کشف جدید دانشمندان: گامی بزرگ در حل معمای منشأ حیات

یکی از دیرینه‌ترین پرسش‌های بی‌پاسخ در علم زیست‌شناسی، چگونگی شکل‌گیری اجزای بنیادین حیات و پیدایش نخستین موجودات زنده است. اگرچه پاسخی قطعی برای این معما هنوز در دست نیست، اما پژوهش‌های اخیر دانشمندان سرنخ‌های مهمی را برای گشودن این راز باستانی ارائه داده‌اند.

در مطالعه‌ای که نتایج آن در مجله معتبر Nature به چاپ رسیده است، گروهی از زیست‌شناسان موفق شده‌اند نشان دهند که چگونه مولکول‌های RNA و اسیدهای آمینه می‌توانند از طریق برهم‌کنش‌های کاملاً تصادفی با یکدیگر ترکیب شده و پروتئین‌ها را تشکیل دهند. پروتئین‌ها، مولکول‌های حیاتی و خستگی‌ناپذیری هستند که تقریباً تمامی کارکردهای یک سلول را بر عهده دارند.

معمای مرغ و تخم‌مرغ در پیدایش پروتئین‌ها

پروتئین‌ها برخلاف تصور، خودشان را تکثیر نمی‌کنند؛ بلکه در داخل یک ماشین مولکولی پیچیده به نام ریبوزوم و بر اساس دستورالعمل‌هایی که توسط RNA حمل می‌شوند، ساخته می‌شوند. این فرآیند، معمای کلاسیک «مرغ یا تخم‌مرغ» را در ذهن تداعی می‌کند: سلول‌ها بدون پروتئین نمی‌توانند وجود داشته باشند، اما پروتئین‌ها نیز در داخل سلول‌ها تولید می‌شوند.

با این حال، کشف اخیر دانشمندان ممکن است گره این معما را باز کند. آن‌ها توانسته‌اند تصویری از چگونگی تشکیل پروتئین‌ها را پیش از پیدایش این «کارخانه‌های زیستی» ارائه دهند و قطعه‌ای مهم از پازل منشأ حیات را در جای خود قرار دهند.

متیو پاونر، شیمی‌دان دانشگاه کالج لندن و یکی از نویسندگان این پژوهش، توضیح می‌دهد: «ما توانستیم بخش اول این فرآیند پیچیده را تنها با استفاده از یک شیمی بسیار ساده در آب با pH خنثی انجام دهیم و اسیدهای آمینه را به RNA متصل کنیم.»

به گفته پاونر، این واکنش شیمیایی به صورت خودبه‌خودی و انتخابی رخ می‌دهد و احتمال زیادی وجود دارد که در زمین اولیه نیز اتفاق افتاده باشد. علاوه بر این، نتایج نشان می‌دهند که RNA احتمالاً برای اولین بار کنترل ساخت پروتئین را به دست گرفته است.

نقش اسیدهای آمینه و پانتتئین در آغاز حیات

اسیدهای آمینه مدت‌ها پیش از پیدایش حیات در سیاره زمین وجود داشته‌اند. این مولکول‌ها، همراه با پنج عنصر اصلی تشکیل‌دهنده DNA و RNA (نوکلئوتیدها)، حتی در نمونه‌های شهاب‌سنگی که مستقیماً از فضا جمع‌آوری شده‌اند نیز مشاهده شده‌اند.

نکته قابل توجه این است که اسیدهای آمینه به راحتی به یکدیگر متصل نمی‌شوند و برای آغاز واکنشی که شیمی لازم برای پیدایش حیات را فعال کند، به عاملی نیاز دارند. پژوهشگران برای کشف این عامل، بر روی مولکول واکنش‌پذیری به نام پانتتئین تمرکز کردند. پانتتئین پیش از این به دلیل نقش حیاتی‌اش در سوخت‌وساز شناخته شده بود و مطالعات نشان داده بودند که این ترکیب احتمالاً در دریاچه‌های زمین اولیه به وفور وجود داشته است.

مراحل تشکیل آمینواسیل-تیول و اتصال به RNA

هنگامی که پژوهشگران مخلوطی از پانتتئین و اسیدهای آمینه را در آب تهیه کردند، مشاهده شد که اسیدهای آمینه با این ترکیب واکنش داده و ماده شیمیایی جدیدی به نام آمینواسیل-تیول را می‌سازند. در ادامه مشخص شد که این تیول با RNA آزاد شناور در آب با pH خنثی ترکیب شده و واکنشی را آغاز می‌کند که در آن اسیدهای آمینه به RNA منتقل و سپس به یکدیگر متصل می‌شوند.

پاونر در این رابطه توضیح می‌دهد: «در سناریویی که اسیدهای آمینه، مولکول‌های RNA و تیول‌ها (مولکول‌های گوگردی) را داشته باشید، تقریباً اجتناب‌ناپذیر است که چنین فرآیندی رخ دهد.»

با این حال، نکته مهم اینجاست که به نظر می‌رسد پانتتئین لازم برای این فرآیند در اقیانوس‌های نخستین زمین (که بسیاری از دانشمندان آن را خاستگاه حیات می‌دانند) با غلظت کافی وجود نداشته و تنها در پیکره‌های کوچک‌تر آب شیرین که رقیق‌سازی کمتری رخ می‌دهد، فراهم بوده است.

نیک لین، شیمی‌دان منشأ حیات در UCL که در این پژوهش نقشی نداشت، یادآوری می‌کند که زنجیره‌های اسیدآمینه حاصل از این واکنش، تصادفی و بی‌نظم هستند؛ دقیقاً برخلاف آرایش دقیق و منظم پروتئین‌هایی که ریبوزوم‌ها تولید می‌کنند. از همین رو او معتقد است که هنوز آن مشکل اصلی حل نشده است.

با این حال، اگر به این مواد میلیاردها سال زمان داده شود تا در محیط زمین اولیه در کنار هم واکنش دهند، هر اتفاقی ممکن است رخ دهد و این کشف گامی مهم در درک پیچیدگی‌های آغاز حیات به شمار می‌رود.