اكتشاف جديد يعزز نظرية جينية حول نشأة الحياة على كوكب الأرض

وفي دراسة نشرت في مجلة الكيمياء Angewandte Chemie، أظهر الباحثين أن مركبا بسيطاً يسمى ثنائي الفوسفات (DAP)، والذي كان موجوداً بشكل معقول على كوكب الأرض قبل نشوء الحياة، يمكن أن يكون قد قام بعملية ربط كيميائي بين كتل بناء الحمض النووي الصغيرة التي تسمى ديوكسينوكليوزيد لبناء الحمض النووي البدائي.

الحمض النووي الريبي

والجدير بالذكر أن هذا الاكتشاف هو الأحدث في سلسلة من الاكتشافات التي توصل إليها العلماء على مدى السنوات العديدة الماضية، مما يشير إلى احتمال نشوء الحمض النووي وقريبه الكيميائي، الحمض النووي الريبي، كنتيجة لتفاعلات كيميائية مماثلة، وأن جزيئات أولى أشكال الحياة على الأرض قد نتجت من مزيج من الاثنين.

كما وقد يؤدي الاكتشاف أيضاً إلى تطبيقات عملية جديدة في الكيمياء والبيولوجيا، لكن أهميته الرئيسية هي أنه يعالج السؤال القديم حول كيفية نشأة الحياة على كوكب الأرض لأول مرة.

وعلى وجه الخصوص، يمهد هذا الاكتشاف للقيام بدراسات أكثر شمولا حول كيفية تطور مزيج الحمض النووي الريبي المتكاثر ذاتيا و انتشاره على الأرض البدائية، وصولا في نهاية المطاف إلى الأشكال البيولوجية الأكثر نضجا للكائنات الحديثة.

وبدوره يقول كبير مؤلفي الدراسة، الدكتور راماناريانان كريشناموراثي، الأستاذ المشارك في قسم الكيمياء في مركز Scripps للأبحاث: "تعد هذه النتيجة خطوة مهمة نحو تطوير نموذج كيميائي مفصل لكيفية نشأة أشكال الحياة الأولى على الأرض . كما أن هذا الاكتشاف يدفع مجال كيمياء أصل الحياة بعيدا عن الفرضية التي هيمنت عليه في العقود الأخيرة أيضاً، حيث تفترض فرضية أن أشكال الحياة الأولى في الكوكب نشأت عن مزيج من الحمض النووي والحمض النووي الريبي أن المضاعفات الأولى كانت قائمة على الحمض الريبي بشكل أساسي، وأن الحمض النووي لم ينشأ إلا لاحقا كمنتج من أشكال الحياة التي تطورت من الحمض النووي الريبي".

كما وشكك كريشناموراثي وبعض العلماء الآخرين في فرضية الحمض النووي الريبي جزئاً ، و ذلك لأن جزيئات الحمض النووي الريبي ربما كانت ببساطة شديدة "اللزوجة" بحيث لا يمكن استخدامها كأول متكاثر ذاتي.

وأوضح الدكتور كريشناموراثي أنه يمكن لشريط من الحمض النووي الريبي أن يجذب وحدات بنائية فردية أخرى للحمض النووي الريبي، والتي تلتصق بها لتشكل نوعا من خيط متطابق، وكل لبنة بناء في الخيط الجديد ترتبط ببنية البناء التكميلية على الشريط الأصلي، التي يمكن تسميها بـ "القالب".

وإذا تم هذا الأمر بشكل حصري، و كان يمكن للخيط الجديد أن ينفصل عن القالب، فإنه سيبدأ في تشكيل خيوط جديدة أخرى، فهذا يعني أنه قد حقق إنجاز التكرار الذاتي الذي يكمن وراء خلق الحياة.

ولكن بينما قد تكون خيوط الحمض النووي الريبي جيدة في تشكيل السلاسل التكميلية، إلا أنها ليست جيدة في الانفصال عن هذه الخيوط.

وتصنع الكائنات الحية الحديثة إنزيمات يمكنها إجبار الخيوط المزدوجة من الحمض النووي الريبي على السير في طرق منفصلة، وبالتالي تمكين عملية التكاثر، ولكن من غير الواضح كيف يمكن القيام بذلك في عالم لم تكن فيه الإنزيمات موجودة بعد.

بالإضافة إلى ذلك، أظهر الدكتور كريشناموراثي وزملاؤه في دراسات حديثة أن السلاسل الجزيئية "الكيميرية" التي هي جزء من الحمض النووي والحمض النووي الريبي ربما تكون قادرة على الالتفاف على هذه المشكلة وتخطيها، لأنها يمكن أن تطلق خيوطا تكميلية بطريقة أقل لزوجة تسمح لها بالانفصال عن بعضها البعض بسهولة نسبياً.

كما وأظهر الكيميائيون في الأوراق البحثية التي تم الاستشهاد بها على نطاق واسع في السنوات القليلة الماضية أن لبنات بناء ريبونوكليوزيد وديوكسينوكليوزيد البسيطة، من الحمض النووي الريبي والحمض النووي على التوالي، يمكن أن تكون قد نشأت في ظل ظروف كيميائية مشابهة جدا لتلك التي كانت موجودة في الأرض البدائية أيضاً.

علاوة على ذلك، أفادوا في عام 2017 أن المركب العضوي DAP كان من الممكن أن يلعب دوراً حاسماً في تعديل لبنات الريبونوكليوزيدات وربطها معاً في خيوط الحمض النووي الريبي الأولى.

وأظهرت الدراسة الجديدة أن فوسفات الأمونيوم الثنائي في ظل ظروف مماثلة كان من الممكن أن تفعل الشيء نفسه مع الحمض النووي.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة، الدكتور إيدي جيمينيز: "لقد دهشنا عندما وجدنا أنه باستخدام المركب العضوي DAP للتفاعل مع الديوكسينوكليوزيد، كان يتم الأمر بشكل أفضل عندما لا تكون الديوكسينوكليوزيدات كلها متشابهة، ولكنها بدلاً من ذلك كونت مزيجاً من أشكال الحمض النووي الحقيقي".

في حين قال الدكتور كريشناموراثي: " الآن، وبعد أن فهمنا بشكل أفضل كيف يمكن أن تكون الكيمياء البدائية قد صنعت أول حمض نووي وحمض نووي ريبي، يمكننا البدء في استخدامها على مزيج من لبنات بناء الريبونوكليوزيد و الديوكسينوكليوزيد لمعرفة الجزيئات الكيميرية التي تتشكل وما إذا كان يمكنها التكاثر والتطور ذاتيا".