کشف “پیوند گمشده” حیات اولیه در زمین

MacTavish · 17/1/20

بیگ بنگ: زمین برای میلیاردها سال از توده‌های آبی مملو از مواد معدنی، گازها و مولکول‌های ابتدایی پوشیده شده بود که زیست‌شناسان آنها را زنده تلقی نمی کنند. اما بعدها، عناصر بنیادینی از قبیل پروتئین ها، قندها، آمینو اسیدها و دیواره‌های سلولی پدیدار شدند که خود اینها در طی چند میلیارد سال بعد با یکدیگر ترکیب شدند تا نخستین علائم حیات در سیاره زمین گسترده شوند.

به گزارش بیگ بنگ، تیمی از شیمیدانان کار و زمان خود را برای بررسی شرایط زیست محیطی و شیمیایی دخیل در پیدایش منشا حیات اختصاص داده اند. آنان با توجه به سر و نخ های حاصل از داده های زمین شناسی اقدام به سنتز مولکول های ساده ای کردند که احتمالا میلیاردها سال پیش وجود داشتند. این شیمیدان ها بررسی می کنند که آیا این آنزیم‌های قدیمی مهارت لازم را برای تبدیل مواد خام زیستی به مواد حیات بخش داشته اند یا خیر. تیم دیگری از شیمیدانان موسسه تحقیقاتی اسکریپس در مجله Nature Chemistry اعلام کردند که یک آنزیم ابتدایی شناسایی کرده‌اند و این آنزیم می توانست برای تولید برخی مواد کلیدی حیات با کاتالیزگرهای ابتدایی زمین وارد واکنش شود: زنجیره های کوتاه آمینواسید که انرژی سلول‌ها را تامین می کنند؛ لیپیدهایی که دیواره‌های سلولی را تشکیل می دهند و رشته‌های نوکلئوتیدی که اطلاعات ژنتیکی را ذخیره می کنند.

«رامانایارانان کریشنامورتی» دانشیار شیمی در موسسه تحقیقاتی اسکریپس و نویسنده ارشد مقاله «منشا حیات» خاطر نشان کرد: «اگر امروز به حیات نگاه کنید و اینکه حداقل سه میلیارد سال پیش چگونه بود، می بینید که عمدتا بر پایه مبانی شیمی فسفریلاسیون بوده است. DNA، RNA و قسمت اعظمی از مولکول های زیستی شما فسفردار هستند. شما مجموعه ای از قند، آمینو اسید و پروتئین هستید.» آقای کریشنامورتی برای چندین سال در آزمایشگاه خود به آزمایش با یک آنزیم ترکیبی به نام «دیامیدوفسفات(DAP)» مشغول بوده است. یافته ها نشان داده که این آنزیم می تواند یک فرایند شیمیایی حیاتی موسوم به فسفریلاسیون را انجام بدهد. در طی این فرایند، یک مولکول فسفات به مولکول دیگری افزوده می شود.

آنزیم هایی که در پیشبرد فرایند ذکر شده دخیل اند، کیناز نامیده می شوند. آنها از این فرایند برای ارسال سیگنال هایی برای تقسیم سلولی، دستور به رشته های DNA برای جداسازی یا جهت تشکیل RNA ها استفاده می کنند. آنزیم دیامیدوفسفات شاید یکی از کینازهای ابتدایی بوده که از فرایند فسفریلاسیون بهره برده است. کریشنامورتی برای آزمودن نظریه خود به همراه همکارانش، شرایط زمین ابتدایی را در آزمایشگاه شبیه‌سازی کردند. آنها آنزیم دیامیدوفسفات را با غلظت های مختلف منگنز، روی و ترکیبی به نام ایمیدازول که به عنوان کاتالیزگری برای تسریع واکنش ها عمل می کند، ترکیب نمودند. این آزمایش هفته و گاهی اوقات ماه ها به طول می انجامد.

برای اینکه این آنزیم از چنین آزمایش سختی عبور کند، می بایست بطور موفقیت آمیز رویدادهای فسفردار شدگی را به وجود می آورد؛ رویدادهایی که تحت شرایط مشابه به تشکیل نوکلئوتیدهای ساده، پپتیدها و ساختارهای دیواره سلولی منجر گردیدند. گزینه های گذشته در رابـ*ـطه با آنزیم های حیات بخش فقط می توانستند ساختارهای مشخصی را تحت شرایط محیطی و شیمیایی کاملا متفاوت فسفردار کنند. کریشنامورتی دریافت که آنزیم دیامیدوفسفات می تواند تمامی این کارها را انجام بدهد؛ یعنی چهار عنصر اصلی نوکلئوسید RNA، رشته‌های کوتاه RNA مانند، اسیدهای چرب، لیپیدها و زنجیره‌های پپتیدی را فسفردار می کنند. آیا این بدان معناست که آنزیم دیامیدوفسفات ماده تصادفی را به حیات تبدیل کرد؟ نه کاملا.

کریشنامورتی گفت: «بهترین کاری که می توانیم انجام دهیم این است که سعی کنیم نشان بدهیم مواد شیمیایی ساده تحت شرایط ساده توانستند زمینه را برای پیدایش مواد شیمیایی بیشتری فراهم کردند و رفتار حیات مانند شکل گرفت. نمی توان مدعی شد که حیات بر روی زمین به این صورت پدید آمد.» کریشنامورتی هیچ شواهدی برای این ندارد که آنزیم دیامیدوفسفات اصلا چهار میلیارد سال پیش وجود داشت یا خیر. او مولکول را در آزمایشگاه خود به عنوان راهی برای حل یکی از اساسی ترین چالش ها سنتز کرد. برای اینکه فرایند فسفریلاسیون به درستی کار کند، باید یک مولکول آب در فرایند حذف گردد. کریشنامورتی این سوال را مطرح کرد: «وقتی با حجم زیادی از آب احاطه شده اید، چطور آب را از یک مولکول حذف می کنید؟ این کار به لحاظ ترمودینامیکی خیلی دشوار است.»

آنزیم دیامیدوفسفات با حذف مولکول آمونیاک به جای آب بر این مشکل فائق می آید. کریشنامورتی با زیست شیمیدانان به همکاری می پردازد تا منابع بالقوه آنزیم دیامیدوفسفات را در گذشته زمینT مورد شناسایی قرار دهد. جریانهای گدازه غنی از فسفات شاید با آمونیاک موجود در هوا به واکنش پرداخته اند تا آنزیم دیامیدوفسفات را پدید آورند یا از مواد معدنی حاوی فسفات بیرون زده است. یک چیز واضح است؛ بدون آنزیم دیامیدوفسفات یا چیزی مثل آن، زمین شاید همچنان یک چالاب بی جان باشد.