علماء يكتشفون التفاعلات الكيميائية التي توضح كيف بدأت الحياة على الأرض
وجد العلماء، من خلال استخدام ما يعرفونه عن كيمياء الأرض المبكرة، سلسلة جديدة من التفاعلات الكيميائية، التي يمكن أن تكون قد أنتجت وحدات البناء البيولوجية على الأرض، على مدار كل تلك الدهور.
فمن المعروف أن كوكب الأرض كان، في البداية، صغيرًا وجديدًا جدًا، لم يكن هناك أي ملمح من ملامح الحياة عليه. ثم، في مكان ما، بطريقة ما، حدث شيء غريب في الكيمياء، وظهرت اللبنات الجزيئية لأسلافنا وحيدي الخلية الأولى: الأحماض الأمينية والأحماض النووية التي اجتمعت معًا بالطريقة الصحيحة تمامًا لمواصلة التفاعل المتسلسل الذي أدى إلى ظهور الحياة.
لسنا متأكدين تمامًا من تفاصيل هذا الظهور، الذي حدث منذ مليارات السنين، خاصة وأنه لم يترك أي أثر في سجل الحفريات، ولكن الاكتشافات العلمية الحديثة تميط اللثام عن بعض هذا الغموض.
ومن جانبه، قال الكيميائي رامانارايانان كريشنامورثي؛ من معهد سكريبس للأبحاث: «لقد توصلنا إلى نموذج جديد لشرح هذا التحول من البريبايوتك إلى الكيمياء الحيوية»، مضيفًا «نعتقد أن نوع ردود الفعل التي وصفناها هي على الأرجح ما كان يمكن أن يحدث في وقت مبكر من الأرض».
إذ يأخذ العلماء ما يعرفونه عن العمليات البيولوجية الحالية، ويحاولون إعادة تحضيرها في البيئات المختبرية باستخدام كيمياء الأرض المبكرة، قبل 3.7 مليار سنة.
تشير الدلائل إلى أن أحد الجزيئات الموجودة كان السيانيد، الذي من الممكن أن يكون مفيدًا في ظهور الحياة على الأرض.
وقد تم استكشاف دور السيانيد في العملية هذه من قبل عدد من الفرق البحثية حول العالم. وفي وقت سابق من هذا العام، أظهر كريشنامورثي وزملاؤه كيف يمكن للسيانيد أن ينتج بسهولة جزيئات عضوية أساسية في درجة حرارة الغرفة وعبر مجموعة واسعة من ظروف الأس الهيدروجيني. ومع إضافة البعض من ثاني أكسيد الكربون، فإن هذا التفاعل يزداد سرعته حقًا.
ودفع هذا الأمرُ الباحثين إلى التساؤل عما إذا كان بإمكانهم تكرار نجاحهم في محاولة إنشاء جزيئات عضوية أكثر تعقيدًا من الأحماض الأمينية، التي تتكون منها جميع البروتينات في الخلايا الحية؟
وتسمى سلائف الأحماض الأمينية، اليوم، أحماض ألفا كيتو، والتي تتفاعل مع النيتروجين والإنزيمات لإنتاج الأحماض الأمينية.
وعلى الرغم من أن أحماض ألفا كيتو ربما كانت موجودة على الأرض في وقت مبكر، إلا أن الإنزيمات لم تكن موجودة؛ مما أدى بالعلماء إلى استنتاج مفاده أن الأحماض الأمينية يجب أن تكون قد تشكلت من سلائف تسمى الألدهيدات بدلاً من ذلك. وهو ما يثير، بالطبع، مجموعة من الأسئلة الأخرى.
ويعتقد كريشنامورثي وزملاؤه أنه قد يكون هناك مسار يمكن من خلاله لأحماض ألفا كيتو تكوين الأحماض الأمينية دون وجود الإنزيمات. وقد بدأوا التجارب بأحماض ألفا كيتو، بالطبع، وإضافة السيانيد؛ حيث أظهرت تجاربهم السابقة أنه محرك فعال للتفاعلات الكيميائية التي تنتج جزيئات عضوية.
وتمت إضافة الأمونيا _ وهي مركب من النيتروجين والهيدروجين الموجود أيضًا في الأرض منذ وقت مبكر _ بعد ذلك؛ للمساهمة في إنتاج النيتروجين المطلوب.
استغرق الأمر القليل من التجربة والخطأ لمعرفة الجزء الأخير، ولكن انتهى الأمر، تمامًا كما وجد الباحثون في عملهم السابق، بإنتاج ثاني أكسيد الكربون.
وفي هذا السياق، قال كريشنامورثي: «كنا نتوقع أن يكون من الصعب للغاية معرفة ذلك، واتضح أنه أبسط مما كنا نتخيله، فإذا قمت بخلط حمض الكيتو والسيانيد والأمونيا فقط، فإنه يظل موجودًا هناك. ولكن بمجرد إضافة ثاني أكسيد الكربون، ولو بكميات قليلة، فسوف يزداد التفاعل سرعة».
تشير النتائج الإجمالية للفريق إلى أن ثاني أكسيد الكربون كان مكونًا حيويًا لظهور الحياة على الأرض، ولكن شرط اقترانه بمكونات أخرى.
واكتشف الفريق أيضًا أن المنتج الثانوي لتفاعلاتهم هو جزيء مشابه لمركب ينتج في الخلايا الحية يسمى orotate. وهذا هو أحد اللبنات الأساسية للأحماض النووية، بما في ذلك DNA وRNA.
وتشبه نتائج الفريق، إلى حد بعيد، التفاعلات التي تحدث في الخلايا الحية اليوم؛ مما يعني أن النتيجة ستلغي الحاجة إلى تفسير سبب تحول الخلايا من الألدهيدات إلى أحماض ألفا كيتو؛ لذلك يعتقد الفريق أن اكتشافهم يمثل سيناريو أكثر احتمالًا لظهور جزيئات البريبايوتك من فرضية الألدهيد.
وتتمثل الخطوة التالية في إجراء المزيد من التجارب على هذه المركب الكيمائي؛ لاكتشاف جزيئات البريبايوتك الأخرى التي قد تظهر خلال التجربة.
في المقابل، سيساعد هذا في إثبات معقولية أو عدم معقولية السيناريوهات المختلفة التي تصف البدايات المتواضعة لجميع أشكال الحياة على الأرض.
https://www.arageek.com/news/a-new-set-of-chemical-reactions-could-explain-how-life-emerged-on-earth?fbclid=IwAR0sNy1Ncfe4uQY0c0BKvK942vKb4GmXgDVF2Qg-RkIAb-JWmfOLMe59zLo
فمن المعروف أن كوكب الأرض كان، في البداية، صغيرًا وجديدًا جدًا، لم يكن هناك أي ملمح من ملامح الحياة عليه. ثم، في مكان ما، بطريقة ما، حدث شيء غريب في الكيمياء، وظهرت اللبنات الجزيئية لأسلافنا وحيدي الخلية الأولى: الأحماض الأمينية والأحماض النووية التي اجتمعت معًا بالطريقة الصحيحة تمامًا لمواصلة التفاعل المتسلسل الذي أدى إلى ظهور الحياة.
لسنا متأكدين تمامًا من تفاصيل هذا الظهور، الذي حدث منذ مليارات السنين، خاصة وأنه لم يترك أي أثر في سجل الحفريات، ولكن الاكتشافات العلمية الحديثة تميط اللثام عن بعض هذا الغموض.
ومن جانبه، قال الكيميائي رامانارايانان كريشنامورثي؛ من معهد سكريبس للأبحاث: «لقد توصلنا إلى نموذج جديد لشرح هذا التحول من البريبايوتك إلى الكيمياء الحيوية»، مضيفًا «نعتقد أن نوع ردود الفعل التي وصفناها هي على الأرجح ما كان يمكن أن يحدث في وقت مبكر من الأرض».
إذ يأخذ العلماء ما يعرفونه عن العمليات البيولوجية الحالية، ويحاولون إعادة تحضيرها في البيئات المختبرية باستخدام كيمياء الأرض المبكرة، قبل 3.7 مليار سنة.
تشير الدلائل إلى أن أحد الجزيئات الموجودة كان السيانيد، الذي من الممكن أن يكون مفيدًا في ظهور الحياة على الأرض.
ودفع هذا الأمرُ الباحثين إلى التساؤل عما إذا كان بإمكانهم تكرار نجاحهم في محاولة إنشاء جزيئات عضوية أكثر تعقيدًا من الأحماض الأمينية، التي تتكون منها جميع البروتينات في الخلايا الحية؟
وتسمى سلائف الأحماض الأمينية، اليوم، أحماض ألفا كيتو، والتي تتفاعل مع النيتروجين والإنزيمات لإنتاج الأحماض الأمينية.
وعلى الرغم من أن أحماض ألفا كيتو ربما كانت موجودة على الأرض في وقت مبكر، إلا أن الإنزيمات لم تكن موجودة؛ مما أدى بالعلماء إلى استنتاج مفاده أن الأحماض الأمينية يجب أن تكون قد تشكلت من سلائف تسمى الألدهيدات بدلاً من ذلك. وهو ما يثير، بالطبع، مجموعة من الأسئلة الأخرى.
ويعتقد كريشنامورثي وزملاؤه أنه قد يكون هناك مسار يمكن من خلاله لأحماض ألفا كيتو تكوين الأحماض الأمينية دون وجود الإنزيمات. وقد بدأوا التجارب بأحماض ألفا كيتو، بالطبع، وإضافة السيانيد؛ حيث أظهرت تجاربهم السابقة أنه محرك فعال للتفاعلات الكيميائية التي تنتج جزيئات عضوية.
وتمت إضافة الأمونيا _ وهي مركب من النيتروجين والهيدروجين الموجود أيضًا في الأرض منذ وقت مبكر _ بعد ذلك؛ للمساهمة في إنتاج النيتروجين المطلوب.
استغرق الأمر القليل من التجربة والخطأ لمعرفة الجزء الأخير، ولكن انتهى الأمر، تمامًا كما وجد الباحثون في عملهم السابق، بإنتاج ثاني أكسيد الكربون.
وفي هذا السياق، قال كريشنامورثي: «كنا نتوقع أن يكون من الصعب للغاية معرفة ذلك، واتضح أنه أبسط مما كنا نتخيله، فإذا قمت بخلط حمض الكيتو والسيانيد والأمونيا فقط، فإنه يظل موجودًا هناك. ولكن بمجرد إضافة ثاني أكسيد الكربون، ولو بكميات قليلة، فسوف يزداد التفاعل سرعة».
تشير النتائج الإجمالية للفريق إلى أن ثاني أكسيد الكربون كان مكونًا حيويًا لظهور الحياة على الأرض، ولكن شرط اقترانه بمكونات أخرى.
واكتشف الفريق أيضًا أن المنتج الثانوي لتفاعلاتهم هو جزيء مشابه لمركب ينتج في الخلايا الحية يسمى orotate. وهذا هو أحد اللبنات الأساسية للأحماض النووية، بما في ذلك DNA وRNA.
وتشبه نتائج الفريق، إلى حد بعيد، التفاعلات التي تحدث في الخلايا الحية اليوم؛ مما يعني أن النتيجة ستلغي الحاجة إلى تفسير سبب تحول الخلايا من الألدهيدات إلى أحماض ألفا كيتو؛ لذلك يعتقد الفريق أن اكتشافهم يمثل سيناريو أكثر احتمالًا لظهور جزيئات البريبايوتك من فرضية الألدهيد.
وتتمثل الخطوة التالية في إجراء المزيد من التجارب على هذه المركب الكيمائي؛ لاكتشاف جزيئات البريبايوتك الأخرى التي قد تظهر خلال التجربة.
في المقابل، سيساعد هذا في إثبات معقولية أو عدم معقولية السيناريوهات المختلفة التي تصف البدايات المتواضعة لجميع أشكال الحياة على الأرض.
https://www.arageek.com/news/a-new-set-of-chemical-reactions-could-explain-how-life-emerged-on-earth?fbclid=IwAR0sNy1Ncfe4uQY0c0BKvK942vKb4GmXgDVF2Qg-RkIAb-JWmfOLMe59zLo