دانشمندان یک قدم به چگونگی پیدایش حیات نزدیک‌تر شدند

فعالیت‌های مولکولی که میلیاردها سال پیش منجر به پیدایش حیات روی زمین شدند، یکی از ناشناخته‌ترین اسرار علم مدرن هستند و سوال‌های بسیاری درباره‌ی آنها وجود دارد. اما حالا دانشمندان می‌گویند یکی از گام‌های اصلی در شناخت فعالیت‌های شیمیایی مولد حیات را پیدا کرده‌اند. شیمی‌دانان در آلمان طی گزارشی نشان داده‌اند که در اوایل پیدایش زمین مواد شیمیایی ساده چگونه ترکیباتی به نام «پورین» (purine) را به وجود آوردند. پورین‌ها ترکیباتی شیمیایی و از اجزای اصلی تشکیل‌دهنده‌ی DNA، RNA و سوخت و ساز انرژی در همه‌ی سلول‌ها هستند.

«جرالد جویس» (Gerald Joyce)، یک شیمی‌دان از موسسه‌ی پژوهشی اسکریپس و دیگران مدت‌هاست که معتقدند یکی از مهم‌ترین اتفاقات اولیه در فرایند پیدایش حیات، تشکیل مولکول RNA است. RNA مولکولی زنجیره‌‌ای است که اطلاعات ژنتیکی را منتقل کرده و سرعت دیگر واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهد. هر دوی این کاربردها برای تکامل حیات ضروری بودند. اما مشکل دانشمندان تا به امروز این بوده که نمی‌‌توانستند بفهمند که خود مولکول RNA چگونه به وجود آمده است.

مولکول RNA از چهار ترکیب شیمیایی متفاوت ساخته شده است که از این قرار هستند: «آدنین» (A)، «گوانین» (G)، «سیتوزین» (C) و «اوراسیل» (U). هفت سال پیش گروهی از محققان به سرپرستی شیمی‌دان انگلیسی به نام «جان سادرلند» (John Sutherland) مجموعه‌ای از مراحل را نشان داد که طی آنها برخی از واکنش‌های شیمیایی منجر به ایجاد ترکیب‌های شیمیایی سیتوزین و اوراسیل شدند. اما دانشمندان تاکنون نتوانسته‌اند پیدایش دیگر اجزای بنیادی و سازنده‌ی پورین RNA، یعنی آدنین و گوانین را از همین طریق توضیح دهند. در سال ۱۹۷۲، یک شیمی‌دان انگلیسی به نام «لزلی اورگل» (Leslie Orgel) و همکارانش روشی را برای تشکیل پورین توضیح دادند. اما «توماس کارل» (Thomas Carell)، یک شیمی‌دان از دانشگاه «لودویگ ماکسیمیلیان» می‌گوید فرایندی که آنها برای تشکیل پورین نشان دادند، به نظر ممکن نمی‌رسد. چرا که در نتیجه‌ی آن فرایند میزان خیلی کمی از پورین تولید می‌شود که برای پیدایش حیات کافی نیست. کارل می‌گوید: «بیش از ۴۰ سال است که کارشناسان به دنبال فرایند‌ها و ترکیبات شیمیایی سازنده‌ی پورین‌ها می‌گردند.»

کارل و همکارانش چند سال پیش هنگام مطالعه‌‌ی نحوه‌ی آسیب دیدن DNA سرنخ جدیدی پیدا کردند. مولکول DNA شباهت زیادی به RNA دارد، به جز اینکه جای اوراسیل را «تیامین» (thyamine) گرفته است. آنها می‌خواستند ببینید که مولکولی به نام «فورمامیدوپیریمیدین» FaPy)) چگونه با DNA واکنش می‌دهد و طی این پژوهش پی بردند که این مولکول می‌تواند با واکنش شیمیایی منجر به تشکیل پورین ‌شود. بنابراین، آنها تصمیم گرفتند بررسی کنند که آیا شرایط زمین در دوره‌های اولیه برای به وجود آمدن مولکول FaPy و در نتیجه تشکیل پورین‌ها مناسب بوده است یا خیر.

اولین مرحله آسان بود و فقط به هیدروژن، سیانید و آب نیاز داشت. هیدروژن سیانید مولکول ساده‌ای است که تنها از سه اتم هیدروژن، نیتروژن و کربن تشکیل شده. تقریبا همه‌ی دانشمندان مرتبط هم‌عقیده هستند که در سال‌های اولیه پس از پیدایش زمین، مولکول هیدروژن سیانید به وفور وجود داشته. این ماده در آب سریع واکنش داده و یکی از کلاس‌های مولکولی به نام «آمینوپیریمیدین» (aminopyrimidine) را تشکیل می‌دهد. این مولکول‌ها محتوی چند گروه شیمیایی به نام آمین هستند. در حالت عادی، این آمین‌ها طی واکنش‌های شیمیایی طیف گسترده‌ای از ترکیبات شیمیایی را تشکیل می‌دهند. اما کارل می‌گوید اکثر آن ترکیبات، پورین نیستند.

کارل باید راهی پیدا می‌کرد که به غیر از یک آمین مهم، جلوی واکنش شیمیایی همه‌ی آمین‌ها را بگیرد. او می‌گوید: «من در ابتدا فکر می‌کردم این کار جواب نمی‌دهد.» اما راه حل آن خیلی ساده‌تر از چیزی بود که او انتظار داشت. وقتی تیم کارل مقداری از نوع خاصی از اسید را وارد یک محلول شیمیایی کردند، یک واکنش شیمیایی باعث شد که یک پروتون اضافه از اسید جدا شده و به آمینوپیریمیدین بچسبد. این پروتون اضافه واکنش‌پذیری همه‌ی گروه‌های آمین به جز یکی از آنها را خنثی کرد. در کمال خوشحالی کارل، تنها آمینی که واکنش‌پذیر باقی مانده بود دقیقا همانی بود که می‌توانست منجر به تشکیل پورین شود.

این همه‌ی ماجرا نیست. نتایج آزمایشگاهی بعدی نشان دادند که آمین واکنش‌پذیر روی مولکول آمینوپیریمیدین سریع با فرمیک اسید یا فرمامید پیوند می‌زند. سال گذشته، فضاپیمای روزتا (Rosetta) هر دو ترکیب شیمیایی را روی یک دنباله‌دار پیدا کرد. بنابراین، دانشمندان فکر می‌کنند که احتمالا در ابتدای پیدایش زمین، این دنباله‌دارها روی زمین باریدند. وقتی که پیوندهای شیمیایی برقرار شدند، سپس محصولات آن واکنش‌های شیمیایی با شکر واکنش دادند و مقادیر زیادی پورین ایجاد شد.

اما «استیون بنر» (Steven Benner)، یک شیمی‌دان و متخصص پیدایش حیات می‌گوید به این زودی‌ها نمی‌توانیم قاطعانه این توضیحات را برای پیدایش حیات بپذیریم. بنر قبول دارد که توضیحات ارایه شده برای نحوه‌ی تشکیل پورین یک قدم بزرگ رو به جلو است. اما حتی اگر درست باشند، شرایط شیمیایی که پورین‌ها را به وجود آوردند با شرایط شیمیایی که سادرلند و گروهش توصیف کرده‌اند، هم‌خوانی ندارد. بنابراین مشخص نیست که دقیقا آدنین، گوانین، سیتوزین و اوراسیل‌ چگونه به هم پیوند خوردند. حتی اگر همه‌ی ترکیبات سازنده‌ی RNA در یک زمان و یک مکان کنار هم بودند، هنوز مشخص نیست که چه چیزی باعث شد این ترکیبات به هم متصل شوند و RNAها را تشکیل دهند.

در هر صورت، ما اینجا حضور داریم، پس باید این اتفاق به شکلی رخ داده باشد. اما محققان RNA هنوز باید چند معمای دیگر را حل کنند تا بتوانند یکی از بزرگ‌ترین اسرار حیات را کاملا بفهمند.

منبع: Science Mag

<