الحياة على الأرض.. اكتشاف حدث كان ضرورياً لظهورها
تعد نشأة الحياة على الأرض من مجموعة متنوعة من الجزيئات غير الحية، لغزاً دائماً. ويمكن للتجارب أن تبين لنا كيف يمكن لخطوات رئيسية أن تكون حدثت .
يبدو الماء، على سبيل المثال، كعنصر أساسي في الحياة منذ البداية. ومع ذلك، فإن عملية تنمية بعض أهم مكونات الحياة تبدي نفوراً محبطاً من التعرض للبلل.
وكما يقول جون ين، مهندس الكيمياء الحيوية بجامعة ويسكونسن ماديسون: “نحن نعلم أن الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية للبروتينات، والبروتينات ضرورية للحياة. وفي كيمياء البريبيوتيك، لطالما كان السؤال هو: كيف يمكننا جعل هذه الأشياء تشكل روابط وخيوطاً بطريقة قد تؤدي في النهاية إلى خلية حية. والسؤال صعب لأن الكيمياء المعينة تميل إلى الفشل في وجود الماء”. والنظرية السائدة منذ زمن تشارلز داروين هي أن الحياة نشأت من “حساء بدائي” رطب بلا ريب، ما يجعل من الصعب التوفيق بين الدور الدقيق الذي يمكن أن يلعبه الماء في أصول تلك التفاعلات الأولى المستمرة وذاتية تكراره.
لذلك قادت هايلي بويجينزان، المهندسة الكيميائية بجامعة ويسكونسن ماديسون، دراسة إلى بيئة متغيرة المحاكاة – بيئة تتغير فيها الظروف بين الرطوبة والجفاف بحيث يمكن تكرارها بسهولة في الطبيعة مع دورات المد والجزر والنهار/الليل، فضلا عن تغير الطقس.
وقام فريق بويجينزان بدمج مجموعة مختارة من الأحماض الأمينية التي أثبتت سهولة إنتاجها بشكل طبيعي. وباعتبارها اللبنات الأساسية للبروتينات – الوحدات التي يمكنها أداء العمل الميكانيكي للعمليات الحية – تعتبر الهياكل الناتجة رهاناً جيداً للعب دور رئيسي في علم الأشكال المبكرة للأحياء والحياة على الأرض.
ولسوء الحظ، فإن ربط هذه الوحدات معا في سلاسل أطول يعد تحدياً. في هذه الحالة، استخدم الباحثون الأحماض الأمينية – الجليسين، ثم أضافوا ثلاثي ميتافوسفات، وهو جزيء ينتج بشكل طبيعي في البراكين. وأخيراً، تم “تتبيل الحساء” بهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) لزيادة درجة الحموضة، وخلال الساعة الأولى من التجربة، يقترن الجليسين لتكوين جزيء من وحدتين يسمى ديمر. ويطلق هذا التفاعل بروتونات تعمل بدورها على تحييد الأس الهيدروجيني، ما يفعّل المكابح بشكل فعال في العملية برمتها.
كما وجد في البحث السابق، عندما أصبح الرقم الهيدروجيني للمحلول أكثر حيادية، بدأت الثنائيات ببطء في الارتباط بعضها ببعض في سلاسل أطول قليلاً. ومع ذلك، عندما جف المحلول، زاد معدل التفاعل، ربما بسبب تراكيز الجزيئات المتقاربة معاً، ويقول بويجينزان: “ما نعرضه هنا هو أنه ليس بالضرورة أن تكون البيئة نفسها في جميع ردود الفعل. يمكن أن تحدث في بيئات مختلفة، شريطة أن تساعد التفاعلات التي تحدث في خلق بيئة مفيدة للخطوات التالية”.
ويمكن لدورة من التحولات بين الظروف الرطبة والجافة أن تطور الجزيء إلى بروتينات أكثر تعقيدا، قد يعزز بعضها تفاعلات كيميائية أخرى تشارك في الحياة. وحقيقة أن آليات التفاعل هذه معروفة منذ سنوات عديدة وكان هناك تقدير محدود للرابط بينها تشير إلى أنه قد يكون من المجدي إيلاء اهتمام أكبر لتأثير تفاعلات البريبيوتيك المقترحة على بيئتها، بالإضافة إلى التأثيرات البيئية حول ردود الفعل.
في وقت سابق من هذا العام، وجد الكيميائيون أن الأحماض الأمينية العائمة الحرة كانت أكثر تفاعلاً عند حدود الهواء والماء للقطرات الصغيرة. علاوة على ذلك، حدثت هذه التفاعلات في ظروف بيئية طبيعية دون الحاجة إلى مواد كيميائية أو إشعاعات أخرى، ولا يزال هناك طريق طويل لنقطعه قبل فهم كل ما ينطوي عليه الأمر، لكن فهم العمليات الكامنة وراء خلق الحياة يمكن أن يفتح الباب أيضاً أمام تقنيات جديدة أكثر قوة قائمة على الكيمياء.
نُشر هذا البحث في “أصول الحياة وتطور المحيطات”.
المصدر: ساينس ألرت
