تئوری بیگ بنگ(مهبانگ) برجسته ترین  تئوری علمی است که تاکنون در مورد پیدایش جهان ارائه شده است.   به طور تخمینی انفجار بزرگ در حدود ۱۵ میلیارد سال گذشته رخ داد. با اینکه بشر سالیان سال است که در جستجوی درک پیداش جهان است اما تنها در طی ۵۰ سال گذشته توانسته است که به پاسخ برخی از سوالات در باره پیدایش جهان و عالم گیتی دست یابد.

تکامل انسان: از بیگ بنگ تا پیدایش حیات و سرگذشت انسان

سفر کیهانی: از بیگ بنگ تا پیدایش انسان – داستانی از تکامل هستی و حیات

تاریخچه پیدایش جهان، آغاز حیات و فرگشت انسان همواره موضوعاتی جذاب و پررمز و راز بوده‌اند. تئوری بیگ بنگ، نه تنها چگونگی آغاز هستی را توضیح می‌دهد، بلکه بستری برای درک عمیق‌تر از تحولات شگفت‌انگیزی فراهم می‌آورد که در طول میلیاردها سال، سیاره‌ی زمین و حیات بر روی آن را شکل دادند. در این مقاله به بررسی این مسیر تکاملی، از انفجار عظیم اولیه تا ظهور انسان امروزی، خواهیم پرداخت.

نخستین جرقه: بیگ بنگ و تولد کیهان

تئوری مهبانگ (بیگ بنگ)، برجسته‌ترین نظریه‌ی علمی در مورد پیدایش جهان است که حدود ۱۵ میلیارد سال پیش اتفاق افتاد. گرچه بشر سالیان درازی در پی فهم هستی بوده، اما پاسخ به بسیاری از پرسش‌ها تنها در ۵۰ سال اخیر میسر شده است. پیش از این، تمدن‌های گوناگون با کیهان‌شناسی‌های متنوع، سعی در روشن‌سازی فلسفه‌ی هستی و پدیده‌های آسمانی داشتند. جالب آنکه برخی از این عقاید، شباهت‌هایی به واقعیات کنونی دارند.

ژرژ لومتر، کشیش بلژیکی، در سال ۱۹۲۷ برای اولین بار فرضیه انفجار بزرگ را مطرح کرد. این فرضیه، پس از مشاهده تغییر سرخ (Redshift) در سحابی‌های دوردست توسط ستاره‌شناسان، به عنوان مدلی بر مبنای فرضیه نسبیت برای جهان پذیرفته شد. اما تأیید قاطع نظریه بیگ بنگ در سال ۱۹۶۴، با کشف تشعشعات پس‌زمینه‌ی کیهانی توسط آرنو پنزیاس و رابرت ویلسون (برندگان جایزه‌ی نوبل) حاصل شد.

تقریباً ۱۵ میلیارد سال پیش، تمامی مواد و فضا در یک حجم کوچک و بسیار داغ فشرده شده و در کمتر از یک ثانیه شروع به انبساط کردند که این انبساط همچنان ادامه دارد. این سوال که قبل از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاد، هنوز بی‌پاسخ مانده است. نظریه‌های مختلفی از جمله نوسانات کوانتومی در خلاء، اتفاقات در کیهانی دیگر یا بازسازی دوره‌ای کیهان توسط خودش، مطرح شده‌اند. در اینجا، ما وقایع پس از بیگ بنگ را بر اساس دانش کنونی توضیح می‌دهیم:

• در لحظه صفر: کیهان فوق‌العاده داغ و چگال است و قوانین فیزیک کنونی هنوز قابل اعمال نیستند. حداقل ۱۰ بعد برای شکل‌گیری کیهان پدید می‌آیند که تنها ۴ بعد (۳ بعد فضا و ۱ بعد زمان) به حیات خود ادامه می‌دهند.
• ثانیه‌های اولیه (۱۰-۴۳ و ۱۰-۳۴ ثانیه): فضا منبسط و خنک می‌شود. گرانش به عنوان یکی از چهار نیروی بنیادی پدیدار می‌گردد. ماده تشکیل شده و ذرات ساختاری مانند کوارک‌ها، لپتون‌ها، فوتون‌ها و نوترون‌ها به کیهان سرازیر می‌شوند. در این لحظه، کیهان به اندازه یک هندوانه است.
• ثانیه ۰.۰۰۰۰۰۶ (۱۰-۶): کوارک‌ها به یکدیگر می‌پیوندند و پروتون‌ها و نوترون‌ها (ذرات اصلی در هسته‌ی اتم‌ها) را به وجود می‌آورند.
• در دقیقه ۳: با پدید آمدن الکترون و ترکیب آن با پروتون، اولین عنصر (هیدروژن) تشکیل می‌شود. هیدروژن‌های تشکیل شده با پدیده‌ی هم‌جوشی، منجر به پیدایش عناصر سبک‌تری مانند هلیم و لیتیم می‌گردند. فرآیندهای هم‌جوشی و شکافت هسته‌ای در اجرام اولیه منجر به انفجارهایی شده که اجزای کوچک‌تر و پایدارتر اتمی را پدید آوردند.
• بعد از ۳۰۰ هزار سال: میانگین دما به ۳۰۰۰ درجه کاهش می‌یابد. الکترون‌ها در مدار هسته باقی می‌مانند و اتم‌های هیدروژن و هلیوم، سوخت لازم برای تشکیل ستارگان را فراهم می‌کنند.
• بعد از ۱ میلیون سال: کیهان که تا این زمان کدر و غیرقابل رؤیت بود، با قرار گرفتن بیشتر الکترون‌ها در مدار هسته، شفاف‌تر شده و امکان دیدن آنسوی کیهان فراهم می‌شود. امروزه، اولین فوتون‌ها از آن زمان را می‌توان به عنوان امواج ریزکیهانی (CMB) مشاهده کرد.
• نزدیک به ۱ میلیارد سال: کیهان، از ابرهای غول‌پیکر هیدروژن و هلیم تشکیل شده است. نوسانات کوانتومی کوچک، امواج ناهمواری را ایجاد می‌کنند که منشأ خوشه‌های کهکشانی امروزی هستند.
• چند میلیارد سال بعد – پیدایش کهکشان‌ها و ستارگان: جاذبه گرانشی، بی‌نظمی‌ها در تراکم مواد را تشدید کرده و منجر به پیدایش نواحی متراکم‌تر می‌شود که ما آن‌ها را کهکشان می‌نامیم. اتم‌های هیدروژن و هلیم در مناطق متراکم، تحت فشار و حرارت شدید، واکنش‌های هم‌جوشی هسته‌ای را آغاز کرده و اولین ستارگان (هزاران برابر سنگین‌تر و با عمر کوتاه‌تر از خورشید) پدید می‌آیند. این ستارگان در فرآیند فروپاشی، عناصر سنگین‌تر مانند کربن، نیتروژن و اکسیژن (ضروری برای حیات) را تولید کرده و در انفجارهای عظیم سوپرنوا (ابرنواختر) به فضا پراکنده می‌کنند.
• پیدایش دومین نسل از ستارگان: امواج شوکی حاصل از سوپرنواها، باعث فروپاشی ابرهای گازی مجاور شده و ستارگان نسل دوم (مانند خورشید) را با جرم کمتر و عمر بیشتر (میلیاردها سال) به وجود می‌آورند. تمامی ستارگانی که امروز می‌بینیم از این نسل هستند.
• کهکشان راه شیری: کهکشان ما، متشکل از حدود ۴۰۰ میلیارد ستاره و با قطر تقریبی ۱۰۰ هزار سال نوری، حدود ۸ تا ۱۴ میلیارد سال پیش از مجموعه‌ای از کهکشان‌های کوچک‌تر تشکیل شده است. خورشید، ستاره‌ی ما، ۲ میلیون بار بزرگتر از زمین است و هر ۲۵۰ میلیون سال یک بار به دور مرکز کهکشان می‌گردد. ساختار دیسکی شکل کهکشان‌ها نیز نتیجه‌ی فعل و انفعال جاذبه گرانشی و انرژی چرخشی است.

تولد زمین و ماه: سیاره‌ای برای حیات

حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش، سیستم خورشیدی ما از فروپاشی گرانشی یک سحابی گازی عظیم (نبولا) تشکیل شد. خورشید در مرکز و باقی‌مانده‌ی مواد، زمین و سایر سیارات را به وجود آوردند.

پیدایش ماه نیز حاصل برخورد شیئی به اندازه مریخ با زمین اولیه بود. مواد مذاب حاصل، به فضا پرتاب شده و با ترکیب شدن، ماه را تشکیل دادند. سطح زمین به تدریج سرد شد و عناصر سنگین‌تر به هسته‌ی زمین فرو رفته و عناصر سبک‌تر مانند اکسیژن و سیلیکون به سطح شناور شدند و پوسته‌ی زمین را ساختند. حرکت لایه‌های زیرین پوسته در طول میلیاردها سال، باعث رانده شدن مناطق شناور بالا شده که منجر به برخورد و رانده شدن زیرین یکدیگر و در نهایت پیدایش رشته‌کوه‌ها (از طریق فعالیت‌های آتشفشانی یا برخورد صفحات قاره‌ای) شد. همچنین، این فرآیندها منجر به تراکم سنگ‌های معدنی فلزی در رگ سنگ‌ها گردید.

آغاز حیات: از سوپ بنیادین تا سلول‌های پیچیده

میلیون‌ها سال پیش، زمین فاقد حیات بود. بسیاری از زیست‌شناسان معتقدند حیات نخستین بار در اقیانوس‌ها آغاز شد.

• نظریه سوپ بنیادین: این نظریه (که توسط استانلی میلر آزمایش شد) بیان می‌کند که مولکول‌های آلی ساده (مانند آمونیاک، متان، نیتروژن، هیدروژن و بخار آب)، تحت تأثیر انرژی رعد و برق و اشعه‌های کیهانی (به دلیل نبود لایه‌ی اوزون)، به مرور زمان به مواد پیچیده‌تر مانند اسیدهای آمینه تبدیل شدند. این اسیدهای آمینه، پروتئین‌ها را تشکیل داده و زمینه را برای ساختارهای اولیه حیات فراهم کردند.
• مدل حباب: این مدل، نواقص نظریه سوپ بنیادین (مانند تخریب مواد آلی توسط اشعه UV) را با پیشنهاد محبوس شدن مواد آلی در حباب‌های زیر دریا (حاصل فوران‌های آتشفشانی) برطرف کرد. این حباب‌ها پس از رسیدن به سطح و ترکیدن، انرژی لازم را از رعد و برق دریافت کرده و به زیر آب باز می‌گشتند تا واکنش‌ها ادامه یابند.
• نخستین سلول‌ها: مولکول‌های بزرگ، خودسازمان‌دهی یافته و سلول‌های کوچکی را با غشاء، توانایی استفاده از انرژی از واکنش‌های شیمیایی و قابلیت تکثیر از طریق تقسیم سلولی تشکیل دادند. این‌ها اولین فرم‌های حیات بودند.
• استفاده از انرژی خورشید: ظهور کلروفیل و فرآیند فتوسنتز، گام بزرگی به جلو بود. این فرآیند، انرژی نور را به مولکول‌های پرانرژی تبدیل می‌کرد و اکسیژن را به اتمسفر زمین افزود.
• اولین میکروارگانیسم‌ها: زنجیره‌های آمینو اسیدها، در آب گردهم آمده و ساختارهای ارگانیسم‌مانند به نام کواسروات را تشکیل دادند که می‌توانستند رشد کنند. همچنین، زنجیره‌های کوچک آمینو اسید، کیسه‌های کوچکی به نام میکروسفر را تشکیل دادند که قادر به جوانه زدن، تقسیم شدن یا جذب میکروسفرهای بزرگتر بودند. تکامل و بقای اصلح، میکروسفرها را به سمت سازمان‌یافتگی بیشتر سوق داد.
• پیدایش متابولیسم و RNA: میکروسفرها با جذب آمینو اسیدها، نیاز به مواد برای ادامه حیات داشتند. کمبود یک ماده (مثلاً X) آن‌ها را وادار کرد تا آن را از ماده‌ی دیگری (مثلاً Y) بسازند. این نیاز به کاتالیز واکنش‌ها، باعث تخصصی شدن اجزا درون میکروسفر شد. RNA، به عنوان نخستین مولکول خود همانندساز، هم واکنش‌ها را کاتالیز می‌کرد و هم اطلاعات وراثت را به نسل بعد منتقل می‌کرد که منجر به تقسیم کار درون سلول و تبدیل میکروسفر به یک سلول واقعی شد.
• نخستین سلول‌های هوازی و یوکاریوت: سیانوباکتری‌ها (سلول‌های هوازی) از تکامل میکروسفرها پدید آمدند و با فتوسنتز، اکسیژن را به جو زمین افزودند. این افزایش اکسیژن در طول سال‌ها، به تشکیل لایه‌ی اوزون و محافظت زمین از اشعه فرابنفش منجر شد.
  • متابولیسم اکسیژنی: وجود اکسیژن فراوان، منجر به توسعه‌ی مکانیسم‌های شیمیایی شد که با استفاده از اکسیژن، ۲۰ برابر انرژی بیشتری از مولکول‌های حاصل از فتوسنتز استخراج می‌کردند. این انرژی فراوان، به سلول‌ها اجازه داد تا پیچیده‌تر شوند.
  • تئوری درون‌همزیستی: این نظریه (تقریباً مورد قبول همه دانشمندان) بیان می‌کند که سلول‌های یوکاریوت (سلول‌های با هسته‌ی مشخص و اندامک‌هایی مانند میتوکندری و کلروپلاست) از همزیستی سلول‌های هوازی (پروکاریوت‌ها) با پیش‌یوکاریوت‌های بزرگتر پدید آمدند. دلایل متعددی (مانند اندازه‌ی مشابه، وجود DNA حلقوی و روش تقسیم دوتایی) این نظریه را تأیید می‌کنند. اولین یوکاریوت‌ها حدود ۲.۷ میلیارد سال پیش پدید آمدند.

از تک‌سلولی تا حیات پیچیده: تسخیر دریا و خشکی

• حیات چندسلولی: حدود ۲ تا ۳ میلیارد سال پیش، سلول‌ها با هم ماندند و کلونی تشکیل دادند، که مزیتی در رقابت برای بقا بود و امکان توسعه سلول‌های متنوع با عملکرد تخصصی را فراهم آورد.
  • اولین جانوران چندسلولی: اسفنج‌ها به عنوان اولین جانوران چندسلولی (جد تمام موجودات مرکب)، سپس ستاره‌های دریایی (با حرکت ابتدایی) و در نهایت کرم‌های پهن (اولین شکارچیان با سیستم عصبی اولیه و تقارن دوجانبه) پدید آمدند.
• انفجار کامبرین (۵۲۰ تا ۵۴۰ میلیون سال پیش): در مدت زمانی کوتاه (۱۵ تا ۲۰ میلیون سال)، تنوع عظیمی از جانوران پدید آمدند. افزایش تنوع ژنتیکی به عنوان معتبرترین توضیح برای این پدیده مطرح است.
• گسترش حیات به خشکی: حدود ۱۰۰ میلیون سال پس از انفجار کامبرین، خشکی هنوز برای جانوران سخت بود (مشکلاتی در استفاده و ذخیره آب، گرانش، اکسیژن و سازگاری با گرما). اما رقابت برای مکان و منابع غذایی در اکوسیستم، این مشکلات را حل کرد.
  • پیدایش گلسنگ‌ها: در دوران پرکامبرین، همیاری بین قارچ و جاندار آغازی فتوسنتزکننده، منجر به تشکیل گلسنگ شد که اولین جانداری بود که به خشکی آمد.
  • دوران پالئوزوئیک (دوران بی‌مهرگان): همزمان با گسترش حیات در خشکی، بی‌مهرگان پرسلولی مانند تریلوبیت‌ها (جد بندپایان امروزی) در دریاها پدید آمدند. گیاهان ابتدایی مانند سرخس و خزه نیز در خشکی فراوان شدند.
  • دوره اردویسین (۵۰۵ میلیون سال پیش): همزمان با آمدن حشرات به خشکی (اولین حشره، نوعی عقرب)، اولین مهره‌داران (ماهی‌های زره‌دار) در دریاها پدید آمدند.
  • دوره سیلورین (۴۳۸ میلیون سال پیش): دوزیستان اولیه از تحول ماهی‌ها پدید آمدند و توانستند در کنار آب زندگی کنند، اما همچنان وابسته به آن بودند. این تغییرات، مستلزم دگرگونی در دستگاه تنفسی، تغذیه و متابولیسم بود که حاصل تعامل ژن‌ها و محیط بود (طبق اصل انتخاب طبیعی داروین). جاندارانی مانند اکتیوستکا از ماهی‌ها تکامل یافته و پا به خشکی نهادند.
  • دوره کربونیفر (۳۶۰ تا ۳۳۰ میلیون سال پیش): گرم شدن تدریجی زمین و گسترش گیاهان گلدار، شرایط مساعدی را برای حیات فراهم کرد. نخستین خزندگان (با پوست ضدآب و تخم‌های محافظت‌شده) از دوزیستان تکامل یافتند و مستقل از آب، توانستند در خشکی زندگی و تولیدمثل کنند.

انقراض‌ها، پستانداران و ظهور انسان

تاریخ زمین با انقراض‌های گروهی متعددی همراه بوده که منجر به نابودی بسیاری از گونه‌ها و باز شدن راه برای گونه‌های سازگارتر شده است.

• بزرگترین انقراض (۲۵۰ میلیون سال پیش): انقراض پرمین، ۹۵ درصد موجودات دریایی و ۷۰ درصد موجودات خشکی را منقرض کرد. دلایل آن شامل تصادم کهکشانی، انفجارهای آتشفشانی و تغییرات شیمیایی در دریاها مطرح است.
• دوران مزوزوئیک (دوران خزندگان): پس از انقراض پرمین، دایناسورها برای میلیون‌ها سال (۲۴۵ تا ۶۵ میلیون سال پیش، شامل دوره‌های تریاس، ژوراسیک و کرتاسه) بر زمین حکمفرما بودند.
• انقراض کی-تی (۶۵ میلیون سال پیش): این انقراض که به پایان حکومت دایناسورها منجر شد، شواهد محکمی مبنی بر برخورد یک سیارک بزرگ به منطقه‌ی یوکاتان مکزیک دارد.
• گسترش و پیشرفت پستانداران (۶۵ تا ۷ میلیون سال پیش): انقراض دایناسورها، راه را برای شکوفایی پستانداران باز کرد.
• آغاز راه رفتن با دو پا (۷ میلیون سال پیش): در بین ۵ تا ۸ میلیون سال پیش، اجداد انسان از شمپانزه‌ها و سایر موجودات اولیه منشعب شدند. مهمترین پدیده در این زمان، دستیابی به قابلیت راه رفتن با دو پا بود که مستلزم تغییراتی در استخوان‌بندی و اسکلت انسان‌نماها بود.
• ابزارهای سنگی و کشف آتش (۲ میلیون سال پیش):
  • ابزارهای سنگی: پستانداران دیگر نیز از سنگ به عنوان ابزار استفاده می‌کردند، اما استفاده از سنگ برای فرم دادن به سنگی دیگر انقلابی بزرگ و سرآغاز تمام تکنولوژی‌ها بود. انسان‌های اولیه از سنگ‌ها برای شکل دادن و قطعه قطعه کردن مواد استفاده می‌کردند.
  • کشف آتش: کمی بعد از آغاز استفاده از ابزارهای سنگی، آتش کشف شد. اجداد ما یاد گرفتند چگونه با وسایل طبیعی آتش تولید کرده و از گرما و نور آن استفاده کنند. پختن غذا با آتش، باعث شد مواد بیشتری قابل خوردن شوند و زنجیره‌ی غذایی گسترش یابد.
• تکامل انسان: در نتیجه‌ی کشف آتش و استفاده از ابزارهای سنگی، و گسترش زنجیره‌ی غذایی برای انسان‌های نخستین، حجم مغز و وزن آن‌ها افزایش یافت. این پیشرفت‌ها به توسعه‌ی انسان اولیه به انسان امروزی کمک شایانی کرده است.

مطالعه بیشتر