معرفی نویسنده

مریم رفیعی پور

دانشجوی ارشد رشته بیوانفورماتیک( دانشگاه تربیت مدرس)

کشف ترکیبات آلی جدید که می‌تواند به ساخت سلول‌های اولیه کمک کند.

کشف ترکیبات آلی جدید که می‌تواند به ساخت سلول‌های اولیه کمک کند.

شیمیدانانی که روی چگونگی شروع حیات تحقیق و پژوهش می‌کنند، اغلب بر چگونگی تأثیر بیوپلیمرهایی مانند پپتیدها و اسیدهای نوکلئیک متمرکز هستند، اما بیوپلیمرهای مدرن به راحتی و بدون کمک موجودات زنده تشکیل نمی‌شوند. یک پاسخ احتمالی به این تناقض این است که حیات با استفاده از اجزای مختلف آغاز شده و به احتمال زیاد مواد شیمیایی غیربیولوژیکی در محیط فراوان بوده است. پژوهش‌های جدیدی که توسط یک تیم بین‌المللی از شیمیدان‌ها انجام شده‌است، نشان داده‌است که مجموعه متنوعی از این ترکیبات به راحتی تحت شرایط اولیه، پلیمرهایی را تشکیل می‌دهند و حتی برخی به طور خودجوش ساختارهایی مانند سلول ایجاد می‌کنند.

درک چگونگی تشکیل حیات در زمین یکی از چالش برانگیزترین مسائلی است که علم مدرن سعی در توضیح آن دارد. دانشمندان در حال حاضر ارگانیسم‌های مدرن را مورد مطالعه قرار می‌دهند و سعی می‌کنند دریابند که چه جنبه‌هایی از آن‌ها مشترک است و بنابراین در موجوداتی که از آن‌ها منشأ گرفته‌اند وجود داشته‌اند. بهترین حدس این است که زمین ۴.۵ میلیارد سال قبل تشکیل شده‌است و پیدایش حیات روی زمین حداقل مربوط به ۳.۵ میلیارد سال قبل است. اکثر دانشمندان می‌گویند حیات احتمالاً قبل از شواهد موجود، روی زمین آغاز شده‌است. از آن‌جا که سطح زمین پویا است، اولین آثار حیات روی زمین باقی نمانده‌است. با این حال اولین شواهد مربوط به حیات روی زمین، اطلاعات کمی در مورد آن‌چه که موجودات اولیه از آن ساخته شده‌اند و یا آن‌چه در داخل سلول‌های آن‌ها می‌گذرد، به ما می‌دهد.

مشخصه بارز حیات تکامل است و سازوکارهای تکامل نشان می‌دهد که صفات مشترک می‌تواند ناگهان دستخوش جهش‌های نادر و جدیدی شوند که به موجودات جهش یافته امکان بهتر زنده ماندن و زاد و ولد را می‌دهد و غالباً به سرعت جایگزین ارگانیسم‌های مشترک قبلی می‌شوند. شواهد دیرینه شناسی، زیست محیطی و آزمایشگاهی نشان می‌دهد که این اتفاق به طور معمول و به سرعت رخ می‌دهد. یک نمونه ارگانیسم تهاجمی قاصدک است که از اروپا به قاره آمریکا وارد شده و اکنون یک علف هرز معمولی است و باعث شده صاحبان خانه‌های چمن دار ساعت‌های بی شمار و مبالغ بالایی برای ریشه کن کردن آن، صرف کنند. یکی دیگر از این نمونه‌ها، COVID-19 است، ویروسی (که از نظر فنی زنده نیست، اما از نظر فنی یک ارگانیسم است) که احتمالاً سال‌ها در جمعیت کمی از خفاش‌ها محدود بوده‌است، اما ناگهان در بین انسان‌ها در سراسر جهان گسترش یافت. ارگانیسم‌هایی که سریع‌تر از رقبای خود تولید مثل می‌کنند، حتی فقط کمی سریع‌تر، به سرعت رقبای خود را از بین می‌برند. از آن‌جا که اکثر موجودات تاکنون منقرض شده‌اند، یکی از نویسندگان این مطالعه، پیشنهاد داد که برای درک چگونگی پیدایش زیست‌شناسی مدرن، مطالعه شیمی غیرزیستی یا ساختارهایی که در حال حاضر در زیست‌شناسی مدرن وجود ندارد و به طور بالقوه منقرض شده‌اند، مهم است.

همه ارگانیسم‌های مدرن چند اشتراک اصلی دارند: همه موجودات سلول دارند، حیات از DNA به عنوان یک مولکول ذخیره کننده اطلاعات استفاده می‌کند و از DNA برای ساختن RNA ریبونوکلئیک به عنوان واسطه‌ای برای ساخت پروتئین‌ها استفاده می‌کند. پروتئین‌ها با استفاده از یک "کد" تقریباً جهانی از RNAها ایجاد می‌شوند. چگونگی به وجود آمدن این کد به خودی خود معماگونه است، اما این سوالات عمیق نشان می‌دهد که آن‌ها احتمالاً در اوایل تکامل زیستی وجود داشته‌اند. (حدود 4 میلیارد سال پیش که تقریباً هیچ یک از ویژگی‌های مولکولی مشاهده شده در بیوشیمی مدرن، وجود نداشته است).

پروتئین‌ها پلیمرهای خطی اسیدهای آمینه هستند. این رشته‌های آمینواسید پلیمری به شکل‌های سه بعدی منحصر به فردی جمع می‌شوند و کاتالیزورهای بسیار کارآمد تشکیل می‌دهند که واکنش‌های دقیق شیمیایی را ایجاد می‌کنند. در اصل، بسیاری از انواع مولکول‌های پلیمری می‌توانند رشته‌هایی مشابه تشکیل داده و شکل‌های کاتالیزوری مشابهی ایجاد کنند که متخصصان شیمی ساخت ترکیبات مصنوعی، پیش از این نمونه‌های بسیاری را کشف کرده‌اند. ایرنا ماماجانوف، یکی از نویسندگان این پژوهش می‌گوید: "هدف از این نوع مطالعه یافتن پلیمرهای عملکردی در سیستم‌های پروبیوتک، بدون کمک زیست‌شناسی است."

دانشمندان راه‌های زیادی برای ساخت ترکیبات آلی بیولوژیکی بدون دخالت زیست‌شناسی پیدا کرده‌اند. این مکانیسم‌ها به توضیح وجود این ترکیبات در نمونه‌هایی مانند شهاب سنگ‌های کربنی، که یادگارهایی از منظومه شمسی اولیه است و دانشمندان فکر نمی‌کنند که هرگز میزبان حیات باشند، کمک می‌کنند. این نمونه‌ از شهاب سنگ‌های اولیه همچنین حاوی انواع مختلفی از مولکول‌ها هستند که می‌توانند پلیمرهای پیچیده‌ای مانند پروتئین‌ها را تشکیل دهند، که می‌تواند به هدایت شیمی اولیه کمک کند. پروتئین‌ها به دلیل چین خوردن و نقش کاتالیزگری که دارند، واسطه بسیاری از تکامل‌های پیچیده‌ی بیوشیمیایی مشاهده شده در سیستم‌های زنده هستند. تیم ELSI استدلال کرده‌است که پلیمرهای جایگزین می‌توانند به این اتفاق کمک کنند، قبل از اینکه کدگذاری بین DNA و پروتئین تکامل یابد. شاید ما نتوانیم منشأ زندگی را مهندسی معکوس کنیم؛ اما ممکن است تلاش برای ساختن آن از ابتدا و نه لزوماً استفاده از مولکول‌های زیستی مدرن مثمر ثمر باشد. مخازن بزرگی از مواد شیمیایی غیرزیستی در زمین اولیه وجود داشته است.

تیم ELSI کاری ساده اما عمیق انجام داد: آن‌ها مجموعه بزرگی از مولکول‌های آلی کوچک با ساختارهای متنوع را که به طور معقول و منطقی توسط فرآیندهای پروبیوتیکی ساخته می‌شوند، را به دست آوردند و سعی کردند ببینند آیا هنگام تبخیر شدن از محلول رقیق می‌توانند پلیمر بسازند یا خیر. با کمال تعجب، آن‌ها دریافتند بسیاری از ترکیبات ابتدایی ساخته می‌شوند هر چند برخی از آن‌ها به سرعت تجزیه می‌شوند. این معیار ساده، این‌که آیا یک ترکیب می‌تواند خشک شود بدون این‌که تجزیه شود، ممکن است یکی از عوامل انتخاب تکاملی برای مولکول‌های اولیه باشد.

این تیم یک آزمایش ساده دیگر نیز انجام داد. آن‌ها این واکنش‌های خشک را گرفته، به آن‌ها آب اضافه کرده و آن‌ها را زیر میکروسکوپ نگاه کردند. در کمال تعجب، برخی از محصولات این واکنش محفظه‌هایی به اندازه سلول تشکیل دادند. این‌که مواد اولیه ساده حاوی ۱۰ تا ۲۰ اتم می‌توانند به سلول‌هایی شبیه سلول‌هایی شامل میلیون‌ها اتم تبدیل شوند، بینش حیرت انگیزی در مورد شیمی ساده می‌دهد. این‌که چگونه شیمی ساده ممکن است به شیمی پیچیده که سیستم‌های زنده را توضیح می‌دهد، بدون استفاده از بیوشیمی مدرن کمک کند.

یکی از پژوهشگران این مطالعه گفته‌است: "ما همه ترکیبات ممکن را آزمایش نکردیم، اما بسیاری از آن‌ها را آزمایش کردیم. تنوع رفتارهای شیمیایی که ما کشف کردیم؛ تعجب آور بود و نشان می‌دهد این نوع رفتارها در مولکول‌های کوچک تا ملکول‌های بزرگتر عملکردی، یک ویژگی مشترک در شیمی آلی است؛ که ممکن است مبدأ حیات را به پدیده‌ای معمولی‌تر از آن‌چه قبلا تصور می‌شد تبدیل کند."

 

منبع:

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201028082954.htm

لینک مقاله:

https://www.nature.com/articles/s41598-020-74223-5

 

کلید واژه ها: #منشأ حیات #سلول اولیه #پروتئین #کدکول #بیوانفورماتیک

telegram