ما هو أول كيان كيميائي استوفى الشروط الأساسية للحياة؟
تعتبر مسألة بداية الحياة من أهم مسائل العلم التي لم يتم حلها، ولا يوجد إجماع عليها. الرأي السائد في المجتمع العلمي هو أن أصل الحياة هو في جزيئات المادة الوراثية RNA، المعروفة بقدرتها على التكاثر، ولكن لمدة 25 عاما، تمكن البروفيسور دورون لانتز، من قسم علم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم، يسبح ضد التيار في الحساء القديم. ويقول إن أصل الحياة ليس في جزيء واحد مثل الحمض النووي الريبي (RNA)، بل في مجموعات من المركبات الكيميائية المختلفة التي تشكلت وتكررت في مجملها. بالفعل في بداية الطريق، تطور البروفيسور لانزيت نموذج للكيمياء الحاسوبية يظهر بوضوح جدوى النهج البديل، لكن هذا النموذج يظل نظرية إلى حد كبير. الآن، في مقالتين جديدتين، قام هو وزملاؤه الباحثون أميت كاهانا وسفيتلانا ماسلوف بتسليح أنفسهم لأول مرة بالأدلة التجريبية، ويأملون أن يساعد ذلك في تغيير إجابة السؤال: من أين أتينا؟
والحياة، بحسب وكالة الفضاء الأمريكية ناسا، عبارة عن نظام كيميائي قادر على تكرار نفسه والتطور. ولذلك فإن الإجابة على سؤال بداية الحياة تكمن في البحث عن كيان كيميائي يحقق هذه الشروط. إحدى المشاكل الأساسية في تحديد الحمض النووي الريبوزي (RNA) باعتباره أول كيان متكرر هو أنه من الضروري لهذا الأمر أن يتشكل أول جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) بأعجوبة في الحساء البدائي - البيئة البدائية والفوضوية التي بدأت فيها الحياة. في نظر البروفيسور لانتز وغيره من المعارضين، هذه الفرضية ليست معقولة على الإطلاق: "يتكون جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) القادر على التكاثر من عشرات وحتى مئات الوحدات الجزيئية من أنواع محددة للغاية. يجب أن تكون هذه العناصر "مطلوبة" من حساء يحتوي على ملايين الأنواع من الجزيئات، بل وترتب نفسها بترتيب خطي مثالي حتى يحدث التكاثر. خطأ صغير في عمل العربة هذا - وينهار النسخ المتماثل." ويعترف أنصار الحمض النووي الريبي (RNA) أنفسهم بوجود عيوب واضحة في النموذج، لكنهم يزعمون أنه لم يقترح أحد بديلاً مناسبًا.
ما الذي سبق الحمض النووي الريبي؟
في الواقع، إن لم يكن الحمض النووي الريبي (RNA) – فمن كان أول "ناسخ"؟ لقد أكد معارضو نموذج الحمض النووي الريبوزي (RNA) لسنوات عديدة أن الإجابة على هذا السؤال لا يمكن العثور عليها على مستوى الجزيء المنفرد. يقول البروفيسور لانتز: «إن الخلية الحية لا تتكاثر كجزيء واحد، بل كمجموعة من الجزيئات». داخل الخلية تحدث تفاعلات كيميائية متبادلة ويتم تحفيزها، وهي المسؤولة عن امتصاص وإنتاج نسخ إضافية من جميع الجزيئات التي تتكون منها الخلية. هذه هي الطريقة التي تنمو بها مجموعة الجزيئات الخلوية، ثم تنقسم فيما بعد، حيث يشبه النسل "الأب" وبعضه البعض. "إن المجموعة المكررة الأولية من الجزيئات التي يقترحها العلماء كمرشح بديل هي "micelle" - وهي كرة نانوية مكونة من الدهون. الدهون هي جزيئات ذات خاصية فريدة: فهي تتكون من رأس "يحب" الماء وذيل "يكره" الماء و"يحب" الدهون. يسمح هذا الهيكل للدهون بتكوين الغشاء الذي يحيط بكل خلية حية، وفي الوقت نفسه تشكيل كريات ميسيلار أصغر بكثير، والتي تحتوي أيضًا على جزء داخلي من الدهون ومحيط محب للماء.
نحن نواجه المذيلات كل يوم دون أن ندري، لأن الصابون يتكون من مواد منظفة شبيهة بالدهون. تتيح المذيلات المتكونة من الصابون الملامس للماء إزالة المواد الدهنية من الأيدي المتسخة، عن طريق حبس الدهون في الجزء الداخلي المحب للدهون من المذيلة. وفي الوقت نفسه، فقد ثبت في الماضي أن الدهون قد تكونت على الأرض القديمة، بل وصلت إليها في النيازك. حتى أن الدراسات السابقة التي أجراها البروفيسور لانتز قدمت أدلة على أن المذيلات تشكلت في الحساء القديم مع احتمالات أكبر بشكل لا نهائي من تلك الموجودة في الحمض النووي الريبوزي (RNA)، وأن تكرار المذيلات يمكن أن يحدث في العديد من التركيبات الجزيئية المختلفة، على عكس الحمض النووي الريبي الانتقائي الذي يتطلب جزيئات محددة للغاية. .
إن الافتراض القائل بأن المذيلات هي أساس بداية الحياة يتلقى الآن التحقق التجريبي من اتجاه غير متوقع: الصناعة الكيميائية. بالمقالة الأولى ومن بين الاثنين، يصف كاهانا والبروفيسور لانتز كنزًا من الدراسات القديمة والحديثة من هذا العالم، والتي تعزز نموذج الميسلار وتقدم أدلة تجريبية واسعة النطاق على أن الدهون، على عكس ما يقبله علماء الأحياء، قادرة على تحفيز التفاعلات الكيميائية. وفي هذا وجد تأييد لفكرة احتمال وجود تسارع متبادل بين مكونات شبكة التفاعل الكيميائي في المذيلة، وهو أمر ضروري لظاهرة التكرار، أو بمعنى آخر - للحياة. وفي الوقت نفسه، وجد العلماء مرجعًا في مقالات من مجال الديناميكيات الكيميائية للدهون، والتي تم نشرها مؤخرًا والتي تهدف بشكل خاص إلى فحص النموذج الحاسوبي الذي طوره البروفيسور لينتز ومجموعته سابقًا. تشير هذه المقالات إلى دليل مباشر على أن المذيلات قادرة على نسخ تركيبتها الجزيئية، أثناء النمو والانقسام، أي الخضوع للتكاثر تمامًا مثل الخلايا الحديثة، كما يتنبأ النموذج.
كيف تطورت المذيلة؟
وماذا عن القدرة على التطور؟ وبالنظر إلى أن أخطاء النسخ في المذيلة المتضاعفة تحدث بسهولة، فلدينا تكرار مع الطفرات، وعلى هذا، كما نعلم، يرتكز التطور الدارويني. وبناء على ذلك، يعرض الفريق البحثي المراحل التي ستتحول فيها المذيلات، نظرا لقدرتها على التطور، تدريجيا إلى مجموعات جزيئية أكثر تعقيدا تسمى الخلايا الأولية، في طريقها إلى خلايا مشابهة لخلايا كائنات العصر الحديث. وتأييداً لهذا الرأي كما هو موضح فيالمادة الثانيةوجد الفريق أدلة تجريبية في منشورات من مجال الكيمياء الحيوية على أن المجموعات الكيميائية الموجودة على سطح مجموعات الدهون قادرة على التعرف على جزيئات محددة، مماثلة لتلك الموجودة في البروتينات الحديثة. وهذا دليل آخر على قدرة المذيلات الدهنية على العمل كبذرة أولية لنشوء الحياة.
يتعامل نموذج الميسيلار لبداية الحياة مع تاريخ الأرض، ولكن له أيضًا آثارًا على السلوك البشري في جميع أنحاء النظام الشمسي. سبب انشغال ناسا بتعريف الحياة ليس صدفة، إذ تبحث وكالة الفضاء، في هذه اللحظة بالذات، عن أدلة على وجود الحياة على المريخ. إن افتراض العمل السائد هو البحث عن الحمض النووي الريبوزي (RNA)، لكن الأبحاث الجديدة تشير إلى أن المسبار الذي يسافر حول المريخ سيكون أفضل حالًا في البحث عن أدلة على أنواع أخرى من الكيمياء أيضًا. يقول البروفيسور لانتز: "إن احتمالات وجود حياة متطورة على كواكب مختلفة متنوعة للغاية، لكننا نعتقد أن البدايات المبكرة والبسيطة لنوع المذيلات الدهنية قد تكون شائعة في الحياة في العديد من الأماكن في الكون، لذلك ينبغي علينا استثمر أيضًا في البحث عنهم."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
