مقدمه

میکروارگانیسمها موجودات ریز میکروسکوپی هستند که طول آنها کمتر از یک میلیمتر است و با چشم غیر مسلح دیده نمی‌شوند. اکثر آنها تک سلولی، بعضی از آنها به شکل مجموعه‌ای از سلول ، برخی به صورت رشته‌های دراز شامل واحدهای مجزا و تعدادی به صورت پروتوپلاستهای درون دیواره سلولی دیده می‌شوند. میکروارگانیسمها با وجود تشکیلات و ساختمان سلولی تقریبا ساده ، دارای همان فعالیتهای اساسی فیزیولوژیکی هستند که در موجودات عالی با ساختمان چند سلولی دیده می‌شود نظیر مصرف غذا ، تولید ماکرومولکولهای جدید و تولید انرژی.

میکروارگانیسمها شامل پروتوزوآها ، جلبکها ، قارچها ، باکتریها و ویروسها هستند. تصور می‌شود که در حدود 4.5 بیلیون سال قبل ، بعد از اینکه زمین تشکیل شد، اعماق بین کوهها و حفره‌های بین صخره‌ها از آب پر شد. در آن هنگام ، اتمسفر دارای بخار آب ، متان ، آمونیاک و هیدروژن بود و با گذشت زمان با تکامل مواد اولیه ، موجودات زنده اولیه یعنی میکروارگانیسمها شکل گرفتند.

تشکیل مواد مرکب

آبهای اولیه زمین ، مواد معدنی موجود در صخره‌ها را در خود حل کرد و هنوز پس از میلیونها سال ، مخزن مواد شیمیایی است. بر اثر واکنشهای اتفاقی بین مولکولهای متان ، زنجیره‌های دراز هیدروکربنی ، شکل گرفتند. هیدروکربنهای تشکیل شده، بر اثر فعل و انفعالات بعدی با آب ، موجب بوجود آمدن قندها ، الکلها و اسیدهای چرب شدند. از فعل و انفعال مواد کربن‌دار با آمونیاک و آب ، اسیدهای آمینه بوجود آمدند. بعضی از این فعل و انفعالات به علت تخلیه الکتریکی در اتمسفر یا در اثر نور ماورای بنفش به آسانی انجام گرفت.

انرژیهای فوق به علت فقدان گاز اکسیژن در جو زمین ، به زمین وارد شدند. در اثر واکنش مواد مرکب آلی تشکیل شده با یکدیگر ، مولکولهای پیچیده‌تر و بزرگتری بوجود آمدند. این جریان به آهستگی صورت گرفت، زیرا زمان مساله‌ای نبود و هیچ موجود زنده‌ای وجود نداشت که مواد آلی تشکیل شده را از بین ببرد یا مصرف کند. از اتحاد اسیدهای آمینه ، پلی پپتیدها بوجود آمدند. به نظر می‌رسد مواد پیش ساز پروتئینی دارای حالت کلوئیدی از محلول اولیه مجزا شده‌اند و قطرات میکروسکوپی یا توده را تشکیل داده‌اند. این توده‌ها به علت خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خود افزایش حجم یافتند.

اسیدهای نوکلئیک و آغاز زندگی

مواد مرکب پیچیده‌تری از اتحاد پورینها یا پیریمیدینها با قند و فسفات بدست آمدند. نوکلئوتیدها توانستند به یکدیگر متصل شوند و مولکولهای درازی شبیه زنجیر را که امروزه شکل مارپیچی دارند تشکیل دهند. اسیدهای نوکلئیک قادر بودند که اسیدهای نوکلئیک بیشتری از همان نوع و همچنین پروتئینهای خاصی را ایجاد کنند. تصور می‌شود که حیات از اینجا آغاز شده باشد. باید توجه داشت که تمام فعل و انفعالهای شیمیایی فوق‌الذکر بسیار کند و آهسته انجام می‌گرفت و چند صد میلیون سال گذشت تا اولین شکل تولید خود به خودی ظاهر گردید.

شکل اولیه زندگی

با استانداردهای فعلی ، شکل اولیه زندگی خیلی ساده و احتمالا مجموعه‌ای از اسیدهای نوکلئیک و پروتئین بوده است. به نظر می‌رسد شکل اولیه زندگی ، چیزی شبیه به ویروس بوده و یا در حقیقت به پروکاریوت اولیه شباهت داشته است. تصور می‌شود که این ویروس اولیه ، قادر به تامین اجزای اصلی خود از مواد آلی بوده که بر حسب اتفاق ، در استخرها و اقیانوسهای ما قبل تاریخ موجود بوده است. در حالی که ویروسهای امروزی ، شکلهای انحطاط یافته از میکروارگانیسمهای عالی هستند که به علت دسترسی مستقیم به مواد غذایی ، درون سلول به حالت انگل درآمده‌اند. عده‌ای از محققان معتقدند که ویروسهای امروزی ، نسلهای مستقیمی از ویروسهای اولیه هستند.

تکامل بیوشیمیایی

پروکاریوت اولیه‌ای که حدود 4 بیلیون سال قبل به طور خود به خودی بوجود آمده، موجودی هتروتروف بوده است. یعنی قادر بوده مواد مرکب آلی را که بر اثر فعل و انفعالات فتوشیمیایی در اتمسفر و آبهای اولیه زمین تشکیل می‌شد، مصرف کند. در آن زمان اکسیژن موجود در اتمسفر کم بود و این ارگانیزم هتروتروف می‌توانست انرژی مورد نیاز خود را از مواد غذایی موجود در شرایط بی‌هوازی (تخمیر) بدست آورد.کم‌کم مقداری دی‌اکسید کربن بر اثر بعضی از واکنشهای شیمیایی بوجود آمد.

هنگامی که رنگدانه‌های فتوسنتزی و مواد رنگی ضروری دیگر برای مصرف و تغییر شکل انرژی به انرژی بیوشیمیایی افزایش یافت، باکتریهای فتوسنتزی بی‌هوازی اولیه ظاهر شدند. آنها قادر بودند که گاز کربنیک موجود را در خود تثبیت کنند، مواد مرکب آلی را تولید کنند و هیدروژن و الکترون را از موادی مانند H2 بدست آورند.تکامل تدریجی رنگدانه‌های فتوسنتزی و عوامل انتقال الکترون موجب شد که مواد مرکب دارای نیتروژن مانند آمونیاک و هیدرازین به عنوان منابعی از الکترونها و هیدروژن مصرف شود و بالاخره سیستمی برای حفظ الکترونها و هیدروژن از آب توسعه یافت.