علوم

علماء يجيبون حول مسألة نشأة الحياة على الأرض

4 آب 2019 14:52

مسألة كيفية نشأة الحياة على الأرض لأول مرة، هي ذاتها المسألة التي طالما طرحها البشر على أنفسهم منذ زمن سحيق، في حين أن العلماء واثقون نسبيًا من كيفية حدوث ذلك، و لم تكن هناك إجابة محددة عن السبب وراء

مسألة كيفية نشأة الحياة على الأرض لأول مرة، هي ذاتها المسألة التي طالما طرحها البشر على أنفسهم منذ زمن سحيق، في حين أن العلماء واثقون نسبيًا من كيفية حدوث ذلك، و لم تكن هناك إجابة محددة عن السبب وراء ذلك . كيف تظافرت الأحماض الأمينية ، و هي لبنات البناء الكيميائية للحياة ، قبل حوالي أربعة مليارات عام لإنشاء أول جزيئات البروتين؟، بحسب موقع universetoday.

في حين أن هذا السؤال لا يزال دون إجابة، فإن العلماء يقومون باكتشافات جديدة يمكن أن تساعد في تحديده وتضييق الاحتمالات.

فعلى سبيل المثال، أجرى فريق من الباحثين من مركز التطور الكيميائي في معهد جورجيا للتكنولوجيا (CCT) مؤخرًا دراسة أظهرت كيف أن جزيء البروتين ربما ترابط بشكل تلقائي لتشكيل سلسلة بروتينية .

أظهرت الدراسة مؤخرًا ضمن أبحاث الأكاديمية الوطنية للعلوم. و قاد الدراسة الدكتور موران فرينكل بينتر من معهد جورجيا للتكنولوجيا و تضمنت باحثين متعددين بدعم من وكالة ناسا و المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) - بمساعدة من الدكتور لوك ليمان، و أستاذ مساعد في الكيمياء في Scripps' Research" ، و معهد أبحاث طبية لا يهدف إلى الربح.

كان لدى العلماء لعقود من الزمان نظريات حول كيفية تجمع الأحماض الأمينية الأولى لتكوين جزيئات البروتين . لسوء الحظ ، فشلت كل المحاولات للتحقق من هذه النظريات . 

وأوضح الدكتور ليمان: "كيف أدت الكيمياء إلى الحياة المعقدة , هي واحدة من أكثر الأسئلة الرائعة التي فكرت فيها البشرية . هناك الكثير من النظريات حول أصول البروتينات و لكن ليس هناك الكثير من الدعم المختبري التجريبي لهذه الأفكار . "

وأجرى فريق البحث تجربة تم فيها وضع مجموعة صغيرة من الأحماض الأمينية (ليسين و أرجينين و هستيدين) مع ثلاثة أحماض أمينية منافسة غير بيولوجية . و تعرضت الأحماض بعد ذلك لظروف مشابهة لما يعتقد أنه كان موجودا على الأرض خلال العصر الهادئ  (قبل حوالي 4 مليارات سنة).

وقام فريق البحث بوضع الأحماض الأمينية المحددة في الماء الذي يحتوي على أحماض هيدروكسية ، و التي يُعرف عنها أنها تسهل تفاعلات الأحماض الأمينية و التي كانت شائعة على الأرض قبل التكوين الحيوي للحياة التي نعرفها الآن . بعد ذلك يتم تسخين الخليط إلى 85 درجة مئوية (185 درجة فهرنهايت) ، الأمر الذي أدى إلى تسريع عملية التفاعل و تسبب في تبخر الماء , ثم تم دراسة التفاعلات الكيميائية الناتجة.

وتفاجئ العلماء في ما وجدوه، حيث تشكلت الأحماض الأمينية البيولوجية تلقائيًا إلى شرائح أنيقة مرتبطة ببعضها البعض عبر مجموعات أمينية . و هذه المجموعات هي تلك المصنوعة من النيتروجين و الهيدروجين و تتفاعل بين بعضها بشكل كبير. و مع ذلك ، فهي أيضًا جزء من جوهر الأحماض الأمينية و الأمينات الأخرى التي تشكل مضادات حيوية تمتد من القلب و التي استخدمت في هذه التجربة , غالبًا ما تكون أكثر تفاعلية . 

وكما قال الدكتور فرينكل بينتر: "لقد تفاجأنا أن هذه الترجبة الكيميائية فضلت اتصال الأمين الموجود في البروتينات ، على الرغم من أن المبادئ الكيميائية قد دفعتنا إلى الاعتقاد بأن الاتصال غير البروتيني سيكون مفضلاً لها . حيث كان تفضيل الارتباط الشبيه بالبروتين على غير البروتين من سبعة إلى واحد. "

و كانت المفاجأة الأخرى هي أن الأحماض الأمينية البيولوجية تغلبت على الأحماض غير البيولوجية من حيث التفاعل . بينما الأحماض الأخيرة ، التي لا توجد في البروتينات اليوم ، لديها القدرة على التفاعل الكيميائي تمامًا أو أفضل من تلك البيولوجية.

وتوقع الفريق أن إدراج هذه الأحماض من شأنه أن يعطي الأحماض البيولوجية فرصة للحصول على تمويل أكبر  مما يؤدي إلى تجارب جديدة و بشكل موسع لإنشاء بروتينات جديدة .

و مع ذلك ، نتج عن التفاعل في الغالب تشكيل الببتيدات (كتلتان أو أكثر من الأحماض الأمينية الأساسية المرتبطة ببعضهما البعض) و التي كانت أقرب إلى البروتينات الفعلية الحالية . و على وجه الخصوص ، اعتقد الباحثون أن الأحماض الأمينية غير البيولوجية سوف تتفوق على الأحماض الأمينية البيولوجية المعروفة باسم الليسين , وأن الليسين لن يكون قادرًا على تكوين سلاسل بشكل موثوق و معتمد .

في كلتا الحالتين ، كانوا مخطئين و وجدوا بدلاً من ذلك أن الليسين دخل في الغالب في السلاسل بطريقة تشبه ما يحدث مع البروتينات اليوم . و من هذا المنطلق، افترض الفريق أن سلاسل الأحماض الأمينية الجاهزة و المفيدة في النظم الحية قد تطورت قبل أن تجد الحياة طريقة لصنع البروتينات .

وأظهرت حقيقة تجربتهم أن الأحماض الأمينية البيولوجية مفضلة على الأحماض غير البيولوجية قد توفر أيضًا نظرة جديدة على سبب دخول 20 من الأحماض الأمينية فقط في تكوين الحياة . 

ويعتقد العلماء أن هناك أكثر من 500 من الأحماض التي تحدث بشكل طبيعي موجودة على الأرض . 

كما أوضح لورين ويليامز ، أستاذ الكيمياء الحيوية: "فكرتنا هي أن الحياة بدأت بالعديد من لبنات البناء التي كانت هناك واصطفت مجموعة فرعية منها ، لكننا لا نعرف كيف تم اختياره على أساس الكيمياء البحتة أو مقدار العمليات البيولوجية التي قام بها الاختيار".

وأضاف: "بالنظر إلى هذه الدراسة ، يبدو أن بيولوجيا اليوم قد تعكس هذه التفاعلات الكيميائية البريبايوتية المبكرة أكثر مما كنا نظن، ففي الأرض ما قبل التكوين الحيوي، كان هناك مجموعة أكبر بكثير من الأحماض الأمينية، ولكن ما الذي جعل هذه الأحماض الأمينية العشرين مميزة وأساسية؟، أم أنها الوحيدة التي تمكنت من البقاء خلال مراحل التطور معا بشكل أكثر كفاءة ولها عدد قليل من التفاعلات الجانبية الغير فعالة ؟! "

باختصار ، تشير التجربة إلى أن أنواع الأحماض الأمينية المستخدمة في البروتينات من المرجح أن تترابط معًا لأنها تتفاعل معًا بشكل أكثر كفاءة و لديها تفاعلات جانبية غير فعالة.

 كما أنها تضفي مصداقية إضافية على النظرية القائلة بأن معظم البوليمرات البيولوجية تتشكل في دورات رطبة و جافة ، و هو ما ظل باحثو معهد جورجيا للتكنولوجيا يناقشونه لسنوات.

وهذه النظرية ، التي تنص على أن البروتينات الأولى وقعت في الشقق الترابية التي غمرتها الأمطار أو الصخور الشاطئية التي تغمرها الشمس ، و التي تتعارض مع السرد الأكثر تقليدية أن لبنات الحياة تعتمد على أحداث نادرة و خارقة و كارثية ، و كذلك مكونات متعددة من أجل البدء بالخلق . من خلال إظهار أنه من المحتمل أن تكون العملية أكثر وضوحًا ، و يمكن لهذا البحث أن يقربنا خطوة واحدة من حل هذا اللغز القديم.

ويمكن أن يكون لها أيضا آثاراً في البحث عن حياة خارج الأرض . إذا كانت لبنات الحياة تفاعلية بشكل طبيعي و جذبت إلى بعضها البعض ، فمن المحتمل أن تزيد من احتمالات حدوث تفاعلات كيميائية مماثلة في مكان آخر في الكون! .