تم العثور على العنصر المفقود لأصل الحياة من الكيمياء غير الحية

إن الانتقال من الكيمياء البسيطة إلى البيولوجيا المعقدة للجزيئات التي تؤدي إلى ظهور الحياة هو لغز ظل العلماء يكافحون معه لسنوات عديدة.

دراسة جديدة في المجلة بناس يقترح أن الظروف على الأرض منذ حوالي 4.3 مليار سنة كانت مواتية للتكوين الطبيعي للحمض النووي الريبي (RNA)، وهو أول جزيء معلومات قادر على دعم العمليات البيولوجية والتطور.

في ذلك الوقت، كان الغلاف الجوي للكوكب يتكون بشكل أساسي من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وبخار الماء وثاني أكسيد الكبريت، والتي تم اختزالها كيميائيًا بسبب تأثيرات الكويكبات القوية. أدى هذا إلى خلق ظروف مؤقتة فضلت تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) التلقائي.

وكان اكتشاف غير متوقع دور البورات. تم افتراض أن هذه المعادن تتداخل مع العمليات الحيوية الأساسية، وتربط المكونات المهمة وتمنع المزيد من التفاعلات. ولكن في التجارب، كان للبورات تأثير معاكس – فهو يعزز التفاعلات الكيميائية، ويزيل المنتجات الثانوية ويحافظ على مستوى الرقم الهيدروجيني الضروري لتخليق الحمض النووي الريبي (RNA).

إعادة النظر في فرضية عالم الحمض النووي الريبي (RNA).

في كيمياء ما قبل الحيوية، هناك العديد من الفرضيات التي تحاول تفسير ما جاء أولاً وما هي العمليات التي أدت إلى تكوين الجزيئات الحيوية التي أدت في النهاية إلى الحياة. إحدى هذه النظريات هي فرضية عالم الحمض النووي الريبي (RNA)، والتي تشير إلى أن الحمض النووي الريبي (RNA) يسبق الحمض النووي والبروتينات، ويعمل كمحفز كيميائي وقالب جيني. ووفقا لها، كانت الأشكال الأولى للحياة تعتمد على قدرة الحمض النووي الريبي (RNA) على إعادة إنتاج نفسه.

وفي العمل الجديد، فحص الباحثون نموذج التوليف المتقطع (DSM)وهو ما يفسر كيف يمكن أن يكون الحمض النووي الريبوزي (RNA) قد تشكل في ظل الظروف الواقعية للأرض المبكرة أو المريخ المبكر، عندما كانت الحياة قد بدأت للتو في التشكل.

يتضمن النموذج ست خطوات مترابطة، بدءًا من تحويل الغازات الموجودة في الغلاف الجوي المبكر للأرض إلى سكريات البنتوز (مثل الريبوز) إلى ربط سلائف نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي (RNA) في سلاسل من خلال التحفيز على سطح زجاج البازلت البركاني.

وقد أكدت الدراسات السابقة كل خطوة من هذه الخطوات في إعدادات المختبر. وظل من غير الواضح ما إذا كان من الممكن حدوثهما معًا في بيئة طبيعية حقيقية دون تدخل بشري.

محاكاة ظروف الكوكب المبكر

أراد العلماء اختبار ما إذا كانت جميع المراحل الست متوافقة ويمكن أن تحدث بشكل مستقل في البيئة الطبيعية. هناك تركيز آخر للاهتمام العلمي وهو البورات، الذي يلعب دورًا مهمًا في عدة خطوات من الدليل التشخيصي والإحصائي للاضطرابات العقلية، بدءًا من تكوين السكريات الخماسية الكربون من الكربوهيدرات البسيطة وحتى إضافة مجموعات الفوسفات إلى مكونات التفاعل الأخرى.

أعاد المختبر خلق ظروف الأرض القديمة، ومحاكاة أنظمة المياه الجوفية المحاطة بالبازلت البركاني الحقيقي، الذي يجف ويغمر بشكل دوري. ولاختبار إمكانية التكوين المستمر للحمض النووي الريبوزي المساعد الخارجي، تم خلط جميع المكونات معًا في حاوية واحدة.

أظهرت التجارب أن مسار DSM المكون من ست خطوات يمكن أن يحدث بشكل مستقل في المسطحات المائية الجوفية الغنية بالبورات والمحاطة بالصخور البازلتية.

في ظل ظروف التوازن الكيميائي، تقوم هذه التفاعلات بتحويل جزيئات بسيطة جدًا إلى سلاسل RNA يصل طولها إلى 100-200 وحدة.

خشي الباحثون في البداية من أن البورات قد يثبط التفاعلات، لكن التجارب كشفت أن المعدن يحفزها بالفعل ويزيل المنتجات الثانوية غير الضرورية.

وقد تقربنا هذه الاكتشافات من حل لغز أصل الحياة.