العلماء تفسيرا جديدا عن كيف يمكن أن تتطور الحياة

تاريخ تطور مرارا شهد الأبدية النقاش حول ما كان من الأول البيضة أم الدجاجة — ومع ذلك واحدة من الأكثر إثارة للاهتمام هو: هل كانت هناك حياة قبل ظهور الأحماض النووية? في دراسة جديدة العلماء أدلة على أن بدائية الكيمياء الحيوية كانت قادرة على أن تظهر وتنمو دون الفوسفات – واحدة من أهم الهيكلية الرئيسية مكونات الأحماض النووية التي تم تضمينها في موقعنا الوراثية الكيمياء — الذي يضيف وزن الافتراضات ، ووفقا قبل ظهور الحياة يمكن أن تكون عملية التمثيل الغذائي.

من الباحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة بوسطن كشفت عن عدد من بديل المسارات الأيضية التي لا تتطلب مشاركة من الفوسفات. افتتاح قادر على ملء الثغرات في فهمنا لكيفية مجمع الكيمياء العضوية أدى إلى نشوء الحياة على كوكبنا.

ما تعودنا اليوم أن ندعو الحياة إلى حد كبير على أساس ليست مثالية تماما يعيد الكيمياء التي تتطلب نوعا من قالب التي يمكن نسخها ، وكذلك كمية معينة من الطاقة ، وهو ما يكفي بالنسبة التحول المادي بسيط المركبات الكيميائية من الكربون في أشكال أكثر تعقيدا. والسؤال هنا هو ما جاء أولا: المواد الكيميائية البرمجية التي يمكن أن تتطور إلى شكل أكثر تعقيدا أو أكثر تعقيدا المسارات التي يمكن أن تستخدم الطاقة لتحويل مواد كيميائية بسيطة في أكثر المركبات العضوية المعقدة.

ووفقا لما يسمى فرضية RNA العالم ، التعويم الحر اطقم من جزيئات من الأحماض النووي الريبي (RNA) بمثابة تخزين المعلومات الوراثية و هو نوع من نفس الأنماط التي ساهمت في تسريع عمليات التفاعلات الكيميائية التي الآن يمكن وصفها بأنها عملية ظهور الحياة. السؤال في هذا المفهوم هو أن جزيئات الحمض النووي الريبي لن تكون قادرة على القيام به من دون مصدر الطاقة اللازمة سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي بدورها يمكن أن يعتبر في وقت مبكر من أشكال التمثيل الغذائي (الأيض). وبالإضافة إلى ذلك ، فإن جزيئات الرنا تحتوي على الفوسفات – المواد المنسوجة بإحكام في البيئة ، وبالتالي من الصعب الاندماج في المركبات العضوية.

فرضية أخرى هي أن أقرب أشكال التمثيل الغذائي الكيمياء غير مقيدة أغشية الخلايا في الأصل لديه القدرة على امتصاص الطاقة من البيئة – في شكل حرارة أو ضوء ونقلها من تفاعل كيميائي إلى آخر داخل العضوية الحساء (نوع من الحساء البدائي الذي بدأت الحياة). في النهاية هذا بدائية الأيض (التمثيل الغذائي) جنبا إلى جنب مع جزيئات الحمض النووي الريبي و كان في مثل هذه الحالة حتى وجد ملجأ داخل الفرد فقاعات من جزيئات الدهون التي الآن يمكن اعتبارها بمثابة الخلايا الأولى.

ومع ذلك ، استقلاب الطاقة الحديثة الكائنات الحية على هذه المركبات مثل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) و نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد الفوسفات (NADP) ، وهذا هو مرة أخرى تتعلق الفوسفات.

البديلة الأيضي التي تم تحديدها من قبل العلماء في دراسة جديدة ، على أساس الجزيئات التي تستند إلى سورا — مادة موجودة بكثرة في محيطات الأرض عدة مليارات من السنين.

"إن أهمية هذه الدراسة تكمن في حقيقة أن الآن في إطار محاولات جديدة لمعرفة المصدر أصل الحياة يجب أن تأخذ في الاعتبار احتمال حدوثه دون وجود الفوسفات الذي يعتبر الآن واحدا من أهم مكونات, ولكن الذي لا يمكن ، عند أول التفاعلات الكيميائية التي أدت إلى خلق" ، — يقول الباحث سيرج دانيال من جامعة بوسطن.

على فكرة أن دور رئيسي في عملية التمثيل الغذائي يمكن أن مرة واحدة تلعب الكبريت ليست جديدة. في أوائل القرن العشرين ، الكيميائي الألماني Wachtershauser عن افتراض أن المركبات من كبريتيد الحديد و النيكل كبريتيد يمكن أن تلعب دورا مساعدا في عملية تثبيت الكربون في المحيطات العميقة حول البركانية التدفقات بمثابة آلية تبادل الطاقة بين ، كما كان يطلق عليهم "البدائية الكائنات الحية". ومع ذلك ، فإن عدم وجود أدلة قاطعة على ربط جميع التفاعلات الكيميائية المختلفة المشاركة في هذا "كبريتيد الحديد الفرضية" ، لم يسمح تأكيد هذا الافتراض.

"هذا كان دائما التغاضي عن عدم وجود أدلة مقنعة على أن هذه العمليات الكيميائية يمكن أن تكون ذات صلة معقدة نسبيا بدائية التمثيل الغذائي الشبكة وليس فقط كانت منتشرة ردود الفعل" — يقول سيرج.

سيرج وفريقه تستخدم طريقة الحاسوبية نظم علم الأحياء – النهج النظري في استكشاف طرق متنوعة من التفاعلات الكيميائية الحيوية باستخدام النماذج الرياضية ، وحددت مجموعة من ثمانية لا تحتوي على مركبات الفوسفات التي قد تكون موجودة بكثرة في المحيطات القديمة من كوكبنا. ثم تطبيق الخوارزمية إلى محاكاة بدائية استقلاب الطاقة ، بما في ذلك كبريتيد الحديد ، وكذلك كبريتيد المركبات المحتوية على thioethers و بدأت تتبع التي التفاعلات الكيميائية المختلفة يمكن أن يحدث.

في النهاية اكتشف أننتيجة الشبكة الأساسية من 315 ردود الفعل التي تنطوي 260 الأيض يمكن أن يكون إنتاج مجموعة متنوعة من المركبات العضوية المعقدة اللازمة لظهور الحياة. قائمة من هذه المركبات المدرجة الأحماض الأمينية الأحماض الكربوكسيلية.

في أقرب وقت Bioorganic لا يمكن أن يترك أدلة وافرة من وجودها في شكل القديمة والرواسب علينا أن استخدام مثل هذا نموذج رياضي قادر على التنبؤ بما يمكن أن يكون قد حدث قبل بلايين السنين. على الرغم من أن هذه البيانات لا يكاد يمكن أن تستخدم كدليل لتطوير الحياة, أنها يمكن أن تكون أحد الأدلة على إمكانية أن الحياة جاءت من المركبات الكيميائية التي لا تعتمد الغالبية العظمى من الكائنات الحية الحديثة. وبالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام مثل هذه البيانات يمكن أن تذهب أبعد من المعتاد المناقشات حول كيف يمكن أن تشكل الحياة على كوكبنا.

"تحليل عملية التمثيل الغذائي ، من حيث مستوى الأنظمة الإيكولوجية أو حتى الكواكب الظاهرة ، وليس الميزات الفردية من الكائنات خاصة ، تكون العملية أهمية فهمنا الميكروبية المجتمع" ، — وقال سيرج.

نتائج الدراسات من مجموعة من العلماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة بوسطن نشرت في واحدة من أحدث القضايا العلمية مجلة الخلية.