بررسی شواهدی از چگونگی آغاز حیات روی زمین

 

گفته می‌شود شوک ناشی از برخورد سیارک‌ها به زمین، می‌تواند آغازگر واکنش‌های اساسی منجر به پیدایش حیات روی زمین بوده باشد.

 

 

آزمایشی توسط شیمیدانان استنلی میلر و هارولد یوری در سال ۱۹۵۲ انجام شده بود که هم‌اکنون به‌عنوان آزمایشی معروف و معتبر از آن یاد می‌شود. این آزمایش نشان داده بود که حتی اگر ما به‌طور مطمئن ندانیم که سلول‌های زنده برای اولین بار به چه شکلی تشکیل شده‌اند؛ این را می‌دانیم که حداقل برخی از بلوک‌های ساختار مولکولی آن‌ها، می‌تواند توسط واکنش‌های شیمیایی ساده تحت شرایط خاص موجود در کره‌ی زمین در دوران کهن زمین‌شناسی تشکیل شده باشد.

 در حال حاضر و پس از گذشت بیش از نیم قرن، محققانی از فرانسه و جمهوری چک از یک آزمایش مشابه برای گسترش فهرست بالقوه‌ از این مواد تشکیل‌دهنده، استفاده کرده‌اند؛ فهرستی که از هر چهار پایه‌ی بازی RNA تشکیل شده و برخی از گام‌های ضروری لازم برای رسیدن از یک سوپ شیمیایی به سرچشمه‌ی حیات روی زمین را در خود جای داده است.

 در حالی که نتایج آزمایش آن‌ها به‌طور دقیق نشان نمی‌دهند که حیات روی زمین به چه صورتی شکل گرفته است، با این حال، آزمایش آن‌ها به ما توضیح می‌دهد شرایط روی کره‌ی زمین در حدود ۳.۵ تا ۴ میلیارد سال پیش، می‌تواند برای تولید دسته‌ای از ترکیب‌های ضروری برای بیوشیمی، آماده و مساعد بوده باشد.

این شرایط احتمالا شامل یک اتمسفر بدون اکسیژن که از آن به‌عنوان یک اتمسفر کاهنده یاد می‌شود و همچنین مجموعه‌هایی گرم از آب حاوی مولکول‌های نیتروژن در کنار مولکول‌های مبتنی بر کربن مانند آمونیاک و متان بوده است.

 میلر و یوری این دو ترکیب را در یک فلاسک استریل آب با مقداری گاز هیدروژن برای انجام آزمایش خود حل کردند. آن‌ها اجازه دادند این ترکیب به مدت یک هفته به همان شکل بماند و پس از آن، با وارد کردن شوک به این محلول با استفاده از جریان الکتریسیته سعی کردند اثرات رعدوبرق را در این محلول شبیه‌سازی کنند.

آن‌ها در داخل این شیره‌ی قهوه‌ای‌رنگ موفق به کشف گلیسین‌های اسیدهای آمینه، آلانین آلفا و آلانین بتا به همراه نشانه‌هایی از اسید اسپارتیک و اسید آلفا (گابا)  شدند؛ موادی که نشان می‌دهند دست کم برخی از بلوک‌های ساختمان پروتئین می‌توانند بدون کمک فرآیندهای بیولوژیکی پیچیده ساخته شده باشند.

بعدها کشف شد که ترکیب به‌دست‌آمده از آزمایش میلر و یوری دربردارنده‌ی تعداد بسیار بیشتر از پنج آمینواسید بوده است. انجام مطالعه‌ای در سال ۲۰۰۸ روی مواد حفاظت‌شده‌ی آن‌ها و با استفاده از تجهیزات تحلیلی بهتر، منجر به جداسازی ۱۴ اسیدآمینه و پنج آمین شد. گفتنی است که با تجزیه‌ و تحلیل‌ اخیری که توسط یکی از دانشجویان میلر انجام گرفته، تعداد ترکیبات شناسایی‌شده به ۴۰ مورد رسیده است.

درحالی‌که آن آزمایش به‌عنوان یک نقطه‌ی عطف در زمینه‌ی آزمایش‌های بیوشیمیایی مورد تحسین قرار گرفته، اما در هر صورت انتقاداتی نیز به همراه داشته است. برخی از شیمیدانان چنین استدلال کرده‌اند که هیچ شواهد روشنی مبنی بر اینکه اتمسفر ما در آن زمان از نوع کاهنده بوده باشد، در دست نیست و همچنین موادی که آن‌ها استفاده کرده‌اند، ممکن است در آن زمان دارای فراوانی قابل توجهی نبوده باشند.

 آخرین تغییر مطرح در آزمایش جدید به سرپرستی آکادمی علوم چک این بود که آزمایش فوق، این بار برای شناسایی و ثبت اسیدهای آمینه صورت نمی‌گرفت؛ بلکه دانشمندان به دنبال سازه‌ی ارگانیک دیگری موسوم به فرمامید بودند.

 پلیمرهای RNA از چهار نوع واحد مختلف ساخته شده‌اند؛ این واحدها عبارتند از آدنین، گوانین، سیتوزین و اوراسیل که همگی می‌توانند از ماده‌ی فرمامید ساخته شوند. پیشنهادات مختلفی برای پاسخ به پرسش در مورد محل پیدایش و منشأ پیش‌ساز مبتنی بر RNA ارائه شده است. محققان در گزارش خود در این مورد نوشته‌اند:

...با این حال، در اکثر موارد، ساختار شیمیایی دقیق چنین سیستم‌هایی به‌صورت تجربی یا نظری به‌خوبی کاوش نشده است.

متصدیان آزمایش اخیر نیز مانند میلر و یوری، چنین استدلال کردند که احتمالا در دوران کهن زمین‌شناسی، اتمسفر زمین کمی دارای اثر کاهندگی بوده است. اما در دیدگاه آن‌ها، ماده‌ی متان یادشده در آزمایش اصلی با مونوکسید کربن جایگزین و گاز هیدروژن هم در آن حذف شد.

حیات روی زمین

همان‌طور که پیش‌بینی می‌شد، سوپ شیمیایی حاصل از کار آن‌ها دارای مقدار قابل توجهی از هر دو ماده‌ی فرمامید و هیدروژن سیانید بود. آن‌ها نتیجه را چنین تشریح کرده‌اند:

 مولکول فرمامید به‌صورت مستقیم نقش شروع‌کننده‌ی روند ایجاد محیط کشت را ایفا نمی‌کند. اما این ماده تقریبا به‌عنوان یک ماده‌ی مشکوک در واکنش‌هایی قلمداد می‌شود که از یک مخلوط مدل ساده‌ی ماقبل حیات به مولکول‌های زیستی می‌رسند.

 به عبارت دیگر، پژوهشگران هنوز نیاز داشتند که ثابت کنند فرمامید می‌تواند با کاربرد پرتوهای فرابنفش یا نوعی کاتالیست دیگر، تشویق به انجام واکنشی برای تبدیل شدن به پایه‌های RNA شود. احتمال دیگر در این زمینه می‌تواند مربوط به پلاسمای حاصل از یک موج شوک‌ شدید باشد؛ مانند موج‌هایی که در اثر برخورد سیارک‌ها به وجود می‌آیند.

 از آنجایی که پرتاب سنگ‌های بزرگ به محفظه‌های انجام واکنش شیمیایی، کاری نشدنی است؛ گروه پژوهش بر آن شد که از دومین روش بهینه‌تر و عملی‌تر موجود برای این کار استفاده کند. آن‌ها برای این کار به سراغ تابش‌های پرشمار و متعدد پرتوهای نور از یک سیستم لیزری با توانی در مقیاس تراوات رفتند. پژوهشگران در این مورد چنین نوشته‌اند:

ما تمامی بازهای نوکلئوتیدی مورد قبول، شامل اوراسیل، سیتوزین، آدنین و گوانین را همراه با اوره و ساده‌ترین اسیدآمینه‌ی موجود، یعنی گلیسین، شناسایی و آشکارسازی کردیم.

 این یافته‌ها از ایده‌ای پشتیبانی می‌کنند که بر پایه‌ی آن یک اتمسفر دارای ترکیبات NH3 و CO و H2O می‌تواند به‌عنوان جانشین برای فرمامید خالص در نظر گرفته شود و همچنین بتواند به‌عنوان یک محیط شروع‌کننده، نه‌فقط برای شکل‌گیری اسیدهای آمینه، بلکه به‌عنوان محیط شروع‌کننده برای تشکیل بازهای نوکلئوتیدی هم عمل کند.

 با اینکه مقادیر یافت شده‌ی پژوهشگران کم بود؛ اما آن‌ها موفق شدند نشان دهند که مسیر تبدیل چند ترکیب به RNA در یک اتمسفر کاهنده حداقل قابل قبول است؛ حتی اگر این واقعیت را بپذیریم که شرایط اتمسفر زمین در آن زمان، هنوز مورد منازعه است.

 این تیم پژوهشی همچنین نشان داد که بازهای اسید نوکلئیکی، می‌توانند به محصولاتی تفکیک شوند که منجر به افزایش حالت کاهندگی اتمسفر زمین شود؛ محصولاتی که در ادامه می‌توانند با هم واکنش دهند و مجددا بازهای نوکلئوتیدی را بسازند.  

 نتایج اخیر نه‌تنها ما را به‌سوی واکنش‌هایی راهنمایی می‌کنند که زمینه‌ی لازم برای ایجاد حیات در روی کره‌ی زمین را فراهم کرده‌اند؛ بلکه علاوه بر آن ما را به نشانه‌ها و سرنخ‌هایی در مورد وجود حیات به‌صورت بالقوه در سایر کرات دارنده‌ی اتمسفر از نوع کاهنده می‌رسانند. از این جمله می‌توانیم به تایتان، قمر زحل اشاره کنیم.

 ما در مسیر زمانی تکامل آن‌قدر به عقب بازگشته‌ایم تا در نهایت به نقطه‌ای در زمان رسیده‌ایم که در آن، مدل‌های مبتنی بر ژنتیک رقابتی در داخل سلول‌های در حال همتاسازی، دیگر نمی‌توانند در مورد سرچشمه‌های اصلی حیات روی زمین ما را به‌جایی برسانند.

 آزمایش‌هایی از قبیل این مورد، شاید نتوانند به‌طور قطعی به ما نشان دهند که حیات به چه شکل از اتم‌ها آغاز شده است. اما نکته مسلم این است که چنین آزمایش‌هایی می‌توانند بخشی از مسیر مرتبط با سنگ بنای اولیه‌ی حیات در یک نقطه از جهان هستی و امکان پدیدار شدن آن را برایمان آشکار کند.

دستاوردهای این پژوهش در مجموعه‌ی مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است.

 
منبع sciencealert
برچسب ها : , ,