منشا اصلی حیات کجاست؟

یکی از مهمترین سوالاتی که همیشه ذهن دانشمندان را مشغول کرده، منشاء پیدایش حیات است. مهمترین نظریه در این مورد این است که عناصر اصلی تشکیل حیات، میلیاردها سال پیش و در بدو تشکیل منظومه شمسی بوجود آمده اند، بنابراین، برای حل این معما، باید به سراغ اجسام باقی مانده از ۵ یا ۶ میلیارد سال پیش رفت؛ ستاره های دنباله دار.
به نظر می رسد در آینده ای نزدیک، جوابی مطمئن برای این معما پیدا شود. این که ملکولهای اصلی تشکیل دهنده سلولها،در چه زمانی بوجود آمده اند، منشاء حیات را مشخص خواهد کرد.
● تقارنهای طبیعت:
اصول پایستگی، محک اصلی یک نظریه فیزیکی است؛ یعنی یک تئوری فیزیکی، بیش از هر چیز و حتی آزمایش، باید از این اصول تبعیت کند. پایستگی انرژی، اندازه حرکت، اندازه حرکت زاویه ای و پایستگی بار، چهار اصل پایستگی هستند که اگر نظریه ای آنها را نقض کند، به سرعت راهی سطل زباله خواهند شد. خانم امی نودر( Emmy Noether )ریاضیدان آلمانی در سال ۱۹۱۷ میلادی، در مقاله ای نشان داد که هر اصل پایستگی در طبیعت، ناشی از یک نوع تقارن است، مثلا پایستگی انرژی، ناشی از تقارن زمانی است و یا تقارن در چرخش پایستگی، اندازه حرکت زاویه ای را نشان می دهد. به هر حال می توان تقارنها را به عنوان اصول اساسی طبیعت فرض کرد یا پایستگی ها را. در هر صورت این دو را می شود از هم نتیجه گیری کرد. اما در طبیعت چند تقارن دیگرهم وجود دارد که در بعضی موارد خاص بهم می ریزد. بهم ریختگی این تقارنها، گاهی ریشه ای هستند مثل شکست تقارن بین چپ و راست در بر هم کنش های ضعیف هسته ای، یا گاهی هم ناشی از شرایط اولیه سیستم هستند ،مثل اینکه جهان تا جائی که ما می دانیم از ماده تشکیل شده است و نه ضد ماده، در حالیکه این دو غیر از علامت بار، در هیچ چیز دیگری با هم فرق ندارند. پیدا کردن منشاء اصلی به هم خوردن این تقارن ها،به بسیاری از پرسشهای پایه ای دانش،پاسخ خواهد داد.بنظر می رسد با کشف علت چپ گردی اسیدهای آمینه، که یکی از همین مثالهای به هم خوردن تقارن است، به کشف منشاء ملکولی حیات نزدیک شده ایم.
● اساس ملکولی ارگانیسم های زنده:
ارنست نایگل(Ernest nagel ) از پایه ریزان مکتب تحویل گرائی(Reductionism ) در فلسفه علم است. این مکتب فلسفی، دستاورد های علومی مثل جامعه شناسی را به روانشناسی، روانشناسی را به فیزیولوژی و علوم اعصاب، و این علوم را به زیست شناسی ملکولی و زیست شناسی ملکولی را به بیوشیمی و بیوشیمی را به شیمی و شیمی را به فیزیک اتمی(مکانیک کوانتومی) قابل تحویل می داند. تحویل گرایان معتقدند که با حل کامل فیزیک اتمی می توان احکام علوم غیردقیقه را استخراج کرد. هر چند که این دیدگاه ،به خصوص بعد از رونق گرفتن علوم شناختی(Cognative Science ) و سیستم های پیچیده در سالهای اخیر ،به پر رنگی گذشته نیستند، اما به هر حال شکی نیست که موجودات زنده از ملکولهای بی جان تشکیل شده اند. بارزترین صفت موجود زنده در مقابل اشیای بی جان، پیچیدگی فوق تصور آن است، این پیچیدگی نه تنها در اجزاء درونی سلولها، بلکه به شکل تعدد بیشمار گونه ها نیز مشاهده می شود. هر بخش سازنده ارگانیسم زنده، هدفی دارد. این نه تنها در اندامهای ماکروسکوپیک دیده می شود، بلکه برای مولکولهای اصلی حیات یعنی هیدراتهای کربن، لیپیدها، پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک هم وجود دارد. ارگانیسم زنده نه تنها می تواند با استفاده از انرژی به حفظ و ترمیم خود بپردازد، بلکه قادر به تولید مثل بسیار دقیق هم هست.
اینکه یک نیروی اسرارآمیز از کنار هم قراردادن مولکولهای بی جان، حیات ذیشعوری را به وجود آورده است، اصالت حیات( Vitalism ) خوانده می شود، دیدگاهی که امروزه خریدار چندانی ندارد. در زمانه ما، بیوشیمی و فیزیولوژی ملکولی این رسالت را برعهده گرفته اند که مشخص سازند ،که آیا حیات چیزی ورای برهم کنش تعدادی ملکول ساده و بی جان است یا خیر؟پروژه های ژنوم و پروتیوم(proteom ) مهمترین بخش این شاخه از علم است که قصد دارند نقش دقیق آنزیمها و پروتئینها را در انواع فعالیتهای حیاتی مثل تنفس، سوخت و ساز، حرکت، شادی،خشم، حسرت و ... مشخص سازند. این که حیات از کجا و چگونه در مدت به ظاهر کوتاه چهار، پنج میلیارد ساله عمر زمین، در آن به وجود آمده و در نهایت منجر به ظهور بشر بر روی زمین شده است، یکی از مهمترین سوالاتی است که ظاهرا با کشف علت به هم ریختگی تقارن در واحدهای سازنده پروتئینها، یعنی اسیدهای آمینه به جواب آن نزدیکتر شده ایم.
● پروتئینها :
چهار دسته ملکول آلی در بدن وجود دارد که عبارتند از : هیدراتهای کربن که وظیفه تامین انرژی را بر عهده دارند. لیپیدها که به عنوان غشا به کار می روند. پروتئین ها که فعالیتهای حیاتی را کنترل می کنند واسیدهای نوکلئیک که اطلاعات مورد نیاز برای تمام واکنشهای موجود زنده را در خود ذخیره می کند.
پروتئینها فراوانترین ملکولهای آلی در سلول هستند و بیش از ۵۰ درصد از وزن خشک یک سلول را تشکیل می دهند. میلیونها پروتئین، در تمام جنبه های کارکرد و ساختار یک موجود زنده، نقشی اساسی ایفا می کنند که اکثرشان ناشناخته اند، اما همه آنها به صورت زنجیره هایی از تعداد محدودی زیر واحد تشکیل شده اند. ۲۱ اسید آمینه در طبیعت وجود دارند که همه پروتئینها از آنها ساخته شده اند. در حقیقت، این ترتیب قرار گرفتن پشت سر هم اسیدهای آمینه است که در ژن ها ذخیره می شود و به همین ترتیب است که در نهایت شکل اصلی پروتئین را در محیط سلول مشخص می کند. کارکرد پروتئین به شدت وابسته به شکل سلول است.
● اسیدهای آمینه چپ گرد:
اسیدهای آمینه از خود فعالیتهای نوری نشان می دهند، به این معنی که وقتی در مقابل نور قرار بگیرند، گروهی صفحه نور را به سمت چپ،و گروهی، آن را به سمت راست می چرخانند. بر همین اساس، اسیدهای آمینه را راست گرد یا چپ گرد می گویند و به این خاصیت ایزومریسم فضائی( chirality ) می گویند. این خاصیت در همه اتمهای کربن که غیر متقارن باشند، دیده می شود. کربنهایی را غیر متقارن گویند که با چهار عامل یا عنصر مختلف، پیوند داشته باشند.به علت چهار وجهی بودن اتم کربن مرکزی، این چهار عامل می توانند با داشتن دو توالی مختلف فضائی به دور اتم کربن، دو ایزومر فضائی بوجود آورند. در اسیدهای آمینه، این دو ایزومر فضائی غیر از اینکه نور قطبیده راست گرد یا چپ گرد را باز می تابانند، در تمام خواص دیگر کاملا با هم مشترکند. این راست گردی و چپ گردی ،هیچ نوع مزاحمتی برای فعالیتهای حیاتی پروتئین ایجاد نمی کند. وقتی اسیدهای آمینه را در آزمایشگاه و توسط روشهای شیمیایی تولید می کنیم و در مقابل نور قرار می دهیم، هیچ نوع خاصی از قطبش درنور باز تابیده دیده نمی شود. این نکته بیانگر آن است که از هر دو نوع راست گرد و چپ گرد به تعداد مساوی تولید شده است، اما نکته جالب اینجاست که وقتی یک پروتئین طبیعی را به اسیدهای آمینه تجزیه می کنیم، فقط اسیدهای آمینه چپ گرد در محیط پیدا می شوند، یعنی در طبیعت، تنها اسیدهای آمینه چپ گرد حضور دارند. این بهم ریختگی تقارن، همواره از سوالهای اساسی بیوشیمیدانان بود تا اینکه به تازگی، نشریه new scientist در گزارشی اعلام کرد که گروهی از محققین فرانسوی به سرپرستی دکتر«یومایر هنریش»(Vwe Meierhenrich ) به دلیل اصلی این بهم خوردگی تقارن طبیعت پی برده اند.
● منشاء ملکولی حیات:
در سال ۲۰۰۰ میلادی ، گروهی از پژوهشگران با شبیه سازی محیط کره زمین در بدو شکل گیری آن، در حدود ۳ تا ۴ میلیارد سال پیش و تاباندن نور به آن در یک محیط ایزوله، اسید های آمینه را تولید کردند، اما نکته جالب این جا بود که این اسید های آمینه هم به تعداد مساوی از هر دو نوع ایزومر فضایی داشتند. این آزمایش این حدس را که مولکولهای اصلی و پایه ای حیات، روی زمین شکل گرفته اند را تا حدودی زیر سوال برد. یکی از مهمترین نظرات در مورد منشاء حیات این است که، مولکولهای پایه، برای تشکیل حیات مثل اسیدهای آمینه توسط شهابسنگ ها بر روی زمین فرود آمده اند. به همین دلیل گروه تحقیقاتی دکتر مایر هنریش، محیطی را شبیه سازی کردند که به جای محیط مرطوب سطح زمین در ۳ میلیارد سال پیش، شبیه دیسک غبار اولیه ای بود که منشاء اصلی سیارات و اجرام سامانه خورشیدی(منظومه شمسی) بود. چون در آن زمان پیک نور محیط (یعنی بیشترین میزان تشعشع الکترومغناطیسی) در طول موج ۱۸۰ نانومتر بوده، آنها، محیط را تحت نور قطبیده با همین طول موج قرار دادند و نتیجه بسیار شگفت آور بود. تنها اسید آمینه های چپ گرد تشکیل شدند.
یعنی امواج الکترومغناطیسی با طول موج ۱۸۰ نانومتر، فقط اسید آمینه های چپ گرد را تولید می کنند. در آزمایش سال ۲۰۰۰ میلادی، که پیش از این ذکر شد، از امواج فرا بنفش با پیک نوری ۲۱۰ نانومتر استفاده شده بود، زیرا طول موج های کوتاه تر نمی توانند در آب نفوذ کنند و جذب می شوند. بنابراین به نظر می رسد که اسیدهای آمینه در زمانی پیش از شکل گرفتن سطح زمین به وجود آمده اند. پروفسور مایر هنریش برای تائید نظریه خود به دو مورد از کشف اسید های آمینه، روی شهابسنگ های یخی که در زمان غبار اولیه پیش ستاره ای شکل گرفته بودند، اشاره می کند که همگی چپ گرد هستند. وی قصد دارد برای تائید نظریه خود از آزمایش هایی که توسط سینکروترون انجام می شود کمک بگیرد، اما تائید نهایی این نظریه که ملکولهای اصلی حیات از فضا بر روی کره زمین فرود آمدند، موکول به زمانی خواهد شد که قرار است فضاپیمای بدون سرنشین آژانس فضائی اروپا یعنی «روزتا»(Rosetta ) به روی سنگ آسمانی VP۴ فرود آید و مواد آنرا آنالیز کند. این ماموریت که برای سال ۲۰۱۴ میلادی ترتیب داده شده است، می تواند برای همیشه به این سوال پاسخ دهد که آیا حیات در مقیاس ملکولی روی زمین بوجود آمده، یا اینکه در فضا شکل گرفته و توسط اجرام آسمانی به روی زمین، که محیط مناسبی برای رشد و تکثیر و تکامل آن بوده است، منتقل شده است. برای همین، پروفسور مایر هنریش، وسیله ای را برای نصب روی فضاپیمای روزتا آماده کرده است، که در صورت کشف اسیدهای آمینه روی این سنگ آسمانی، که در زمان های اولیه منظومه شمسی شکل گرفته، معین کند که آیا این اسیدهای آمینه فقط چپ گردند یا از هر دو نوع؟

منبع :www.hamshahri.org
محمدعلی کلانتری
http://globalstar.blogfa.com