حیات روی زمین ممکن است به‌کمک یک عنصر بسیار ساده آغاز شده باشد

اگر فیلم‌های هیولایی و آزمایش‌های علمی قدیمی را باور داشته باشیم، حیات با یک جرقه‌ی بزرگ آغاز می‌شود. البته کسی با این حکایت قدیمی پیدایش حیات، متقاعد نشده است؛ بنابراین جستجو به‌دنبال منابعی از انرژی که قادر باشند یک سوپ پیش‌حیاتی را به ظرف تولیدکننده‌ی حیات تبدیل کنند، ادامه دارد. شاید این عنصر اسرارآمیز چیزی به‌جز نمک نباشد!

در پژوهشی جدید که توسط پژوهشگرانی از موسسه علوم زمین‌حیات در موسسه فناوری ژاپن انجام شده، توجه پژوهشگران به سدیم‌کلرید به‌عنوان مسیری ممکن برای تامین انرژی مورد نیاز واکنش‌های بیوشیمایی اولیه جلب شده است. سدیم کلرید از نسبت یک‌به‌یک (1:1) یون‌های سدیم و کلرید تشکیل شده است و در این مورد شاید یون‌های کلرید وقتی تحت‌تاثیر تابش‌های الکترومغناطیسی شدید قرار گرفته‌اند، نقش خود در آغاز حیات را ایفا کرده‌اند.

داستان منشا حیات، موضوعی است که انسان‌ها همیشه به آن علاقمند بوده‌اند. علم در مورد تشریح اینکه چگونه حیات به چنین سطحی از تنوع رسیده، خوب عمل کرده است. ما از تئوری‌هایی مانند انتخاب طبیعی می‌توانیم استفاده کنیم تا زمان را برگردانیم و بررسی کنیم که چه اتفاقی رخ داده است. در برخی نقاط لازم است از یک گردش آشفته از مواد شیمیایی آلی، به تکثیر ناقص کدهایی که ممکن است مسبب نخستین جرقه حیات بوده باشند، پرش کنیم؛ چیزی که معمولا با نام فرضیه جهان RNA مطرح می‌شود.

در حالی که تمام موجودات مدرن دستگاه‌های سلولی مهم را به ارث می‌برند، ولی در فرایند اولین جرقه متابولیکی باید عامل فراوان‌تری نقش داشته باشد؛ چیزی ساده‌تر که نه در حیات، بلکه در محیط یافت شود.

در اوایل دهه ۱۹۵۰، دو شیمیدان به نام‌های استانلی میلر و هارولد یوری موفق به ساخت برخی از اسیدآمینه‌ها از مواد ساده‌تر شدند. این آزمایش برای اولی‌ بار نشان می‌داد که مواد پایه‌ای برای تولید پروتئین‌ها لزوما نیازمند یک منبع زنده نیستند. این دانشمندان با فرض اینکه زمین اولیه دارای جرقه‌های آسمانی زیادی بوده است، ولتاژی را بر محیط کشتشان اعمال کردند.

حتی اگر این فرایند منجر به ایجاد مقادیر زیادی اسیدآمینه شده باشد، ملکول RNA از الفبای متفاوتی از بازهای شیمیایی ساخته شده است. اینکه چگونه این بازها تولید شده‌اند، نیاز به حل مساله انرژی دارد. سال گذشته، گروهی از پژوهشگران پیشنهاد کردند که امواج حاصل از برخورد سیارک‌ها با زمین ممکن است موجب تبدیل واحدهای ساختمانی ارگانیک به فرمامید شده باشند. فرمامید ملکول والدی چهار باز RNA است.

بخشی از مشکل حوادث نمایشی مانند برخوردهای سیارکی و جرقه‌ها این است که آن‌ها در تفسیر تولید تعداد کمی از بازیگران اصلی حیات نقش دارند. با این حال مواد شیمیایی دیگری نیز ممکن است در این میان وجود داشته و دارای نقشی حمایتی بوده باشند. این عناصر هم نیاز به یک داستان دارند.

مطالعه جدید گامی به عقب برداشته است تا نقش عامل دیگری را در آبشار واکنش‌های آغازکننده‌ی حیات در نظر بگیرد. در پژوهش قدیمی‌تری، مسیرهای ترکیباتی مانند هیدروژن‌سیانید در واحدهای ساختاری اساسی اولین RNA در حضور چیزی بیشتر از نور فرابنفش مورد مطالعه قرار گرفته بود. اما در این میان تولید خود سیانامید را کسی در نظر نگرفته بود. پژوهشگران در گزارش خود نوشتند:

... بنابراین هدف ما توسعه‌ی شبکه‌ای از واکنش‌ها بود که قندهای ساده و سیانامید و در نتیجه بسیاری از پیش‌سازهای مهم برای سنتر RNA را به‌صورت یکجا تولید کنند.

پس از تجزیه‌و‌تحلیل زنجیره واکنش‌های تسریع‌شده توسط تابش متراکم امواج گاما، پژوهشگران متوجه شدند که سطوح سیانامید متناسب با نسبت یک عامل شگفت‌آور افزایش می‌یافت: یون‌های کلرید.

از دو یون سازنده‌ی نمک، این معمولا سدیم است که تمام توجه را به‌خود جلب می‌کند و شریک کلریدی‌اش که به‌ندرت در واکنش‌ها مشارکت دارد، نادیده گرفته می‌شود. در این مورد به‌نظر می‌رسید برانگیخته شدن توسط اشعه‌ی گاما موجب سست شدن الکترون‌های کلرید شده و انرژی لازم برای تشکیل سیانامید را در آن ترکیب مهیا می‌کند. این فرایند ممکن است نسبت به تئوری‌های جرقه‌های آسمانی یا برخوردهای سیارکی پیچیده‌تر و البته همراه با جذابیت کمتری باشد ولی نیازی نیست که حیات حتما با یک واکنش عظیم ایجاد شده باشد.

این پژوهش در ژورنال ChemistrySelect منتشر شده است.