كيف تكونت الخلايا الأولى؟ مع البروتين

يظهر بحث جديد أن اللبنات الأساسية للبروتينات قادرة على تثبيت الأحماض الدهنية التي تبني غشاء الخلية، وبالتالي يمكن أن تساعد في إنشاء أولى الخلايا الحية في العالم

ما هي وصفة خلق خلية حية؟

نحن بحاجة إلى آلات صغيرة، جزيئات يمكنها القيام بالوظائف الضرورية: تحطيم الطعام، وإنتاج الطاقة، وتقسيم الخلية، وإنشاء المزيد من الآلات الصغيرة. هذه هي البروتينات. نحن بحاجة إلى جزيئات تحتوي على المعلومات اللازمة لبناء هذه الآلات. هذه هي الأحماض النووية، المادة الوراثية للخلية. ولكن بنفس القدر من الأهمية، نحتاج إلى أن يكون للخلية "جدران" - حدود تفصلها عن بيئتها، وتحافظ داخلها على الظروف المناسبة لعمل البروتينات والأحماض النووية. خلايا جميع الكائنات الحية، من البكتيريا إلى الحوت أو البيتونيا، محاطة بغشاء مصنوع من طبقة مزدوجة من الأحماض الدهنية، ويفصل البيئة الداخلية للخلية عن العالم الخارجي. وبدون هذا الغشاء، لا توجد خلية ممكنة، ولا توجد حياة ممكنة.

الفرضية السائدة هي أن الكائنات الحية الأولى والأقدم لم تكن أكثر من غشاء دهني يحيط ببعض البروتينات البسيطة والأحماض النووية القصيرة. ولكن كيف تشكلت تلك الخلايا الأولية، وهي الهياكل البسيطة التي سبقت الخلايا التي نعرفها اليوم؟ ما الذي تسبب في تجمع مكوناتها المختلفة معًا؟ هناك عدد لا بأس به من الفرضيات التي تحاول الإجابة على هذا السؤال، وشرح كيفية ظهور الحياة لأول مرة، ولكننا لا نزال لا نملك إجابة واضحة ومتفق عليها لجميعها.

إن تكوين الخلايا نفسها، تلك "الأكياس" الصغيرة المصنوعة من الأحماض الدهنية، ليس في الواقع أمرًا معقدًا. الأحماض الدهنية الموجودة في الماء تنتظم بشكل طبيعي، دون الحاجة إلى دفع خارجي، في ما يشبه الكرات الصغيرة المحاطة بغشاء. لكن هذه الأغشية ليست مستقرة، وتتفكك عند وجود الأملاح المختلفة. هذه مشكلة خطيرة للغاية. أولا، كانت المياه في المحيطات القديمة، حيث تطورت الحياة، غنية بالأملاح. وبصرف النظر عن هذا، هناك حاجة إلى أملاح وأيونات مختلفة للعمليات التي تتم داخل الخلية. إذا انهار الغشاء في ظل هذه الظروف، لا يمكن لخلية فعالة أن تتشكل.

لحظة "آها!"

وفي دراسة جديدة، يقدم باحثون من الولايات المتحدة حلاً لذلك: فقد اكتشفوا أن بعض الأحماض الأمينية - وهي الجزيئات الصغيرة التي تُبنى منها البروتينات - تعمل على تثبيت الأغشية. وبوجود هذه الأحماض الأمينية، تحافظ الكرات الصغيرة المغلفة بالغشاء على شكلها حتى في البيئة المالحة. لا يمكن لهذه الحقيقة أن تفسر فقط كيفية تشكل تلك الخلايا غير الأولى، بل أيضًا وجود البروتينات، أو على الأقل وحدات بنائها، داخل الخلايا الأولية.

ويمكن أيضًا أن تتشكل الأحماض الأمينية التي استخدمها الباحثون بدون حياة، في عمليات كيميائية بسيطة. وقام الباحثون بإضافتها إلى محلول ملحي يحتوي على أحماض دهنية، وعندما نظروا تحت المجهر رأوا الكرات الصغيرة تطفو في المحلول، حيث تعمل الأحماض الأمينية على تثبيتها ومنعها من التحلل. وقالت سارة كيلر، التي قادت الدراسة، لمجلة أتلانتيك: "كنا متحمسين للغاية". "لقد كانت" آها! ""

لا تزال كيلر وزملاؤها لا يعرفون كيف تعمل الأحماض الأمينية على تثبيت الأغشية الدهنية. وقال كيلر: "ليس لدينا أي فكرة، لأنه لم نتوقع حدوث ذلك". "نحن في هذا المكان العظيم، الذي يفتح المجال للنظريات المستقبلية."

ووفقا لإحدى الفرضيات، نشأت الحياة أولا في برك ضحلة، والتي جفت وامتلأت مرارا وتكرارا. ويشير الباحثون إلى أنه في مثل هذه الظروف يمكن إنشاء تركيز عال من الأحماض الأمينية، الأمر الذي سيؤدي إلى إنشاء خلايا أولية مستقرة. وداخل تلك الخلايا الأولية سيكون هناك بالفعل وفرة من الأحماض الأمينية، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات المهمة جدًا للخلايا الحية.

تركز الدراسة التالية التي أجرتها كيلر وزملاؤها على هذه المرحلة. لدينا خلايا، وفيها جزيئات بسيطة، لكن ماذا يحدث الآن؟ "كيف تترابط هذه الوحدات البنائية الفردية لتشكل جزيئات أكبر؟" عرض كيلر المشكلة. "هذا سؤال صعب للغاية."

للبحث العلمي

للحصول على التحديثات العلمية من موقع معهد ديفيدسون على قناة التليجرام أو المجال

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• في البداية كان البحر حمضيًا
• منذ خلق الكون إلى خلق الحياة
• كيف جاءت الحياة؟