مجموعه جدیدی از واکنش‌های شیمیایی می‌توانند سرانجام از نحوه آغاز حیات روی زمین پرده بردارند

روزی روزگاری، وقتی سیاره‌ی زمین بسیار جوان و تازه بود، هیچ نشانه‌ای از حیات روی آن وجود نداشت. سپس در جایی و به روشی، واکنشی شیمیایی رخ داد و عناصر سازنده‌ی مولکولی اولین نیاکان ما ظهور کردند: آمینواسیدها و نوکلئیک اسیدهایی که به شیوه‌ای مناسب کنارهم گرد آمدند و واکنشی زنجیره‌ای را ادامه دادند که به آغاز حیات انجامید.

هنوز کاملاً از جزئیات این اتفاق که میلیاردها سال پیش رخ داد و هیچ ردپایی از آن در سوابق فسیلی وجود ندارد، مطمئن نیستیم؛ اما دانشمندان با استفاده از آنچه شیمی زمین آغازین می‌نامند، مجموعه‌های جدیدی از واکنش‌های شیمیایی را کشف کردند که احتمالاً عامل به‌وجود‌آمدن عناصر سازنده‌ی بیولوژیکی روی زمین هستند. رامانارایانان کریشنامورتی از مؤسسه‌ی پژوهشی اسکریپز می‌گوید:

به الگوی جدیدی برای توضیح گذار از شیمی پربیوتیک به شیمی بیوتیک رسیدیم. احتمالاً این واکنش‌ها در زمین آغازین رخ داده‌اند.

بازسازی چگونگی ظهور شیمی بیوتیک به‌شدت تجربی است. دانشمندان براساس داده‌های خود از فرایندهای فعلی بیولوژیک و کاربرد آن‌ها در زمینه‌های آزمایشگاهی، سعی می‌کنند براساس شیمی آغازین، فرایندهای ۳/۷ میلیارد سال پیش را بازسازی کنند.

براساس شواهد، سیانید یکی از مولکول‌های زمین آغازین است که امروزه، سمی کشنده است؛ اما احتمالاً واسطه‌ای برای ظهور حیات روی زمین بود. برخی پژوهشگران سراسر جهان نقش سیانید را در این فرایند بررسی کردند. در اوایل سال جاری، کریشنامورتی و همکارانش نشان دادند که سیانید می‌تواند در دمای اتاق و در مجموعه‌ای از pHهای مختلف، به‌آسانی مولکول‌های زیستی را تولید کند. همچنین با اضافه‌شدن کربن‌دی‌اکسید، سرعت این فرایند افزایش می‌یابد.

بدین‌ترتیب، پژوهشگران تلاش کردند موفقیت خود را با ساخت مولکول‌های زیستی پیچیده‌تری مثل آمینواسیدها تکرار کنند؛ زیرا کل پروتئین‌های موجود در سلول‌های زنده حاوی این مولکول هستند. امروزه پیش‌نیازهای شکل‌گیری آمینواسیدها مولکول‌هایی به آلفاکتواسید هستند که با نیتروژن و آنزیم‌ها برای تولید آمینواسیدها واکنش می‌دهند.

اگرچه آلفاکتواسید احتمالاً در زمین آغازین وجود داشته است، آنزیم‌ها در آن زمان وجود نداشتند؛ درنتیجه ممکن است آمینواسیدهای آن زمان از آلدهیدها شکل گرفته باشند. با‌‌توجه‌‌‌به این فرضیه، این پرسش مطرح می‌شود که چه زمانی آلفاکتواسید جایگزین آلدهید شد.

به‌باور کریشنامورتی و همکارانش، احتمالاً در آن زمان آلفاکتواسیدها بدون نیاز به وجود آنزیم‌، آمینواسیدها را تشکیل دادند. آنان فرضیه‌ی خود را با آلفا‌کتواسیدها شروع و البته سیانید را اضافه کردند؛ زیرا براساس آزمایش‌های قبلی، سیانید محرکی مؤثر برای واکنش‌های شیمیایی است که به تولید مولکول‌های زیستی می‌انجامند.

آمونیاک یا ترکیب نیتروژن و هیدروژن هم در زمین آغازین وجود داشت. این ترکیب نیز به فرضیه اضافه شد. گفتنی است بخش نهایی به آزمون و خطای بیشتری نیاز داشت؛ اما براساس پژوهش‌های قبلی، کربن‌دی‌اکسید کلید اصلی این فرایندها است. کریشنامورتی می‌گوید:

انتظار داشتیم محاسبه‌‌ی این ترکیب کار دشواری باشد؛ اما آسان‌تر از آن بود که فکرش را می‌کردیم. اگر فقط کتو اسید و سیانید و آمونیاک را با یکدیگر ترکیب کنید، به نتیجه‌ی دلخواه می‌رسید. سپس با اضافه‌کردن حتی مقدار کمی کربن‌دی‌اکسید، سرعت واکنش افزایش می‌یابد.

نتایج کلی پژوهشگران نشان می‌دهد کربن‌دی‌اکسید ماده‌ی اصلی حیاتی برای ظهور حیات روی زمین بوده است؛ اما به‌شرطی‌که با مواد دیگر ترکیب شود. پژوهشگران متوجه شدند فراورده‌ی واکنش‌هایشان مولکولی مشابه ترکیبی به نام اوروتات است که در سلول‌های زنده تولید می‌شود. این مولکول یکی از عناصر سازنده‌ی نوکلئیک‌ اسیدهایی مثل DNA و RNA است.

نتایج پژوهش جدید شباهت زیادی به واکنش‌هایی دارند که امروزه، در سلول‌های زنده رخ می‌دهند. با‌‌‌توجه‌‌به این نتایج، دیگر لازم نیست ثابت کنیم چرا آلفاکتواسیدها جایگزین آلدهیدها شدند. بدین‌ترتیب، پژوهشگران به فرضیه‌ای احتمالی برای ظهور مولکول‌های پربیوتیک رسیدند. قدم بعدی اجرای آزمایش‌های بیشتر با سوپ شیمیایی به‌دست‌آمده و بررسی ظهور مولکول‌های پربیوتیک دیگر است. این نتایج به بررسی احتمال یا عدم احتمال سناریوهای مختلف ظهور حیات روی زمین کمک می‌کنند.

پژوهش مذکور در مجله‌ی Nature Chemistry منتشر شد.