منشا حیات 5: مشکل «گردهمایی»

سردبیر

بسم الله الرحمن الرحیم

منشا حیات 5

مشکل «گردهمایی» و خاستگاه زندگی

ساختن سلول زنده تکامل

برای مشاهده ی سایر قسمت ها، اینجا را کلیک نمایید.

با فرض اینکه می‌توان پلیمرهای آلی پیشا-زیستی را تحت مجموعه‌ای از شرایط طبیعی ایجاد کرد، منشأ حیات هنوز نمی‌تواند رخ دهد مگر اینکه مولکول‌های مورد نیاز را بتوان در یک ظرف محافظ که در آن، واکنش‌های شیمیایی لازم قابلیت انجام دارند، متمرکز یا «مجموعه» کرد. در موجودات زنده، چنین محیطی، همان واحد اساسی حیات است: سلول (یاخته). اما آیا چیزی مانند غشای سلولی می‌تواند به طور طبیعی، قبل از وجود حیات ایجاد شود؟

در دهه 1970، بیوشیمیدان سیدنی فاکس و همکارانش بر این باور بودند که ساختارهای اولیه‌ی شبیه به غشای سلولی -به اسم میکروسفرهای پروتِنوئیدی- را کشف کرده‌اند.(1) ساختارهای دیگری به نام کومه (coacervates) ابتدا توسط اُپارین به عنوان پیش سازهای بالقوه برای غشای سلولی کنونی پیشنهاد شد.(2)

اما از آنجا که این ساختارها فاقد هرگونه متابولیسم و توانایی خودتکثیری می‌باشند، به وضوح نمی توانند زندگی را تشکیل دهند. اما حتی اگر این ساختارها بتوانند این کارها را انجام دهند، نمی‌توانند اساسی ترین عملکرد محافظتی غشای سلولی را انجام دهند: تمایز بین مواد مغذی، مواد زائد و مواد شیمیایی سمی.

غشای سلولی پیچیدگی

زیست شناسی کمپبِل، یک کتاب درسی زیست شناسی برجسته در سطح دانشگاه، این نیاز را توضیح می دهد:

"یکی از اولین مراحل تکامل حیات ممکن است تشکیل غشایی بوده باشد که محلولی متفاوت از محلول اطراف را در بر می گرفت و در عین حال امکان جذب مواد مغذی و حذف مواد زائد را فراهم می کرد. توانایی سلول برای تمایز برقرار کردن در بین تبادلات شیمیایی خود با محیط اطراف، برای اصل زندگی، بنیادین است و غشای پلاسمایی و مولکول‌های تشکیل دهنده‌ی آن هستند که این انتخاب‌پذیری را ممکن می‌سازند."(4)

یک دروازه بان باهوش و فعال

این کاملا درست است، بدون این مانع محافظتی بسیار مهم، اولیه ترین اَشکال حیات، قادر به دستیابی به غذا نبوده و در برابر مولکول های مضر و واکنش های شیمیایی در محیط بیرون -مانند اکسیداسیون- آسیب پذیر خواهند بود. غشاء همچنین اجزای سلول را در کنار هم نگه می دارد تا فرآیندهای سلولی لازم بتوانند انجام شوند. بنابراین، «غشای دولایه‌ی لیپیدی» در سلول‌های امروزی تنها یک دیوار غیرفعال نیست، بلکه یک دروازه‌بان هوشمند و فعال است که می‌تواند اجازه ورود آب و مواد مغذی را بدهد، و مواد زائد را خارج کند. ماشین های تخصصی تعبیه شده در این غشای هوشمند، از طریق انواع مسیرهای بیوشیمیایی و پمپ های مولکولی، قادر به تمایز برقرار کردن بین مواد مفید و مواد مضر می‌باشند. از این رو، این مشکلی برای نظریه پردازان منشاء حیات است - همانطور که «جیمز تور James Tour» شیمی‌دان سنتِتیک از دانشگاه «رایس» توضیح می دهد، هیچ کدام از آزمایش‌های منشا زندگی، هرگز نتوانسته‌اند "چه محل‌های حمل و نقل غیرفعال، و چه پمپ های فعال لازم برای عبور یون ها و مولکول ها از میان غشاهای دولایه" را ایجاد کنند.(5)

غشای سلولی طراحی هوشمند

پیچیدگی هولناک

«تور» در مورد پیچیدگی دلهره آور غشای سلولی توضیح می دهد که توسط نظریه پردازان منشاء حیات توضیح داده نشده است:

• محققان هزاران ساختار لیپیدی مختلف را در غشای سلولی کنونی شناسایی کرده‌اند. این‌ها شامل گلیسرولیپیدها، اسفنگولیپیدها، استرول ها، پرِنول ها، ساکارولیپیدها و پلی‌کتیدها هستند. به همین دلیل، انتخاب یک ترکیب دولایه‌ای به هدف ساخت غشای مصنوعی، اصلا ساده نیست. لازم به ذکر است که هنگام ساخت وزیکول های مصنوعی -که نوعی از غشاهای دولایه‌ی لیپیدی هستند- مخلوط ترکیبات مختلف لیپیدها می تواند سیستم را بی ثبات کند.

• غشاهای دولایه‌ای لیپیدی، دورتادور اندامک های سلولی که خودشان تشکیلات کاملی هستند -مانند هسته و میتوکندری- را احاطه کرده اند. هر کدام از این‌ها ترکیب لیپیدی خاص خود را دارند.

• لیپیدها دارای توزیع نامتقارن هستند. رویه‌ی بیرونی و درونی غشای لیپیدی دولایه، از نظر شیمیایی با هم متفاوت هستند و نمی توان جای آن‌ها را با یکدیگر عوض کرد.(6)

تولید مصنوعیِ میکروسفرها، کواسروات‌ها (coacervates)، و ساختارهای مشابه، با پیشرفت اندکی همراه بوده است و هیچ ساختاری که قادر به هرگونه تفکیک و تمایز بین ذرات مختلف باشد تولید نشده است. این فقدان، به معنای این است که مرحله «گردهمایی» در منشاء حیات هنوز بی توضیح باقی مانده است.

بعدی: «منشاء اولین مولکول‌های خودتکثیرشونده»

یادداشت ها

1. Sidney W. Fox, John R. Jungck, and Tadayoshi Nakashima, “From Protenoic Microsphere to Contemporary Cell: Formation of Internucleotide and Peptide Bonds by Protenoid Particles,” Origins of Life 5 (1974), 227-237.

2. Emanuele Astoricchio, Caterina Alfano, Lawrence Rajendran, Piero Andrea Temussi, and Annalisa Pastore, “The Wide World of Coacervates: From the Sea to Neurodegeneration,” Trends in Biochemical Sciences 45 (August 2020), 706-717.

3. Zhu Hua, “On the Origin of Life: A Possible Way from Fox’s Microspheres into Primitive Life,” Symbiosis 4 (2018), 1-7.

4. Jane B. Reece, Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, and Robert B. Jackson, Cambell’s Biology, 9th ed. (Boston, MA: Pearson, 2011), 125.

5. James Tour, “An Open Letter to My Colleagues,” Inference Review: International Review of Science 3 (2017), 2.

6. Tour, “An Open Letter to My Colleagues.”

🔴مقالات پیش رو، مجموعه‌ مقالاتی از والتر بردلی (Walter Bradley) و کیسی لاسکین (Casey Luskin) است که سعی دارد توضیحی ارائه ‌دهد برای این پرسش حیاتی که «آیا زندگی در ابتدا توسط عوامل کاملاً طبیعی به وجود آمده است؟».

این چهارمین مقاله از این مجموعه بود، که گزیده ای اصلاح شده از کتاب اخیرا منتشرشده‌ی " راهنمای جامع علم و ایمان: کاوش در سؤالات نهایی درباره زندگی و کیهان" (The Comprehensive Guide to Science and Faith: Exploring the Ultimate Questions About Life and the Cosmos) می باشد.

🌍برای مشاهده ی سایر قسمت ها، اینجا را کلیک نمایید.🌏

(کیسی لاسکین)