القليل من الفلفل في الحساء الأصلي

مقترح لحل أحد ألغاز العلوم العظيمة - كيف نشأت الحياة على الأرض

البروفيسور دورون لانتز. يقول لانتز: "لقد بحثنا عن جسيمات يمكن أن تنتظم تلقائيًا في بيئة "الحساء البدائي"، وتوصلنا إلى فكرة أن هذه الجزيئات شبيهة بالدهون تسمى الدهون".

لقد ظل سؤال "أصل الحياة" يشغل أفضل العقول منذ آلاف السنين، ومع ذلك يظل مفتوحًا ومثيرًا للاهتمام. على النقيض من قصص الخلق التقليدية، في الدين والأسطورة، حيث يتم تحديد الحياة مع الحيوانات الكاملة والإنسان، يبحث العلم الحديث عن العلامة الأولى للحياة في الكيانات المجهرية البدائية مثل (جزيء) H-NA المنفصل أو الأحياء. خلية. الإنسان عبارة عن مجموعة من الجزيئات العضوية المنظمة بترتيب متقن، لكن أنظمة أجسامنا هي نتاج التحسين التطوري لتلك الكيانات المجهرية، والذي بدأ منذ 4-3.5 مليار سنة.

"من أجل ذلك،" يقترح البروفيسور دورون لانتز من قسم علم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم، "الكيان الحي هو القادر على إعادة إنتاج نفسه ونقل المعلومات المخزنة داخله إلى نسله. نحن نفترض أنه قبل تطور الكائنات الحية، حدث تطور كيميائي على الأرض، وهذا هو الذي أدى إلى إنشاء الجزيئات الأولى القادرة على تكرار نفسها."

كان الحساء البدائي، الذي يحتوي على مجموعة عشوائية من المواد (من بين أمور أخرى المواد العضوية)، يغطي سطح الأرض في ذلك الوقت، وتطورت داخله هذه الجزيئات وتشكلت الخلايا الحية الأولى.

ولم يتجاوز حجم هذه الخلايا الشبيهة بالبكتيريا جزء من الألف من المليمتر، وكان يوجد بداخلها عالم جزيئي غني يشمل البروتينات والدهون والمواد الوراثية ومكونات أخرى. يقول لانتز: «إن القدرة على تفسير الانتقال من مجموعة من الحيوانات في «الحساء البدائي» الفوضوي إلى النظام المألوف في الخلية الحية هو المفتاح لحل مسألة أصل الحياة، ونحن نعتقد أن هناك هو الحل العلمي للسؤال."

النظرية الكلاسيكية، التي تم تطويرها ابتداءً من الخمسينيات، تقسم "أصل الحياة" إلى مرحلتين رئيسيتين. في المرحلة الأولى، تطورت جزيئات السلسلة (مادة وراثية مثل الحمض النووي الريبوزي أو الحمض النووي) في "حساء الأجداد"، الذي يتكون من وحدات بناء محددة يمكن تكرارها، وفي المرحلة الثانية انضمت البروتينات. يتكون غشاء دهني حول المادة الوراثية والبروتينات، وفي الفضاء داخل الخلايا الذي تم إنشاؤه، تتشكل الأنظمة الضرورية للحياة.

وهذه النظرية مثيرة للجدل، ولم تتوقف المجموعات البحثية عن البحث عن إجابة أكثر شمولاً وإقناعًا. يقول لانتز: «من المشكوك فيه جدًا ما إذا كانت أجزاء R-NA أو D-NA قد تشكلت تلقائيًا في الحساء البدائي، وحتى لو حدث ذلك، فإن الانتقال من هذه الأجزاء إلى الخلية الحية الكاملة مشروط بوجود عمليات معقدة للغاية."

تفترض نظرية البروفيسور لانتز وطلابه الانتقال المباشر من الحساء البدائي إلى كائن يشبه خلية كاملة أكثر من خلية واحدة، وتختلف معالم النمو التي يقترحونها عن تلك المذكورة في معظم الكتب المدرسية والمقالات التعامل مع الموضوع. "لقد بحثنا وبحثنا عن الجسيمات التي يمكن أن تنتظم تلقائيًا في بيئة "الحساء البدائي"، وتوصلنا إلى فكرة أن هذه الجسيمات كانت جزيئات شبيهة بالدهون تسمى الدهون".

هناك أدلة واضحة على أن الدهون سكنت الأرض في وقت مبكر، وتمكنت من البقاء على قيد الحياة في الظروف التي كانت سائدة هناك. علاوة على ذلك، تتكون جزيئات الدهون من جزء محب للماء (محب للماء) وجزء طارد للماء (كاره للماء)، وفي البيئة المائية تميل إلى التنظيم تلقائيًا وتشكل "المذيلات" (كرات دهنية ثلاثية الأبعاد). تذكرنا بقطرات الدهون التي نراها في الحليب. "نحن نفترض أنه حتى في البيئة المائية للحساء البدائي، فقد رتبوا أنفسهم في "المذيلات"، حيث كانت الذيول الطاردة للماء متجهة إلى الداخل في قلب الكرة والرؤوس المحبة للماء متجهة إلى الخارج في البيئة المائية."

السؤال المطروح هو كيف يمكن لـ "المذيلات" أن تكرر نفسها، وتنقل المعلومات، وتشكل أساسًا لتكوين خلايا حية. وقبل ثمانين عاماً بالفعل، طرح ألكسندر أوفارين إمكانية أن تحمل كتل المادة البيضاء، التي تنتظم تلقائياً في الماء، أجهزة استقلابية، بل وتنقل خصائصها إلى الكتل التي تنفصل عنها. لكن النظرية دُفعت جانبا بعد اكتشاف الحمض النووي في خمسينيات القرن العشرين، "نعود إلى نظرية أوبارين، ولكن مع تغيير معين، عندما ننسب للدهون دورا مركزيا في عملية نشأة الحياة".

وتتكون "المذيلات" من آلاف الأنواع من الدهون، بكميات متفاوتة، ويعتقد البروفيسور لانتز وفريقه أنها قادرة على حمل معلومات بكمية مماثلة لتلك المخزنة في سلاسل الحمض النووي. وعلى النقيض من تشفير المعلومات النصية بناءً على ترتيب الحروف (كما هو الحال في اللغة البشرية، أو في الشفرة الوراثية الحديثة)، فإن تشفير المعلومات في "المذيلة" يعتمد على الكمية النسبية لكل نوع من أنواع الدهون التي تشكلها.

حدث الارتباط الأولي للدهون في "المذيلات" بشكل عفوي وعشوائي في الحساء البدائي، وقد ثبت بالفعل أن "المذيلات" الناشئة قادرة على ربط المزيد والمزيد من الدهون، والنمو، والانقسام بطريقة تذكرنا بالتقسيم من الخلايا الحية. يقول ران كافري، وهو طالب باحث في المختبر: "نفترض أن دمج الدهون في "المذيلة" تم وفقًا لمبدأ "لجنة القبول"،" عندما يتم التركيب الأولي للدهون في تحدد "المذيلة" الناشئة أنواع الدهون التي سيتم ضمها لاحقًا وأيها سيتم رفضها.

تم إنشاء شبكة من الألعاب الكيميائية بين الدهون، وهذا ما مهد الطريق لمضاعفة متوازنة لجميع الدهون التي تتكون منها "المذيلات" وتقسيمها ونقل نفس تركيبة الدهون إلى الابنة "المذيلات" ". ومن المهم التأكيد على أن الكيان المتضاعف هو "المذيلة" ككل، وليس أحد مكوناته، وهذا يتعارض مع النظرية الكلاسيكية التي تفترض تكرار جزيء سلسلة واحدة مثل H-NA أو H- غير متوفر.

تم التطوير الأولي للنموذج من قبل البروفيسور لانزيت وطلابه، دانييل سيجيرا، يتسحاق فالبل ودافنا بن إيلي، وتم نشره، من بين أمور أخرى، في مايو 2000 في المجلة. "أكاديمية العلوم الوطنية" أداة البحث الرئيسية لتطوير النموذج واختباره هي عمليات المحاكاة التي تتم بمساعدة أجهزة الكمبيوتر العملاقة، يقول باراك شانهاف، وهو طالب أبحاث في المختبر، "نحن نغذي الكمبيوتر ببيانات من 100 إلى 1,000 نوع من الدهون، والتفاعلات المحتملة بين الجزيئات، وترك النظام يعمل في ظل ظروف تحاكي الأرض القديمة. ويتم تحليل النتائج وفقا للمبادئ الإحصائية. على شاشة الكمبيوتر، ترى كيف تنتظم "المذيلات" وتنمو وتنقسم، وسنحاول قريبًا وصف عمليات الرفض واندماج "المذيلات" مع بعضها البعض."

يقول لانتز: «في الخطوة التالية، سنحاول فهم الانتقال من مجموعة من «المذيلات» إلى كيانات حية تشبه الخلايا، تحتوي على مناطق وظيفية مختلفة. في الواقع، لدينا بالفعل فكرة عن عملية تطوير السلاسل الطويلة الشبيهة بالحمض النووي الريبي (RNA) أو السلاسل الشبيهة بالبروتين داخل "المذيلات". نحن نفترض أن الحمض النووي أو H-DNA هما نتيجة عملية تطورية في الطريق إلى تكوين الحياة، وليس أصلها، عندما يعتمد التطور على قدرة "المذيلات" على التكاثر." وعلى الرغم من أن النموذج يعتمد على كيمياء بسيطة، إلا أن النتائج بدأت تشبه السلوكيات المعقدة للأنظمة في الخلايا الحية.

يقول البروفيسور دان كوهين من الجامعة العبرية: "لقد جرت محاولات عديدة لشرح أصل الحياة على الأرض، والأفكار الأصلية للبروفيسور لانتز هي الأساس لمقاربة جديدة للموضوع وفتح المجال لتفسيرات إضافية. أحدها، والذي أعتقد أنه معقول، يحدد تكوين الحياة من خلال التنظيم التلقائي للدهون في "حويصلات" مجهرية، وليس بالضرورة في "المذيلات". يحتوي غلاف الحويصلات، المشابه لأغشية الخلايا التي نعرفها اليوم، على طبقتين متجاورتين من الدهون، حيث يواجه الجزء المحب للماء من الطبقات الدهنية السائل المائي خارج وداخل الحويصلة والأجزاء الطاردة للماء من الطبقتين طبقات تواجه بعضها البعض وتشكل الجزء الداخلي من المظروف. وحتى مثل هذه الحويصلات، المشابهة لـ "المذيلات" التي اقترحها البروفيسور لانتز، ستكون قادرة على التكاثر عن طريق الامتصاص الانتقائي للدهون من الحساء الخارجي وتقسيم الحويصلات.

أوري نيتسان. دولة. كان موقع المعرفة جزءًا من بوابة IOL التابعة لمجموعة هآرتس حتى نهاية عام 2002