پیدایش حیات
آيا حیات زمینی منشأ کیهانی دارد؟
فهرست مندرجات
- آيا حیات زمینی منشأ کیهانی دارد؟
- اسید‌های آمینه همراه شهاب سنگ‌ها به زمین آمده‌اند
- يادداشت‌ها
- پی‌نوشت‌ها
- جُستارهای وابسته
- سرچشمه‌ها
[قبل] [بعد]
صدها سال است که بشر با طرح پرسشی بنیادین در باره آغاز حیات٬ تلاش دارد تا صرف‌نظر از داستان‌های مذهبی در این بارۀ چگونگی پیدایش و تکوین حیات بر روی زمین را بفهمد تا بتواند به سراغ پرسشی بزرگتر برود که به‌راستی داستان آفرینش چگونه نوشته شده است؟ در این مقاله دکتر بهروز یزدان‌پناه برای درک چگونگی آغاز حیات بر روی زمین٬ شما را به سراغ اجزای تشکیل‌دهنده حیات خواهد برد. با او همراه شوید!
[↑] آيا حیات زمینی منشأ کیهانی دارد؟
پروتئین‌ها ملكول‌های پلیمری هستند كه از كنار هم قرار گرفتن آمینواسیدها تشكیل می‌شوند، در واقع آمینواسیدها نقش مونومر را برای آن‌ها دارند.
خوب به‌زبان ساده‌تر یعنی این‌كه اگر پروتئین را یك دیوار آجری در نظر بگیریم، آمینواسیدها آجرهای تشكیل‌دهنده این دیوار هستند. حالا دیواری را فرض كنید كه از چندتایی آجر مختلف كه هر كدام شكل و اندازه و رنگ مختلفی دارد، ساخته شده باشند. به‌نظر شما چند دیوار مختلف می‌توان با این آجرها ساخت؟ واضح است كه چیدمان‌های مختلف آجرها، شكل‌های گوناگونی از دیوار را ایجاد می‌كنند. همین اتفاق در ساختمان پروتئین‌ها نیز روی می‌دهد. كل حیات در كره زمین از ۲۰ ملكول آمینواسید پایه‌ای ساخته شده است كه توسط آن‌ها پروتئین‌هایی كه عملكردهای مختلف زیستی دارند ساخته شده‌اند.
توالی آمینواسید یك پروتئین تعیین‌كننده ساختار ملكول است، یك تغییر كوچك در توالی آمینواسید می‌تواند تاثیرات عمیق بیولوژیكی روی ساختار كلی و عملكرد پروتئین‌ها داشته باشد. اما آیا مسأله به‌همین سادگی است؟
تمامی موجودات زنده ساكن سیاره زمین همین ۲۰ نوع آمینواسید را در ساختارهای بیولوژیكی خود دارند در حالی كه ما در محیط زیست شاهد زندگی هزاران نوع و گونه مختلف جانوری و گیاهی هستیم. به‌نظر می‌رسد كه با تغییر آرایش آمینواسیدها در ساختار سلول‌های اولیه حیات، سطوح مختلفی از زندگی با توانایی‌ها و امكانات متنوع پدید آمده و این تنوع زیستی بی‌مانند را به‌وجود آورده‌اند. حالا سوال مهمی كه مطرح می‌شود این است كه آیا اگر آمینواسیدها به‌عنوان آجرهای شكل‌دهنده ساختار زیستی در شرایط مختلفی قرار گیرند، می‌توانند باعث پیدایش حیات در آن محیط جدید شوند؟
پژوهشگران بر این باورند كه زمین برای اولین‌بار در بیش از ۳ میلیارد سال قبل شاهد حضور دسته‌ای متشكل از بیست آمینواسید در كنار یكدیگر بود كه منجر به تولید اولین پروتئین‌های شكل‌دهنده حیات در این سیاره شدند٬ دسته‌ای كه بعدها جعبه ابزار استاندارد حیات روی زمین را تشكیل دادند.
این باور كه حیات روی زمین از این جعبه ابزار افسانه‌ای شكل گرفته باشد مورد قبول همه محققان نیست. فرضیات و گمان‌های متعددی درباره حیات و چگونگی شكل‌گیری آن در زمین وجود دارد كه متأسفانه تعداد بسیار كمی از آن‌ها قابلیت تست ، تحقیق و ارزیابی را دارا می‌باشند. اما با این فرضیه جدید٬ جعبه ابزار ۲۰ تایی آمینواسیدها را خیلی خوب می‌شد ارزیابی كرد. خب دانشمندان هم دست به‌كار شدند و آزمایشی طراحی كردند تا متوجه شوند كه آیا بیست آمینواسیدی كه سنگ بنای حیات زمینی هستند، تصادفی انتخاب شده‌اند یا طبق اصولی خاص و بر اساس معیارهای مشخصی دستچین گشته‌اند. همچنین دانشمندان بی‌صبرانه منتظرند تا نتایج آزمایش‌ها به آن‌ها بگوید كه آیا این دارودسته بیست‌تایی آمینواسیدی تنها گزینه‌های موجود بودند كه می‌توانستند این نقش را برعهده گیرند؟ به‌مفهومی دیگر آیا می‌توان حیات از نوعی دیگر را در جایی دیگر یافت؟ بگذارید بی‌پرده برویم سراغ پرسش اصلی: آیا حیات مختص سیاره زمین است؟
در ابتدا و قبل از پرداختن به این پرسش‌های فیلسوفانه اجازه دهید ببینیم اصلا آمینواسید چیست؟ آمینواسیدها ملكول‌هایی هستند كه از پایه كربن، هیدروژن، اكسیژن و نیتروژن ساخته شده‌اند. آن‌ها به شكل‌های مختلفی به‌هم متصل می‌شوند و ساختارهای تركیبی بزرگ‌تری به‌نام پروتئین را تشكیل می‌دهند كه پایه و اساس عملكردهای مختلف زیستی و حیات هستند. امروزه دانشمندان می‌دانند كه بی‌نهایت آمینواسید گوناگون وجود دارند كه حیات زمینی با انتخاب اجباری یا اختیاری تنها ۲۰ عدد از آن‌ها شكل گرفته، گونه گونه شده، تكامل یافته و به اشكال متنوع امروزی در آمده است.
پژوهشگران برای این‌كه بتوانند دركی صحیح از آنچه منجر به‌شكل‌گیری حیات در سیاره زمین شده است به دست آورند، اقدام به شبیه‌سازی روزگاری از سیاره زمین نمودند كه حدس‌زده می‌شود میلیاردها كاندیدای اسیدآمینویی برای شكل دادن حیات وجود داشتند. آن‌ها برای شروع كار آمینواسیدهای یافت شده از شهاب سنگ مورچیسون كه سال ۱۳۴۸ خورشیدی در استرالیا كشف شده بود را مبنای تحقیقات خود قرار دادند. عمر این سنگ آسمانی به اوایل تشكیل منظومه شمسی برمی‌گردد و عناصر یافت شده در دل آن مثالی مناسب از تركیبات موجود منظومه شمسی در زمانی قبل از آغاز حیات روی زمین است.
سپس دانشمندان از مدل‌سازی‌های كامپیوتری برای تخمین خواص اساسی ۲۰ آمینواسید سازنده حیات در زمین استفاده كردند تا با اندازه‌گیری مشخصاتی همچون اندازه، توانمندی تركیب، آب دوستی (میزان تمایل یك ماده نسبت به آب) معیاری برای توانایی آمینواسیدها برای تركیب و ساخت پروتئین‌های سازنده حیات پیدا كنند. نتایج بسیار هیجان‌انگیز بود. محققان دریافتند كه وجود بیست آمینواسید ساختاری در تمام اشكال حیات زمینی به‌هیچ وجه تصادفی نبوده است. آن‌ها متوجه شدند كه بعید به‌نظر می‌رسد، شانس به تنهایی در چیدن این جعبه ابزار تولید حیات در كنار هم و انتخاب آن‌ها نقش داشته باشد. حال دانشمندان باید می‌رفتند سراغ یافتن پاسخ پرسشی جدید كه این ۲۰ آمینواسید چگونه انتخاب شدند تا زیبایی زندگی را به رخ زمین بنشانند.
محققان بر این باورند كه حیات روی زمین از نوعی انتخاب طبیعی برای برگزیدن ۲۰ نوع آمینواسید مخصوص استفاده كرده است. انتخاب طبیعی كه برای تكامل‌شناسان واژه آشنایی است می‌گوید كه پیدایش گونه‌های مختلف حیات در روی زمین ناشی از عملكرد بهتر گونه‌ای نسبت به‌گونه‌ای دیگر و طبیعتاً چیرگی آن‌گونه بر سایر همنوعان خود است. نتیجه، سیر تكاملی یك موجود تك سلولی به انسانی بالغ و هوشمند است كه خود اكنون در حال بازخوانی شجره‌نامه خانوادگی خویش است.
انتخاب طبیعی به‌زبانی دیگر برتری یافتن یك گونه برگونه دیگر است كه با توجه به‌میزان تطبیق گونه پیروز با محیط زیست و شرایط دشوار آن تعریف می‌شود. بر اساس این تعریف، گونه‌ای كه با شرایط محیطی خود سازگاری بیشتری دارد، می‌تواند به‌حیات و تولید مثل خود ادامه داده، ازدیاد نسل نماید و با چیرگی بر سایر گونه‌های مشابه خود طبیعتاً برگزیده شود.
درست مشابه همین بحث در آمینواسیدها هم قابل طرح است. بر اساس همین تئوری بود كه دانشمندان تركیبات متنوعی از آمینواسیدها را مورد مطالعه قرار دادند تا دریابند كه چه عاملی باعث انتخاب طبیعی این ۲۰ آمینواسید معروف شده است. اما هیچ‌یك از تركیبات مورد مطالعه به‌طور كامل كاندیدای مناسبی برای تولید حیات از نوعی غیر از گونه زمینی شناخته نشد و تكثیر و تولید هیچ تركیب دیگری از آمینواسیدها به‌نتیجه نرسید یا در صورت نتیجه دادن، ادامه پیدا نكرد و در جایی متوقف گردید. بنابراین هنوز دانشمندان از پاسخ به این پرسش كه چگونه انتخاب طبیعی موجب برگزیده شدن این ۲۰ آمینواسید شده است، عاجزند.
دانش امروزی ما گواه این مطلب است كه آمینواسیدهایی غیر از آن بیست نمونه خوش‌شانس نیز در برخی موارد توانسته‌اند سر از ساختاز ژنی موجودات زنده درآورند. ما همه این موارد را در دسته ناهنجاری‌های ژنتیكی مثل جهش‌های ژنی، نقص‌های مادرزادی و در كل بیماری یا مشكل دسته‌بندی می‌كنیم.
نتایج تحقیقات و مشاهدات عینی حكایت از آن دارد كه طبیعت در انتخاب خود برای برگزیدن ۲۰ آمینواسید زندگی‌ساز شاهكاری مثال‌زدنی كرده است كه نتیجه آن میلیون‌ها گونه زیستی بزرگ و كوچك امروزی است. اما این آمینواسیدهای معجزه‌گر از كجا آمده‌اند؟
[↑] اسید‌های آمینه همراه شهاب سنگ‌ها به زمین آمده‌اند
امروزه مشاهدات و اكتشافات انجام شده در سایر اجرام سماوی جای هیچ شكی باقی نگذاشته است كه آمینواسیدها در جاهای دیگری از منظومه شمسی غیر از زمین نیز بوفور یافت می‌شوند. اولین نشانه‌ها از شهاب سنگ‌هایی به‌دست آمد كه گرفتار میدان گرانشی زمین شده و بر سطح این سیاره سقوط كرده‌اند. ابتدا گمان بر این بود كه شاید یافته‌های فوق ناشی از رسوخ آمینواسیدهای زمینی به دل این سنگ‌های آسمانی بوده است.
اما خیلی زود و با كشف ساختار متفاوت این آمینواسیدهای كشف شده، امید تازه‌ای در دل جویندگان موجودات فضایی كاشت. این موضوع باعث شد تا دور تازه‌ای از پژوهش‌ها برای یافتن منابع جدید آمینواسیدها تعریف گردد و پروژه‌های تازه‌ای پر پرواز گیرند. بعد از آن بود كه دانشمندان با مطالعه نمونه‌های جمع‌آوری شده توسط كاوشگر فضایی استارداست از غبار یك دنباله‌دار دریافتند كه آمینواسیدها گویا در منظومه شمسی پراكنده‌اند.
اما تمام این یافته‌ها فقط باعث شده است تا تعداد پرسش‌های پیش روی محققان سیر صعودی گیرد. به‌راستی حیات روی زمین از كجا نشأت گرفته است؟ آیا می‌توان انتظار داشت كه روزی بتوانیم در سیارات دیگری زندگی پیدا كنیم؟ اگر پاسخ به این پرسش مثبت است، حیات فرازمینی چه شكلی است؟ دانشمندان بخصوص در حال بررسی این موضوع هستند كه چگونه تركیب‌های گوناگونی از آمینواسیدها باعث پیدایش گونه‌های مختلف حیات می‌شود؟
و پرسش آخر این‌كه با ایجاد تغییر در تركیبات گوناگون و توالی تركیبی مجموعه‌های مختلف آمینواسیدی قادر به ایجاد چه تغییراتی در پروتئین‌های سازنده زندگی خواهیم بود؟ یافتن این پاسخ‌ها می‌تواند علاوه بر روشن ساختن یكی از اساسی‌ترین پرسش‌های بشری مبنی بر چگونگی پیدایش حیات، عصر جدیدی از فناوری‌های زیستی را نیز فراروی بشر كنجكاو قرار دهد.[۱]
[↑] يادداشت‌ها
يادداشت ۱: اين مقاله برای دانشنامهی آريانا توسط مهدیزاده کابلی ارسال شده است.
[↑] پی‌نوشت‌ها
[۱]- بهروز یزدان‌پناه، آيا حیات زمینی منشأ کیهانی دارد؟، سایت دانش فضایی: دوشنبه، ۲۸ شهریور ۱۳۹۰
[↑] جُستارهای وابسته
□
□
□
[↑] سرچشمه‌ها
□ سایت دانش فضایی
