وفي مختبر جديد بالمعهد، يدرسون كيف أدت التفاعلات الكيميائية الأساسية إلى خلق حياة معقدة
نحن نميل إلى التفكير في التطور باعتباره عملية فوضوية. لقد تعلمنا أن الحياة نشأت بشكل عفوي في الحساء القديم الذي كان هنا ذات يوم. ولكن ماذا لو كان من الممكن اكتشاف أنماط معينة ضمن هذه الفوضى - أنماط النشاط الكيميائي التي قد تفسر كيفية تطور الحياة المعقدة من هذه اللبنات البسيطة؟ في حين أن معظم الأبحاث حول أصل الحياة تركز على المواد التي تتكون منها الحياة، إلا أنه في مختبر جديد في معهد وايزمان للعلوم، يتم طرح أسئلة مختلفة تمامًا.
"ما هي الحياة إن لم تكن الجزيئات الموجودة في الروابط المتبادلة؟" يتساءل الدكتور سيرجي سيمانوف، عالم جديد في قسم الكيمياء الجزيئية وعلوم المواد، ويجيب: "في الواقع، يعتمد التمييز بين "الحي" و"الجماد" على هذا بالضبط - على نوع وطبيعة التفاعلات الكيميائية بين المواد." وبناء على ذلك، فإن المختبر الذي أنشأه مؤخرا يركز على أنماط التفاعلات التي تنشأ عند التقاء اللبنات الأساسية للحياة. ويعتقد أن هذه الأنماط يمكن أن تساعد في حل لغز التطور. "ما نبحث عنه هو ديناميكيات المواد البسيطة التي تنتج عمليات معقدة. ولهذا السبب لا نركز على المواد نفسها، بل على أنماط تفاعلها، والتي ربما تكون قد أنتجت جزيئات معقدة في سياق التطور".
بدأت فكرة التركيز على أنماط التفاعل بدلاً من المواد خلال أبحاث ما بعد الدكتوراه التي أجراها الدكتور سيمانوف في جامعة هارفارد، في مختبر البروفيسور جورج وايتسايدز. لكن قصة سيرجي الرومانسية مع الكيمياء بدأت في سن أصغر بكثير - في مطبخ والديه في الاتحاد السوفيتي. وهناك اعتاد إجراء التجارب بمساعدة مجموعة الكيمياء للأطفال التي حصل عليها كهدية. يتذكر بتسلية قائلاً: "لقد تجاوزت حدود قدرة هذه المجموعة". "في مرحلة معينة يصبح الأمر خطيرا للغاية." بدأ دراساته الرسمية في الكيمياء في جامعة موسكو ومن هناك هاجر غربًا: أولاً إلى أوروبا ثم إلى الولايات المتحدة.
اكتشف خلال فترة وجوده في جامعة هارفارد ما أسماه "شبكات التفاعلات الكيميائية" - وهي أنماط متكررة يمكن استخدامها لشرح العمليات التطورية المعقدة. "هذه هي العمليات الكيميائية التي تخلق حلقات ردود الفعل - أي تلك التي يمكنها تسريع أو قمع نفسها. قد تكون هذه العمليات هي المفتاح لفهم كيفية تطور المخلوقات المتقدمة من مواد بسيطة للغاية".
أحد أبسط أنماط الاستجابة التي تكمن وراء العديد من العمليات البيولوجية هو التذبذب أو التذبذب المتكرر، مثل ذلك الموجود، على سبيل المثال، في الساعات - الميكانيكية والبيولوجية على حد سواء. وفي مقال جديد نُشر مؤخرًا، تم إنشاء ساعة كيميائية في مختبر الدكتور سيمانوف. تعتمد آلية الساعة على تفاعلات أساسية بين مواد بسيطة للغاية: "إن ساعتنا هي نوع من المفاتيح، ولها حالتين"، يوضح، "المفتاح يسمح بالانتقال من حالة إلى أخرى والعودة مرة أخرى، وهذا هي كيفية حدوث عملية معقدة يمكن أن تؤدي إلى تطور كبير".
בشهروبمشاركة الطالبين ألكسندر نوفيتشكوف وأنطون جانوبولسكي، أظهر العلماء كيف تنتج آليتهم الشبيهة بالساعة حلقة تغذية مرتدة قد تساهم في تكوين سلاسل البروتين. يقول الدكتور سيمانوف: "هذا مجرد مثال صغير لكيفية قيام عملية بسيطة مثل التذبذب المتكرر بإنتاج مواد أكثر تعقيدًا بكثير من مجموع وحدات البناء الخاصة بها". "إذا تمكنا من إظهار كيف يمكن لآلية بسيطة مثل التذبذب بين حالتين أن تؤثر على العمليات المعقدة مثل تكوين البروتينات، فيمكننا أيضًا اقتراح نظرية أوسع ورسم خط بين المكونات الأساسية للحساء القديم والحياة المعقدة لبشرتنا. عالم."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
