محققان معمای «منشاء حیات در زمین» را حل کردند

MacTavish · 24/8/19

بیگ بنگ: پژوهش تیمی از محققان دانشگاه واشنگتن نشان می دهد دلیل پیدایش نخستین سلول‌ها در زمین باستانی این بود که اجزای اصلی پروتئین‌ها به تثبیت غشاء پرداختند.

به گزارش بیگ بنگ، پیدایش حیات در زمین تقریبا به چهار میلیارد سال پیش باز می‌گردد؛ یعنی زمانیکه نخستین سلول‌ها درون سوپ ازلی از ترکیبات پیچیده شیمیایی و غنی از کربن تشکیل یافتند. این سلول‌ها با نوعی چالش شیمیایی روبرو شدند. آنها به یون‌های ویژه‌ای از درون این سوپ احتیاج داشتند تا کارهای بنیادی خود را انجام بدهند. اما احتمال می‌رود آن یون‌های باردار باعث ایجاد اختلال در غشاهای ساده‌ای شده باشند که به دور سلول‌ها پیچیده بودند.

تیمی از محققان در دانشگاه واشنگتن با استفاده از غشایی که شاید در زمینِ جوان وجود داشت، این معما را حل کرده‌اند. محققان با استفاده از محفظه‌هایِ مملو از سیال و به اندازۀ سلول که غشاهایی از جنس مولکول‌های اسید چرب آنها را احاطه کرده، دریافتند که آمینواسیدها (اجزای تشکیل دهنده پروتئین‌ها) میتوانند غشاها را در برابر یون‌های منیزیم تثبیت کنند. نتایج این محققان زمینه را برای نخستین سلول‌ها فراهم آورد تا اطلاعات ژنتیکی خود را در RNA رمزگذاری نمایند؛ RNA یک مولکول مرتبط به DNA است که برای محافظتش و همچنین حفظ ثبات و پایداری غشاء به منیزیم نیاز دارد.

تصاویری از غشاء که با استفاده از روش میکروسکوپی الکترونی تهیه شده است. بالا: غشاهایی در یک محلول که هیچ آمینواسیدی ندارد. پایین: غشاهایی در یک محلول که حاوی سِرین است؛ این آمینواسید به غشاء فرصت میدهد تا لایه‌های مختلفی از غشاهای هم‌مرکز بسازند.

یافته‌ها نشان میدهد که آمینواسیدها چگونه در ثبات غشاء در محیط‌های نامساعد ایفای نقش کرده‌اند. بر اساس این یافته‌ها، می‌بینیم که چگونه تک تک اجزای سازنده ساختارهای سلولی (غشا، پروتئین‌ها و RNA) در محیط‌های آبی در زمین باستانی با یکدیگر کنار آمده‌اند. نویسنده مقاله «روی بلک» استاد شیمی و زیست شناسی خاطرنشان کرد: «سلول‌ها از انواع مختلفی از ساختارها تشکیل یافته‌اند و انواع مختلفی از اجزای تشکیل دهنده را دارند. هیچگاه مشخص نشده که چرا سلول‌ها بصورت موثر گردهم می آیند تا کاری را به انجام برسانند.»

محققان سعی کردند با بررسی‌های دقیق خود به جزئیات حیاتی و گمشده دست بیایند. در همین راستا، آقای بلک با خانم «سارا کلر» استاد شیمی و متخصص در زمینه غشاء به همکاری پرداخت. آقای بلک از این مسئله به شگفت آمده که مولکول‌های اسید چرب میتوانند با خودشان گردهم آمده و غشاهایی را پدید آورند. بر اساس فرضیه او، این غشاها میتوانند سطوح خوبی برای ایجاد اجزای سازنده RNA و پروتئین‌ها باشند.

خانم کلر، محقق و یکی از نویسندگان مقاله گفت: «میتوان چنین تصور کرد که انواع مختلفی از مولکول‌ها مثل توپ تنیس در داخل سوپ ازلی به این طرف و آن طرف حرکت می‌کنند. یافته های ما نشان داد که اجزای RNA ترجیحا به غشای اسید چرب متصل می‌شوند و غشای ظریف و شکننده را در برابر اثرات مضر نمک محافظت می‌کنند. نمک بعنوان ترکیبی رایج از گذشته تاکنون وجود داشته است.»

محققان این فرضیه را به پیش کشیدند که آمینواسیدها توانایی استحکام‌بخشی به غشاء را داشتند. آنان از روش‌های آزمایشی متنوعی برای بررسی اینکه ۱۰ آمینواسید مختلف چگونه با غشاء برهمکنش کردند، استفاده نمودند. آزمایش‌های محققان نشان داد که برخی از آمینواسیدها به غشاء وصل شده و آنها را تثبیت می‌کنند. البته ناگفته نماند که بعضی از آمینواسیدها زمینه‌سازِ تغییرات ساختاری بزرگی در غشاء شدند؛ مثلا با تشکیل گوی‌های هم مرکز از غشاء که به لایه‌های پیاز شباهت دارد. محقق و نویسنده «کیتلین کورنل» دانشجوی دکتری در گروه شیمی دانشگاه واشنگتن بیان کرد: «آمینواسیدها صرفا از وزیکول‌ها محافظت نمی کنند، بلکه در ایجاد وزیکول‌های چندلایه هم به ایفای نقش پرداختند.»

مدل نحوه قرارگیری عناصر سازندۀ سلول‌های اولیه در غشاها. سمت چپ: عناصر سازندۀ غشاها، RNA و پروتئین‌ها در گروه نخستین.
وسط: غشاها زیرگروهی از عناصر سازنده (دایرۀ خاکستری) را شکل داده و به هم می‌چسبانند که به نوبت غشاها را پایدار می کند. سمت راست: RNA کاربردی و پروتئین‌ها در غشاء قرار می‌گیرند.

محققان همچنین دریافتند که آمینواسیدها با تغییراتی در غلظت به تثبیت غشاء کمک کردند. برخی دانشمندان اینطور متصور می‌شوند که نخستین سلول‌ها در حوضچه‌های سطحی پدید آمده‌اند که در آنها غلظت آمینواسید در چرخه‌هایی کم و زیاد شده است. بر طبق یافته‌های جدید، شاید غشاها مکان مناسبی برای این قبیل از مولکول‌ها بوده است. حالا محققان در مورد این مسئله به کاوش می‌پردازند که این اجزای پروتئینی چگونه به یکدیگر وصل شدند تا کارهای مهم و حیاتی را با انجام برسانند.

خانم کِلر در پایان اظهار داشت: «دانشگاه واشنگتن جای بسیار خوبی برای اکتشاف است، زیرا جامعه علمی در آن اشتیاق بالایی برای کار گروهی دارد و بطور پیوسته ایده‌ها و نتایج آزمایش‌ها را با یکدیگر در میان می‌گذارند.»