يقترب العلماء من حل اللغز الكيميائي لأصول الحياة

لقد حير الناس منذ فترة طويلة في محاولة لفهم كيف استمرت الحياة بعد تشكل الأرض منذ مليارات السنين. الآن، اكتشف الكيميائيون الوصفة جزئيًا عن طريق إنشاء مركب معقد ضروري لجميع أشكال الحياة، في المختبر.

مثل صنع مكونات الكعكة، نجح الباحثون في إنشاء مركب مهم لعملية التمثيل الغذائي في جميع الخلايا، وهو أمر ضروري لإنتاج الطاقة وتنظيمها. يتضمن هذا المسار، الذي استعصى على العلماء لعقود من الزمن، جزيئات بسيطة نسبيًا كانت موجودة في الأرض المبكرة، والتي اندمجت معًا في درجة حرارة الغرفة لعدة أشهر.

ويدعم هذا الاكتشاف فكرة أن العديد من المكونات الرئيسية للحياة ربما تطورت في وقت مبكر في وقت مبكر واتحدت لتشكل الخلايا.

“لماذا لدينا الحياة؟ لماذا تعني قوانين الكيمياء أن الحياة موجودة هنا؟” قال كبير المؤلفين ماثيو بوغنر ورقة ابحاث. هذه “أسئلة جيدة جدًا يمكننا الإجابة عليها”.

على الرغم من أن الكائنات الحية تختلف بشكل كبير في المظهر، إلا أنها مبنية من نفس وحدات البناء الكيميائية الأساسية التي تسمى المستقلبات الأولية، والتي تشارك بشكل مباشر في نمو الخلايا وتطورها. تشمل الأمثلة البروتينات التي تشكل الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA)، والأحماض الأمينية التي تساعد في تكوين النيوكليوتيدات.

ركزت التجربة المعملية الجديدة على أصول مستقلب أساسي آخر: الإنزيم المساعد A، الذي يقع في قلب عملية التمثيل الغذائي في جميع مجالات الحياة (كواحدة من وظائفه العديدة). على سبيل المثال، يلعب المركب دورًا مهمًا في إطلاق الطاقة من الكربوهيدرات والدهون والبروتينات في الكائنات الحية التي تحتاج إلى الأكسجين، ولكنه يؤدي أيضًا وظائف التمثيل الغذائي في أشكال الحياة التي لا تحتاج إلى الأكسجين، مثل العديد من البكتيريا.

على وجه التحديد، حاول باونر وفريقه إعادة إنشاء جزء محدد من جزيء الإنزيم المساعد A المسمى بانتيثين. البانتيثين هو الذراع الوظيفي للإنزيم المساعد A، والذي غالبًا ما يتم تحويله إلى تفاعلات كيميائية أخرى في الجسم. يُسمى هذا الطرف بالعامل المساعد ويعمل كمفتاح تشغيل – وبدونه، لن يكون الإنزيم المساعد قابلاً للاستخدام.

READ  اكتشف العلماء الكوكب الغامض إكس

وقال آرون جولدمان، عالم الأحياء الذي لم يشارك في الدراسة: “تعتمد جميع عمليات التمثيل الغذائي لدينا على مجموعة فرعية صغيرة من هذه العوامل المساعدة”. “وقد دفع هذا الباحثين إلى القول بأن هذه العوامل المساعدة ربما سبقت إنزيمات أكبر وأكثر تعقيدًا أثناء نشأة الحياة وتطورها المبكر.”

وقال جولدمان إن بعض الباحثين اقترحوا أن أشكال الحياة المبكرة ربما استخدمت البانتيثين لتخزين الطاقة قبل تطور عملة الطاقة الأكبر والأكثر تعقيدًا التي تستخدمها الخلايا اليوم.

لذلك بقي اللغز: من أين أتى البانديثين؟

وقال بوغنر، الأستاذ في جامعة كوليدج لندن: “لا يمكننا العودة بالزمن إلى الوراء. لا يمكننا العودة إلى أصل الحياة. لا يمكننا العثور على عينات من تلك الفترة الزمنية. خيارنا الوحيد هو الحصول على عينات من تلك الفترة الزمنية”. إن جوهر هذه المشكلة هو إعادة بنائها، والبدء من الصفر، وإعادة تصميم الخلية، وفهم ما يلزم لإنشاء كائن حي.”

بناء البانتيثين هو أمر طويل القامة. الأول، كما قال، هو أن الجزيء “غريب” بالمعايير البيوكيميائية. كان يشبه إلى حد كبير بنية الببتيدات (سلاسل الأحماض الأمينية) المستخدمة في صنع البروتينات، ولكن كان له العديد من الخصائص المختلفة – عناصر غير عادية في أماكن غريبة – مما أعطاه بنية أكثر تعقيدًا.

وقد اقترح العلماء سابقًا أن هذا المركب عبارة عن بطة غريبة معقدة للغاية بحيث لا يمكن تصنيعها من جزيئات أساسية. وقد حاول آخرون صنع البانديثين وفشلوا، معتقدين أنه ليس أصل الحياة. اعتقد العديد من العلماء أن علم الأحياء كان سيخلق نسخة بسيطة منه، والتي ستصبح أكثر تعقيدًا بمرور الوقت – مثل بناء كوخ ثم تحويله إلى قصر.

ومع ذلك، أخذت المجموعة إلى المختبر. ركزوا في المقام الأول على استخدام المواد التي كانت متوفرة بكثرة على الأرض في وقت مبكر، مثل سيانيد الهيدروجين والماء. استغرقت الخطوات القليلة الأولى من التفاعل حوالي يوم واحد لكل منها، لكن الخطوة الأخيرة استمرت 60 يومًا، وهو أطول تفاعل أجراه مختبر بوغنر على الإطلاق. وقال إن المجموعة توقفت في النهاية عن الرد “لأننا شعرنا بالملل”. ولكن النتيجة كانت الكثير من البانتيثين.

READ  إطلاق الصاروخ SpaceX Falcon 9 CRS-29

وأرجع الفريق نجاحه إلى استخدام مركبات قائمة على النيتروجين تسمى النتريل مقارنة بدراسات أخرى غير ناجحة. وقد وفرت هذه المركبات الطاقة التي كانت في أمس الحاجة إليها لتحفيز التفاعلات. بدون النتريل، يشبه الأمر وجود جزازة العشب، ولكن بدون غاز لتحريكها.

قال جاسبر فيرتشايلد، مرشح الدكتوراه في جامعة كوليدج لندن والذي قاد التجربة: “أعتقد أنه من المدهش حقًا أنه لم يحاول أحد. إذا قمت بخلطهم جميعًا معًا، فسوف يتفاعلون جميعًا مع بعضهم البعض”. أعتقد أنك سوف تعبث، لكنك لا تفعل ذلك. تحصل على البانتيثين. بالنسبة لي، هذا رائع.

وقال الباحثون إنه في بداية الأرض، من المحتمل أن يكون التفاعل قد حدث في برك صغيرة أو بحيرات من الماء. ومع ذلك، ربما تكون المحيطات الأكبر قد خففت من تركيز المواد الكيميائية.

وقال جوزيف موران، الكيميائي الذي لم يشارك في الدراسة: “إنه مثال جميل آخر لكيفية تطور جزيئات الحياة، مثل الإنزيمات المساعدة، إلى شيء أكثر تعقيدا”.

يمكن لوصفة بسيطة لمثل هذا الجزيء ذي المظهر المعقد أن تعيد تصور كيف بدأت الحياة على الأرض. تاريخيًا، قال باور، اقترح العلماء أن الجزيئات البيولوجية نشأت تدريجيًا، كما حدث في البداية عالم الحمض النووي الريبوزي ثم صنعت البروتينات والمواد الكيميائية الأخرى.

لكن الاكتشاف الجديد يوضح أن العديد من العناصر الأساسية للحياة ربما تم إنشاؤها في وقت واحد من نفس المواد الكيميائية الأساسية والظروف التي تصنع البروتينات والحمض النووي الريبوزي (RNA) والمكونات الأخرى. في الواقع، استخدمت الدراسات السابقة للفريق ظروفًا وتفاعلات مماثلة لتكوين النيوكليوتيدات (التي تساعد في صنع الحمض النووي) والببتيدات (التي تساعد في صنع البروتينات). وربما تكون هذه الوحدات البنائية مجتمعة وتفاعلت مع بعضها البعض، مما أدى في النهاية إلى أصل الحياة.

READ  أنماط حيوانية معقدة: قد تحتوي دراسة جديدة على الإجابة

إن الفهم الأفضل لكيفية تشكل هذه العناصر وتجميعها يمكن أن يساعد العلماء على خلق الحياة من مواد مستقرة في المختبر أو على كوكب آخر.

“نحن بعيدون عن المستحيل [from scratch] قال باور: “قم ببناء خلية. قد لا يحدث ذلك في حياتي، لكننا في الطريق إلى فهم كيفية عمل هذه الجزيئات معًا”.

هذه المقالة هي الجزء الأول الكوكب المخفيعمود يستكشف العلوم المذهلة وغير المتوقعة وغير العادية لكوكبنا وما وراءه.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *