حیات خارج از زمین منشأ گرفته است

یكی از مهم ترین سئوالاتی كه همواره ذهن بشر را به خود مشغول كرده است منشأ و مبدأ پیدایش حیات است به نظر می رسد در آینده ای نزدیك جوابی مطمئن برای آن پیدا شود اینكه مولكول های اصلی تشكیل دهنده سلول ها در چه زمانی به وجود آمده اند, منشاء حیات را مشخص خواهد كرد

یكی از مهم ترین سئوالاتی كه همواره ذهن بشر را به خود مشغول كرده است منشأ و مبدأ پیدایش حیات است. به نظر می رسد در آینده ای نزدیك جوابی مطمئن برای آن پیدا شود. اینكه مولكول های اصلی تشكیل دهنده سلول ها در چه زمانی به وجود آمده اند، منشاء حیات را مشخص خواهد كرد.

تقارن های طبیعت

اصول پایستگی محك اصلی یك نظریه فیزیكی است یعنی یك تئوری پیش از هر چیز و حتی آزمایش باید از این اصول تبعیت كند. پایستگی انرژی، اندازه حركت، اندازه حركت زاویه ای و پایستگی بار چهار اصل پایستگی هستند كه اگر نظریه ای آنها را نقض كند راهی سطل زباله خواهد شد. خانم امی نودر (Emmy Noether)ریاضیدان آلمانی در سال ۱۹۱۷ در مقاله ای نشان داد كه هر اصل پایستگی در طبیعت ناشی از یك نوع تقارن است. مثلاً پایستگی انرژی ناشی از تقارن زمانی است و یا تقارن در چرخش پایستگی اندازه حركت زاویه ای را نشان می دهد و... به هر حال می توان تقارن ها را به عنوان اصول اساسی طبیعت فرض كرد یا پایستگی ها را. در هر صورت اینها را می توان از یكدیگر نتیجه گیری كرد. اما چند تقارن دیگر هم در طبیعت وجود دارد كه در بعضی از موارد خاص به هم می ریزد. به هم ریختگی این تقارن های گاهی ریشه ای هستند مثل شكست تقارن پاریته در برهم كنش های ضعیف هسته ای یا گاهی هم ناشی از شرایط اولیه سیستم هستند، مثل اینكه جهان تا جایی كه ما می دانیم از ماده تشكیل شده و نه از ضدماده در حالی كه این دو هیچ فرقی ندارند بلكه تنها علامت بار آنها عكس هم است. پیدا كردن منشاء اصلی به هم خوردن این تقارن ها به بسیاری از پرسش های پایه ای علم پاسخ خواهد داد. به نظر می رسد با كشف علت چپ گردی اسید های آمینه كه یكی از همین مثال های به هم خوردن تقارن است، به كشف منشاء مولكولی حیات نزدیك شده ایم.

• اساس مولكولی ارگانیسم های زنده

ارنست نایگل (Ernest Nagel)از پایه ریزان مكتب تحول گرایی

(Reductionism)در فلسفه علم است. این مكتب فلسفی همه دستاورد های علوم مثل جامعه شناسی را به روانشناسی، روانشناسی را به فیزیولوژی و علوم اعصاب و این علوم را به زیست شناسی مولكولی و زیست شناسی مولكولی را به بیوشیمی و بیوشیمی را به شیمی و شیمی را به فیزیك اتمی (مكانیك كوانتومی) قابل تحویل می داند. تحول گرایان معتقدند كه با حل كامل فیزیك اتمی می توان احكام علوم غیر دقیقه را استخراج كرد. هر چند كه این دیدگاه به خصوص بعد از رونق گرفتن علوم شناختی (Cognative Science)و سیستم های پیچیده در سال های اخیر به پررنگی گذشته نیستند اما به هر حال شكی نیست كه موجودات زنده از مولكول های بی جان تشكیل شده اند. بارزترین صفت موجود زنده در مقابل اشیای بی جان، پیچیدگی فوق تصور آن است. این پیچیدگی نه تنها در اجزای درونی سلول ها بلكه به شكل تعدد بی شمار گونه ها نیز مشاهده می شود. هر بخش سازنده ارگانیسم زنده هدفی دارد. این نه تنها در اندام های ماكروسكوپیك دیده می شود بلكه برای مولكول های اصلی حیات یعنی هیدرات های كربن، لیپید ها، پروتئین ها و اسید های نوكلئیك هم وجود دارد. ارگانیسم زنده نه تنها قادر به استفاده از انرژی برای حفظ و ترمیم خود است بلكه قادر به تولیدمثل بسیار دقیق نیز هست.

اینكه یك نیروی اسرارآمیز از كنار هم قرار دادن مولكول های بی جان حیات ذی شعوری را به وجود آورده است، اصالت حیات (Vitalism) خوانده می شود، دیدگاهی كه امروزه خریدار چندانی ندارد. در زمان ما بیوشیمی و فیزیولوژی مولكولی این رسالت را بر عهده گرفته اند كه مشخص سازند آیا حیات چیزی ورای برهم كنش تعدادی مولكول ساده و بی جان است یا خیر. پروژه های ژنوم و پروتیوم (Proteom) مهم ترین بخش این شاخه از علم است كه قصد دارند نقش دقیق آنزیم ها و پروتئین ها را در انواع فعالیت حیاتی مثل تنفس، سوخت و ساز، حركت، شادی، خشم، حسرت و... مشخص سازند. اینكه حیات از كجا و چگونه در مدت به ظاهر كوتاه چهار، پنج میلیارد ساله عمر زمین در آن به وجود آمده و در نهایت منجر به ظهور بشر بر روی زمین شده است یكی از مهم ترین سئوالاتی است كه ظاهراً با كشف علت به هم ریختگی تقارن در واحد های سازنده پروتئین ها یعنی اسید های آمینه به جواب آن نزدیك تر شده ایم.

پروتئین ها

چهار دسته مولكول آلی در بدن وجود دارد كه عبارتند از: هیدرات های كربن كه وظیفه تامین انرژی را بر عهده دارند، لیپید ها كه به عنوان غشا به كار می روند، پروتئین ها كه فعالیت های حیاتی را كنترل می كنند و اسید های نوكلئیك كه اطلاعات مورد نیاز برای تمام واكنش های موجود زنده را در خود ذخیره می كنند.پروتئین ها فراوان ترین مولكول های آلی در سلول هستند و بیش از ۵۰ درصد از وزن خشك یك سلول را تشكیل می دهند. میلیون ها پروتئین در تمام جنبه های كاركرد و ساختار یك موجود زنده، نقش اساسی ایفا می كنند كه اكثرشان ناشناخته اند. اما همه آنها به صورت زنجیره هایی از تعداد محدودی زیر واحد تشكیل شده اند. ۲۱ اسید آمینه در طبیعت وجود دارند كه همه پروتئین ها از آنها ساخته شده اند. در حقیقت این ترتیب قرار گرفتن پشت سر هم اسید های آمینه است كه در ژن ها ذخیره می شود و به همین ترتیب است كه در نهایت شكل اصلی پروتئین را در محیط سلول مشخص می كند. كاركرد پروتئین به شدت وابسته به شكل سلول است.

• اسید های آمینه چپ گرد

اسید های آمینه از خود فعالیت های نوری نشان می دهند. به این معنی كه وقتی در مقابل نور با قطبش دایروی قرار می گیرند، گروهی صفحه نور را به سمت چپ و گروهی آن را به سمت راست می چرخانند. بر همین اساس اسید های آمینه را راست گرد یا چپ گرد می گویند و به این خاصیت ایزومریسم فضایی یا (Chiralityمی گویند.

این خاصیت در همه اتم های كربن كه غیرمتقارن باشند، دیده می شود. كربن هایی را غیرمتقارن می گویند كه با چهار عامل مختلف پیوند داشته باشند، به علت چهار وجهی بودن اتم كربن مركزی این چهار عامل می توانند با داشتن دو توالی مختلف فضایی به دور اتم كربن دو ایزومر فضایی به وجود آورند.در اسید های آمینه این دو ایزومر فضایی غیر از اینكه نور قطبیده راست گرد یا چپ گرد را بازمی تابانند، در تمام خواص دیگر كاملاً با هم مشترك هستند. این راست گردی و چپ گردی هیچ نوع مزاحمتی برای فعالیت های حیاتی پروتئین ایجاد نمی كند. وقتی اسید های آمینه را در آزمایشگاه و توسط روش های شیمیایی سنتز می كنیم و در مقابل نور قرار می گیرند، هیچ نوع خاصی از قطبش در نور بازتابیده دیده نمی شود. این نكته بیانگر آن است كه از هر دو نوع راست گرد و چپ گرد به تعداد مساوی تولید شده است. اما نكته جالب اینجا است كه وقتی یك پروتئین طبیعی را به اسید های آمینه تجزیه می كنیم فقط اسید های آمینه چپ گرد در محیط پیدا می شوند، یعنی در طبیعت تنها اسید های آمینه چپ گرد حضور دارند. این به هم ریختگی تقارن همواره از سئوال های اساسی بیوشیمی دانان بود تا اینكه به تازگی نشریه نیوساینتیست(New Scientist)در گزارشی اعلام كرد كه گروهی از محققین فرانسوی به سرپرستی دكتر «یومایر هنریش» (Vwe Meierhenrich)به دلیل اصلی این به هم خوردگی تقارن طبیعت پی برده اند

منشاء مولكولی حیات

در سال ۲۰۰۰ گروهی از پژوهشگران با شبیه سازی محیط كره زمین در بدو شكل گیری آن در حدود ۳ تا ۴ میلیارد سال پیش و تاباندن نور به آن در یك محیط ایزوله اسید های آمینه را تولید كردند. اما جالب اینجا بود كه این اسید های آمینه هم به تعداد مساوی از هر دو نوع ایزومر فضایی داشتند. این آزمایش این حدس را كه مولكول های اصلی و پایه ای حیات روی زمین شكل گرفته اند را تا حدودی زیر سئوال برد.

یكی از مهم ترین نظرات در مورد منشاء حیات این است كه مولكول های پایه برای تشكیل حیات مثل اسید های آمینه توسط شهاب سنگ ها بر روی زمین فرود آمده اند. به همین دلیل گروه تحقیقاتی دكتر مایر هنریش محیطی را شبیه سازی كردند كه به جای محیط مرطوب سطح زمین در ۳ میلیارد سال پیش شبیه دیسك غبار اولیه ای بود كه منشاء اصلی سیارات و اجرام سامانه خورشیدی (منظومه شمسی) بود. چون در آن زمان پیك نور محیط (یعنی بیشترین میزان تشعشع الكترو مغناطیسی) 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 تشكیل شدند! یعنی امواج الكترومغناطیسی با طول موج ۱۸۰ نانومتر فقط اسید آمینه های چپ گرد را تولید می كنند.در آزمایش سال ۲۰۰۰ كه پیش از این ذكر شد، از امواج فرابنفش پاپیك نوری در طول موج ۲۱۰ نانومتر استفاده شده بود، زیرا طول موج های كوتاه تر توانایی نفوذ در آب را ندارند و جذب می شوند. بنابراین به نظر می رسد كه اسید های آمینه در زمانی پیش از شكل گرفتن سطح زمین به وجود آمده اند. پروفسور مایر هنریش برای تایید نظریه خود به دو مورد از كشف اسید های آمینه روی شهاب سنگ های یخی كه در زمان غبار اولیه پیش ستاره ای شكل گرفته بودند، اشاره می كند كه همگی چپ گرد هستند.وی قصد دارد برای تایید نظریه خود از آزمایش هایی كه توسط سینكروترون انجام می شود، كمك بگیرد اما تایید نهایی این نظریه كه مولكول های اصلی حیات از فضا بر روی كره زمین فرود آمدند، موكول به زمانی خواهد شد كه قرار است فضاپیمای بدون سرنشین آژانس فضایی اروپا یعنی «روزتا» (Rosetta)به روی سنگ آسمانی ۴VP فرود آید و مواد آن را آنالیز كند.این ماموریت كه برای سال ۲۰۱۴ ترتیب داده شده است می تواند برای همیشه به این سئوال پاسخ دهد كه آیا حیات در مقیاس مولكولی بر روی زمین به وجود آمده است یا در فضا شكل گرفته و توسط اجرام آسمانی به روی زمین كه محیط مناسبی برای رشد و تكثیر و تكامل آن بوده است، منتقل شده است.برای این منظور پروفسور مایر هنریش وسیله ای را برای نصب روی فضاپیمای روز تا آماده كرد كه در صورت كشف اسید های آمینه روی این سنگ آسمانی كه در زمان های اولیه منظومه شمسی شكل گرفته معین كند كه آیا این اسید های آمینه چپ گردند یا راست گرد.

نقل از پارس اسکای

نویسنده : مهدی صارمی فر