لحظات آغازگر حیات شبیه سازی شد!

به گزارش مجله خبری نگار/چند میلیارد سال پیش، در دنیایی پر از آتشفشان و اقیانوس‌های ناشناخته، شاید مولکول‌هایی ساده کنار هم قرار گرفتند و نخستین قدم را به‌سوی تولد حیات برداشتند. حالا، گروهی از شیمیدان‌ها در لندن می‌گویند توانسته‌اند بخشی از آن لحظه تاریخی را در یک لوله آزمایش بازسازی کنند؛ جایی که «RNA» و «اسید‌های آمینه» (Amino Acids) برای نخستین‌بار پیوند خوردند، پیوندی که روزی به زندگی پیچیده روی زمین منجر شد.

راز‌های زمین اولیه و معمای حیات

پژوهش درباره منشأ حیات از قدیمی‌ترین کنجکاوی‌های علمی بشر است. ما می‌دانیم که در میلیارد‌ها سال پیش، زمین جایی داغ، مرطوب و بی‌اکسیژن بود؛ دنیایی که به آن «زمین اولیه» (Primordial Earth) می‌گویند. در این جهان، عناصر ساده مثل کربن، نیتروژن، هیدروژن، اکسیژن و گوگرد در اقیانوس‌ها و دریاچه‌ها ترکیب شدند و «سوپ آلی اولیه» (Primordial Organic Soup) را ساختند.

اما سؤال بزرگ اینجاست که چطور از این مولکول‌های ساده، ساختار‌هایی پیچیده مثل سلول، DNA و پروتئین به‌وجود آمدند؟ یکی از محبوب‌ترین فرضیه‌ها، «جهان آراِن‌اِی» (RNA World Hypothesis) است. این فرضیه می‌گوید RNA علاوه بر ذخیره اطلاعات ژنتیکی، می‌تواند واکنش‌های شیمیایی را هم کاتالیز کند. به بیان ساده، RNA می‌تواند هم کتاب دستورالعمل باشد، هم آشپز. اما برای ساخت حیات، RNA باید با «پروتئین‌ها» (Proteins)، این کارگران همه‌فن‌حریف سلول متحد می‌شد؛ و این‌جاست که معما شروع می‌شود؛ این اتحاد چگونه شکل گرفت؟

بازسازی اولین پیوند در آزمایشگاه

به گزارش سایت «ساینس آلارت» (science alert) تیمی از «دانشگاه کالج لندن» (University College London) به رهبری «متیو پاونر» (Matthew Powner) و «جیوُتی سینگ» (Jyoti Singh) برای یافتن پاسخ، شرایط زمین اولیه را شبیه‌سازی کردند. آنها RNA و اسید‌های آمینه را در آب و در شرایط «پی‌اِچ» (pH) خنثی قرار دادند و یک واسطه شیمیایی به نام «تیواستر» (Thioester) را وارد کردند.

نتیجه شگفت‌انگیز بود. اسید‌های آمینه به RNA متصل شدند، خودبه‌خود و بدون دخالت هیچ آنزیم یا ماشین مولکولی. پاونر در بیانیه‌ای گفت: «در حیات امروز، این کار با کمک ماشین پیچیده‌ای به نام «ریبوزوم» (Ribosome) انجام می‌شود. ما نشان دادیم که شکل ابتدایی این فرآیند می‌توانسته با شیمی ساده و در محیطی شبیه زمین اولیه اتفاق بیفتد.»

تیواسترها؛ پلی میان دو جهان فرضی

چرا «تیواسترها» مهم‌اند؟ این ترکیبات حاوی کربن، هیدروژن، اکسیژن و گوگرد هستند؛ همان عناصری که برای حیات حیاتی‌اند. در زیست‌شناسی مدرن هم تیواستر‌ها در بسیاری از واکنش‌های سلولی نقش واسطه انرژی را بازی می‌کنند.

برخی دانشمندان حتی فرضیه‌ای جداگانه به نام «جهان تیواستر» (Thioester World Hypothesis) دارند که می‌گوید این مولکول‌ها ممکن است قبل از RNA در زمین اولیه شکل گرفته و انرژی لازم برای واکنش‌های حیاتی را فراهم کرده باشند.

حالا این پژوهش تازه دو فرضیه را به هم متصل کرده: جهان RNA و جهان تیواستر. به گفته پاونر: «این نتایج نشان می‌دهد که RNA و تیواستر‌ها ممکن است با هم همکاری کرده باشند تا مسیر آغاز حیات را هموار کنند.»

یک گام مهم، اما نه آخرین گام

با این حال، دانشمندان تأکید می‌کنند که هنوز تا درک کامل منشأ حیات راه درازی در پیش است. در این مطالعه فقط نشان داده شد که RNA و اسید‌های آمینه می‌توانند در حضور تیواستر‌ها به هم متصل شوند. اما هنوز روشن نیست که آیا RNA می‌تواند اسید‌های آمینه خاصی را انتخاب کند؛ انتخابی که روزی به شکل‌گیری کد ژنتیکی منجر شد.

سینگ می‌گوید: «تصور کنید روزی برسد که ما از مولکول‌های ساده‌ای مثل کربن، نیتروژن، هیدروژن و گوگرد، ساختار‌هایی بسازیم که بتوانند خودشان را تکثیر کنند. این یک انقلاب در درک منشأ حیات خواهد بود.»

وقتی شیمی و زیست‌شناسی به هم می‌رسند

این پژوهش که نتایج آن در مجله «نیچر» (Nature) منتشر شد، نشان می‌دهد که مرز میان شیمی و زیست‌شناسی آن‌قدر‌ها هم محکم نیست. در آغاز حیات، این دو حوزه در هم تنیده بودند و از دل واکنش‌های ساده شیمیایی، مسیر به‌سوی سلول‌های زنده باز شد.

پاونر می‌گوید: «ما فقط بخشی از این پازل را پیدا کرده‌ایم. اما همین بخش نشان می‌دهد که مسیر آغاز حیات ممکن است بسیار ساده‌تر از آن چیزی باشد که قبلاً تصور می‌کردیم.»

بازگشت به ۴ میلیارد سال پیش

هر بار که دانشمندان قطعه‌ای از این پازل را پیدا می‌کنند، تصویر روشنی‌تری از زمین اولیه شکل می‌گیرد. حالا می‌دانیم که RNA و اسید‌های آمینه می‌توانستند در حضور تیواستر‌ها با هم متحد شوند؛ اتحادی که شاید نخستین گام در راه تولد حیات بوده است.

اما همان‌طور که سینگ می‌گوید: «ما هنوز در ابتدای مسیر هستیم. هر کشف تازه، پنجره‌ای به گذشته دور باز می‌کند و ما را یک قدم به درک راز حیات نزدیک‌تر می‌سازد.»

چهار میلیارد سال پیش، شیمی ساده زمین مسیر را برای زیست پیچیده امروز باز کرد. حالا با بازسازی نخستین پیوند میان «RNA» و «اسید‌های آمینه» (Amino Acids)، دانشمندان نه‌تنها دو فرضیه مهم «جهان RNA» و «جهان تیواستر» را به هم رسانده‌اند، بلکه گامی به‌سوی پاسخ به یکی از بنیادی‌ترین پرسش‌های علم برداشته‌اند که حیات چگونه آغاز شد؟ این پژوهش نشان می‌دهد که حتی کوچک‌ترین واکنش‌های شیمیایی می‌توانند آغازگر بزرگ‌ترین داستان‌های کیهانی باشند؛ داستانی که ادامه‌اش هنوز در انتظار کشف است.