جستجو برای یافتن اولین نشانه های حیات

علی رغم سال ها پژوهش هنوز دانشمندان نمی دانند اولین سلولی که قادر به همانند سازی بوده, چگونه ایجاد شده است

حیات باید در ابتدا با یک مولکول ساده که قادر بوده خود را تکثیر کند، آغاز شده باشد، این مولکول که می‌توان آن را جد اعظم همه گونه‌های زیستی زمین نامید، سال‌ها هدف اصلی زیست ـ باستان‌شناسان متعددی بوده است که برای یافتن سرنخی از آن بی‌وقفه تلاش کرده‌اند.

پژوهش‌های زیادی برای یافتن فرآیندی که منجر به ایجاد این مولکول شده و مشخصات حیاتی آن در سال‌های متمادی صورت گرفته است. این تحقیقات به رسیدن بشر به جایگاهی از علم منجر شده که می‌توان ادعا کرد حالا قادر است یکی از آن مولکول‌ها را بسازد.

چهار میلیارد سال پیش، سطح داغ و ناآرام سیاره زمین که به‌تازگی در مداری به دور یک ستاره متوسط شکل گرفته بود، شروع به سرد شدن کرد. سطح خشن آن ابتدا با شهاب‌سنگ‌های فراوانی بمباران شد و در ادامه توسط گدازه‌های ناشی از فوران‌های آتشفشانی متعددی نهربندی گردید که در نتیجه آن اتمسفری پر از گازهای سمی سیاره را احاطه کرد.

هنوز دلیل قانع‌کننده‌ای ارائه نشده است که چگونه این همه آب بر سطح زمین جاری شد، تبخیر شد، ابر شکل گرفت و توفان‌های مهیب و رعد و برق‌های بزرگ تمام زمین را جارو کردند. آنچه مسلم است این که یک روزی در صدها میلیون سال پیش آب بر سطح زمین جاری شد و گودال‌های این سیاره را پر کرد، کم‌کم اقیانوس‌ها و رودخانه‌ها شکل گرفتند و در ادامه و تحت‌تاثیر تمام آنچه ذکرش رفت، یک اتفاق خارق‌العاده و معجزه‌گونه رخ داد و برای اولین بار در سیاره زمین یک سلول یا دسته‌ای از مولکول‌ها که قادر بودند خود را تکثیر کنند، تشکیل شدند؛ رویداد بزرگی که سرآغاز داستانی هیجان‌انگیز به نام حیات بود. زمانی که اولین مولکول خود همانندساز تشکیل شد، انتخاب طبیعی دست به کار شد و قدرت خود را در تغییر سرنوشت یک سیاره به رخ کشید.

انتخاب طبیعی یعنی توانایی و برتری یک نسل از سلول‌ها، موجودات، گیاهان یا حیوانات برای ادامه بقا در مقابل سایر گونه‌های زیستی و همنوعان دیگرشان. اینچنین بود که نسل به نسل تغییراتی در ساختار و چیدمان مولکول‌های خود تقسیم‌شونده ایجاد شده و آنهایی که بهتر بودند بقا یافته و نسل‌های بعدی را شکل دادند. دیری نگذشت که اولین سلول‌های ساده تشکیل شدند. میلیارد‌ها سال بعد، برخی نوادگان آن سلول‌های ابتدایی تکامل‌یافته و به ارگانیسم‌های هوشمندی تبدیل شدند. آنقدر هوشمند که راه‌افتادند به دنبال اجداد خیلی اولیه خود که همان سلول‌های اولیه با قابلیت تکثیر بودند. شما که حتما می‌دانید آن موجود هوشمند انسان است. خب حالا مساله اصلی انسان این است که در آغاز، ابتدایی‌ترین سلول‌ تشکیل‌دهنده حیات امروزی چه مولکولی بوده است؟

حدود ۵۰ سال پیش، بشر برای اولین‌بار دریافت که اولین سلول خود همانندساز تاریخ حیات سیاره زمین RNA‌ها بودند که هم خانواده DNA‌ها هستند. البته ناگفته نماند که تاکنون هیچ اطلاع دقیقی درباره نحوه شکل‌گیری RNA در زمین وجود ندارد. این ایده همواره مشکلی بزرگ داشته و آن این که اگر RNA نمی‌توانست به صورت خود به خود تشکیل شود، چگونه می‌توانست خود همانندسازی داشته باشد؟ آیا ابتدا برخی دیگر از گونه‌های تقسیم‌شوندگان ایجاد شدند و اگر این‌طور است، ماهیت آنها چه بوده؟

با تحقیقاتی که صورت گرفته پاسخ به این سوالات در حال روشن شدن است. وقتی زیست‌شناسان برای اولین بار به صرافت یافتن پاسخی برای چگونگی شکل‌گیری حیات اولیه افتادند، یافتن جواب تقریبا ناممکن به نظر می‌رسید.

پژوهش‌های فراوان باعث شد بشر نگاه جدیدی به حیات و شرایط تشکیل آن داشته باشد. همین دانش نوین بود که بشر را به صرافت یافتن حیات ماوراءزمینی انداخت.

امروزه می‌دانیم که در تمام ارگانیسم‌های زنده، کارهای پیچیده به عهده پروتئین‌هاست. پروتئین‌ها از لحاظ ساختاری این قابلیت را دارند که پیچ و تاب خورده و به شکل‌های متنوعی درآیند.

بنابراین قادرند عملکردهای متفاوتی داشته باشند که از جمله می‌توان به نقش حیاتی و مهم آنها به عنوان آنزیم‌ها اشاره کرد. از طریق همین نقش مهم است که پروتئین‌ها می‌توانند گستره وسیعی از واکنش‌های شیمیایی را تسهیل کنند و سرعت بخشند. نکته مهم این است که اطلاعات اصلی که برای ساخت پروتئین‌ها استفاده می‌شود، در مولکول‌های DNA ذخیره شده‌اند و بدون DNAنمی‌توان پروتئین‌های جدیدی ساخت و در عین حال نیز بدون پروتئین‌ها نمی‌توان DNAجدید ایجاد کرد. خب گویا دوباره پرسش معروف مرغ و تخم‌‌مرغ در حال شکل‌گیری است. حال دانشمندان باید به این پرسش پاسخ می‌دادند که کدام یک از این دو در ابتدا ایجاد شدند، پروتئین یا DNA؟

نکته: محققان علم بیوشیمی درصدد سنتز RNA‌هایی برآمده‌اند تا با انتخاب تصادفی بعضی از آنها نسبت به شرایطی که این اجداد احتمالی حیات در آن سازگارند، آگاهی یابند

به دنبال کشفی که سال ۱۹۶۰ صورت گرفت، معلوم شد RNAمی‌تواند عملکردی مشابه یک پروتئین در فرآیند ایجاد حیات به عهده گیرد، با این تفاوت که ساختار RNA‌ها به هیچ‌وجه به پیچیدگی ساختارهای پروتئینی نیست. در همان زمان این پرسش مطرح شد که اگر RNA می‌تواند واکنش‌هایی مثل ذخیره اطلاعات را درون خود برنامه‌ریزی و تسریع کند، آیا امکان دارد که به تکثیر خود نیز قادر باشد؟ و اگر به این روال باشد، پس RNA ‌ها قادرند فرآیند همانندسازی را مستقل انجام دهند و دیگر نیازی به پروتئین‌ها نخواهد بود.

این ایده بسیار جذاب بود و امیدهای زیادی را در دل دانشمندان روشن کرد که به یافتن پاسخ پرسش بزرگ بشریت بسیار نزدیک شده‌اند. اما این موضوع فقط یک ایده بود و در آن زمان، تنها بر پایه حدس و گمان استوار بود. هنوز هیچ‌یک از پژوهش‌ها نشان نداده بودند که RNA‌ها می‌توانند عملکردی مستقل و مشابه پروتئین‌ها داشته باشند و واکنش‌هایی را نظیر آنزیم‌های پروتئینی کاتالیز کنند.

این شک و شبهه تا سال ۱۹۸۲ زمانی که در نهایت و پس از ۲ دهه تحقیق و بررسی، یک آنزیم RNA کشف شد، ادامه داشت. در آن سال توماس کچ، محققی از دانشگاه کلرادو، جاندار تک‌سلولی عجیب و غریبی با جنسیتی هفتگانه کشف کرد. بعد از آن پنجره‌های پیشرفت گشوده شد و محققان توانستند آنزیم‌های RNA بیشتری در جانداران مختلف کشف کنند و همچنین خود نیز تعدادی را در آزمایشگاه‌ها خلق نمایند. RNAدر ذخیره اطلاعات بخوبیDNA عمل نمی‌کند و ثبات کمتری دارد، حوزه عملکردش مثل پروتئین‌ها گسترده نیست، اما به عنوان یک ابزار مولکولی فعالیت‌ها و قابلیت‌های فراوانی دارد.

این موضوع تاییدکننده این نظریه است که حیات اولیه از مولکول‌های RNA ای که قادر به همانندسازی و تشکیل مولکول‌های بیشتری از خود بوده‌اند تشکیل شده است. این کشف آنقدر الهام‌بخش بود که والتر گیلبرت از دانشگاه هاروارد عنوان جهان RNAای بر سیاره زمین نهاد.

حتی ممکن است این مولکول‌های همانندساز ادغام جنسی یابند. آنزیم RNA ای که کشف شد تنها تکه کوچکی از یک RNAبزرگ‌تر بود که می‌توانست خود را از آن جدا سازد و به طور مستقل فعالیت کند. اما معکوس چنین واکنشی نیز وجود دارد که طی آن می‌شد RNA جدیدی به زنجیره آنزیمی اضافه شود به این مفهوم کهRNA ‌های خود همانندساز قادرند با مولکول‌های RNA دیگر ادغام جنسی یابند.

این قابلیت RNAها نقش بزرگی در جهت تکامل آنها داشته است چون باعث می‌شود همانندساز‌هایی از دودمان‌های مختلف با یکدیگر ترکیب شده و خاندان مشترکی تشکیل دهند و طبیعتا این امر باعث تنوع بیشتر این مولکول‌ها شده است.

● تکامل همانندسازها

سال ۲۰۰۰ بسیاری از زیست‌شناسان به نظری جامع در این مورد رسیدند. آنها روی ساختار فاکتور‌های سازنده پروتئین‌ها در سلول‌ها کار می‌کردند که دریافتند پیش‌ساز اصلی این فاکتورها یک آنزیم RNAاست. با توجه به این که پروتئین‌ها توسط RNA سنتز می‌شوند پس یقینا می‌توان نتیجه‌گیری کرد که حیات باید در ابتدا توسط RNA‌ها تشکیل شده باشد.

اما با این همه اطلاعات جدید، هنوز بسیاری از مسائل حل نشده باقی‌مانده است. می‌دانیم که RNA قادر به همانندسازی است ولی این را نیز می‌دانیم که هم RNA و هم DNA برای همانندسازی خود به یکسری از پروتئین‌ها احتیاج دارند.

پس اگر هم قبلا و در زمان‌های ابتدایی شکل‌گیری حیات روی سیاره زمین، همانندسازی وجود داشته که به طور مستقل همانندسازی می‌کرده، امروزه ناپدید شده است. بنابراین محققان علم بیوشیمی درصدد سنتز RNA‌هایی برآمده‌اند تا با انتخاب تصادفی بعضی از آنها و ایجاد شرایط لازم برای تکاملشان، نسبت به شرایطی که این اجداد احتمالی حیات در آن سازگارند و قادرند بار دیگر حیاتی دیگر را آغاز کنند و تکامل بخشند، آگاهی یابند.

بهروز یزدان‌پناه

newscientist.com