كيف بدأت الحياة على الأرض؟ تجارب جديدة تدعم فرضية “عالم الحمض النووي الريبوزي”

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

يمكن أن يكون الحمض النووي الريبوزي (RNA)، وهو أحد أهم جزيئات الحياة التي تتعامل مع تخليق البروتينات، شائعًا في الكون، وفقًا لتجربة جديدة توضح كيف يمكن بسهولة أن يتشكل الحمض النووي الريبي (RNA) على الأرض قبل 4.3 مليار سنة.

الحمض النووي الريبي (اختصار لحمض الريبونوكلييك) هو ابن عم أبسط من الحمض النوويوهو الجزيء الذي يحتوي على المعلومات الوراثية لبيولوجيتنا الخلوية. يأتي الحمض النووي الريبوزي (RNA) في ثلاثة أشكال. هناك الحمض النووي الريبي المرسال (mRNA) الذي يتم إنتاجه من الحمض النووي ويحتوي على التعليمات الجينية لتكوين البروتينات. ثم هناك الريبوسوم RNA (rRNA) الذي يخلق الريبوسومات الحيوية لإنتاج البروتينات، وأخيرا نقل RNA (tRNA) الذي يقوم بالتوليف الفعلي للبروتينات من mRNA.

نظرًا لأنه جزيء أبسط من الحمض النووي، يُعتقد أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) قد تشكل أولاً، وبفضل قدرته على حمل المعلومات الوراثية وإنشاء جزيئات أخرى، تم الإعلان عن الحمض النووي الريبي (RNA) كلاعب رئيسي محتمل في قصة أصل الحياة على الأرض. أرض في الفرضية المعروفة بالعامية “عالم الحمض النووي الريبوزي“في هذا السيناريو، كانت أشكال الحياة أحادية الخلية الأولى قد استخدمت الحمض النووي الريبي (RNA) بدلاً من الحمض النووي (DNA) للتكاثر الذاتي ونسخ معلوماتها الجينية.

ومع ذلك، فإن فهم كيفية تشكل الحمض النووي الريبي (RNA) كان أمرًا صعبًا. ما الذي دفع مكونات الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى التجمع معًا والخضوع للسلسلة الصحيحة من التفاعلات الكيميائية؟ في ظاهر الأمر، تبدو احتمالات تشكل الحمض النووي الريبوزي (RNA) عن طريق الصدفة فلكية.

لذلك يبحث الكيميائيون عن المسارات التي يمكن أن تؤدي حتمًا إلى تكوين جزيئات مثل الحمض النووي الريبي (RNA). يُعرف أحد المسارات بنموذج التوليف المتقطع المكون من ست خطوات (DSM).

ومع ذلك، فإن إحدى العقبات التي تعترض هذا المسار هي البورات، وهي عائلة من المركبات الشائعة الموجودة في مياه البحر. البورات هي أيونات أوكسيانية. إذا كانت الأيونات عبارة عن ذرات أو جزيئات لها شحنة كهربائية موجبة، فإن الأنيونات لها شحنة كهربائية سالبة بشكل عام. علاوة على ذلك، تحتوي البورات على ذرات كليهما البورون والأكسجين. تكمن المشكلة في أنه كان يُعتقد أن البورات تعيق بعض التفاعلات على المسار الكيميائي للحمض النووي الريبوزي (RNA).

الآن، يقول فريق من علماء الكيمياء الحيوية بقيادة يوتا هيراكاوا من جامعة توهوكو في اليابان ومؤسسة التطور الجزيئي التطبيقي في فلوريدا، إن الكيميائيين أخطأوا في فهم الأمر وأن البورات مفيدة بالفعل في تكوين الحمض النووي الريبي (RNA).

أجرى فريق هيراكاوا تجارب أضافوا فيها مكونات الحمض النووي الريبوزي (RNA) – سكر الريبوز الخماسي الكربون، والفوسفات، والقواعد النووية الأربعة التي يستخدمها الحمض النووي الريبي (الأدينين، والجوانين، والسيتوزين، واليوراسيل) – إلى خليط يتضمن أيضًا البورات والبازلت. ثم قاموا بتسخين الخليط وتركوه حتى يجف، لمحاكاة الظروف التي يقولون إنها كانت شائعة حول طبقات المياه الجوفية في الأرض المبكرة.

ما وجدوه هو أن الحمض النووي الريبي (RNA) قد تشكل في الخليط. علاوة على ذلك، لم تعيق البورات أي شيء على الإطلاق، ولكنها في الواقع دعمت بعض الخطوات في نموذج DSM، مثل تثبيت جزيئات الريبوز التي غالبًا ما تكون غير مستقرة ومتحللة، وتسهيل إنتاج الفوسفات.

وقد تم تعزيز هذه النتائج أيضًا من خلال الاكتشافات الجديدة حول عينة المواد التي تم إحضارها إلى الأرض من الأرض الكويكب بينو من وكالة ناسا أوزيريس ريكس مهمة. على وجه الخصوص، مع الإعلان الأخير عن اكتشاف أو الريبوز في بينو تم الآن التعرف على جميع مكونات الحمض النووي الريبوزي (RNA) في 120 جرامًا (4.2 أونصة) من الأوساخ والأحجار التي سلمتها OSIRIS-REx إلى الأرض من بينو.

ويتصور فريق هيراكاوا أن تأثير كوكب أولي يبلغ عرضه 500 كيلومتر (310 ميل)، مشابه في الحجم للكويكب فيستا وكان من الممكن أن تكون محملة بمكونات الحمض النووي الريبوزي (RNA) قد جلبت وحدات بناء الحمض النووي الريبي (RNA) إلى كوكبنا بشكل جماعي. ويقدر الباحثون أن هذا التأثير وإنتاج الحمض النووي الريبوزي (RNA) قد حدث قبل 4.3 مليار سنة، أي بعد 200 مليون سنة من ولادة الأرض وقبل 200 مليون سنة من اكتشاف أقدم دليل على الحياة على الأرض حتى الآن، في نظائر الكربون الموجودة في رواسب المعدن التي يبلغ عمرها 4.1 مليار سنة. الزركون.

في السابق، كان الحمض النووي الريبي (RNA) يتشكل في المختبر فقط من خلال التدخل البشري لتحفيز التفاعلات الكيميائية عمدًا. يجادل فريق هيراكاوا بأن بحثهم هو المرة الأولى التي يتم فيها إنتاج الحمض النووي الريبوزي (RNA) في المختبر دون مشاركة البشر، على الرغم من أن النقاد يقولون إنه حتى عملية تجميع جميع وحدات بناء الحمض النووي الريبي (RNA) معًا في أنبوب اختبار يعد تدخلًا بشريًا.

حدثت أيضًا اصطدامات بالكويكبات الكبيرة في الأيام الأولى لكوكب الأرض المريخالتاريخ، مما يعني أن اللبنات الأساسية للحمض النووي الريبي (RNA) قد تم تسليمها أيضًا إلى الكوكب الأحمر. ومن المثير للاهتمام أن البورات كانت موجودة أيضًا تم اكتشافها على المريخمما يعني أن كل شيء يجب أن يكون في مكانه الصحيح لإنتاج الحمض النووي الريبي (RNA) هناك أيضًا.

على الرغم من أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) ليس حياة، إلا أن الحمض النووي الريبي (RNA) ضروري لجميع أشكال الحياة التي نعرفها تقريبًا. إذا كان الحمض النووي الريبوزي (RNA) قد تشكل على الأرض بسرعة، من الناحية الجيولوجية، فمن الممكن أن يكون قد وفر طريقًا مختصرًا لأول الكائنات الحية البسيطة التي ظهرت على كوكبنا.

تم نشر البحث في 15 ديسمبر في المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.