دانشمندان اخیراً مدعی شدهاند که احتمالاً توانستهاند به یکی از بزرگترین معماهای علمی، یعنی منشأ پیدایش حیات، نزدیک شوند. پرسش درباره اینکه اجزای اولیه حیات چگونه گرد هم آمدند تا نخستین موجودات زنده را شکل دهند، یکی از بنیادیترین سوالات زیستشناسی به شمار میرود. اکنون گروهی از پژوهشگران با دستیابی به سرنخ تازهای، گامی مهم در مسیر یافتن پاسخ این پرسش برداشتهاند. آنها میگویند کشف اخیر میتواند همانند یافتن کلید گمشدهای باشد که صندوقچه اسرار جهان را میگشاید. یافتههای منتشرشده نشان میدهد فرآیندهای شیمیایی ساده، شاید نقشی کلیدی در تشکیل مولکولهای پیچیدهای داشتهاند که بعدها حیات را بر روی زمین امکانپذیر کردند.
به گزارش رسانه اخبار فناوری تک فاکس، تیمی از زیستشناسان در این مطالعه نشان دادهاند که مولکولهای آرانای و آمینواسیدها توانستهاند صرفاً از طریق تعاملات تصادفی با یکدیگر ترکیب شوند و پروتئینها را تشکیل دهند. پروتئینها بهعنوان مولکولهایی بنیادین، تقریباً تمامی وظایف حیاتی یک سلول را انجام میدهند. به بیان دیگر، پروتئینها همان کارگران پرانرژی و خستگیناپذیر سلولها هستند. این یافتهها کمک میکند تا تصویر روشنتری از چگونگی شکلگیری اولین مولکولهای زنده ارائه شود و نشان میدهد که احتمالاً مسیر تکاملی حیات، بسیار سادهتر از آن چیزی بوده که پیشتر تصور میشد.
با وجود اهمیت پروتئینها، این مولکولها توانایی تکثیر مستقل ندارند و برای ساخته شدن نیازمند ساختاری پیچیده به نام ریبوزوم هستند. ریبوزوم درون سلولها قرار دارد و بر اساس دستورالعملهایی که توسط آرانای حمل میشود، پروتئینها را میسازد. این موضوع به یکی از معماهای کلاسیک زیستشناسی، یعنی مسئله «مرغ یا تخممرغ» میانجامد. از یک سو سلولها بدون پروتئین شکل نمیگیرند و از سوی دیگر پروتئینها تنها در درون سلولها ساخته میشوند. کشف جدید به دانشمندان امکان داده تا سرنخی بیابند که چگونه پروتئینها پیش از وجود این کارخانههای زیستی اولیه پدیدار شدهاند و قطعهای مهم از این پازل پیچیده را در جای خود قرار دهند.
متیو پاونر، شیمیدان کالج دانشگاهی لندن و یکی از نویسندگان این تحقیق، در توضیح یافتهها گفت: «ما توانستیم نخستین مرحله این فرآیند پیچیده را با استفاده از شیمی بسیار ساده و در شرایطی نزدیک به زمین اولیه بازسازی کنیم. این آزمایش در آب با PH خنثی انجام شد و موفق شدیم آمینواسیدها را به آرانای متصل کنیم. واکنش شیمیایی به شکل خودکار و انتخابی رخ داد و نشان میدهد که چنین فرآیندی میتوانسته در محیطهای طبیعی زمین اولیه اتفاق افتاده باشد.» او تأکید کرد که این نتایج نشان میدهد چگونه آرانای برای نخستین بار توانسته کنترل ترکیب پروتئینها را به دست گیرد.
شواهد علمی حاکی از آن است که آمینواسیدها مدتها پیش از شکلگیری حیات بر روی زمین وجود داشتهاند. این ترکیبات در نمونههایی از سیارکها که از فضای بیرونی به زمین رسیدهاند، شناسایی شدهاند. با این حال، نکته مهم این است که آمینواسیدها بهطور طبیعی به راحتی به هم متصل نمیشوند و نیاز به یک محرک یا ماده آغازگر دارند. پژوهشگران برای یافتن این ماده، روی مولکولی واکنشپذیر به نام پانتتین تمرکز کردند؛ ترکیبی که پیشتر به دلیل نقش حیاتی آن در متابولیسم شناخته شده بود. به باور دانشمندان، همین ترکیب میتوانسته کلید آغاز اتصال آمینواسیدها باشد.
بر اساس مطالعات قبلی، ترکیباتی مانند پانتتین احتمالاً در دریاچههای زمین اولیه به وفور وجود داشتهاند. در این پژوهش، هنگامی که محققان پانتتین را با آمینواسیدها در یک محلول آبی ترکیب کردند، واکنشی شیمیایی رخ داد که منجر به تشکیل مادهای به نام آمینواسیل-تیول شد. بررسیها نشان داد این ماده میتواند با آرانای شناور در محیط آبی با PH خنثی واکنش داده و فرآیندی را آغاز کند که طی آن آمینواسیدها به آرانای منتقل شده و به هم متصل شوند. این کشف نشان میدهد ترکیبات شیمیایی ساده در محیطهای طبیعی اولیه، توانایی آن را داشتند که مولکولهای پیچیدهتری را شکل دهند و مسیر پیدایش پروتئینها را هموار کنند.
پاونر در ادامه توضیح داد: «زمانی که آمینواسیدها در کنار مولکولهای آرانای و تیولها یا همان مولکولهای گوگرد قرار میگیرند، وقوع این فرآیند تقریباً اجتنابناپذیر است.» با این حال او تأکید کرد که وجود پانتتین برای رخ دادن این واکنش حیاتی بوده است. نکته قابل توجه اینکه این ماده در اقیانوسهای زمین اولیه چندان فراوان نبوده و بیشتر در محیطهای آبی کوچکتر و شیرین، هرچند بهصورت رقیق، یافت میشده است. همین مسئله پرسشهای تازهای درباره شرایط واقعی شکلگیری اولین مولکولهای حیات مطرح میکند.
نیک لین، شیمیدان کالج دانشگاهی لندن که در این پژوهش نقشی نداشته، در توضیح یافتهها اظهار داشت: «زنجیرههای آمینواسیدی حاصل از این فرآیند با آنچه توسط ریبوزومها ساخته میشوند تفاوت اساسی دارند. پروتئینهای تولیدشده توسط ریبوزومها منظم و ساختارمند هستند، در حالی که ترکیبات بهدستآمده در این فرآیند تصادفی و بینظماند. بنابراین هنوز مسئله نظم و سازماندهی دقیق این مولکولها حل نشده است.» او افزود: «اگر به این واکنشها میلیاردها سال زمان داده شود، احتمال وقوع سناریوهای متنوعی وجود دارد و این همان چیزی است که مسیر تکامل طبیعی را ممکن کرده است.»