السؤال عن كيفية ظهور الحياة لأول مرة هنا على الأرض هو لغز لا يزال يراوغ العلماء. على الرغم من كل ما تعلمه العلماء من السجل الأحفوري والتاريخ الجيولوجي ، لا يزال من غير المعروف كيف نشأت الحياة العضوية من العناصر غير العضوية (عملية تعرف باسم التولد غير العضوي) منذ بلايين السنين.
يتعلق أحد أكثر جوانب اللغز إثارة للقلق بالببتيدات والإنزيمات ، التي تقع في حالة 'دجاجة وبيضة'. لمعالجة هذا الأمر ، قام فريق من الباحثين من كلية لندن الجامعية (UCL) مؤخرًا أجرى دراسة التي أثبتت بشكل فعال أن الببتيدات يمكن أن تكونت في ظروف مشابهة للأرض البدائية.
نُشرت الدراسة التي تفصّل النتائج التي توصلوا إليها مؤخرًا في المجلة العلميةطبيعة سجية.قاد فريق البحث الدكتور ماثيو باونر ، قارئ الكيمياء العضوية بقسم الكيمياء في جامعة كاليفورنيا ، وضم بيير كانافيلي والدكتور سعيد الإسلام - وكلاهما باحثان في قسم الكيمياء العضوية والبيولوجية في جامعة كاليفورنيا.
التسلسل الذي تلتقي فيه الأحماض الأمينية والببتيدات معًا لتكوين خلايا عضوية. الائتمان: peptidesciences.com
كما أوضح باونر الغرض من دراستهم في مقابلة حديثة مع UCL News:
'الببتيدات ، وهي سلاسل من الأحماض الأمينية ، عنصر أساسي للغاية في كل أشكال الحياة على الأرض. إنها تشكل نسيج البروتينات ، التي تعمل كمحفزات للعمليات البيولوجية ، لكنها تتطلب هي نفسها إنزيمات للتحكم في تكوينها من الأحماض الأمينية. لذلك كانت لدينا مشكلة الدجاج والبيض التقليدية - كيف تم صنع الإنزيمات الأولى؟ '
كما أشاروا في دراستهم ، تم تخصيص قدر كبير من الأبحاث في الماضي لاكتشاف كيف تشكلت الببتيدات لأول مرة وسمحت بظهور الحياة. ومع ذلك ، فقد ركزت جميع الأبحاث السابقة على الأحماض الأمينية ، بدلاً من تفاعل سلائفها الكيميائية (المعروفة باسم aminonitriles).
في حين أن الأمينونيتريل تتطلب ظروفًا قاسية لتكوين الأحماض الأمينية (عادةً ما تكون حمضية أو قلوية بشدة) ، فإن الأحماض الأمينية تحتاج إلى إعادة شحنها بالطاقة لتكوين الببتيدات. ومع ذلك ، وجد الباحثون طريقة لتجاوز هاتين الخطوتين من خلال إثبات أن الببتيدات يمكن أن تصنع مباشرة من aminonitriles الغنية بالطاقة.
استفادت طريقتهم من التفاعل الداخلي للأمينونيتريل مع الجزيئات الأخرى التي كانت جزءًا من البيئة البدائية للأرض. تتألف العملية من الجمع بين كبريتيد الهيدروجين والأمينونيتريل والركيزة الكيميائية فيريسيانيد ([Fe (CN)6]3؟) في الماء ، مما أسفر عن الببتيدات.
ما أظهره هذا هو أن الأمينونيتريل قادر على تكوين رابطة الببتيد في الماء بمفرده ، وبسهولة أكبر من الأحماض الأمينية. بالإضافة إلى ذلك ، أظهر أن هذا يمكن أن يحدث في ظل ظروف ومواد كيميائية تنبعث من الغازات أثناء الانفجارات البركانية والتي من المحتمل أن تكون موجودة على الأرض منذ مليارات السنين. قال بيير كانافيلي المؤلف الأول للدراسة:
'التخليق المتحكم فيه ، استجابة للمنبهات البيئية أو الداخلية ، هو عنصر أساسي في تنظيم التمثيل الغذائي ، لذلك نعتقد أن تخليق الببتيد يمكن أن يكون جزءًا من دورة طبيعية حدثت في التطور المبكر للحياة.'
'هذه هي المرة الأولى التي يظهر فيها بشكل مقنع أن الببتيدات تتشكل دون استخدام الأحماض الأمينية في الماء ، وذلك باستخدام ظروف لطيفة نسبيًا من المحتمل أن تكون متاحة على الأرض البدائية ،' أضاف المؤلف المشارك الدكتور سعيد الإسلام.
يمكن أن يكون لهذه النتائج آثار مهمة على دراسة التولد الذاتي ، وكذلك البحث عن الحياة على الكواكب خارج المجموعة الشمسية. قد تكون مفيدة أيضًا في مجال الكيمياء التركيبية لأن تكوين رابطة الأميد ضروري لتصنيع المواد الاصطناعية ، النشطة بيولوجيًا. بالمقارنة مع العمليات الكيميائية التقليدية المستخدمة تجاريًا ، فإن هذه الطريقة الجديدة أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة.
انطباع الفنان عن Archean Eon على الأرض. الائتمان: سميثسونيان / بيتر سوير
بالنظر إلى المستقبل ، يتطلع فريق البحث إلى مزيد من دراساتهم من خلال إيجاد طرق أخرى يمكن للأمينونيتريل من خلالها أن يؤدي إلى الببتيدات. كما أنهم يدرسون حاليًا الخصائص الوظيفية للببتيدات التي أنتجتها تجربتهم على أمل فهم أفضل للكيفية التي كان من الممكن أن يساعدوا بها في تحفيز تكوين الحياة على الأرض. قبل 4 مليارات سنة.
بعد عدة أجيال من المحاولات (والفشل) في إعادة إنشاء اللبنات الأساسية للحياة ، هل يمكن أن يكون العلماء ببساطة قد عكفوا على العودة إلى الوراء؟ وهل هذا يعني أن التكنولوجيا العضوية يمكن أن تكون قريبة؟ فقط الوقت كفيل بإثبات…
قراءة متعمقة: UCL و طبيعة سجية
