راز پیدایش حیات: چگونه اولین غشاهای سلولی شکل گرفتند؟

پیدایش زندگی بر روی زمین: تحقیقاتی جدید در مورد منشاء سلول‌ها

سوالی که کمتر از پیدایش زندگی بر روی زمین ذهن بشر را به خود مشغول کرده است، این است که چگونه اولین سلول‌های زنده به وجود آمدند؟ این پروتوسل‌های اولیه چگونه غشای ساختاری لازم برای رشد و تشکیل موجودات پیچیده را توسعه دادند؟ تحقیقات جدیدی که توسط پروفسور شیمی و بیوشیمی، نیل دواراج از دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو انجام شده، توضیحی معقول درباره واکنش بین دو مولکول ساده ارائه داده است. این کار در نشریه Nature Chemistry منتشر شده است.

زندگی بر روی زمین نیازمند غشاهای لیپیدی است؛ ساختاری که درون سلول را در بر می‌گیرد و به عنوان یک چارچوب برای بسیاری از واکنش‌های بیولوژیکی عمل می‌کند. لیپیدها از زنجیره‌های بلند اسیدهای چرب تشکیل شده‌اند، اما قبل از وجود زندگی پیچیده، چگونه این اولین غشاهای سلولی از مولکول‌های ساده‌ای که میلیاردها سال پیش در زمین وجود داشتند، شکل گرفتند؟ دانشمندان بر این باورند که مولکول‌های ساده با زنجیره‌های کوتاه اسید چرب، که کمتر از ۱۰ پیوند کربن-کربن دارند (زنجیره‌های چرب پیچیده می‌توانند تقریباً دو برابر این تعداد پیوند داشته باشند)، در زمین اولیه فراوان بودند. با این حال، برای تشکیل وزیکول‌ها، که محفظه‌هایی هستند که ماشین‌آلات پیچیده یک سلول را در خود جای می‌دهند، مولکول‌هایی با زنجیره‌های بلندتر ضروری هستند.

تصویری از شکل‌گیری اولین سلول‌های زنده در زمین با نمایش غشای لیپیدی و مولکول‌های ساده در محیط اقیانوس. — تصویری جذاب از پروسه شکل‌گیری زندگی ابتدایی در زمین.

اگرچه ممکن است برخی از مولکول‌های چرب ساده بتوانند به تنهایی محفظه‌های لیپیدی تشکیل دهند، اما این مولکول‌ها به غلظت‌های بسیار بالایی نیاز دارند که احتمالاً در زمین پیش از حیات وجود نداشته است؛ زمانی که شرایط زمین ممکن بود برای زندگی مناسب باشد، اما هنوز هیچ زندگی‌ای وجود نداشت.

تحقیقات جدید در مورد تولید لیپیدها

به گفته دیواراج، که همچنین رئیس کرسی موری گودمن در شیمی و بیوشیمی است، “در نگاه اول، ممکن است این موضوع جدید به نظر نرسد زیرا تولید لیپیدها همیشه در حضور آنزیم‌ها اتفاق می‌افتد.” او ادامه داد: “اما بیش از چهار میلیارد سال پیش، هیچ آنزیمی وجود نداشت. با این حال، به نحوی این ساختارهای اولیه پروتوسل شکل گرفتند. چگونه؟ این سوالی است که ما در تلاش برای پاسخ به آن بودیم.”

📢 اگر عاشق علم هستید و نمی‌خواهید هیچ مقاله‌ای را از دست بدهید…

به کانال تلگرام ما بپیوندید! تمامی مقالات جدید روزانه در آنجا منتشر می‌شوند.

📲 عضویت در کانال تلگرام

پاپ‌آپ اطلاعیه با اسکرول

تصویری نزدیک از تشکیل غشای لیپیدی با واکنش میان سیستئین و تیواستر روی سطح سیلیکا در یک آزمایشگاه. — نزدیک‌ترین تصویر به واکنش مولکولی در آزمایشگاه که منجر به تشکیل غشای لیپیدی می‌شود.

برای کشف توضیحی برای این غشاهای لیپیدی اولیه، تیم دیواراج با دو مولکول ساده آغاز کرد: یک آمینواسید به نام سیستئین و یک تیواستر کولین زنجیره کوتاه، که مشابه مولکول‌های درگیر در تشکیل و تجزیه بیوشیمیایی اسیدهای چرب هستند. محققان از شیشه سیلیکا به عنوان کاتالیزور معدنی استفاده کردند زیرا سیلیکا با بار منفی به تیواستر با بار مثبت جذب می‌شد. بر روی سطح سیلیکا، سیستئین و تیواسترها به طور خودبخود واکنش نشان دادند و لیپیدهایی را تشکیل دادند که وزیکول‌های غشایی شبیه پروتوسل را تولید کردند و همچنین به اندازه کافی پایدار بودند تا واکنش‌های بیوشیمیایی را حفظ کنند. این فرآیند در غلظت‌های پایین‌تر از آنچه که در غیاب کاتالیزور لازم بود، اتفاق افتاد.

دیواراج گفت: “بخشی از کاری که ما انجام می‌دهیم، تلاش برای درک این است که چگونه زندگی می‌تواند در غیاب زندگی ظهور کند. این انتقال از ماده به زندگی چگونه در ابتدا اتفاق افتاد؟” او افزود: “در اینجا ما یک توضیح ممکن از آنچه می‌تواند اتفاق افتاده باشد، ارائه داده‌ایم.”