מדוע מדענים לא מצליחים לייצר חיים מדומם? חלק א'

אביתר שואל: "שלום. לפי מה שידוע לי מדענים לא הצליחו עדיין לייצר חיים מחומר דומם, אבל הייתי רוצה להבין למה, כי החיים הרי מורכבים מכימיקלים שונים. אז האם לא מספיק לחבר את הכימיקלים ביחד כדי שיהפכו למשהו חי?"

שלום וברכה אביתר, ותודה על שאלתך,

כולנו מורכבים מתאים קטנים המחוברים זה לזה, ופועלים במקביל. אם נמחיש את התא החי כמדינה, אז גוף אדם הוא למעשה עולם שלם, המורכב מביליוני מדינות זעירות, כאשר כל מדינה מכילה תעשייה שלמה של מפעלים, כלי רכב, מחשבים ועוד, הפועלים כולם באופן אוטומטי לחלוטין, כמו מכונה. בתא החי הקטן ביותר בגופנו קיימת מורכבות רבה יותר מכל הצנרת של העיר ניו-יורק.

אך בעבר מדענים לא ידעו מכך. אנטוני ואן לוונהוק (Anton van Leeuwenhoek) היה החוקר הראשון שראה במיקרוסקופ פשוט את הדם, חרקים וחפצים שונים, ותיאר לראשונה את התאים והחיידקים ב-1675 למניינם. אך גם מאה שנים מאוחר יותר התאים עדיין נראו לעיני מדענים כמו בועות קטנות שמתחלקות ומתפצלות, איש לא ידע עדיין על גנים. מבנה הדנ"א התגלה לראשונה ב-1953 למניינם, על ידי החוקרים ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק. כדי להבין את גודל התגלית שלהם, אבאר מספר מושגי יסוד.

גֵּן הוא קוד מידע (בדומה למשפט בתוכנת מחשב) המציג את "הוראות הייצור" לחלבונים - מהם נעשים כל תאי הגוף שלנו. כל הגנים של גוף האדם דחוסים יחד במולקולת ענק שנקראת דנ"א, המכילה כ-3 מיליארד נוקלאוטידים (-היוצרים אותיות בתוכנה).

כיצד הדנ"א הופך לגוף האדם? בתוך גרעין התא ישנם כימיקלים מיוחדים שמעתיקים קטעים קצרים מהדנ"א, כל פעם סליל קצר. הסלילים הקצרים הללו נקראים בשם רנ"א. סלילי רנ"א מגיעים אל מכונה בתא שמה "ריבוזום" אשר קוראת אותו, ומייצרת על פיו חלבונים באמצעות חומצות אמיניות מהסביבה שלו. כך נוצרים כל תאי הגוף שלנו.

התא החי הוא מחשב-על, או יותר מדויק, מפעל שלם הפועל באמצעות מחשב-על. מפאת המורכבות האדירה שנתגלתה בו, לא מצליחים מדענים לייצר תא חי מדומם.

אך התשובה לשאלתך פשוטה יותר.

מסתבר שאפילו באורגניזם (-היצור החי) הפשוט ביותר, מספר פעולות מורכבות חייבות לפעול בו-זמנית כדי שיוכל לחיות ולהתקיים. פעולות כגון אכילה ונשימה ועיכול ושכפול, נעשות על ידי מכונות מורכבות הנמצאות בתוך התא החי, בדומה לחלקים שונים הנמצאים במכונית או במחשב, שאם רק אחד מהם ייחסר לו - המכונה לא תוכל לפעול. ואלו הם:

1. יכולת אכילה - כניסה והחזקה של המזון. נתאר לעצמנו את התא החי כמו מבצר עם דלתות, ובהם שומרים שמכניסים את המזון הראוי, ומונעים כניסה של חומרים מזיקים.

2. יכולת עיכול - הפיכת המזון לאנרגיה שבה יוכל להשתמש התא החי, מכונה זו נקראת בשם "ליזוזום".

3. יכולת הפרשה של המזון המעוכל - תכונה זו דורשת מעבר של מזון חדש, ומעבר למזון מעוכל. נדמה לעצמנו מפעל שיש בו מחלקות שונות, ומעברים שונים לפסולת ורעלים.

4. יכולת נשימה, ויכולת פליטה של החמצן המשומש - מכונה זו נקראת בשם "מיטוכונדריון".

5. פירוק חומרים רעילים הנכנסים אל התא (כמו מימן על-חמצני). "פראוקסיזום" וגם "ליזוזום" אחראים לכך בתא החי.

6. חומר נוזלי המחזיק ומקשר בין כל מרכיבי התא, ומאפשר המסה של חלבונים (-כלומר אנזימים המבצעים פעולות חשובות בתוך התא). חומר נוזלים זה נקרא בשם "ציטופלזמה", והיא עשויה 80% מים. זהו למעשה ה"דם" של התא, והוא שמאפשר את תנועת איבריו וכל הפעולות המורכבות המתבצעות בתא.

7. שלד המחלק את התא - שלד התא הוא למעשה מערכת שכבות עשויות סיבים וחוטים שמחלקות את כל מרכיבי התא, ומחזיקות אותן ביחד (ובכך מאפשרת גם תנועה בתוכם). נתאר לעצמנו מבצר, שבנוי מקירות, עם אולמות, מסדרונות וחדרים מורכבים, שחייבים להיות מופרדים זה מזה עבור השומרים, השרים והעובדים השונים.

8. מעטפת חיצונית המגנה על התא מן החוץ - "ממברנה" הוא שמה של מעטפת קרומית המגינה על התא מן החוץ, ומסננת חומרים לא רצויים. ללא המעטפת, החמצן היה משמיד את כל מרכיבי התא. קרום התא גם מחזיק את הציטופלזמה, מווסת ומעביר מים, חמצן וחומרים אחרים מן החוץ אל תוך הציטופלזמה.

9. הדנ"א - ספרייה סגורה זו מכילה את כל המידע ליצירת התא. יש בכל תא "גרעין" שמכיל מולקולת דנ"א, בה כתובות כל התכונות שמרכיבות את התא בצורה מקודדת של אותיות (מעין "ספר הדרכה" לשכפול התא).

10. יכולת רבייה - בכל תא חי יש "מחשב פנימי" המסוגל לפענח את מולקלת הדנ"א במטרה לקרוא אותו, וישנן מולקולות נוספות שמבצעות את הפקודות הנדרשות מן ה"מחשב הפנימי" כדי לשכפל את התא. מכונה זו נקראת בשם רנ"א.

אפילו התא הפשוט ביותר זקוק לכל התכונות שהוזכרו לעיל כדי לשרוד ולשכפל את עצמו. חיסרון של אחת מן התכונות שהוזכרו פירושו מוות לתא, והכחדה מיידית. אך למעשה, גם כל אחת מן התכונות הללו מורכבות מאינספור מרכיבים נוספים שעדיין נחקרים בידי ביולוגים.

מסיבה זו חיים לעולם לא יוכלו להיווצר מעצמם.

בהקשר זה יש לציין שכלי התקשורת הציגו בעבר ניסוי מפורסם בשם "ניסוי מילר ויוראי" בצורה מטעה לציבור, כאילו המדע התקדם צעד אדיר לקראת יצירת חי מדומם, אך ניתנה האמת להיאמר כי מדענים לא הצליחו לייצר תא חי מדומם, ואפילו לא משהו שמתקרב ליצירת תא חי. אם נדמה בדרך משל את התא החי למכונית, הרי ש"ניסוי מילר ויוראי" הצליח לייצר רק דלק למכונית, אך לא התקרב בזעיר-אנפין ליצירת מכונית בפועל, אף לא מכונית פשוטה מאוד.

פרופ' רוברט שפירו, מומחה לדנ"א אמר: "הכימיה הטובה ביותר שהראו מילר ויוראי, לא לוקחת אותנו אף לא במעט לאורגניזם חי. תערובת כימיקלים, אפילו אם מועשרת במספר חומצות אמיניות, לא דומה לבקטריה יותר שמילים חסרות משמעות על פיסות נייר שונות יהיו דומות לעבודותיו השלמות של שייקספיר" -

[Robert Shapiro, "Origins - A Skeptics Guide to the Creation of Life on Earth," 1986, p. 116]

מאחר שנדרשות מכונות מורכבות מאוד הפועלות כולן במקביל, הרי שלא קיימת אף דרך טבעית שבה חיים יוכלו להיווצר מעצמם מחומר דומם. בכתבה הבאה בעז"ה נמשיך לעמוד על מורכבות החיים, ונלמד מהם הוכחה מדעית למציאות הבורא.