۶۰سال پس از آنكه "اروين شرودينگر" يكي از بنيانگذاران مكانيك كوانتومي پيش بيني كرد كه اين دانش راز حيات را ميگشايد، هنوز پيش بيني او تحقق نيافته است اما توجه دانشمندان روز به روز بيشتر به استفاده از اين نظريه براي رازگشايي از معماي خلقت جلب ميشود.
يكي از تاثيرگذارترين كتابهاي فيزيك در قرن بيستم كتابي بود كه در اصل درباره زيست شناسي بحث ميكرد.
اين كتاب كه در سال ۱۹۴۴با عنوان "حيات چيست؟"انتشار يافت، مجموعهاي از چند سخنراني بود كه طي آنها اروين شرودينگر پايهگذار مكانيك موجي توضيح داده بود كه به اعتقاد او مكانيك كوانتومي يا يكي از صورتهاي جديد آن ميتواند از معماي حيات راز گشايي كند.
به باور بسياري از محققان اين كتاب كوچك دانش كنوني زيست شناسي مولكولي را بنياد نهاد.
در قرن نوزدهم بسياري از دانشمندان ميپنداشتند كه پاسخ پرسش چالش برانگيز شرودينگر را در آستين دارند. آنان معتقد بودند كه حيات از نوعي ماده جادويي به وجود آمده است.
اصطلاح "شيمي آلي " organic chemistryبرجاي مانده از همان دوران است.
اين باور كه راز حيات با كمك تركيبات شيمي آلي گشوده ميشود دانشمندان را به اين نظر راهنمون شده بود كه نظير كيمياگران قرون و اعصار گذشته ميپنداشتند كه اگر تركيب صحيح مواد شيميايي را بيابند آنگاه ميتوانند حيات را در آزمايشگاه توليد كنند.
در سالهاي بعد بيشتر تحقيقاتي كه در حوزه زيست شناسي مربوط به حيات biogenesisصورت گرفت بر همين ديدگاه استوار بود.
در اين رشته تازه، فرض اصلي آن بود كه علم شيمي واسطه و پلي ميان زيست شناسي و حيات است، و با تركيب مناسب مواد شيميايي تحت شرايط مناسب ميتوان حيات را از آغاز پديد آورد.
يكي از مهمترين آزمايشهايي كه با تكيه بر همين ديدگاه به انجام رسيد و موجب شد كه نسلهاي بعدي دانشمندان به تقليد از آن برخيزند، آزمايشي بود كه دو محقق به نامهاي ميلر وآوري در سال ۱۹۵۲به انجام رساندند و در آن با ايجاد جرقه در تركيبي از آب و گازهاي معمولي توانستند اسيدهاي آمينه توليد كنند.
اما به رغم همه خوش بينانه بودن اين برنامه تحقيقاتي، و با همه تلاشهايي كه به وسيله دانشمندان براي گسترش و تكميل آن صورت گرفته، به نظر ميرسد كه اين شيوه راه به جايي نميبرد و به بن بست رسيده است.
به اين ترتيب منشا حيات همچنان به صورت يكي از اسرارآميزترين رازهاي طبيعت به قوت خود باقي مانده است.
اما دانشمندان اكنون پس از سالها تلاش براي بهرهگيري از تركيبات شيميايي غير الي به منظور توليد محصولات شيميايي مولد حيات، دوباره توجهشان به آنچه كه شرودينگر يادآور شده بود جلب شده است.
در اين رهيافت جديد نظر محققان به اين فرضيه گرايش يافته كه ويژگيهاي جهان كوانتومي اين امكان را به وجود آوردهاست كه حيات به صورت مستقيم از دنياي اتمهاي بيجان سر در آورد بيآنكه در اين زمينه به تركيبات شيميايي بسيار پيشرفته به عنوان واسطه عمل نياز باشد.
البته حيات آنگونه كه در زمين موجود است بايد يك مبناي شيميايي داشته باشد. مولكولهاي آلي سخت افزار زيست شناسي را فراهم ميآورند. اما حيات در كنار اين سخت افزار به يك نرمافزار نيز نياز دارد.
هنگاميكه شرودينگر پرسش "حيات چيست؟" را مطرح كرد با آنكه در آن هنگام هنوز مولكول دي.ان.آ و رمزهاي ژنتيكي كشف نشده بود، قادر بود اهميت مساله ذخيرهسازي و تكثير اطلاعات در درون هر سلول را براي ظهور حيات تشخيص دهد.
امروزه دانشمندان به سلولها، نه به عنوان "ماده جادويي" كه به عنوان "كامپيوترها" نظر ميكنند - يعني ماشينهايي كه از توان پردازش و بازتوليد اطلاعات برخوردارند و واجد دقت بسيار حيرتانگيزي هستند-.
زماني كه به حيات به منزله پردازش اطلاعات نظر شود تصوير كل مساله و پرسش اساسي "حيات چيست؟" كاملا دگرگون ميشود.
زيست شناسان همواره به توليد مثل كه يكي از سنگهاي زيربنا و مشخصههاي اصلي حيات است به چشم بازتوليد ساختارها نظر ميكردند ،حال خواه اين بازتوليد ساختار مربوط به باز توليد مولكول دي.ان.آ باشد و خواه كل سلول باشد.
اما براي آنكه حيات به وجود بيايد، به ساختار نيازي نيست بلكه تنها چيزي كه مورد نياز است تكثير اطلاعات است.
اطلاعات را در تراز كوانتومي به مراتب با سرعت بيشتري از تراز مكانيك كلاسيك ميتوان پردازش كرد. به همين علت است كه اكنون ميان ملل جهان بر سر ساخت نخستين كامپيوتر كوانتومي مسابقهاي جدي برقرار است.
از اين گذشته در سيستمهاي كوانتومي ميتوان از پديدارهاي شگفت انگيزي مانند "روي هم افتادگي " ," superpositionدر هم تنيدگي "entanglementو "نقب زدن "tunnellingاستفاده كرد كه همه اين پديدارها ميتوانند سرعت محاسبات را افزايش دهند.
نيازي نيست كه يك بازتوليدكننده كوانتومي quantum replicatorيك سيستم اتمي باشد كه بتواند مشابه يا كلون خود را توليد كند.
در واقع يك قضيه كوانتومي به اثبات رسيدهاست كه كلون شدن يا مشابه سازي تابع موج را براي سيستمهاي كوانتومي غير ممكن اعلام ميكند.
آنچه كه در جهان كوانتومي براي باز توليد مورد نياز است صرفا آن است كه محتواي اطلاعات درون يك سيستم كوانتومي يا اتمي، كم و بيش عينا بازتوليد شود، آن هم نه اينكه همه اين اطلاعات در تنها يك گام بازتوليد شود بلكه ممكن است اين مساله در يك سلسله از اندركنشها اتفاق بيفتد.
اين اطلاعات موجود در درون يك سيستم كوانتومي ممكناست اطلاعات ديجيتالي باشد كه به صورت صفر و يك در درون سيستم ذخيره شده، مثلا در قالب جهت محور اسپين يك الكترون باشد.
بهاين ترتيب مكانيك كوانتومي در تراز اتمي اطلاعات ژنتيكي را به صورت ديجيتالي و غير پيوسته مورد پردازش و استفاده قرار ميدهد.
سوالي كه براي دانشمندان مطرح است آن است كه اين بازتوليدكننده كوانتومي چيست؟ در كدام محيط است كه نخستين اطلاعات مربوط به حيات شروع به تكثير ميكنند.
حدس دانشمندان آن است كه برخلاف نظر زيست شناسان قرن بيستم نبايد در سوپ اوليه (يعني در دورانهاي اوليه شكلگيري جو زمين كه گازهاي مختلف در درون جو تحت تاثير جرقههاي عظيم رعد و برق قرار ميگرفتند و احيانا برخي عناصر آلي را توليد ميكردند) به دنبال اين باز-توليدكننده نخستين گشت و يا در ذرهاي كوچك در فضا بين ستارگان يافت شود.
در هر حال اين نخستين بازتوليدكننده كوانتومي اطلاعات حياتي در هرجا كه پديدار شد زماني كه شماري از بازتوليدكننده هاي مشابه خود را تكثير كرد و جمعيت كوچكي را پديد آورد، آنگاه يكي از ويژگيهاي ذاتي مكانيك كوانتومي يعني عدم قطعيت، مكانيزمي دروني براي ايجاد تنوع و تغيير در اين جمعيت رو به ازدياد بوجود آورد.
حال اگر در اين جمعيت مكانيزمي نيز براي گزينش بوجود آيد آنگاه راه براي فرايند تطور دارويني و پديدار شدن انواع گونههاي پيچيده هموار ميشود.
به اين ترتيب اين پرسش مطرح ميشود كه حيات آلي چگونه آغاز شد؟ اطلاعات به راحتي از يك محيط و يك ظرف، به محيط و ظرف ديگر قابل انتقال است.
در جريان اين تغيير و تحولات در تراز كوانتومي، احتمالا حيات كوانتومي مولكولهاي بزرگي بوجود آورده كه از آنها به عنوان حافظههاي اضافي و پشتيبان براي ذخيره اطلاعاتي كه پردازش شدهاست بهره بگيرد.
نهايت اين فرايند به آنجا ختم ميشود كه ماده آلي خود كار تكثير و انتقال اطلاعات را در تراز بالاتر از تراز كوانتومي به دست ميگيرد و به اين ترتيب حيات از تراز كوانتومي كه عالم صغير است به تراز عالم كبير انتقال مييابد.
ضرر ناشي از كاسته شدن از سرعت محاسبات در اين تراز با عوامل ديگري نظير افزوده شدن بر ميزان پيچيدگي، توانايي مانور و تغيير و بالا رفتن ميزان ثبات مولكولهاي آلي، جبران ميشود.
اين خصوصيات جديد در عين حال به حياتي كه شكل آلي به خود گرفته امكان مي دهد كه بتواند به محيطهاي تازه روي آورد و قلمرو زيستي خود را بسط دهد.
نكتهاي كه در اين بحث بايد مورد توجه تام قرار گيرد پديدار "پيچيدگي" است.
تكثير يك واحد يا بيت bitاطلاعات يك مطلب است و توليد و تكثير سلسله پردامنهاي از واحدها يا بيتهاي اطلاعات امري به كلي متفاوت از اين مطلب است.
اينكه چگونه پيچيدگي در سيستمهاي كوانتومي ظهور مييابد نكتهاي است كه هنوز درباره آن شناخت زيادي وجود ندارد، اما اصولي را كه در اين زمينه دخيل هستند ميتوان با اعمال آلگوريتمهاي پيچيدگي، به نظريه كوانتومي مربوط به اطلاعات، آشكار ساخت.
زماني كه شرودينگر كتاب خود را به چاپ رساند مكانيك كوانتومي با موفقيت هرچه تمامتر توضيح ماهيت ماده را ميداد.
حيات نيز به يك اعتبار به ماده اتكا دارد هرچند كه اين اتكا امري اسرار آميز است. اما ۶۰سال بعد از پيش بيني شرودينگر از آنجا كه شيمي دانان هنوز در مفاهيم و مدلهاي خود تجديد نظر نكردهاند و هنوز با همان مدلهاي قديمي گويهايي كه با بازوهايي به هم متصل ميشوند درصدد توضيح نحوه اتصال اتمها و مولكولها هستند، نتوانستهاند گام مهمي در يافتن پاسخ براي پرسش چالش برانگيز شرودينگر بيابند.
حتي اگر دانشمندان نتوانند جزييات دقيق نحوه ظهور حيات را بازسازي كنند، دانستن اصول اساسي ظهور حيات خود پيشرفتي بسيار اساسي به شمار ميآيد.
اگر بتوان قضيهاي را در مكانيك كوانتومي به اثبات رساند كه احتمال اين امر را مشخص سازد كه سيستمي با خصوصيات معين بتواند خود را با دقت معيني تكثير كند، و تا حد معيني از پيچيدگي تطور يابد، آنگاه به يكي از مهمترين پرسشها در حوزه زيست-اخترشناسي پاسخ داده خواهد شد.
اين پرسش دورانساز آن است كه آيا ظهور حيات امري تصادفي و باري به هر جهت بوده است يا آنكه محصول قابل انتظار قوانيني بوده كه در عالم برقرار است.
اين پاسخ ميتواند به يكي از حيرت انگيزترين معضلات نظري بشر پاسخ دهد، اينكه آيا حيات تنها در سياره زمين امكان ظهور داشته و بشر تنها موجود زنده در كل عالم است يا آنكه امكان ظهور حيات در بخشهاي ديگر كيهان پهناور نيز وجود دارد؟
ایرنا
