تويت
شكَّل السؤال عن كيفية ظهور الحياة على الأرض لغزًا غامضًا أمام العلماء حتى الآن، ورغم كل ما تعلموه من السجل الأحفوري والتاريخ الجيولوجي فإنه من غير المعروف بعد كيف ظهرت الحياة العضوية من العناصر غير العضوية قبل مليارات السنين «وهذه العملية تدعى التولد التلقائي ((abiogenesis؛ أي تطور الكائنات الحية من المادة غير الحية». يشكل فهم آلية تشكل الببتيدات والأنزيمات و الحموض الأمينية واحدًا من أصعب النواحي الغامضة التي يجب التعامل معها، ما يضعنا في حيرة أشبه بالسؤال عمّن أتى أولًا: الدجاجة أم البيضة.
وتحت هذا العنوان، أجرى مؤخرًا فريق من الباحثين من جامعة كلية لندن University College London UCL دراسةً تظهر عمليًا أنه يمكن أن تتشكل الببتيدات تحت ظروفٍ مشابهة لما كانت عليه الظروف في الأرض البدائية.
نُشرت الدراسة التي تُفصّل هذه الموجودات مؤخرًا في مجلة Nature العلمية؛ تضمن الفريق البحثي الدكتورDr. Matthew Powner المحاضر في الكيمياء العضوية في قسم الكيمياء في جامعة كلية لندن الذي قاد البحث، وPierre Canavelli والدكتور Saidul Islam الباحثَين في قسم الكيمياء الحيوية والعضوية في جامعة كلية لندن.
شرح د. باونر Powner في مقابلة سابقة لأخبار UCL عن الهدف من الدراسة قائلًا: «تعتبر الببتيدات -هي عبارة عن سلاسل من الحموض الأمينية- عنصرًا ضروريًا بكل تأكيد لجميع أنواع الحياة على كوكب الأرض؛ إذ أنها تشكل هيكل البروتينات التي تؤدي وظيفتها باعتبارها إنزيمات محفزة للعمليات الحيوية، لكن الببتيدات بحد ذاتها تحتاج إلى إنزيمات تتحكم بتشكلها من الحموض الأمينية، لذا يعود بنا الأمر إلى معضلة الدجاجة والبيضة؛ أي كيف صُنع الأنزيم الأول؟».
كما أشار الباحثون في دراستهم، اهتمت الأبحاث السابقة البارزة باكتشاف كيفية تشكل الببتيدات أولًا وسماحها بظهور الحياة؛ لكن هذه الأبحاث ركزت على الحموض الأمينية بدلًا من تفاعلات طلائعها الكيميائية التي تعرف بالأمينونتريلات aminonitriles)).
بالمقارنة مع الأمينونتريلات التي تتطلب شروطًا قاسية لتشكل الحموض الأمينية (عادةً وسطًا حمضيًا أو أساسيًا قويًا)، تحتاج الحموض الأمينية إلى إعادة التزود بالطاقة من قبل الببتيدات، لكن الباحثين وجدوا طريقة لتجنب هاتين الخطوتين عن طريق افتراض أن الببتيدات يمكن أن تصنع مباشرةً من الأمينونتريلات الغنية بالطاقة.
دعم هذه الطريقة وجود تفاعلية ذاتية للأمينونتريلات مع الجزيئات الأخرى التي كانت جزءًا من بيئة الكوكب الأولية. شملت العملية ضم سلفيد الهيدروجين إلى الأمينونتريلات وركيزة سيانيد الحديد ([Fe(CN)6]3) في وسط مائي ما أدى إلى تشكل الببتيدات.
يبدو أن الأمينونتريلات قادرة على تحريض تشكل روابط ببتيدية في الماء بشكل ذاتي، وبشكل أكثر سهولة من الأحماض الأمينية. إضافة إلى ذلك، يبدو أن هذه العملية يمكن أن تحدث وسط شروط ومواد كيميائية نتجت عن إطلاق الغازات خلال الثورات البركانية التي كانت تحدث على الأرض منذ مليارات السنين.
يقول Pierre Canavelli الكاتب الأول للدراسة: «إن الاصطناع الموجه بالاستجابة للتحريض البيئي أو الداخلي هو عامل أساسي في تنظيم الاستقلاب؛ لذلك نعتقد أنه من المحتمل أن اصطناع الببتيدات كان جزءًا من حلقة طبيعية حدثت في المراحل الباكرة جدًا من تطور الحياة».
وأضاف الدكتور المُشارك في الدراسة :Saidul Islam «إنها المرة الأولى التي تظهر فيها عملية تشكل الببتيدات بشكل مقنع انطلاقًا من الحموض الأمينية في الماء تحت ظروف معتدلة نسبيًا من المحتمل أن تكون موجودة على الأرض البدائية».
قد تقدم هذه الموجودات نتائج مهمة في سياق دراسة التولد التلقائي والبحث عن حياة في الكواكب خارج مجموعتنا الشمسية، يمكن أيضًا أن تكون مفيدة في مجال الكيمياء التركيبية؛ إذ أن تشكل الرابطة الأميدية ضروري لتركيب المواد الصناعية وذات التأثير الحيوي. بالمقارنة مع العمليات الكيميائية المألوفة التي تستخدم بشكل تجاري تعتبر هذه الطريقة الجديدة أكثر فعالية وأقل تكلفة.
في المستقبل؛ يتطلع فريق الباحثين للقيام بالمزيد من الأبحاث عن طريق إيجاد سبل أخرى محتملة لتشكيل الببتيدات انطلاقًا من الأمينونتريلات، وهم يستقصون حاليًا الخصائص الوظيفية للببتيدات التي أنتجتها تجاربهم على أمل أن يعرفوا بشكل أفضل كيف يمكن لها أن تحفز تشكل الحياة على الأرض منذ أربع مليارات من السنين.
بعد مراحل عديدة من المحاولات (والفشل) في إعادة تشكيل اللبنات الأولى للحياة، هل من الممكن أن هؤلاء العلماء استطاعوا ببساطة أن يعيدوا تشكيلها كما في الماضي؟ وهل هذا يعني أن التقنيات العضوية يمكن أن تكون قد شارفت على الوصول إلى مبتغاها؟ الزمن وحده يمكنه الإجابة عن هذا السؤال..
وتحت هذا العنوان، أجرى مؤخرًا فريق من الباحثين من جامعة كلية لندن University College London UCL دراسةً تظهر عمليًا أنه يمكن أن تتشكل الببتيدات تحت ظروفٍ مشابهة لما كانت عليه الظروف في الأرض البدائية.
نُشرت الدراسة التي تُفصّل هذه الموجودات مؤخرًا في مجلة Nature العلمية؛ تضمن الفريق البحثي الدكتورDr. Matthew Powner المحاضر في الكيمياء العضوية في قسم الكيمياء في جامعة كلية لندن الذي قاد البحث، وPierre Canavelli والدكتور Saidul Islam الباحثَين في قسم الكيمياء الحيوية والعضوية في جامعة كلية لندن.
شرح د. باونر Powner في مقابلة سابقة لأخبار UCL عن الهدف من الدراسة قائلًا: «تعتبر الببتيدات -هي عبارة عن سلاسل من الحموض الأمينية- عنصرًا ضروريًا بكل تأكيد لجميع أنواع الحياة على كوكب الأرض؛ إذ أنها تشكل هيكل البروتينات التي تؤدي وظيفتها باعتبارها إنزيمات محفزة للعمليات الحيوية، لكن الببتيدات بحد ذاتها تحتاج إلى إنزيمات تتحكم بتشكلها من الحموض الأمينية، لذا يعود بنا الأمر إلى معضلة الدجاجة والبيضة؛ أي كيف صُنع الأنزيم الأول؟».
كما أشار الباحثون في دراستهم، اهتمت الأبحاث السابقة البارزة باكتشاف كيفية تشكل الببتيدات أولًا وسماحها بظهور الحياة؛ لكن هذه الأبحاث ركزت على الحموض الأمينية بدلًا من تفاعلات طلائعها الكيميائية التي تعرف بالأمينونتريلات aminonitriles)).
بالمقارنة مع الأمينونتريلات التي تتطلب شروطًا قاسية لتشكل الحموض الأمينية (عادةً وسطًا حمضيًا أو أساسيًا قويًا)، تحتاج الحموض الأمينية إلى إعادة التزود بالطاقة من قبل الببتيدات، لكن الباحثين وجدوا طريقة لتجنب هاتين الخطوتين عن طريق افتراض أن الببتيدات يمكن أن تصنع مباشرةً من الأمينونتريلات الغنية بالطاقة.
دعم هذه الطريقة وجود تفاعلية ذاتية للأمينونتريلات مع الجزيئات الأخرى التي كانت جزءًا من بيئة الكوكب الأولية. شملت العملية ضم سلفيد الهيدروجين إلى الأمينونتريلات وركيزة سيانيد الحديد ([Fe(CN)6]3) في وسط مائي ما أدى إلى تشكل الببتيدات.
يبدو أن الأمينونتريلات قادرة على تحريض تشكل روابط ببتيدية في الماء بشكل ذاتي، وبشكل أكثر سهولة من الأحماض الأمينية. إضافة إلى ذلك، يبدو أن هذه العملية يمكن أن تحدث وسط شروط ومواد كيميائية نتجت عن إطلاق الغازات خلال الثورات البركانية التي كانت تحدث على الأرض منذ مليارات السنين.
يقول Pierre Canavelli الكاتب الأول للدراسة: «إن الاصطناع الموجه بالاستجابة للتحريض البيئي أو الداخلي هو عامل أساسي في تنظيم الاستقلاب؛ لذلك نعتقد أنه من المحتمل أن اصطناع الببتيدات كان جزءًا من حلقة طبيعية حدثت في المراحل الباكرة جدًا من تطور الحياة».
وأضاف الدكتور المُشارك في الدراسة :Saidul Islam «إنها المرة الأولى التي تظهر فيها عملية تشكل الببتيدات بشكل مقنع انطلاقًا من الحموض الأمينية في الماء تحت ظروف معتدلة نسبيًا من المحتمل أن تكون موجودة على الأرض البدائية».
قد تقدم هذه الموجودات نتائج مهمة في سياق دراسة التولد التلقائي والبحث عن حياة في الكواكب خارج مجموعتنا الشمسية، يمكن أيضًا أن تكون مفيدة في مجال الكيمياء التركيبية؛ إذ أن تشكل الرابطة الأميدية ضروري لتركيب المواد الصناعية وذات التأثير الحيوي. بالمقارنة مع العمليات الكيميائية المألوفة التي تستخدم بشكل تجاري تعتبر هذه الطريقة الجديدة أكثر فعالية وأقل تكلفة.
في المستقبل؛ يتطلع فريق الباحثين للقيام بالمزيد من الأبحاث عن طريق إيجاد سبل أخرى محتملة لتشكيل الببتيدات انطلاقًا من الأمينونتريلات، وهم يستقصون حاليًا الخصائص الوظيفية للببتيدات التي أنتجتها تجاربهم على أمل أن يعرفوا بشكل أفضل كيف يمكن لها أن تحفز تشكل الحياة على الأرض منذ أربع مليارات من السنين.
بعد مراحل عديدة من المحاولات (والفشل) في إعادة تشكيل اللبنات الأولى للحياة، هل من الممكن أن هؤلاء العلماء استطاعوا ببساطة أن يعيدوا تشكيلها كما في الماضي؟ وهل هذا يعني أن التقنيات العضوية يمكن أن تكون قد شارفت على الوصول إلى مبتغاها؟ الزمن وحده يمكنه الإجابة عن هذا السؤال..