راز اولین سلول‌ها فاش شد: کشف جدیدی که جهان را تکان می‌دهد!

آغاز حیات روی زمین: پژوهشی نو در باب ریشه سلول‌ها

شاید هیچ پرسشی به اندازه سرآغاز حیات روی کره خاکی ذهن بشر را به خود مشغول نکرده باشد: نخستین سلول‌های زنده چگونه پدید آمدند؟ این پروتوسل‌های آغازین چگونه توانستند غشای ساختاری مورد نیاز برای رشد و شکل‌گیری موجودات پیچیده را ایجاد کنند؟ پژوهشی تازه که توسط پروفسور نیل دواراج، استاد رشته شیمی و بیوشیمی از دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیه‌گو انجام شده، توضیحی قابل قبول درباره‌ی واکنش میان دو مولکول ساده ارائه می‌دهد. این یافته‌ها در نشریه Nature Chemistry منتشر شده است.

حیات بر روی زمین نیازمند غشاهای لیپیدی است؛ ساختاری که درون سلول را احاطه می‌کند و به عنوان چارچوبی برای بسیاری از واکنش‌های زیستی عمل می‌کند. لیپیدها از زنجیره‌های بلند اسیدهای چرب تشکیل شده‌اند. اما پیش از وجود حیات پیچیده، این غشاهای سلولی نخستین چگونه از مولکول‌های ساده‌ای که میلیاردها سال پیش بر روی زمین وجود داشتند، شکل گرفتند؟ دانشمندان بر این باورند که مولکول‌های ساده با زنجیره‌های کوتاه اسید چرب، که کمتر از 10 پیوند کربن-کربن دارند (زنجیره‌های چرب پیچیده می‌توانند تقریباً دوبرابر این تعداد پیوند داشته باشند)، در زمین اولیه فراوان بوده‌اند. با این حال، برای تشکیل وزیکول‌ها، که محفظه‌هایی هستند که ماشین‌آلات پیچیده یک سلول را در خود جای می‌دهند، مولکول‌هایی با زنجیره‌های بلندتر ضروری می‌باشند.

گرچه ممکن است برخی از مولکول‌های چربی ساده به تنهایی قادر به تشکیل محفظه‌های لیپیدی باشند، اما این مولکول‌ها به غلظت‌های بسیار بالایی نیاز دارند که احتمالاً در زمینِ پیش از حیات وجود نداشته است؛ زمانی که شرایط زمین برای حیات مساعد بود، اما هنوز هیچ نشانه‌ای از حیات نبود.

پژوهش‌های نوین در مورد تولید لیپیدها

به گفته‌ی دواراج، که همچنین ریاستِ کرسی موری گودمن در رشته شیمی و بیوشیمی را بر عهده دارد، “ممکن است در نگاه اول، این موضوع چندان جدید به نظر نرسد، چون تولید لیپیدها همیشه در حضور آنزیم‌ها اتفاق می‌افتد.” او ادامه می‌دهد: “اما بیش از چهار میلیارد سال پیش، هیچ آنزیمی وجود نداشت. با این حال، به طریقی این ساختارهای اولیه‌ی پروتوسل تشکیل شدند. چگونه؟ این سؤالی بود که ما در پی یافتن پاسخ به آن بودیم.”

برای یافتن توضیحی برای این غشاهای لیپیدی اولیه، گروه دواراج با دو مولکول ساده آغاز کردند: یک آمینواسید به نام سیستئین و یک تیواستر کولین با زنجیره کوتاه، که مشابهِ مولکول‌های دخیل در تشکیل و تجزیه‌ی زیست‌شیمیایی اسیدهای چرب هستند. پژوهشگران از شیشه‌ی سیلیکا به عنوان یک کاتالیزور معدنی استفاده کردند، زیرا سیلیکا با بار منفی خود، تیواستر با بار مثبت را جذب می‌کرد. بر روی سطح سیلیکا، سیستئین و تیواسترها به طور خود به خود واکنش نشان دادند و لیپیدهایی را به وجود آوردند که وزیکول‌های غشایی شبیه پروتوسل را تولید کردند و همچنین به اندازه‌ای پایدار بودند که بتوانند واکنش‌های زیست‌شیمیایی را حفظ کنند. این فرآیند در غلظت‌های پایین‌تری نسبت به زمانی که این کاتالیزور وجود نداشت، رخ داد.

دواراج اظهار داشت: “بخشی از کاری که ما انجام می‌دهیم، تلاش برای درک این موضوع است که چگونه حیات می‌تواند بدون وجود حیات پدیدار شود. این انتقال از ماده به حیات، در ابتدا چگونه رخ داد؟” او افزود: “در این‌جا، ما یک توضیح احتمالی از آنچه ممکن است اتفاق افتاده باشد را ارائه کرده‌ایم.”

فهرست کامل نویسندگان

• کریستی جی. چو
• تایانگ آن
• آلساندرو فراکاسی
• رابرتو جی. بریا
• نیل کی. دواراج (همگی از دانشگاه کالیفرنیا، سن دیه‌گو)
• یی-چن لای
• آلبرتو وازکز-سالازار
• ایرین آ. چن (همگی از دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس)

این پژوهش بخشی از حمایت‌های بنیاد ملی علوم (EF-1935372) و مؤسسات ملی بهداشت (R35-GM141939) بوده است.