وقتی هیچ نوری نبود، زندگی از کجا نیرو گرفت؟
تیمی از پژوهشگران دانشگاه تحقیقات دولتی «لودویگ ماکسیمیلیان» (LMU) مونیخ آلمان با موفقیت محیط زیست زمین در دوران اولیه پیدایش خود را در آزمایشگاه شبیه سازی کردند. این کار به آنها اجازه داد یکی از قدیمی‌ترین مسیر‌های متابولیکی (سوختوساز) را که گمان می‌رود تقریباً ۴ میلیارد سال پیش در سازگاری حیات روی زمین نقش داشته است، بازسازی کنند.
به احتمال زیاد، اولین جد تمام موجودات زنده روی زمین شرایط گرم را ترجیح می‌داده، از هیدروژن تغذیه می‌کرده و متان تولید می‌کرده است. محققان دانشگاه «LMU» بر اساس شواهد فسیلی و بازسازی‌های متابولیکی با استفاده از تجزیه و تحلیل‌های ژنتیکی به این نتیجه رسیده‌اند. این مسیر متابولیکی اولیه و نسبتا ساده به نام استیل-کوآ تا به امروز در بسیاری از میکروارگانیسم‌ها باقی مانده است.
شبیه سازی محیط زمین در دوران اولیه پیدایش
طبق نوشته (ScienceDaily) برای بررسی بیشتر در مورد متابولیسم موجوداتی که احتمالاً جزو اولین موجودات زنده روی زمین بوده‌اند، تیمی از پژوهشگران این دانشگاه به رهبری پروفسور ویلیام اورسی شرایط زمین جوان حدود ۴ تا ۳.۶ میلیارد سال پیش را در آزمایشگاه شبیه سازی کردند. این شرایط شباهت‌هایی با شرایط حاکم بر مجرا‌های گرمابی (Hydrothermal vent) امروزی در کف اقیانوس‌ها داشت، با این تفاوت کلیدی که اقیانوس‌های باستانی پر از آهن محلول بودند. این مجرا‌های گرمابی به عنوان «دودکش‌های سیاه» نیز شناخته می‌شوند.
برای بازسازی این محیط، پژوهشگران به آنچه که به عنوان «باغ‌های شیمیایی» شناخته می‌شوند، تکیه کردند. باغ‌های شیمیایی مجموعه‌ای از ساختار‌های پیچیده با ظاهری بیولوژیکی است که از طریق ترکیب کردن مواد شیمیایی معدنی ایجاد می‌شوند. این آزمایش در شیمی معمولا با افزودن نمک‌های فلزی مانند سولفات مس یا کلرید کبالت به محلول آبی سیلیکات سدیم انجام می‌شود. این امر به رشد اشکال گیاه‌مانند در عرض چند دقیقه تا چند ساعت منجر می‌شود. این تیم از ترکیبی از کلرید آهن و سدیم سولفید برای ایجاد دو ماده معدنی که گمان می‌رود در اقیانوس‌ها در دوران اولیه زمین رایج بوده‌اند، استفاده کرد: مکیناوایت «mackinawite» (یک نوع سولفید آهن با فرمول شیمیایی FeS) و گریجیت greigite» (Fe₃S₄)»
این آزمایش بر شبیه‌سازی محیط اقیانوس‌های عمیق زمین در دوران اولیه متمرکز بود که غنی از آهن و فاقد اکسیژن بودند و به خاطر فعالیت آتشفشانی دمای بالایی داشتند.در یک محیط بدون اکسیژن با دمای نزدیک به ۸۰ درجه سانتیگراد، این مواد معدنی به طور طبیعی شروع به تولید گاز هیدروژن کردند. این گاز به عنوان منبع انرژی حیاتی برای آرکی تک سلولی به نام «Methanocaldococcus jannaschii» عمل کرد.
اگرچه این آزمایش شامل هیچ ماده مغذی، ویتامین یا مواد معدنی غنی دیگری نبود؛ اما موجود زنده تک سلولی گفته شده نه تنها زنده ماند بلکه رشد و تکثیر نیز شد. می‌مبروک، استاد بیوانفورماتیک دانشگاه نیل مصر که در این پژوهش شرکت نداشته در این‌باره به «الجزیره» گفت: «این امر به این معنا است که هیدروژن تولید شده از مواد معدنی برای تأمین انرژی لازم برای آنها [آرکی‌های گفته شده]کافی بوده است.»
قدیمی‌ترین مسیر سوختوساز
مسیر سوختوساز (Metabolic pathway) مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی است که درون سلول اتفاق می‌افتد و به موجود زنده کمک می‌کند انرژی لازم برای زنده ماندن را بدست آورد. به عنوان مثال تصور کنید هر سلول مانند یک کارخانه کوچک است. در این کارخانه، مواد خام به محصولات مفید تبدیل می‌شوند. مسیر‌های سوختوساز نیز مثل خطوط تولید داخل کارخانه هستند. هر مرحله نیز با کمک یک آنزیم انجام می‌شود.
معمای اساسی در این آزمایش در مسیر متابولیکی نهفته است که این آرکی برای تولید انرژی مورد نیاز برای رشد خود استفاده کرد. همانطور که اتومبیل‌ها با بنزین کار می‌کنند، اکثر ارگانیسم‌هایی (جانداران) که امروزه روی زمین زندگی می‌کنند به اکسیژن و نور متکی هستند. اما در نبود هر دو در زمین در دوران اولیه پیدایش، معما پیچیده‌تر می‌شود و این پرسش مطرح می‌شود: این میکروب فوق گرمادوست «Methanocaldococcus jannaschii» که از رسوبات مجرا‌های گرمابی کف اقیانوس جدا شده چگونه توانست خود را با انرژی هیدروژن تغذیه کنند؟
تحت شرایط سخت در آزمایشگاه، این میکروب مجموعه‌ای از ژن‌ها را در درون خود فعال کرد که به یک مسیر بیوشیمیایی، یکی از قدیمی‌ترین مسیر‌های شناخته شده برای تولید انرژی در سلول‌ها، مرتبط است. این مسیر، مسیر متابولیکی استیل-کوآ است. مسیر گفته شده قادر به تبدیل دی اکسید کربن به انرژی و ترکیبات آلی است.
مکیناوایت و گریگیت از نظر ساختاری شبیه به مراکز واکنش در برخی از آنزیم‌های امروزی هستند، این مسئله می‌تواند نشان دهد آنزیم‌های کنونی از ترکیبات معدنی طبیعی یافت شده در محیط زمین در دوران اولیه سرچشمه گرفته‌اند.
گام بعدی: فضا
اهمیت این مطالعه محدود به بازسازی نخستین اشکال حیات روی زمین نیست، بلکه به فضا نیز گسترش می‌یابد. می‌مبروک می‌گوید: «این پژوهش نشان می‌دهد که محیط‌های غنی از مواد معدنی سولفید آهن و آب؛ مانند محیط‌هایی که گمان می‌رود در انسلادوس (یکی از قمر‌های زحل) وجود داشته باشند، ممکن است حتی در غیاب نور نیز قادر به پشتیبانی از حیات باشند».
گمان می‌رود که زیر سطح یخی انسلادوس، اقیانوسی شور و فعال حرارتی وجود دارد. این تیم پژوهشی قصد دارد شرایط این قمر را در آزمایشگاه شبیه‌سازی کند تا مشخص شود که آیا موجودات زنده اولیه می‌توانند در آنجا زنده بمانند یا خیر، که این کار گامی جدید در جهت کاوش حیات فراتر از سیاره ما خواهد بود.
نتایج این پژوهش در مجله «اکولوژی و تکامل نیچر» (Nature Ecology and Evolution) منتشر شده است.
انتهای پیام/
