود اله و لم يستخدمها للتشكيك فى نظريته هو نفسه.
و بعيدا عن كل هذا الخيال العلمى (أو الغير علمى بالأحرى) فان مقدم الخلايا الحية من نظام شمسى اخر سواء كانت مصممة أو نشأت بالعشوائية مستحيل لأن قدرة الخلايا على البقاء فى الفضاء لا تسمح لها بقطع المسافة الى نظامنا الشمسى
K. Dose and A. Klein “Response of Bacillus subtilis spores to dehydration and UV irradiation at extremely low temperatures” Origins of life and evolution of the biosphere 26, no.1: 47-59
و للهرب من مدى تعقيد الخلية يأتى القول بأنها كانت خلية بدائية Protocell و لكن ما معنى هذه الكلمة بالضبط؟
1-حويصلات الدهون:
ان الكثير مما يطلق عليه فى التجارب "خلية بدائية" عبارة عن حويصلة من الدهون vesicle لا ترقى أصلا لتكون مجرد غشاء خلية. ان الدهون بطبعها تتكون من رأس ألف للماء و ذيل كاره للماء و بالتبعية فعند وضعها فى الماء يمكن أن تتكدس صانعة صفين متوازيين بحيث تكون الرؤوس ناحية الماء و الذيول نحو الداخل نحو بعضها البعض بعيدا عن الماء. هذا تفاعل بدائى فى منتهى البساطة و مع ذلك يتم تسميته انتقاءا لما يعبر الغشاء و ما لا يعبره و هذا كلام تجاوز مرحلة المبالغة بكثير. ان غاف الخلية ليس مجرد طبقتان متماثلتان من الدهون كما سنشرح فى جزء تلاحق من هذا المقال و أجزاءه مختلفة و مصممة بعناية للقيام بوظائف متباينة و العلاقة بينه و بين طبقات الدهون المتراكمة التى يصنعونها فى هذه التجارب كمن يقول لك أن سكب الحبر على الورق يصنع طبقتان واحدة من حبر و أخرى من ورق و هذا مماثل للكتب تماما!!!
و باضافة المزيد من الدهون يزداد حجم الحويصلات حتى تتكسر مع الضغط الى حويصلات أصغر و من جديد هذا تفاعل بدهى و طبيعى جدا و لكن مع الأسف يتم تسويقه على أنه تكون لخلايا بدائية "تتكاثر و تنقسم" مع اضافة "الغذاء"!!! كرة من الدهون يتعاظم حجمها فتتفتت أصبحت بمعجزة ما فى الصياغة الدعائية خلية تتكاثر و تنقسم! ان هذا لا يوجد له وصف سوى الخلط المتعمد. أما الحركة المائية الناتجة عن تعريض الماء للطاقة فحدث و لا حرج لقد أصبحت هذه الكرات الدهنية-عفوا أقصد الخلايا-تسبح أيضا!
حسنا...دعنا نتظاهر أننا مجموعة من المعاتيه و أننا اقتنعنا فعلا أن هذا شكل بدائى من الانقسام الخلوى. كيف تطور هذا الى الشكل المعاصر. لكى تنقسم الخلية فانها تستطيل و هو ما يتطلب عملية شق حريصة جدا للغشاء الحالى تقوم بها انزيمات متخصصة تسمى autolysins و يجب أن تتم بحرص و دقة حتى لا تموت الخلية و يجب أن تحدث فى مواقع بعينها و ليس فى أى مكان
Zoll S, Pätzold B, Schlag M, Götz F, Kalbacher H, Stehle T. Structural basis of cell wall cleavage by a staphylococcal autolysin. PLoS Pathog. 2010 Mar 12;6(3):e1000807.
بعد ذلك تبدا عملية البناء و ملئ الشق لاطالة غشاء الخلية فيتم غرس جزئ خاص يسمى bactoprenol فى الموقع ليعمل على نقل مكونات مثل الأحماض الأمينية و جزيئات السكر الى الجهة الأخرى خارج الخلية و هذه الجزيئات بدورها تركبها انزيمات متخصصة معا على هيئة السلاسل المطلوبة لتطيل بها الغشاء.
Garde S, Chodisetti PK, Reddy M. Peptidoglycan: Structure, Synthesis, and Regulation. EcoSal Plus. 2021 Jan;9(2).
Barker DC, Thorne KJ. Spheroplasts of Lactobacillus casei and the cellular distribution of bactoprenol. J Cell Sci. 1970 Nov;7(3):755-85.
Sauvage E, Kerff F, Terrak M, Ayala JA, Charlier P. The penicillin-binding proteins: structure and role in peptidoglycan biosynthesis. FEMS Microbiol Rev. 2008 Mar;32(2):234-58
Sauvage E, Terrak M. Glycosyltransferases and Transpeptidases/Penicillin-Binding Proteins: Valuable Targets for New Antibacterials. Antibiotics (Basel). 2016 Feb 17;5(1):12.
و طبعا هذه البروتينات لا تعمل فى الفراغ بل تساعدها بروتينات أخرى و هياكل تثبيت فى جدار الخلية و عوامل تنظيمية...الخ
Mercer KL, Weiss DS. The Escherichia coli cell division protein FtsW is required to recruit its cognate transpeptidase, FtsI (PBP3), to the division site. J Bacteriol. 2002 Feb;184(4):904-12.
Weiss DS, Chen JC, Ghigo JM, Boyd D, Beckwith J. Localization of FtsI (PBP3) to the septal ring requires its membrane anchor, the Z ring, FtsA, FtsQ, and FtsL. J Bacteriol. 1999 Jan;181(2):508-20.
و كل هذا و نحن نتحدث فقط عن خرق ثم اطالة غشاء الخلية و لم نتحدث عن باقى مكونات عملية النمو و التكاثر و الانقسام كنسخ الحمض النووى و ابعاده عن نقطة الانقسام الى الجهتين لتحتوى كل خلية ناتجة على نسختها الخاصة منه. كيف نشأ كل هذا و كله مطلوب ليكون عندنا أبسط خلية قادرة على التكاثر حتى اذا سلمنا بأن المهزلة المذكورة فعلا يمكن اعتبارها تكاثر بدائى؟
و بعد الزعم بأن كرات الدهون خلايا بدائية و تتكاثر جاءت المرحلة التالية سننتج خلايا بدائية بحمض نووى...كيف؟ سنضع نيكليوتيدات فى المحلول فيدخل بعضها فى المنتصف أثناء تكوم الدهون على بعضها. كل هذه المزاعم العريضة خرجت بناءا على تفاعلات بدائية يعرفها العلم و يقوم بها منذ عقود و لكن تم اعادة صياغتها بشكل دعائى مما يدلك على مستوى الحياد و الموضوعية فى الأمر و أن المسألة تجاوزت تماما كونها مجرد مجال للبحث العلمى كأى مجال اخر بل ان هناك فكرة فلسفية مسبق يتم محاولة تسويقها للعوام الغير مختصين تحت غطاء من العلم الزائف. يشبه دكتور جيمس تور عالم الكيمياء الحيوية الأمر بمن يبتاع شرائح من لحم الديك الرومى و يلصق بها بعض الريش ثم يخرج محدثا الناس عن "الديك الرومى البدائى" و من أشهر من يقومون بهذا الأسلوب لى كرونين الذى-ويا للعجب-تحمل أوراقه عناوين براقة على غرار خلية بدائية و نسخ ذاتى و التفاصيل لا علاقة لها بذلك من قريب أو بعيد بل ان من يطالع الملحقات الخاصة بأوراقه يجد انه برغم مزاعمخ لم يفلت حتى من مشكلة تصنيع المكونات التى تحدثنا عنها سابقا و يمكن مراجعة تقييم كيميائى كامل لتجاربه و ما يشابهها فى هذه اللسلة للدكتور جيمس تور
و خاصة هذه الحلقة التى يتم فيها الحديث عن نموذج حويصلات الدهون بالذات
و الحقيقة أنه فى وسط كل هذه المحاولات لاختراع طريقة ينشا بها غشاء للخلية لم يشرح لنا أحد كيف بمجرد نشأته (بفرض حدوثها) تم نسخ هندسته عكسيا الى الجينات لتنتج لاحقا مكوناته البروتينية و تضعها فى أماكنها الصحيحة و تنتج انزيمات القلب flipase التى تساهم فى صناعته...هل تصادف أن حدث هذا مع تكدس الدهون على بعضها؟
2-كرات و حويصلات و أكداس أخرى:
شملت المحاولات الأخرى لتكديس بعض المكونات ثم تسميتها خلية تكديس الأحماض الأمينية لصناعة كرات صغيرة تم تسميتها "أشباه البروتينات" Protenoids و طبعا تم استخدام مستويات من تركيز الأحماض الأمينية لا علاقة لها بما هو متوافر فى الطبيعة و و تدخل العلماء فى التجربة لمنع عكس التفاعل بعد حدوثه
C.E. Folsome “The Origin of life: A warm little pond” : 83
و لأن الطبيعة لن تقوم بانتقاء الروابط الببتيدية peptide bonds السائدة فى الحياة دون غيرها فان هذه الحالات تسودها عادة تنوعات فى الروابط بين الأحماض الأمينية غير تلك المستخدمة فى الحياة (ألفا/بيتا/جاما) لدرجة أن أنصار التطور الكيميائى أنفسهم قالوا أنها ليست شبيهة بالبروتينات
Stanley Miller and Leslie Orgel “The Origin of life on the Earth” p.144
P.A. Temussi et al., “Structural characterisation of thermal prebiotic polypeptides” Journal of Molecular Evolution 7, no.2 : 105-110
لكن ما هو أهم أن شبهها بالبروتينات هو نفس مستوى شبه كرة الدهون بالخلية فالبروتين ليس كومة من الأحماض الأمينية بل هو هيكل بتسلسل و تصميم محدد و يقوم بوظيفة كالة أو روبوت فى خط انتاج وهو ما وضحناه عند الحديث عن التعقيد المحدد t.ly/reBj
بعد ذلك تم تطوير السيناريو الى المرحلة التالية بتكديس أشباه البروتينات protenoids و كالعادة يكون اللعب على وتر أن الجزيئات لديها جزء قابل للماء و اخر كاره للماء كما فى حالة الدهون فيسمى تكومها معا خلية بدائية و يسمى توجه الجزء الكاره الى الماء الى الداخل "انتقاء" لما يدخل الخلية و و يسمى تفتت الكرات مع زيادة حجمها باضافة المزيد من المكونات نمو مع اضافة الغذاء
A.I. Oparin “Genesis and Evolutionary development of life”: 105
Stanley Miller and Leslie Orgel “The Origins of life on Earth” : 144
C.E. Folsome “The Origin of life: A warm little pond” : 87
[لا أعرف لماذا لم يقم أحدهم بالنفخ فى المحلول ثم الزعم أن حركة كرات الأحماض الأمينية فيه هى بداية تطور السوط البكتيرى]
ان ما يفعله التطوريون مع الأسف هو محاولة "اختراع" تعريف للخلايا و الحياة لا علاقة له بالواقع حتى ينسبوه لاحقا لقوى الطبيعة و تفاعلات الأرض البدائية و أخيرا لهؤلاء نقول: لا داعى لمحاولات اختراع تعريف جديد للخلية: خذوا كل مكونات الخلية جاهزة و ضعوها فى محلول و قوموا بمزجها و أرونا كيف ستتحول الى خلية جاهزة بدون تدخل؟
[تحديث: 3-مؤخرا طارت بعض المواقع بخبر نجاح العلماء فى صناعة شكل جديد من الحياة القابلة للتكاثر
Sam Kriegman et al., "Kinematic self-replication in reconfigurable organisms" PNAS October 2021
"Team builds first living robots—that can reproduce: AI-designed Xenobots reveal entirely new form of biological self-replication—promising for regenerative medicine" Wyss Institue
طبعا من الواضح أن المسألة لا علاقة لها بمزج مواد كيميائية عشوائيا بل هى عملية مصممة بامتياز و لكن دعنا نلقى نظرة فاحصة على التجربة: خلايا جذعية تم أخذها من ضفدع و تشكيلها فى كتلة محددة بدأت بالسباحة و تجميع خلايا جذعية أخرى فى كتل مثلها...هذا مثير جدا و لكن لا علاقة له من قريب أو بعيد بأصل الحياة و التكاثر اذ أن التجربة بدأت بخلايا حية جاهزة و يتم تزويدها بخلايا حية جاهزة لتقوم بتجميعها فى كتل أخرى...من جديد هى نفس مشكلة اعتبار أى شئ يتكدس فوق بعضه نوع من أنواع التكاثر...مهلا و لكنهم قاموا باستخدام "التطور" أليس كذلك؟… البرنامج التطورى الذى قاموا باستخدامه قام باختبار بلايين التصميمات المختلفة لشكل كتلة الخلايا للوصول الى الشكل الأكثر قدرة على الحركة و تجميع الخلايا الأخرى حتى يقوموا بتطبيقه فى التجربة أى أنه ببساطة برنامج يستعرض الخيارات المختلفة و مدى فعاليتها حتى يختاروا من بينها ما سيستخدموه تماما كما يمكن استخدام برنامج مماثل لتقييم بدائل مختلفة لتوصيلات الكهرباء و قيم الضغط و الحرارة لاختيار الأنسب أثناء تصميم مصنع أو سيارة فهذا لا يعنى أن المصنع أو السيارة نشأت "بالتطور"
و فى تجربة أخرى نجد عناوين براقة على غرار أنه قد تمثيل كيف يمكن لرنا أن ينسخ نفسه و يتشعب مطورا التنوع و بالتبعية التعقيد
Researchers at the University of Tokyo have for the first time been able to create an RNA molecule that replicates, diversifies and develops complexity, following Darwinian evolution. This has provided the first empirical evidence that simple biological molecules can lead to the emergence of complex lifelike systems...We found that the single RNA species evolved into a complex replication system: a replicator network comprising five types of RNAs with diverse interactions, supporting the plausibility of a long-envisioned evolutionary transition scenario
University of Tokyo press release "New insight into the possible origins of life Experiment sheds light on the molecular evolution of RNA"
عبارات شديدة الفخامة و الوقع الاعلامى من النوع الذى يعشق التطوريين الاستدلال به...رنا يتطور الى عدة أنواع...نظام نسخ مركب...تطور التعقيد...لن نعيد الكرة و نشرح استحالة نشأة الرنا على الأرض البدائية لأننا سنرى ما هو أعجب عند النظر الى البحث الأصلى
Ryo Mizuuchi et al., "Evolutionary transition from a single RNA replicator to a multiple replicator network" Nature Communications volume 13, Article number: 1460 (2022)
ما قاموا به حرفيا هو استعارة الرنا و كل اليات النسخ من خلايا حية (الرنا نفسه كان من فيروس) ثم ترك هذه المنظومة تعمل و مع حدوث الطفرات فى التسلسلات بدأ تصنيفها كأنواع مختلفة...لم ينشأ رنا أو يتطور...لم تنشأ الية نسخ أو تتطور...تم أخذ كل المكونات من كائنات موجودة بالفعل أو تصميم ما يماثلها ثم تم تركها تتفاعل و تسمية تطفرها تنوع و تعقيد برغم أنها لم تنتج شيئا جديدا
و نفس السيناريو أو ما يشبهه يتكرر فى كل حالات مزاعم تجارب عالم الرنا الأخرى
الحد الأدنى للحياة
قبل أن نبدأ الحديث عن ماهية أبسط خلية ممكنة وجب هنا أن ننوه عن خطأ شهير مرتبط بالحد الوظيفى الأدنى المطلوب للحياة و المقدر بعدة مئات من الجينات...نعم ان هذا رقم كبير و قد تطلب 128 جهاز كمبيوتر لمحاكاته
C M Fraser et al., "The minimal gene complement of Mycoplasma genitalium" Science 270(5235):397-403 (1995 Oct 20)
“To model the simplest microbe in the world, You need 128 computers” – The Atlantic (July 2012)
و لكنه مبنى على دراسة Mycoplasma وCarsonella و هى كائنات طفيلية و تكافلية أى لا يمكن أن تعيش مستقلة بل تحتاج الى التطفل على كائن اخر أو التكافل معه حتى تحصل على الوظائف التى تفتقدها من منتجات جسد الكائن المضيف...معنى هذا أن شكل الحياة الأول لا يمكن أن يكون طفيلى/تكافلى لأنه لا يمتلك كائن اخر يعتاش عليه و بالتبعية يجب أن يكون الحد الأدنى لوظائفه أكبر من التقدير السائد سواء كان يقوم بها عن طريق بروتينات أو رنا و عند النظر الى الخلايا الحية فسنجد أن الحد الأدنى لأبسط شكل حيوى يتجاوز الألف
Giovanni et al., “Genetics: Genome streamlining in a cosmopolitan oceanic bacterium” Science 309: 1242-45
و هذا بفرض نموذج غذائى مبسط جدا يحصل على الغذاء مباشرة من البيئة المحيطة دون أى تصنيع ذاتى و لكن توافر المواد العضوية المناسبة للغذاء فى فوضى الحساء البدائى سالفة الذكر أمر مشكوك فيه جدا لذلك فان أردنا نموذج أكثر واقعية يحصل على المواد الخام من البيئة ليصنع غذاؤه بالتمثيل الضوئى مثلا أو بأى وسيلة أخرى فان الحد الأدنى قد يقفز الى 1700 جين
Collin Patterson “Evolution” 2nd edition p.23
Alexis Dufrense et al., “Genome Sequence of Cyanobacterium Prochlorococcus Marinus SS120, A nearly minimal Oxyphototropic Genome” PNAS 100: 10020-25
Jonathan A. Eisen et al., “The complete genome sequence of Chlorobium Tepidum Tls, A photosynthetic Anaerobic green sulfur bacterium” PNAS 99: 9509-14
Yasukazu Nakamura et al., “Complete Genome structure of the thermopholic Cyanobacterium Thermosynechoccus Elongatus BP-1” DNA Research 9: 123-30
و قد حاولت بعض الدراسات الأخرى تقليل هذه الأرقام الى بضع مئات و لكنها اعتمدت أسلوب مشكوك فيه جدا و هو العثور على القدر الأدنى من الجينات المشتركة بين أشكال الحياة البسيطة. مشكلة هذا الأسلوب أن كل كائن بمفرده لا يعيش بهذا الحد الأدنى بل يمتلك اليات اضافية و اختلاف الاضافات من كائن لاخر لا يعنى أبدا امكان كل منهم أن يعيش بدون هذه الاضافات و قد نبهنا سابقا الى أن كريج فنتر و هو يعمل على المايكوبلازما اكتشف عدم قدرتها على البقاء بدون بعض الجينات التى لم يعرف وظيفتها أصلا و أخرى غير موجودة فى أى كائن اخر t.ly/7UEA مما يرجح أن فرضيات حساب الجينات بناءا على الوظائف المفترضة أو القدر المشترك بين الكائنات غير صحيح. أضف الى ذلك أن قدرة كائن ما على الحياة بعد حذف جين معين فى ظروف المختبر المضبوطة بعناية لا تعنى مطلقا قدرته على الحياة فى البيئة الخارجية بدون هذا الجين.
و فى النهاية نذكر أن القول بأن الحياة نشأت من رنا لا يحل أى من هذه المشاكل فأنت بحاجة الى حد أدنى من الوحدات الوظيفية سواء كانت حمض نووى أو رنا و لكن الحقيقة هى أن سيناريو الرنا كما وضحنا سابقا فى مبحث عالم الرونات t.ly/xY58 غير عملى بالمرة اذ هو غير قابل للنجاة فى بيئة الأرض البدائية و غير قابل للحدوث خارج المختبر و بالتالى فسيتحتم اضافة نشأة نظام التشفير و بروتينات فك الشفرة و الترجمة لندخل بعدها فى معضلة البيضة و الدجاجة فالبروتين يصنعه بروتين اخر و الحمض النووى بلا وظيفة دون بروتينات تفكه و تنسخه و تترجمه و البروتينات لن تنشأ بدون حمض نووى يشفرها و العملية تحتاج الى طاقة و اليات انتاج الطاقة مشفرة فى الحمض النووى...الخ
و بعيدا عن معضلة البيضة و الدجاجة فان مجرد وجود تشفير و ترجمة يشير الى وجود لغة حاملة للمعلومات كاللغة البشرية و علم و تصميم تماما كما يقوم محول البرمجيات Compiler بترجمة برنامج الكمبيوتر من لغة البرمجة التى يستخدمها المبرمج الى لغة الاشارات الكهربائية الصفر و الواحد Machine Language التى تتعامل بها الالات و هو ما يتطلب علما بين مصدر الشفرة و مصدر الترجمة و هو ما فصلنا فيه أكثر عند الحديث عن الحمض النووى t.ly/iFUA
Brend Olaf Kuppers “Information and the Origin of life”: 24-33
ان أبسط خلية ممكنة عند دراستها هندسيا فهى مدينة صناعية كاملة تحتاج الى أسوار عازلة و بوابات تتحكم فى الدخول و الخروج و مولدات طاقة و ماكينات تصنيع و عند دراستها معلوماتيا فهى وحدة معالجة معلومات أو حاسب الى متطور بقرص صلب DNA و RAM/RNA و نظام تشغيل OS
Joana C. Xavier, Kiran Raosaheb Patil and Isabel Rocha "Systems Biology Perspectives on Minimal and Simpler Cells" Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2014 Sep; 78(3): 487–509.
Gregory T. Reeves and Curtis E. Hrischuk "Survey of Engineering Models for Systems Biology" Computational Biology Journal, Volume 2016, Article ID 4106329
النسخ الذاتى و التنظيم:
ان النسخ الذاتى لا يمكن أبدا اختزاله بالشكل المخل الذى يصوره التطوريون كسلسلة رنا تنسخ نفسها ثم تبدأ فى استقطاب و تجنيد recruiting [هذا هو المصطلح المعتوه المستخدم فى كثير من الأدبيات التطورية] سلاسل قصيرة أخرى للقيام ببعض الوظائف ليس فقط بسبب عدم واقعية الرنا أو أى سلاسل أخرى على الأرض البدائية و لكن لأن النسخ الخلوى نفسه عملية معقدة متعددة المراحل فهى تحتاج الى أنابيب دقيقة تجذب نسخ الحمض النووى الى أطراف الخلية و هياكل خاصة فى بنية الحمض النووى تسمى Kinetochore حتى تتصل بها الأنابيب و يتم الجذب (كانت تعتبر خردة حتى وقت قريب بالمناسبة) و تموضع دقيق للحمض النووى و تنسيق لتوقيت العمل لهذا كله و بدون ذلك لا تكاثر و لا حياة
Patrick Viollier et al., “Rapid and Sequential Movement of Individual Chromosomal loci to Specific subcellular locations during bacterial DNA replication” PNAS 9257-62
David Sherratt “Bacterial Chromosome Dynamics” Science 301: 780-85
Iain M. Cheeseman & Arshad Desai, “Molecular architecture of the kinetochore–microtubule interface,” Nature Reviews Molecular Cell Biology 9 (2008): 33–46.
Helder Maiato et al., "The dynamic kinetochore-microtubule interface,” Journal of Cell Science 117 (2004): 5461–5477.
لقد كان الظن السائد أن الحمض النووى للخلايا البدائية كالبكتيريا مبعثر فى الخلية بلا نظام بسبب عدم وجود نواة و لكن أثبتت الأبحاث بعد ذلك عكس هذا الكلام اذ هو متموضع بدقة و انتظام برغم عدم وجود نواة و عند الانقسام تصطف البروتينات المسئولة عن الانقسام على شكل حلقة حول السطح الداخلى لمنتصف الخلية و تساعدها فى ذلك بروتينات أخرى تدعم حركتها و تموضعها ثم تتقلص لتحزم الخلية الى حزمتين
Zemer Gitai and Lucy Shapiro “Bacterial cell division spirals into control” PNAS: 7423-42
Xialo Fu et al., “The MinE ring required for proper placement of the division site is a mobile structure that changes its cellular location during E. Coli division cycle” PNAS : 980-85
Katherine Lemon and Alan Grossman “Localization of Bacterial DNA polymerase: Evidence for a factory model of replication “ Science 282: 1516-19
Joe Pogliano et al., “Multicopy plasmids are clustered and localized in E. Coli” PNAS: 4486-91
أضف الى ذلك أن توزيع عمليات النسخ و الانقسام عبر شجرة التطور قد دفع البعض لافتراض أن هذا المستحيل لم ينشأ مرة واحدة بل مرتين بشكل مستقل
Eugene koonin et al., “Did DNA replication evolve twice?” Nucleic Acids Research 27: 3389-3401
و التنظيم ليس قاصرا على لحظات الانقسام فحسب فالحمض النووى فى الخلية أثناء العمل يتم تنظيمه مكانيا الى نطاقات عمل وظيفية domains/territories يرتبط عمل بعضها ببعض أو تخضع للتنظيم المشترك coexpression/coregulation سواء من نفس الكروموسوم أو من كروموسومات مختلفة و هى خاصية كان الظن أنها قاصرة على حقيقيات النوى المتقدمة فاذا بها و بالبروتينات التى تقوم بها موجودة فى الخلايا "البدائية البسيطة"
Justin M. O’Sullivan, “Chromosome Organizaton in Simple and Complex Unicellular Organisms,” Current Issues in Molecular Biology, 13: 37-42 (2011)
Zimmerman, S.B. (2006). Shape and compaction of Escherichia coli nucleoids. J Struct Biol 156, 255-261
Thanbichler, M., Wang, S.C., and Shapiro, L. (2005). The bacterial nucleoid: a highly organized and dynamic structure. J Cell Biochem 96, 506-521.
Toro, E., and Shapiro, L. (2010). Bacterial chromosome organization and segregation. Cold Spring Harb Perspect Biol 2, a000349.
الهيكل الخلوى:
و هو شبكة من الأنابيب الدقيقة تساعد على تحديد و دعم شكل الخلية من جهة و تعمل كشبكة نقل و مواصلات لتحريك المنتجات عبر أرجاء الخلية من جهة أخرى و تحتوى فى داخلها على انزيمات لمعالجة البروتينات فهى تعمل أيضا ك"سير" أو خط انتاج من جهة ثالثة و قد كان الظن سائدا أن الخلايا حقيقية النوى فقط هى التى تمتلكها و لكن تم اكتشافها فى الخلايا بدائية النوى كذلك و التى تعتبر من منظور تطورى أكثر بدائية.
Zemer Gitai “The new Bacterial cell Biology: Moving parts and subcellular architecture” Cell 120: 577-86
Yu Ling Shih et al., “Division site selection in E. Coli involves dynamic redistribution of Min proteins within coiled structures that extend between the 2 cell poles” PNAS: 7865-70
كما أشارت بعض الدراسات الى نظام الأنابيب الدقيقة هذا يمكن أن يعمل أيضا كناقل اشارت كهربائية لنقل معلومات مختلفة عن بيئة الخلية و وضعها الداخلى بين مكوناتها المختلفة لتفعيل الاستجابات المطلوبة تماما كشبكة اتصالات متقدمة
There is also experimental evidence that microtubules can regulate VDAC ion channels [voltage-dependent ion channels within membranes] in the mitochondria and that microtubules can influence and be influenced by the extracellular matrix (ECM), so that there is a dynamic and ongoing exchange of information between the cytoskeleton and cell exterior...In the case of microtubules, which typically converge on the centrosome, this coarse grain information allows rapid assessment of the overall state of the environment over time. Or in the case of microfilaments, which typically link to protein complexes on the nuclear membrane, the fine-grain information can convey, to the nucleus, detailed information about the spatial and temporal variations of the environment. In prior work we found these information dynamics to be highly optimized.
B. R. Frieden & R. A. Gatenby "Signal transmission through elements of the cytoskeleton form an optimized information network in eukaryotic cells" Scientific Reports volume 9, Article number: 6110 (2019)
بل و من الملفت أيضا أن أحد عوامل تقسيم الخلايا الى شكل أكثر بدائية (بدائيات النوى) و اخر متطور (حقيقيات النوى) لم يكن غياب النواة و التنظيم (و كما بيننا اتضح وجود تنظيم برغم غياب النواة) و الهيكل الخلوى فحسب بل كان غياب العضيات كذلك و هى تشبه أعضاء صغيرة منغلقة على نفسها فى قلب الخلية تقوم بوظائف متخصصة الا أنه قد تم اكتشاف عضيات فى بدائيات النوى عبارة عن كبسولات من قشرة بروتينية تعزل الانزيمات المسئولة عن بعض التفاعلات الحساسة و التى تتأثر ببيئة الخلية الداخلية و تحتوى على مسام لجلب المواد المطلوبة من الخلية
Cheryl A. Kerfeld et al., “Protein Structures forming the shell of primitive bacterial organelles” Science 309: 936-38 (2005)
Yeates, T. O., et al. (2007). Self-assembly in the carboxysome: a viral capsid-like protein shell in bacterial cells. Biochem. Soc. Trans. 35, 508–511
Yeates, T. O., Thompson, M. C., and Bobik, T. A. (2011). The protein shells of bacterial microcompartment organelles. Curr. Opin. Struct. Biol. 21, 223–23
Laura A. van Niftrik et al., "The anammoxosome: an intracytoplasmic compartment in anammox bacteria" FEMS Microbiology Letters, Volume 233, Issue 1, April 2004, Pages 7–13,
تعمل هذه العضيات ك"ورش عمل" منغلقة على نفسها و قد كان التبرير التطورى للعضيات هو المهزلة المسماة بالنشوء التعايشى و التى استعرضناها سابقا t.ly/fSO0 و القائلة باختصار أن بعض الخلايا قد ابتلعت زميلاتها لتنشأ العضيات...ترى ما الذى ابتلعته الخلية البدائية هى الأخرى هذه المرة حتى تنشأ لها مصانع مصغرة؟
و فى اطار الفراغ الدائم الذى تشعر به الخلايا الأولى فيبدو أنها قد قررت تعلم الغزل و النسيج كذلك اذ يتم غزل الحمض النووى بدقة حول بروتينات متخصصة تسمى الهستونات لتنظيمه فى هياكل مضغوطة تسمى Nucleosomes فى شكل من أشكال ضغط البيانات الى جانب الضغط الموجود فى الشفرة الجينية ذاتها
K sandman et al., “Molecular components of the archaeal nucleosome" Biochimie 83(2):277-81
الغشاء
ان غشاء الخلية ليس فقط كومة من نوع واحد من الدهون كما يحدث فى التجارب سالفة الذكر بل يتكون من أنواع متعددة من الدهون تنتظم على شكل طبقتين غير متماثلتين من الداخل و الخارج و هذا مهم جدا للحفاظ على الحياة و نسب المكونات المطلوبة تختلف بين الداخل و الخارج و يتألف من الكثير من الهياكل المختلفة من الدهون بنظائر محددة و هذا التنوع مهم وظيفيا
Philippe Devaux “Static and dynamic lipid asymmetry in cell membranes” Biochemistry 30: 1163-73
W. Dohan “Molecular Basis for membrane phospholipid diversity: why are there so many lipids?” Annual Review of biochemistry 66: 199-232
و لا يقتصر تصميم الغشاء فقط على الحفاظ على شكل وظيفى محدد بين الخارج و الداخل بل بتنظيم الدهون المتجاورة فى أماكن محددة لصناعة مناطق تتباين فى مستوى اللين/الصلابة و بالتبعية تتباين فى كيفية التعامل و التفاعل مع البروتينات المغروسة فى الغشاء وفقا للوظيفة المطلوبة بل و تصنع أحيانا نقاط قفز موزعة مكانيا بعناية لنقل الاشارات و غيرها من الخصائص التى تحتاج الى الاختلاف بين منطقة و ما يجاورها
Signaling networks are also subject to exquisite spatial regulation...recent results have refocused attention on the crucial role of lipid rafts and plasma membrane nanodomains in signal transmission. We identify common design principals that highlight how the spatial organization of signal transduction circuits can be used as a fundamental control mechanism to modulate system outputs in vivo
Angus S Harding and John F Hancock "Using plasma membrane nanoclusters to build better signaling circuits" Trends Cell Biology 2008 Aug;18(8):364-71
Ras proteins occupy dynamic plasma membrane nanodomains called nanoclusters...Signal transmission is completely dependent on Ras spatial organization and fails if nanoclustering is abrogated. A requirement for high-fidelity signalling may explain the non-random distribution of other plasma membrane signalling complexes...Plasma membrane lateral heterogeneity imposes non-random distributions on proteins across different types of transient, nanoscale domain. The selective concentration of signalling proteins into discrete nanodomains on the plasma membrane has been proposed to increase the efficiency and specificity of signalling events...Collecting these results together, we conclude that Ras nanoclusters must operate as sensitive switches to generate the high-fidelity signal transmission across the plasma membrane that occurs in living cells.
without functional nanoclusters on the plasma membrane, the cell cannot be activated, irrespective of the strength of input...From these data we conclude that nanoclustering on the plasma membrane is essential for Ras signal transduction.
Tianhai Tian et al., "Plasma membrane nanoswitches generate high-fidelity Ras signal transduction" Nature Cell Biology volume 9, pages905–914 (2007)
Marc Bramkamp and Daniel Lopez "Exploring the existence of lipid rafts in bacteria" Microbiology and Molecular biology reviews 79(1):81-100
Miles Housley and Keith Stanley “Dynamics of Biological membranes: Influence on synthesis, structure and function”: 51, 65, 105-125
Donald Engelman “Membranes are more mosaic than fluid” Nature 438: 578-80
G. Vereb et al., “Dynamic yet structured” PNAS 100: 8053-58
أى أن بنية الغشاء مهندسة رأسيا و أفقيا لتمكين الوظائف و ليست مجرد تكدس عشوائى للدهون و هذا لا يحدث بسبب التفاعلات العشوائية الطبيعية أبدا و ما يزيد على ذلك هو قدرة الخلايا على تعديل هذه البنية وفقا للظروف البيئية من درجات حرارة و ملوحة و جهد كهربائى و فى بعض الأحيان باستخدام "تصاميم بديلة" مخزنة فى الجينات التى كان يظن أنها خردة و زائفة مما يشى بدرجة عالية من العلم و المعرفة و البرمجة المسبقة فى هذه الكائنات البسيطة أحادية الخلية لتعديل التصميمات وفقا للظروف
PSEUDOGENES AS RESERVOIRS FOR GENERATING GENETIC DIVERSITY
Evgeniy S. Balakirev and Francisco J. Ayala "Pseudogenes: Are They “Junk” or Functional DNA?" Annual Review of Genetics Vol. 37:123-151
A. J. Jim et al., “A singular state of membrane lipids at cell growth temperatures” Biochemistry 38: 13275-78
Stanislov et al., “Turning the membrane surface potential for efficient toxin import” PNAS 99: 8654-59
ومن الملفت أيضا أن النوعين الأساسيين من بدائيات النوى البكتيريا و العتائق يستخدمان دهونا مختلفة فى بناء غشاء الخلية بسبب تباين البيئات حيث تعيش العتائق فى بيئات ذات ظروف أكثر قسوة عادة من حيث درجة الحرارة و مستويات الحموضة و الملوحة...الخ فتستخدم دهونا مختلفة أكثر كلفة فى الانتاج و لكنها تجعل الغشاء أكثر مقاومة و هذا الفارق the lipid divide طبعا أنتجه التطور العشوائى بطريقة ما و لا تسأل كيف و لا ما مدى واقعية السيناريوهات المقترحة؟ أو ربما كانت هذه الأغشية عالية المقاومة هى الأصل (و هذا هو الأوقع بسبب ظروف بيئة الأرض الأولى القاسية) و طبعا التفاعلات العشوائية فى بيئة الأرض البدائية صنعت الدهون المقاومة خصيصا من أجل حماية الخلية الأولى من ظروف البيئة القاسية
Parkson Lee-Gau Chong "Archaebacterial bipolar tetraether lipids: Physico-chemical and membrane properties" Chemistry and Physics of Lipids Volume 163, Issue 3, March 2010, Pages 253-265
Antonella Caforio and Arnold J.M. Driessen "Archaeal phospholipids: Structural properties and biosynthesis" Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids Volume 1862, Issue 11, November 2017, Pages 1325-1339
Daniel Balleza et al. "Ether- versus Ester-Linked Phospholipid Bilayers Containing either Linear or Branched Apolar Chains" Biophysical Journal VOLUME 107, ISSUE 6, P1364-1374, SEPTEMBER 16, 2014
G Dennis Sprott "Archaeal Membrane Lipids and Applications" eLS 15 August 2011
أضف الى ذلك أن الغشاء يحتوى على بوابات متخصصة و مجسات متحركة و مضخات ميكانيكية من أنابيب مرنة تحيط بها محركات دوارة و أذرع الية للضغط حتى تجلب المكونات المطلوبة من الخارج و تتخلص من المواد الضارة من الداخل و بدونها لن تتمكن الخلية من التحكم فيما يدخل و يخرج منها و بالتبعية ستموت أى أن هذه الهياكل يجب أن توجد مع الغشاء الذى يعزل الخلية الأولى عن بيئتها حتى تتمكن من ادخال الغذاء و طرد المواد الضارة و يجب أن تكون هياكل متخصصة جدا حتى لا تطرد ما هو مطلوب أو تدخل ما هو مؤذى
Shimon Schuldiner “The ins and outs of Drug Transport” Nature 443: 156-157
Satushi Murakami et al., “Crystal Structures of a multidrug transporter reveal a functionally rotating mechanism” Nature 443: 173-79
Markus A. Seeger et al., “Structural Asymmetry of AcrB Trimer suggests a Preistaltic Pump Mechanism” Science 313: 1295-98
Poetsch, A. and D. Wolters, Bacterial membrane proteomics. Proteomics, 2008; 8: 4100–4122.
Dingjan T, Futerman AH. The fine-tuning of cell membrane lipid bilayers accentuates their compositional complexity. BioEssays 2021; 43:202100021
حتى المسام Aquaporins التى ربما تبدو أقل تعقيدا من المضخات و كأنها مجرد قنوات تحتاج الى تسلسل دقيق جدا لتكوينها حتى تضع شحنات محددة سالبة أو موجبة فى مواضع محددة على طول القناة حتى تؤثر على ما يمر منها و ما لا يمر
David F. Savage et al., “Architecture and selectivity in Aquaporins” PloS Biology 1, no.3
Erir Beitl et al., “Molecular Dissection of water and Glycerol permeability of the Aquaglyceroporin from Plasmodium Falciparum by mutational analysis” PNAS 101: 1153-58
Bert de Croot and Helmut Grubmuller “Water Permeation across Biological membranes: Mechanism and dynamics of Aquaporin 1 and GlpF” Science 294: 2353-57
و من محاسن الصدف أن التفاعلات الكيميائية العمياء و هى تصنع غشاء الخلية قد اختارت سلاسل هيدروكربون يتراوح طولها بين 16 و 18 ذرة كربون و هو الطول المثالى المطلوب للعميات الحيوية مع أن هذه التفاعلات لا تملك سببا كيميائيا للتوقف عند هذا الطول أبدا أو تفضيله الا أن الصدف الجميلة لم تتوقف عن هذا الحد اذ تصادف أن كل البروتينات الوظيفية سابقة الذكر و المطلوبة للحياة من مضخات و محركات مغروسة فى الغشاء قد "ظهرت" هى الأخرى بالطول الذى يجعلها مناسبة لسمك الغشاء (نحو 5 نانومتر)
David E. Green and Robert F. Goldberge “Molecular Insights into living processes
Arthur E. Needham “The uniqueness of Biological materials”
يحتوى الغشاء أيضا على زوائد تسمى glycans تقوم بأداء أدوار حيوية للخلية و تحتاج الى عشرات الانزيمات المتخصصة لصناعتها و يمكن ترتيب مكوناتها بمليارات الطرق الخاطئة ان ترك الأمر لمجرد التفاعلات. كل هذا و نحن نتحدث عن الغشاء فقط و لم نتطرق الى الخلية بالكامل و كل هذا لا علاقة له من قريب أو من بعيد بكرة الدهون التى أسموها خلية بدائية
Roger Laine “Invited Commentary: A calculation of all possible Oligosaccharide Isomers, both branched and linear yields 1.05*10^12 structures for a reducing hexasaccharide: The Isomer barrier to development of Single method saccharide sequencing or synthesis systems” Glycobiology 4, no. 6: 759-767
J. Thomas and F. Rana “The influence of environmental conditions, lipid composition and phase behavior on the origin of cell membranes” Origins of life and evolution of biospheres 37: 267-85
الطاقة
ان اليات الخلية لن تعمل من تلقاء نفسها فهى-كأى الة وظيفية-تحتاج الى طاقة و لذلك فان ظهورها يجب أن يصحبه ظهور اليات انتاج الطاقة و نفس الأمر ينطبق على كل الالات الجزيئية الأخرى كالمضخات الموجودة فى الغشاء و الا انعزلت الخلية تماما و لم يعد بامكانها ادخال الغذاء و المواد المهمة من الخارج. يتم توليد الطاقة فى أعشية الخلايا و العضيات عن طريق عملية نقل الالكترونات (جسيمات دون ذرية من مكونات الذرة) تسمى Electron Transport Chain سلسلة نقل الالكترونات و هى أساسية لتوليد الطاقة فى كل أشكال الحياة
ان سلاسل نقل الالكترونات هذه تعمل وفق مبادئ فيزياء الكم اذ توجد بلورات من ذرات الحديد و الكبريت موزعة على طول الغشاء بمسافة بين 14-15 أنجستروم 10-10متر و مرتبة بحيث تكون قابلية تلقى الالكترون affinity تتدرج من الأقل الى الأعلى على طول السلسلة و فى كل مرحلة من السلسلة يقوم الالكترون أثناء عبوره بتشغيل مضخات من البروتينات لضخ جسيمات أخرى (البروتونات موجبة الشحنة) عبر الغشاء لتوليد فرق جهد كهربائى اخر يتم استغلاله فى وظائف أخرى كنقل بعض المكونات عكس الاتجاه الطبيعى للتركيز بسرعة تصل الى 10^5 ضعف من سرعة الحركة الطبيعية و كأن الخلية قد بنت سير (خط نقل) جزيئى أفضل من الموجود فى المصانع أو تشغيل محركات أخرى مثل انزيم ATP Synthase و الذى يقوم بدوره بتصنيع جزيئات الطاقة (البطاريات) التى يستخدمها كل شئ فى الخلية ليعمل و غيرها من الوظائف و الحقيقة أن هذا "الابتكار التطورى" سببه أن محاولة صناعة بطاريات الطاقة atp بشكل مباشر فقط سيؤدى الى اهدار فى طاقة التفاعل. تخيل مثلا تفاعل تكفى طاقته لانتاج 1.5 جزئ atp سينتج جزئ واحد و سيتم اهدار باقى الطاقة لأنه كيميائيا لا يوجد ما يسمى نصف جزئ atp و لكن تحويل الطاقة الى وسيط (فرق جهد البروتونات عبر غشاء الخلية) يمكن الخلية من تخزينها ثم استخدامها دفعة دفعة لصناعة البطاريات دون اهدار و طبعا نشكر اليات التطور العمياء على رؤيتها الثاقبة و بصيرتها النافذة التى هندست حلا لحصاد الطاقة بشكل أكثر فعالية بدلا من الاعتماد على التفاعل المباشرر فقط. و قد وصف نيك لين الحاصل على جوائز عن أعماله فى مجال الكيمياء الحيوية الية توليد الطاقة بهذا الشكل بأنها مشابهة لأفكار كبار عباقرة الفيزياء "كأفكار أينشتاين و شرودنجر و هايزنبرج"
Gradients break that cycle. It's not quite true to say that the reaction of CO2 with H2 releases enough energy to make 1 ATP: it's actually enough to make 1.5 ATPs. But of course there's no such thing as 1.5 ATPs, at least not by stoichiometric chemistry; so the spare energy from the reaction, as chemistry, is lost (Figure 4). But that doesn't happen with a gradient (Figure 5). In principle, a reaction can be repeated over and over again, just to pump a proton over a membrane. When enough protons have accumulated, the proton motive force powers the formation of ATP. So a gradient allows cells to save up protons as "loose change", and that makes all the difference in the world — the difference between growth and no growth, life and no life.
Nick Lane "Why Are Cells Powered by Proton Gradients?" Nature Education 3(9):18 (2010)
Nick lane “The Vital Question: Why is life the way it is?” p.13 , 69-71
Robert Crichton “Biological inorganic chemistry” p.184-187
(و هو تطورى بالمناسبة أى أنه يمتلك كل الأسباب الأيديولوجية التى تدفعه للتسفيه من الضبط الدقيق و الاحكام و الاتقان و القول بالعشوائية لدرجة أن وصلت به الدوغمائية مع الأسف الشديد لتفسير الأمر بأننا تطورنا بسبب تكون هذه الالية العبقرية بالصدفة على بعض التشكيلات الصخرية فى الأرض البدائية و أن سلفنا الأول Proton powered rock صخرة تعمل بالطاقة البروتونية فى انتصار صارخ للأيديولوجيا على صوت العقل و المنطق و هى فرضية مردودة علميا لأن الصخور لا يمكنها صناعة نفس الفارق الذى تقوم به جدران الخلايا)
Jackson JB. Natural pH gradients in hydrothermal alkali vents were unlikely to have played a role in the origin of life. J Molecular Evolution. 2016: 83; 1-11.
و طبعا لانقاذ الموقف أمام هذا الدليل الحاسم على العلم و الاتقان و التصميم ينبغى أن يتم ذكر "الاله البديل" لتلافى الحقيقة
This is precision nanoengineering of the highest order, a magical device, and the more we learn about it the more marvelous it becomes...Some see in it proof for the existence of God. I don’t. I see the wonder of natural selection.
Lane N, The Vital Question. 2016
فبعد وصف الهندسة المتقنة يسارع لين للتأكيد أن هذا ليس دليلا على وجود اله و العياذ بداروين بل هو الانتخاب الطبيعى...يحاول لين انقاذ الموقف بالحديث عن تفاعل كيميائى ينتج أدينوسين ثلاثى الفوسفات و بالتالى يصلح كحلقة انتقالية...الأسلوب العتيد لنظرية التطور فى مراوغة الأدلة و الحقائق بالقاء أبحاث و أوراق علمية لا تحل المشكلة و اعتبارها حلا...هل وجود طرق فى الطبيعة لتوليد الكهرباء معناه أن السدود و توربينات توليد الطاقة الخاصة بها قد بنيت بأخطاء النسخ على هذه الوسائل الطبيعية؟ كيف يفسر وجود تفاعل ينتج ATP عملية بناء مضخات و جدار خلية و توربينات توليد طاقة؟ نعود للحشو الكلامى المعتاد...خطوة خطوة...لابد أن الخطوات كانت مفيدة (و لا تسأل من أين جاء هذا ال"لابد").بعض البكتيريا تستخدمه استخدام مختلف...المكونات تستخدم فى أشياء أخرى فدمجها التطور...الى اخر الكلام الفارغ الذى لا ينتهى...اذا ما علاقة وجود التفاعل بالموضوع طالما عدنا الى نفس الفرضيات التطورية من جديد و كأن شيئا لم يكن؟...أنه أسلوب قنابل الدخان و التشغيب على الحقائق لمداراة سوأة نظرية التطور و اعطاء الايحاء بأن لديها تفسيرات و مراحل انتقالية وظيفية...طبعا كل هذا و نحن لم نتحدث عن أن التفاعلات التى تحدث فى المعامل كتلك التى يشير اليها لين و زملاؤه من التطوريين لا تخضع أبدا لفوضى بيئة الأرض البدائية و عواملها المدمرة التى ذكرناها سابقا عند الحديث عن الحساء البدائى. هل ثبت للانتخاب الطبيعى أيا من هذه القدرات الخارقة التى تنسسب له؟ هل يوجد طريق لصناعة محرك كهذا خطوة خطوة؟ أم أنها مجرد صيحات تقديس كالتى كان يطلقها عبدة الطبيعة قديما و هم يشاهدون البرق و يسمعون الرعد ظنا منهم أنها غضبة الهة الطبيعة جايا فى أساطير الاغريق؟ هل ثبت للانتخاب الطبيعة القدرة على انتاج الانزيمات المختلفة التى تنتج ATP Synthase؟ و تنسيق و ترتيب عملها بالشكل الصحيح؟
Vu Huu, K.; Zangl, R.; Hoffmann, J.; Just, A.; Morgner, N. Bacterial F-type ATP synthases follow a well-choreographed assembly pathway. Nature Communications 2022: 13; 1-13.
و الانزيمات التى تنتج أدينوسين ثنائى الفوسفات ليتم تحويله الى ثلاثى الفوسفات؟
Voet, D.; Voet, J. G.; Pratt, C. W. Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2013. Figure 23-1.
المضخات؟ الغشاء؟ أى شيء من الصفر؟ أم أن الانتخاب الطبيعى دوره أن يكون مصطلح أجوف نملأ به مكان كلمة الاله حتى نتظاهر بأن الالحاد "متكامل فكريا" كما تقول جملة دوكنز الشهيرة عن أهمية داروين؟
و هذه الطريقة العبقرية المركبة من أجزاء متعددة مضبوطة بدقة و تعمل معا لتحقيق النتيجة من بلورات و مضخات و محركات يتألف كل منها من أجزاء معقدة و طبعا الغشاء نفسه (أى لا يمكن أن تظهر خطوة خطوة) و بدونها لا طاقة و لا حياة لذا تعتبر هى الطريقة المعتمدة فى كل الخلايا بما فى ذلك السلف المشترك المزعوم تطوريا LUCA Last Universal Common Ancestor
Nick Lane, John Allen and William Martin “How did Luca make a living? Chemiosmosis in the origin of life” BioEssays 32, no. 4 (2010): 271-280
و طبعا توليد جزيئات الطاقة ATP لا معنى له بدون وجود انزيمات أخرى تحللها لاطلاق ما فيها من طاقة و استخدامها وظيفيا كانزيمات ATPase و التى تم دمجها فى بعض التصميمات الدقيقة للمهندسين و العلماء و استخدامها بنجاح كمحركات لأجهزة مصممة بتكنولوجيا النانو (صناعة الالات الميكروسكوبية متناهية الصغر)و هى تكنولوجيا معقدة عالية التصميم و الاتقان لا تنشأ لأن بعض العناصر تفاعلت مع بعضها
Ricky Soong et al., “Powering an Inorganic Nano device with a biomolecular motor” Science” Science 290: 1555-58
و فى النهاية لا يجد التطورى مهرب سوى محاولة الاشارة الى أنظمة أخرى يمكن أن تتطور منها هذه المنظومة مثل بعض عمليات الأيض اللاهوائى أو التخمر دون أى تفسير لكيفية تطور الانزيمات و عمليات الأيض الخاصة بهذه الأسلاف المفترضة ذاتها و لا كيف تحولت الى منظومة التنفس النهائية و كما جرت العادة يتم البحث عن أى شيء ليتم رسم سهم بينه و بين الاخر فمثلا يخبرنا التطوريون أن الكائنات التى تعتمد على عمليات التخمر fermenters تقوم بانتاج طاقتها بتفاعل مختلف و تستخدم هذا المحرك استخدام اخر...و السؤال ببساطة ما علاقة كون كائن يستخدم تفاعل مختلف فى كونه مرحلة نحو نشأة هذا المحرك خاصة و أنه يمتلك المحرك أصلا و يستخدمه استخداما اخر؟ هنا يقول لك التطورى بكل ثقة أن لتطور يعيد استخدام هذه الاليات لأهداف مختلفة و لكنه فى الواقع من جديد يناور و يتجنب شرح كيف نشأت بغض النظر عن استخدامها و الأهم من ذلك أن هذه البكتيريا لا تصلح أبدا كخطوة أولى لأنها تلوث بيئتها لدرجة قد تقتل بها نفسها لو لم تتواجد البكتيريا ذات عمليات الأيض الأخرى معها.
و لأن أول شكل من أشكال تصنيع الطاقة و الغذاء ظهر كان هو التمثيل الضوئى فى البكتيريا و الذى لا يعمل الا نهارا فان البكتيريا البدائية قد ثبت امتلاكها لالية لتنظيم عمل هذه المولدات لحفظ الطاقة ليلا مع وجود نظام ادراك وقت circadian clock لتحديد موعد بدء العمل و موعد الدخول فى حالة حفظ الطاقة
"Indeed, cyanobacteria possess a true circadian clock and use it to commit resources for the deployment of new photosynthetic machinery precisely before dawn, providing testament to the fact that the ATP synthase remains active far into the night, albeit at lower rates that match lower nocturnal metabolic fluxes."
Robert L. Burnap "Bioenergetics: To the dark side and back with cyanobacterial ATP synthase" Current Biology VOLUME 32, ISSUE 1, PR34-R36, JANUARY 10, 2022
و فى المقابل عند اشتداد الضوء تقوم البكتيريا باعادة هيكلة شبكة التقاط و نقل الطاقة الضوئية حتى تشتت أكبر قدر ممكن من الطاقة الزائدة فلا تؤذيها
"Based on our observations we propose a model where in the hydrated state the organized rod structure of the light-harvesting phycobilisome supports directional EET[efficiency of excitation energy transfer] to reaction centers with minimal losses to thermal dissipation. In the desiccated state this structure gives way to more random aggregates. The resulting EET path exhibits increased coupling to the environment and enhanced quenching. This energy dissipation mechanism is completely reliant on changes in aggregation state of phycobilisome components"
"A random network of intermediate coupling through the PC aggregates will generate long and convoluted EET paths and a band gap structure with many localized states that couple well to the wide frequency of environmental thermal noise"
Leeat Bar Eyal et al., "Changes in aggregation states of light-harvesting complexes as a mechanism for modulating energy transfer in desert crust cyanobacteria" PNAS August 29, 2017 114 (35) 9481-9486
[ربما يبدو هذا خارجا عن اطار الحديث عن الخلية الأولى و لكن أشكالا أبسط من الخلية بكثير كالفيروسات تضم هياكل معقدة هى الأخرى لدرجة أن يجادل الكثير من العلماء بامكان استخدامها لبناء الالات المجهرية النانو سواء المستخدمة فى الهندسة الوراثية أو غيرها من التطبيقات
Peixuan Guo “Bacterial virus 29 DNA packaging motor and its potential applications in gene therapy and nano technology” Methods in Molecular Biology 300: 285-324
Joe Alper “Chemists look to follow Biology Lead” Science 295: 2396-97
Nardian Seeman and Angela Belcher “Emulating Biology: Building Nanostructures from Bottom up” PNAS: 6451-55
George M. Whitesides “The once and Future Nanomachine” Scientific Americam: 78-83
اذا كانت أبسط الخلايا-بل و الفيروسات التى لا ترقى لأن تصنف كخلايا أصلا تحتوى على الات مجهرية تستفيد منها التكنولوجيا الحديثة فأى عقل و منطق يقول أنها نشأت من تفاعلات غير هادفة فى أخلاط كيميائية عشوائية]
ان نفس هذه الخصائص هى ما تستخدمه الخلايا على نطاق أوسع فى الكائنات المعقدة ليس فقط لتوليد الطاقة و لكن لتوليد الاشارات العصبية كذلك المطلوبة للرؤية و السمع و غيرها من الوظائف مما يشير الى أن هذا التصميم الأولى قد تم اعداده بعلم و حكمة لا متناهيين ليشكل حياة وظيفية فى حد ذاته و يسمح بتنويعات وظيفية أخرى كثيرة و متشعبة فيكون النواة و حجر البناء فى أشكال أخرى من الحياة
و بعيدا عن كونها لبنة حياة مصممة من عدمه نعود الى الخلية البدائية البسيطة التى يبدو واضحا أن متطلباتها لا علاقة لها لا بالبساطة و لا البدائية. طبعا كل هذا و نحن لم نتحدث بعد عن تشفير كل هذا فى حمض نووى أو رنا و تصنيعه من مكوناته المطلوبة. يجب على الخلية أيضا أن تكون ملمة بالجدول الدورى و خصائص العناصر فيه حتى تنتخب العناصر الصحيحة لصناعة البلورات التى تمرر الالكترونات اذ ليست كل العناصر تصلح لتمريرها ثم ترتبها بالشكل الصحيح من الأقل قابلية الى الأعلى حتى يتم الانتقال. كما يجب على الخلية أيضا أن تفهم أنها بحاجة الى بناء فارق فى الشحنة الكهربائية بين داخلها و خارجها حتى تستخدمه بعد ذلك و متى و كيف تستخدمه اذ أن مجرد ضخ البروتونات الموجبة خارج الخلية لبناء فارق الجهد لن ينفع الخلية بشئ ما لم تمتلك قنوات الدخول و محركات استخدام الدخول لتوليد الطاقة و المام بقواعد الفيزياء و الكيمياء!!!يجب أيضا أن يتم انتقاء الجزئ حامل الطاقة بدقة اذ يقول بيتر أتكنز و هو الملحد التطورى أن الفسفور فى صورة جزئ أدينوسين ثلاثى الفوسفات ATP شائع الاستخدام فى الخلايا هو أفضل عملة ممكنة لنقل الطاقة دون اهدار... يبدو أن "التطور”...بكل شئ عليم!!!
Peter Atkins “The Periodic Kingdom” p.27
مراقبة الجودة و التصحيح:
كما تمتلك الخلايا-كأى مصنع محترم-أيضا اليات لمراقبة الجودة و اعادة تدوير المنتجات التالفة عن طريقة وسمها بجزئ كعلامة تلف تمهيدا لاعادة تدويرها عن طريق بروتينات متخصصة Proteasome أو غيرها من الاليات و قد كان الظن قديما أن الية الوسم غائبة عن الخلايا "البدائية" ثم بدأ الاكتشافات تتوالى بوجودها فى الكثير منها
Subrata Ganguli and Ratna Prabha "Pups, SAMPs, and Prokaryotic Proteasomes" Proteases in Physiology and Pathology pp 421-434
Zhongwei Lei et al., “RNA Quality control: Degradation of defective transfer RNA” Embo Journal 21: 1132-38
Zhuan-Fen Cheng et al., “Quality Control of Ribosomal RNA mediated by polynucleotide phosphorylase and Rnase” PNAS 100: 6388-6393
Michael Ibba and Dreter Soll “Quality control mechanisms during translation” Science 286: 1893-97
و الأرجح هو أن هذه الالية ضرورية للخلية الأولى فهى ليست ترفا لأن غيابها معناه حتما دخول بروتينات معيبة بكثرة الى الخلية فى أثناء دورة حياتها و هذه اما أن تتكتل معيقة العمليات الخلوية الأخرى أو تلتصق ببروتينات أخرى تعيقها عن العمل أو على أفضل تقدير تبدأ العمل بشكل معيب فتصنع بروتينات معيبة أكثرو تقود الى نفس سيناريو التكتل والخلل و الموت و هو ما يسمى error catastrophe خاصة و أن الكثير من الظروف التى تؤثر سلبا على تطوى البروتينات حاضرة بقوة فى بيئة الأرض البدائية
modern organisms undergo an error catastrophe from which they cannot recover, as has been shown in the cases of viruses, aging, in evolution and in macromolecular replication in early life
Garte S. Evidence for Phase Transitions in Replication Fidelity and Survival Probability at the Origin of Life. BioCosmos. 2021 1(1):2-10.
the cell’s degradative machinery must have evolved initially to serve a more fundamental homeostatic function — to serve as a quality-control system that rapidly eliminates misfolded or damaged proteins whose accumulation would interfere with normal cell function and viability...prokaryotes had evolved elaborate proteolytic machinery to destroy misfolded proteins rapidly...If such typical extracellular proteases were free in the cytosol, they would quickly convert the cell into a bag of amino acids. The fundamental problem that evolution had to solve was how to provide cells with the capacity to destroy misfolded or damaged proteins rapidly without the non-specific destruction of essential cell constituents….[Also check Box 1]
Alfred L. Goldberg "Protein degradation and protection against misfolded or damaged proteins" Nature volume 426, pages895–899 (2003)
Joyce and Orgel “Prospects for understanding” 8-13
Jamie Bacher et al.; “Inhibited cell growth and protein Functional changes from an editing defective tRNA synthetase” PNAS 102: 1697-1701
Joeng Woong Lee at al.; “Editing Defective tRNA synthetase causes protein misfolding and neurodegeneration” Nature 443: 50-55
Michael Denton “Evolution: A theory in Crisis” : 264-68
و هنا قد يجادل البعض بأنه لو كان هناك تصميم و مراقبة جودة لما كانت هناك أخطاء نسخ و أمراض و الحقيقة أنه لو كان هناك تفاعلات عشوائية و أخطاء نسخ مجردة لما كان هناك أى شئ أصلا لا خلية و لا كائنات حية و لكن اجابة على السؤال فان هناك دائما موازنة بين عدة عوامل فى أى تصميم فهناك حد أقصى من الدقة و مراقبة الجودة يجب عدم تجاوزه مراعاة للمتطلبات الطاقة فى قلب الخلية و لسرعة العملية و قدرتها على ملاحقة متطلبات الحياة و هو ما يسمى Pareto Optimization و الذى ناقشناه بالأعلى
خوارزميات البحث و مخازن المعلومات الاحتياطية
تحتوى حتى الخلايا البكتيرية البسيطة على خوارزميات للبحث search algorithms مثل ما يسمى بنظام الانقاذ البكتيرى Bacterial SOS Process حيث تمتلك البكتيريا عدة أنواع من انزيم DNA Polymerase المسئول عن نسخ الحمض النووى أحدها دقيق النسخ DNA Ploymerase 3 و الاخرين غير دقيقى النسخ DNA Polymerase 2/4/5 و بمجرد التعرض لظروف بيئية قاسية تقوم البكتيريا بالانتقال من الانزيم دقيق النسخ الى الانزيمات غير دقيقة النسخ لتطفير الجينات المنسوخة و تبدأ فى استهداف جينات بعينها و ليس كل الجينات فمثلا فى حال وجود ضغط بيئى متعلق بالغذاء تبدأ عملية استهداف مركزة للجينات المسئولة عن مسارات الأيض و الغذاء.
Gregory Mckenzie et al., "The SOS response regulates adaptive mutation" PNAS 97 (12): 6646-6651
Joshua D. Tompkins et al., "Error-Prone Polymerase, DNA Polymerase IV, Is Responsible for Transient Hypermutation during Adaptive Mutation in Escherichia coli" Journal of Bacteriology
Gregory J McKenzie et al., "SOS Mutator DNA Polymerase IV Functions in Adaptive Mutation and Not Adaptive Amplification" VOLUME 7, ISSUE 3, P571-579, MARCH 01, 2001
Susan M. Rosenberg "EVOLVING RESPONSIVELY: ADAPTIVE MUTATION" Nature Reviews, Genetics Volume 2: 504-515
و طبعا ستجد الأبحاث و الأدبيات التطورية تؤكد لك أن هذه عملية داروينية بحتة و أنها فى منتهى التطور و أنها لا تستهدف انتاج جينات نافعة أو احداث طفرات نافعة لأنهم يعلمون جيدا تبعات هذه الكشوف على التطور الداروينى. لم يقل أحد من نقاد التطور أن البكتيريا تحدث طفرة بعينها فى جين بعينه لتشغيله أو تحسينه انما الالية تقوم باستقدام انزيمات نسخ حمض نووى عالية التطفيرخصيصا عند التعرض لمشكلة ثم تبدأ فى تكرار نسخ المشغلات Operons المتعلقة بالضغط البيئى الحالى بالذات (كنقص الغذاء مثلا) من أجل احداث أكبر قدر ممكن من التطفير و بالتبعية أكبر قدر من التنويع لحين العثور على حل أو على أقل تقدير توفير نسخ كثيرة من الجينات لمضاعفة القدرة على العمل ثم بعد انتهاء المشكلة تعود الى النواسخ العادية و بالتبعية هى الية بحث هادفة و منظمة و مبرمجة بوضوح و تعمل بناء على رصد للبيئة و لا علاقة لها بمعدلات حدوث الطفرات العادية فى الكائنات الحية التى يعتمد عليها الانتخاب الطبيعى للتصفية بعد الحدوث.
و هذه الالية ليست ترفا بل هى ضرورية للتعامل مع متغيرات البيئة القاسية و ما أكثرها فى بيئة الأرض الأولى و من اليات التأقلم مع المتغيرات البيئية أيضا ما يسمى بالينقولات transposons و التى كان يفترض كونها مجرد فيروسات ضرب الخلية فاذا بها الات تنظيمية تستهدف مواقع معينة و تقوم بتفعيل جينات معينة استجابة لتغيرات بيئية معينة فمثلا تقوم بتفعيل جين مسئول عن الاستفادة من مادة غذائية معينة عند توافرها فى البيئة من أجل تجنب اهدار موارد الخلية على تفعيل جينات موارد غير موجودة فى البيئة
Milton H. and Zhongge Z "Control of Transposon-Mediated Directed Mutation by the Escherichia coli Phosphoenolpyruvate:Sugar Phosphotransferase System" Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology 2015;25(2-3):226-33
Barry Hall "Transposable elements as activators of cryptic genes in E.coli" Genetics 107, 181-187
من جديد و بغض النظر عن اللغة التى يحاول كثير من التطوريين صياغة العملية بها نحن أمام عمليات منظمة بدقة لرصد البيئة ثم البحث فى الجينوم عما يمكن استخدامه للتجاوب معها سواء كان جينات "احتياط"جاهزة للعمل تحتاج الى استهدافها لتشغيلها أو جينات تحتاج الى عملية نسخ/تكثير/تنويع خاصة بها دونا عن باقى الجينوم من أجل البحث عن حل للتجاوب مع البيئة و هو ما يشى بعملية برمجة شبيهة بأنظمة الذكاء الصناعى و ليس مجرد انتظار معدلات التطفر الطبيعية للخلية. انها عمليات منطقية Boolean logic معروفة فى البرمجة: If...then...else
و لتوضيح الفارق بين هذه العملية البحثية و التطور تخيل استخدام محرك بحث جوجل مقارنة بالانتقاء العشوائى من كل صفحات الانترنت بهدف الوصول الى مواقع تتحدث عن موضوع معين. ان كون جوجل لن يأتى لك بالموقع المنشود فقط و من أول مرة لا ينفى أنه برنامج بحث مصمم على مستوى عال من الدقة و يقود الى نتائج ما كنت لتصل اليها أبدا عبر التطفر-عفوا أقصد التصفح-العشوائى. ان وجود خطط طوارئ مثل هذه بأدوات تنفيذها عند الشعور بالخطر دليل على التصميم و اعداد الكائن بأدوات مسبقة لمواجهة الخطر و الظروف البيئية المتباينة.
و يصف عالم الفيزياء ذو الاسهامات الكبيرة فى مجال برمجة الحواسيب الكمومية سيث لويد بعض البكتيريا بأنها تقوم بعملية بحث شديدة الدقة تعتمد على رصد خصائص الالكترونات المسماة تشابك كمومى Quantum entanglement و البحث عن الكترونات تتجاوز مستوى معين من الطاقة و التخلص منها للحفاظ على حالة الخلية و يعلق قائلا أن هذا الأسلوب فى البحث شبيه بأسلوب برمجة قدمه هو زملاؤه فى ورقة علمية عن برمجة الحواسيب الكمومية
Paul Davies, Seth Lloyd and Thorsten Ritz "Quantum Biology: The Hidden Nature of Nature" at World Science Festival at 1:15:10
الخلية...أم الابتكارات البيولوجية
يصف عالم الهندسة الوراثية جون سانفورد الخلية بأنها "مصنع ذاتى النسخ تدور الاته بسرعة الاف الدورات فى الثانية و يحتوى على أنظمة نقل و توزيع و صيانة و ادارة و تنسيق مع البيئة المحيطة و الخلايا المجاورة"
ان الحياة عبارة عن الات جزيئية تتحكم فى سلاسل من العمليات المتتابعة لصناعة مسارات معقدة من التفاعلات كل مرحلة تسلم ما تليها تماما كخطوط الانتاج بل و أحيانا دوائر مغلقة ينتج فيها التفاعل مدخلاته ليعيد استخدامها فى الدورة الجديدة (البيضة و الدجاجة)كمدينة صناعية عملاقة مليئة بخطوط الانتاج و طرق النقل و اليات التحكم و مفاعلات توليد الطاقة و بوابات الدخول يديرها جهاز كمبيوتر مركزى بقاعدة بيانات مشفرة و اليات لفك التشفير و الترجمة و ارسال المعلومات و ضغط البيانات و ليست مجرد أنماط ثابتة من الجزيئات المتجاورة أو التفاعلات الكيميائية الحتمية و لا توجد حالة واحدة فى التاريخ لنشوء مثل هذه الهياكل الوظيفية فى الطبيعة بشكل تلقائى عبر كل ما نرصده فى الأرض بما فى ذلك طبقاتها القديمة التى يقدر عمرها ب 4 مليار سنة و لا فيما نرصده فى الكون كله الذى يقدر عمره ب 13 مليار سنة و بناءا عليه فحتى اذا افترضنا جدلا وجود كل مكونات الحياة من أحماض أمينية و سكريات و شحوم و نيوكليوتيدات و بتركيز و نقاء عاليين و بدون شوائب أو معارضات للتفاعلات فان هذا ببساطة لن يصنع لك خلية لأن الخلية لا يمكن اختزالها الى مجرد مكوناتها فهى لا يمكن أن تنتج عن قوانين المادة و الطاقة و الفيزياء و الكيمياء حتى يختارها الانتخاب الطبيعى بعد ذلك
Michael Polany “Life transcending physics and chemistry” Chemical Engineering news 45, no. 35: 4
Christopher Longuet-Higgins “What Biology is about” in “Sketching theoretical biology” : 227 – 235
و قد لاحظ كل من اروين شرودنجر و ديفيد بوم (و هما من الاباء المؤسسين لميكانيكا الكم) الاختلاف بين قوانين الطبيعة و المادة و الطاقة من جهة و الخلية الحية من جهة أخرى اذ ذكرا أن الطبيعة ذات صبغة احتمالية فأنت لا تستطيع التنبؤ بسلوك الجسيمات الا فى أعداد كبيرة...مثلا اذا كانت لديك مادة مشعة يمكنك أن تتنبأ أنه بعد فترة معينة ستكون نص الجزيئات قد تحللت و لكن من المستحيل أن تتنبأ بسلوك كل ذرة بمفردها ام كانت ستتحلل أم لا أما فى الخلية فانك قادر على التبؤ بسلوك كل انزيم و كل جزئ
Erwin Sxhrodinger “What is life?”
David Bohm “Some remarks on the notion of order” in “Sketching theoretical biology” : 18 – 40
و لكن دعنا نتنزل أكثر و نفترض وجود كل مكونات الخلية من بروتينات و أعضاء (عضيات) و حمض نووى و غيرها من الهياكل المختلفة و ليس فقط و حدات البناء فهل هذا سيصنع خلية؟ ببساطة لا بسبب ما يسمى بالانترأكتوم Interactome و هو اجمالى عمليات تركيب و توفيق الأجزاء و التفاعلات و المراحل مع بعضها البعض. انه عملية تفاعل الجينات و البروتينات و الجزيئات المختلفة مع بعضها البعض كما يحدث فى أى جهاز متطورعندما تتفاعل الدوائر الالكترونية مع بعضها البعض و تتفاعل البرمجيات مع بعضها البعض و تتفاعل الدوائر الالكترونية مع البرمجيات
ان الانترأكتوم البخاص بالبروتينات فقط يمكن ترتيبه بمليارات المليارت من الطرق المختلفة التى لن تؤدى الغرض أبدا تحديدا 10^79 ملياراحتمال
Peter Tompa and George Rose “The levinthal Paradox of the Interactome” Protein Science 20, no. 12: 2074-2079
Masatoshi Kozaki et al., “Molecular Scale Electronics: A Synthetic/Computational Approach to digital Computing” Journal of the American Chemical Society 120, no. 33: 8486 - 8493
و هذا رقم لا يمكن أبدا لأى سبيل تطورى اختبار و لو جزء ضئيل منه لا فى ملايين السنين (المهرب المادى الغيبى المعتاد فى البيولوجيا) و لا حتى فى ملايين الأكوان (المهرب المادى الغيبى المعتاد فى الفيزياء) اذ أن نظريات الأكوان المتعددة تحاول الوصول الى 10^500 كون. أى أن كل سيناريوهات الخيال العلمى فى الأحياء و الفيزياء لو أعطيت مكونات الخلية جاهزة و تجاهلنا تماما كيف نشأت فلن تتمكن من تركيبها بالشكل الصحيح
حتى بكتيريا اى كولاى البسيطة لديها الكثير من القدرات و الوظائف الى جانب أعجوبة النسخ الذاتى و الانقسام كرصد البيئة و التفاعل معها و ارسال الاشارات و الاحساس بالعناصر المختلفة و المجالات الكهربائية و المغناطيسية و غيرها من الخصائص التى تتطلب الكثير من الهياكل المعقدة التى تعمل بشكل متناسق لدرجة أن بعض الدارسين يشبهها بمعالج الحاسب الالى processor
Howard C. Berg “Bacterial Micro-processing” Symposium on Quantitative Biology 55:539
Rob Phillips “Physical Biology of the cell” 2nd Edition. Chapter 3.
و بعبارة عالم الفيزياء اللاأدرى بول ديفيس "ان الخلية حاسوب فائق...كيف يمكن لمعالج المعلومات الرقمى الأول أن يظهر من فوضى تفاعلات جزيئات مع بعضها؟ و كيف يمكن أن تكتب الالة hardware برنامج الكمبيوتر software الخاص بها؟"
Paul Davies “How we could create life” The Guardian
ان الخلية هى وحدة البناء العبقرية القادرة من جهة على أن تكون كائن مستقل أحادى الخلية أو أن تتخصص فى وظيفة من وظائف متعددة لتصبح خلية الدم أو خلية مناعية أو عصبية...الخ حتى تدعم كيانا أكبر...نحن لا نتحدث هنا عن التطور من عدمه و لكن نتحدث عن أن وحدة البناء الأولى كانت منذ اللحظة الأولى تحمل تصميما أوليا يؤهلها لاستيعاب هذه الخصائص عند اضافتها و هو ما لم يكن ضروريا لحياتها فى البداية.
زيادات أخرى:
الى جانب ما هو ضرورى للحياة و التكاثر فربما تكون هناك هياكل مطلوبة من أجل تبرير الفرضيات التطورية فمثلا كثيرا ما يبرر التطوريون التضاربات الموجودة فى أشجار الحياة بأن الكتيريا قادرة على نقل جيناتها الى خلايا أخرى الا أن هذه الالية فى حد ذاتها تتطلب هياكل من الأنابيب تشبه الجسور و محركات دوارة تتحكم فيها
F. Xavier et al, “The bacterial Conjugaton protein TrwB resembles ring helicases and F1-ATPase” Nature 409: 637-41
I. Tato et al., “TrwB, the coupling protein involved in DNA transport during bacterial conjugation, is a DNA dependent ATPase” PNAS 102: 8156-61
أيضا يذهب بعض الدارسين الى أن حتى أحاديات الخلية لديها مستوى من الوعى حيث يشير الباحثون الى أن ذوات الأهداب Ciliates لديها سلوكيات معقدة و اليات تعلم فعالة. لاحظ أننا نتحدث عن أحاديات خلايا حتى لا يتحفنا شخص ما بأن "التطور" قد "قام باعادة توصيل الخلايا العصبية" الغير موجودة أصلا
Kevin B. Clark "Origins of learned Reciprocity in solitary ciliates searching group courting assurances at Quantum efficiencies" Biosystems 99 (2010): 27-41
و كذلك يشير عدد من الباحثين فى مجال السلوك الحيوانى الى أن حتى أحاديات الخلية كالأميبا تمتلك مستوى من الوعى و السلوك المتطور مماثلة للحيوانات "الأكثر تطورا" كالكلاب مما يدق المسمار الأخير فى نعش محاولة نسبة الوعى و السلوك المتقدم الى "طفرات اعادة توصيل الخلايا العصبية" فى الكائنات الأعلى و يزيد من تعقيد الخلايا "البسيطة"
Herbert Spencer Jennings "Behavior of the lower Organisms" p.337
Brian J. Ford "The secret power of the Single cell" New Scientist 2757 (2010): 26
بل و يجادل عالم البيولوجيا التطورية جيمس شابيرو أن كل الخلايا بلا استثناء بما فى ذلك أكثرها بدائية لديها مستوى ما من الادراك و السلوك المنظم و القدرة الاجتماعية و ادراك تغيرات الظروف المحيطة و التصرف وفقا لها
JAMES A. SHAPIRO "ALL LIVING CELLS ARE COGNITIVE" BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS, VOLUME 564, 2021, PAGES 134-149
الخلاصة:
لقد قال جيمس واطسون فى مقدمة كتابه "الحمض النووى : سر الحياة" أن الرحلة الفكرية التى بدأت مع ازاحة كوبرنيكوس للبشر من مركز الكون ثم وصلت الى داروين الذى جعلهم قردة معدلة قد انتهت الى الحمض النووى الذى جعلهم مجرد مواد كيميائية"
James D. Watson in Preface “DNA: The secret of life” p. Xii-xiii
ان هذه العبارة و مثيلاتها الكثيرة توضح الأبعاد الفلسفية للرغبة المجنونة فى اثبات المادية و الطبيعانية و بالتبعية فى اثبات التطور سواءا كان كيميائيا أو بيولوجيا و أن المسألة هى محاولة فرض أيديولوجيات و فلسفات طبيعانية و كأن العلم يقود اليها و لكن هل هذا صحيح؟ ان هذه العبارة و مثيلاتها كمن يقول أن الكتاب ليس الا حبر و ورق أو أن مدينة صناعية هى مجرد عناصر معدنية تعمل وفق قوانين الفيزياء. انه توصيف مخادع جدا و نظرة بسيطة على طريقة عمل الحمض النووى أو الانزيمات فى أبسط خلية ممكنة كفيلة بنسفه
ان مجرد تكون الخلية و أجزائها من ذرات و جزيئات موجودة فى الطبيعة لا يقود الى استنتاج أن الخلية قادمة من الطبيعة فان أى مجمع صناعى تقنى يمكن تعقب مكوناته الى الطبيعة الا أن ترتيب و تركيب و تخطيط و عمل هذا المجمع لا يأتى من الطبيعة كذلك فان البروتينات و الانزيمات و غيرها من الالات الوظيفية الدقيقة فى أبسط خلية عبارة عن ترتيبات وظيفية محددة من الاف الذرات مهندسة بشكل معقد كالات و خطوط انتاج لتقوم بالوظائف الضرورية المطلوبة و ليست مجرد تفاعلات بين عناصر طبيعية.
ان العلاقة بين ما يسمى خلايا بدائية فى التجارب و بين أبسط خلية فى الواقع أو حتى يمكن تصورها كالعلاقة بين مدينة صناعية ضخمة و كومة من الخردة مكدسة فوق بعضها...لا توجد أدنى علاقة بين هذه الهياكل و الخلايا و لا يمكن أن تنشأ منها خلايا و مجرد اطلاق سرد قصصى من طراز "لابد أن الخلية الأولى كانت أبسط" لا يحل المشكلة
S. Fox and C. Folsome “Organic Microstructures and terrestrial protocells” Naturwissenschaften 64 no. 9, 7:380-381
D.E. Green and R.F. Goldberg “Molecular Insights into living processes”: 407
ان معرفتنا بأبسط خلية تزداد مع مرور الوقت و الكثير من الهياكل التى كان يظن أنها ليست موجودة فى الخلايا البسيطة بدائية النوى اتضح أنها موجودة مثل الشبكة الداخلية و الطوافات الدهنية فى الغشاء و التنظيم الكروموسومى و اليات مراقبة الجودة و من يعلم ما الذى سنكتشفه غدا أما الاستشهاد بكائنات طفيلية أو تكافلية أو بيئات معملية مصممة بدقة فغير ممكن بالنسبة للكائن الأول و بيئة الحياة الأولى و بعد كل هذا يمكن أن يأتيك شخص-بمنتهى السماجة و السطحية-قائلا: ان الخلية مليئة بالتصميمات الرديئة و الخطوات الزائدة الغير ضرورية و التفاعلات العشوائية لذا فهى غير مصممة. حسنا دعنا نفترض صحة هذا الزعم (و هو غير صحيح) فالسؤال هو وفقا لأى عقل أو علم أو منطق يمكن لشخص أن يدخل مدينة صناعية عملاقة فيحصى الأخطاء و المشاكل و يخرج منها باستنتاج أنها غير مصممة؟ هنا تظهر حقيقة الاعتراض فالكل يعلم أنه من المستحيل استخدام وجود عيوب فى سيارة لاثبات أنها غير مصممة و لكن حقيقة الاعتراض هى أن التصميم يجب أن يكون بلا أى عيب ان كان من اله. مشكلة هذا الاعتراض ببساطة أنه غير علمى و لكنه يتظاهر أنه علمى فصفات الاله و الغرض من تصميماته مسألة لاهوتية بحتة تماما كسؤال الشر: لماذا توجد شرور و أمراض سواءا سببتها فيروسات و بكتيريا و طفيليات أو سببها خلل فى جينات الجسم؟ هذا السؤال عن نوايا المصمم و أهدافه من هذا التصميم اجاباته فى علوم اللاهوت و الفلسفة و ليس العلم الطبيعى و لكن من يسأله يحاول أن يتظاهر بأنه سؤال من وحى العلم الطبيعى حتى اذا ما أتيته باجابات سؤال الشر من اللاهوت و الفلسفة رفضها لأنها ليست من العلم الطبيعى. الحقيقة أن الاجابة ليست من العلم الطبيعى لأن السؤال ليس من العلم الطبيعى ففى العلم الطبيعى من المستحيل الاستدلال بعيوب التصميم على غياب التصميم و الا لنفينا التصميم عن معظم ان لم يكن كل ما نصممه.
النقطة الثانية أن هذا النوع من الأسئلة تاريخه غير مبشر أبدا فكم من عضو أو تسلسل حمض نووى أو الية تم اتهامها بأنها سيئة التصميم ثم اكتشف العلم لاحقا جودتها و مزاياها و أسباب وجودها بهذه الطريقة لموازنة عوامل مختلفة فمن الأعضاء الأثرية الى الحمض النووى الخردة الى الجينات الزائفة الى العيوب المزعومة فى شفرة الحمض النووى و فى الية الترجمة و التى اتضح لاحقا أنها موازنة مثالية بين السرعة و الدقة و استهلاك الطاقة الى مزاعم عدم كفاءة بعض الانزيمات التى اتضح أنها جزء من العملية التنظيمية تتراجع حجة سوء التصميم باستمرار مع الاكتشافات العلمية...هذا ان جاز تسميتها حجة ابتداءا. و هل هناك اله يقوم بموازنات و مواءمات بين عناصر و قيود مختلفة؟ أليس كلى القدرة؟ من جديد نعود الى الاعتراض اللاهوتى الذى يتظاهر بأنه علم فمدى قدرات المصمم أو أهدافه من طريقة التصميم أمور لا علاقة لها بكون الشئ مصمما أم لا لكن دعنا نتخيل سيناريو خيالى قام فيه المصمم مطلق القدرة بصناعة اليات غير خاضعة للقوانين و الضوابط و المواءمات فما النتيجة؟ النتيجة هى عدم القدرة على دراستها او فهمها لأنها غير خاضعة للقوانين الطبيعية التى نتعامل معها و نفهمها و بالتالى سيأتيك نفس هذا المعترض من جديد رافضا التصميم قائلا: كيف تريد أن تستدل بالبيولوجيا على التصميم ان كنا لا نفهمها أصلا و هى لا تخضع لأى قانون أو قاعدة نستطيع التعامل معها!!!
و لك أن تتخيل أن نفس من يحاول اقناعك أن الخلية غير مصممة بسبب احتواءها على نسب من الضوضاء أو الأخطاء أو عدم الدقة هو ذاته الذى يعترف بأن قدرة البكتيريا على معالجة المعلومات تضاهى أجهزة الكمبيوتر بل و تفوقها و أن العلماء ينقلون منها تصميماتهم.
WHAT’S the difference between a thimbleful of bacteria and a supercomputer? Believe it or not, the bacteria contain more circuits and more processing power...all life computes: from individual cells responding to chemical signals to complex organisms navigating their environment, information processing is central to living systems...But as bioengineers get to grips with the wet and squishy components nature provides, they are beginning to figure out where biological computers might ultimately be useful – from smart materials and logistics solutions to intelligent machines powered by tiny amounts of energy....“It’s a radically different point of view that could help us tackle problems in domains that were simply not reachable before.” It might even force us to rethink our assumptions about what computing is, and what it can do for us.
"The unique promise of 'biological computers' made from living things" NewScientist (5 June 2023)
طبعا لأن أجهزة الكمبيوتر ربما تحتوى على أخطاء أو مشاكل أو نسبة من عدم الدقة أو قلة الكفاءة فهى ليست مصممة. لاحظ أيضا كيف يوضح الاقتباس (و هو من مصدر علمانى تماما يرفض الخلق و التصميم) كيف أن هذه التصميمات ملائمة لمجالات بعينها و هو نفس ما نقوله. ما يبدو لك عيبا أيها العبقرى التطورى سببه أن هذا التصميم مقيد بقواعد البيولوجى و المواد التى يمكن استخدامها فى نسيج حى يجب أن يعيش و يتكاثر و ينتج طاقته بنفسه و ينسخ نفسه بنفسه و يصلح نفسه بنفسه.
و فى الختام نذكر أن كل التجارب التى يتم التسويق لها على أنها صناعة خلايا هى اما هندسة وراثية واسعة النطاق على خلايا موجودة بالفعل كتجارب كريج فنتر التى أوردناها فى الرابط بالأعلى أى أنها خلايا "معدلة" لا مصممة أو مصنعة أو صناعة هياكل لا علاقة لها من قريب أو بعيد بأبسط الخلايا و لا حتى بأى مكون من مكونات الخلية فلا هى تصلح كبروتينات أو انزيمات أو أغشية أو أى شئ انما فقط أكوام من المكونات فوق بعضها ثم تسميتها خلايا بدائية
Clemens Richert “Prebiotic Chemistry and human Intervention” Nature Communications 9
[تعقيب شخصى: ثم يتم الدعاية لها على طريقة "سجع الكهنة" باستخدام مصطلحات علمية أنيقة حتى يتمكن شامانات التطور من الحفاظ على طوطم الطبيعة و تابوه المادية و قدسية العواصف و البرق و البراكين التى صنعت كل هذا بزعمهم.]
-لغز أصل الحياة (جيمس تور و اخرون)
-مقدمة فى البرمجيات التطورية (روبرت ماركس و اخرون)
-معجزة الخلية (مايكل دنتون)
-تصميم الخلية (فازال رانا)
Comments