نظریه تازه دانشمندان: حیات بر روی کرهزمین بهصورت دو مرحلهای آغاز شده است
فرارو- سوال درباره منشا حیات یکی از کهنترین چالشهای علم به شمار میآید. اما نتایج جدید در ارتباط با نخستین واکنشهای شیمیایی زمین و اهمیت فلزات موجود در چشمههای آب گرم اعماق اقیانوس، اکنون نظریهای متفاوت را به روی دانشمندان گشوده است.
بر اساس گزارش فرارو به نقل از پاپولر مکانیکس، از زمانیکه انسان شروع به تفکر در مورد منشا وجود خود کرد، چگونگی آغاز زندگی بر روی زمین ذهن دانشمندان، فیلسوفان و متفکران مذهبی را به شدت درگیر کرده است. با وجود اینکه فرهنگهای مختلف داستانهای متنوعی پیرامون پیدایش جهان و زندگی ارائه دادهاند، پژوهشگران در طول قرن گذشته سعی کردهاند پاسخی مبتنی بر شواهد علمی برای این پرسش پیدا کنند.
یکی از مهمترین این تحقیقات در سال ۱۹۷۷ به وقوع پیوست؛ زمانی که محققان مؤسسه اقیانوسشناسی وودز هول، چشمههای آب گرم هیدروترمال را در نزدیکی جزایر گالاپاگوس کشف کردند. این ساختارها در نواحی فعال کف اقیانوس و در نقاطی که صفحات زمین در حال حرکت هستند، شکل میگیرند.
در اطراف این چشمهها، موجوداتی زندهای شناسایی شدند که قبلاً هرگز مشاهده نشده بودند. چند سال بعد، این کشف به توسعه نظریهای منجر شد که بر اساس آن، احتمال دارد برخی از مراحل اولیه پیدایش حیات در این محیطهای آبی صورت پذیرفته باشد؛ جایی که پر از مواد شیمیایی و فلزاتی بود که میتوانند در تشکیل اجزای بنیادی حیات نقشی کلیدی ایفا کنند.
با این حال، یک مطالعه جدید رویکرد متفاوتی را پیشنهاد کرده است: شاید حیات بر روی زمین تنها یک بار آغاز نشده باشد.
دو مسیر متفاوت برای آغاز حیات
این پژوهش نشان میدهد که دو گروه اصلی از موجودات تکسلولی به نام پروکاریوتها، که شامل باکتریها و آرکیها میشوند، ممکن است بهطور مستقل به شکل امروزی حیات دست یافته باشند. ویلیام مارتین، زیستشناس دانشگاه دوسلدورف و نویسنده اصلی این مطالعه، اظهار میدارد که دادههای جدید تنها یک نتیجهگیری را ممکن میسازد: زنجیرههای باکتریایی و آرکیایی بهطور مستقل به مرحله زندگی آزاد رسیدهاند.
یافتههای این تحقیق توسط یک گروه بینالمللی از پژوهشگران در مجله «Science Advances» منتشر شده است. درخت حیات معمولاً به دو شاخه اصلی تقسیم میشود. پروکاریوتها موجوداتی تکسلولی هستند که فاقد هسته محصور در غشا و اندامکهای داخلی پیچیده هستند و شامل باکتریها و آرکیها میشوند. در مقابل، یوکاریوتها موجوداتی پیچیدهتر هستند که توانایی چندسلولی بودن را دارند و شامل انسان، حیوانات، گیاهان و بسیاری دیگر از اشکال حیات میشوند.
با توجه به نظریه غالب، نخستین محیطهای هیدروترمال شرایط شیمیایی لازم را برای شکلگیری مواد اولیه حیات فراهم آوردهاند. این مواد بعداً به پروکاریوتها تبدیل شدند و میلیاردها سال بعد، به وسیله فرایندی به نام «همزیستی درونیاختهای» شرایط را برای شکلگیری یوکاریوتها مهیا کردند.
فلزات؛ بازیگران فراموششده آغاز حیات
پژوهشگران در این مطالعه جدید، ژنومها، ساختار پروتئینها و واکنشهای شیمیایی مرتبط با مراحل اولیه تکامل میکروبی را به دقت مطالعه کردند. آنان ۴۲۰ واکنش شیمیایی مرتبط با «سوختوساز» یا متابولیسم را مورد بررسی قرار دادند؛ واکنشهایی که میتوانند اسیدهای آمینه ضروری، اجزای آرانای و ویتامینها را تولید کنند. این مواد میتوانستند از گاز هیدروژن، آمونیاک و دیاکسیدکربن موجود در وضعیت اولیه زمین شکل بگیرند.
یکی از نکات کلیدی پژوهش این بود که فلزات طبیعی موجود در چشمههای هیدروترمال احتمالاً نقشی بسیار بیشتر از آنچه پیشبینی میشد ایفا کردهاند. تحقیقات نشان میدهد که «آخرین نیای مشترک جهانی» یا LUCA تنها به توانایی استفاده از آنزیمهای لازم برای تقریباً نیمی از این واکنشها دست یافته و در بسیاری از دیگر واکنشها، فلزات میتوانستند بهعنوان جایگزین آنزیمها عمل کنند.
هارون تویسوز، شیمیدان معدنی مؤسسه ماکس پلانک و یکی از نویسندگان این مطالعه، میگوید فلزات موجود در چشمههای هیدروترمال میتوانند تعداد چشمگیری از آنزیمها را در فرایندهای متابولیک جایگزین کنند.
بر اساس این یافتهها، پژوهشگران چهار مرحله برای شکلگیری حیات اولیه در نظر گرفتهاند: مرحلهای که واکنشها تنها به فلزات بستگی داشتند، مرحلهای که ترکیبی از فلزات و آنزیمها در LUCA مشاهده میشود و سپس دو مسیر تکاملی جداگانه که به نیاکان باکتریها و آرکیها ختم شدند.
یک منشأ برای کد ژنتیکی، دو منشأ برای حیات؟
یکی از جالبترین جنبههای این تحقیق این است که آنزیمهایی که برخی واکنشهای شیمیایی اساسی را در باکتریها و آرکیها تسهیل میکنند، لزوماً یکسان و مشترک نیستند.
به طور ساده، ممکن است هر دو گروه برای انجام یک واکنش متابولیک مشابه به طور مستقل به راهحلهای متفاوتی دست یافته باشند. این نکته میتواند توضیحدهنده تفاوتهای مهمی در سازوکارهای زیستی بین دو شاخه اصلی پروکاریوتها باشد که با وجود شباهتهای بنیادی، تفاوتهای قابل توجهی دارند.
علاوه بر این، پژوهشگران احتمال میدهند که واکنش میان فسفیت و پالادیم، این دو ماده که اطراف چشمههای هیدروترمال وجود دارند، به عنوان یک موتور شیمیایی در مراحل نخستین حیات عمل کرده است و ممکن است انرژی لازم برای برخی واکنشهای حیاتی را قبل از شکلگیری سازوکارهای پیچیدهای مبتنی بر ایتیپی و آنزیمها تأمین کرده باشد.
هنوز هیچ مدرک مستقیمی از وجود حیات در جهانهای کشفشده خارج از منظومه شمسی گزارش نشده است. با این حال، زمین همچنان بهعنوان نمونهای استثنایی از تنوع و پیچیدگی حیات به شمار میرود. اگر این فرضیه نوین درست باشد، ممکن است روایت پیدایش زندگی بر روی زمین تنها یک بار نوشته نشده باشد؛ بلکه دو مسیر مستقل در محیطی سرد، سخت و ظاهراً بیجان به شکلگیری حیات انجامیده باشند.