استنلی میلر و هارولد اوری در سال 1959 پس از گزارش سنتز آزمایشگاهی اسیدهای آمینه در شرایط زمین اولیه گفتند: «چند سؤال در مورد منشأ حیات پاسخ داده شده است، اما هنوز چیزهای زیادی برای مطالعه باقی مانده است». پیشرفت‌های زیادی در این زمینه انجام شده است، اما دانشمندان مدت‌هاست که با یک سوال اساسی دست و پنجه نرم می‌کنند - کدام ماده ژنتیکی برای اولین بار در زمین اولیه شکل گرفت. DNA or RNA، یا کمی از هردو؟ اکنون شواهدی وجود دارد که نشان می دهد DNA و RNA هر دو ممکن است در سوپ اولیه وجود داشته باشند، جایی که اشکال حیات ممکن است با مواد ژنتیکی مربوطه تکامل یافته باشند.
دگم اصلی زیست شناسی مولکولی بیان می کند که DNA می سازد RNA می سازد پروتئین ها. پروتئین ها اگر نگوییم تمام واکنش هایی که در یک ارگانیسم اتفاق می افتد، مسئول اکثریت هستند. کل عملکرد یک ارگانیسم عمدتاً به حضور و تعامل آنها بستگی دارد پروتئين مولکول ها. بر اساس عقاید مرکزی، پروتئین ها توسط اطلاعات موجود در تولید می شوند DNA که به عملکردی تبدیل می شود پروتئين از طریق یک پیام رسان به نام RNA. با این حال، ممکن است که پروتئین ها خود می توانند به طور مستقل بدون هیچ گونه ای زنده بمانند DNA or RNAهمانطور که در مورد پریون ها (به اشتباه تا شده پروتئين مولکول هایی که شامل نمی شوند DNA or RNA) اما می توانند به تنهایی زنده بمانند.
بنابراین، سه سناریو برای منشأ حیات می تواند وجود داشته باشد.
الف) اگر پروتئین ها یا بلوک های ساختمانی آن توانستند به صورت غیرزیستی در جوی که میلیاردها سال پیش در سوپ اولیه وجود داشت، تشکیل شوند، پروتئین ها را می توان پایه و اساس نامید منشأ زندگی. شواهد تجربی به نفع آن از آزمایش معروف استنلی میلر می آید1، 2که نشان داد وقتی مخلوطی از متان، آمونیاک، آب و هیدروژن با هم مخلوط می‌شوند و از یک تخلیه الکتریکی عبور می‌کنند، مخلوطی از اسیدهای آمینه تشکیل می‌شود. این موضوع هفت سال بعد دوباره تایید شد3 در سال 1959 توسط استنلی میلر و هارولد اوری بیان کردند که وجود جو کاهنده در زمین اولیه باعث سنتز سازمانی ترکیبات در حضور گازهای فوق الذکر به اضافه مقادیر کمتر مونوکسید کربن و دی اکسید کربن. ارتباط آزمایش‌های میلر-اوری برای چندین سال توسط برادران علمی مورد تردید قرار گرفت، آنها فکر می‌کردند که مخلوط گازی که در تحقیقات آنها استفاده می‌شد نسبت به شرایطی که در زمین اولیه وجود داشت بسیار کاهش می‌یابد. تعدادی از تئوری ها به جو خنثی حاوی CO2 اضافی با N2 و بخار آب اشاره می کنند4. با این حال، یک جو خنثی نیز به عنوان یک محیط قابل قبول برای سنتز اسیدهای آمینه شناسایی شده است5به علاوه بر این ، برای پروتئین ها برای اینکه به عنوان خاستگاه زندگی عمل کنند، نیاز به تکرار خود دارند که منجر به ترکیبی از موارد مختلف می شود پروتئین ها برای پاسخگویی به واکنش های مختلف در یک ارگانیسم.
ب) اگر سوپ اولیه شرایطی را برای بلوک های ساختمانی از DNA و / یا RNA هر کدام از اینها می تواند ماده ژنتیکی باشد. تحقیقات تا کنون مورد علاقه RNA ماده ژنتیکی برای منشاء اشکال حیات به دلیل قابلیت تا شدن بر روی خود، وجود به عنوان یک رشته و عمل به عنوان یک آنزیم6، قادر به ساخت بیشتر است RNA مولکول ها. تعدادی آنزیم RNA خودتکثیر شونده7 در طول سال ها کشف شده اند که نشان می دهد RNA ماده ژنتیکی آغازین باشد. این امر با تحقیقات انجام شده توسط گروه جان ساترلند که منجر به تشکیل دو پایه RNA در محیطی مشابه سوپ اولیه با گنجاندن فسفات در مخلوط شد، تقویت شد.8. تشکیل بلوک‌های ساختمانی RNA نیز با شبیه‌سازی یک اتمسفر کاهنده (حاوی آمونیاک، مونوکسید کربن و آب)، مشابه آنچه در آزمایش میلر-اوری استفاده شد و سپس عبور تخلیه‌های الکتریکی و لیزرهای پرقدرت از آنها نشان داده شده است.9. اگر قرار است RNA مبدع آن باور شود، پس کی و چگونه این کار را انجام داده است DNA و پروتئین ها به وجود می آیند؟ انجام داد DNA بعداً به دلیل ماهیت ناپایدار RNA به عنوان یک ماده ژنتیکی ایجاد می شود و پروتئین ها نیز از آن پیروی کردند. پاسخ به همه این سوالات هنوز بی پاسخ مانده است.
ج) سناریوی سوم مبنی بر اینکه DNA و RNA می توانند در سوپ اولیه ای که منجر به منشاء حیات شد وجود داشته باشند، از مطالعات منتشر شده در 3 آمده است.rd ژوئن 2020 توسط گروه جان ساترلند از آزمایشگاه MRC در کمبریج، انگلستان. محققان شرایطی را که میلیاردها سال پیش روی زمین اولیه وجود داشت، با حوضچه های کم عمق در آزمایشگاه شبیه سازی کردند. آنها ابتدا مواد شیمیایی تشکیل شده را حل کردند RNA در آب، به دنبال خشک کردن و گرم کردن آنها و سپس قرار دادن آنها در معرض تابش UV که پرتوهای خورشید موجود در زمان اولیه را شبیه سازی می کند. این نه تنها منجر به سنتز دو بلوک سازنده شد RNA بلکه از DNA، نشان می دهد که هر دو اسید نوکلئیک در زمان منشاء حیات با هم وجود داشتند10.
بر اساس دانش معاصر موجود امروز و ارج نهادن به جزم اصلی زیست شناسی مولکولی، به نظر می رسد که DNA و RNA با هم وجود داشته باشند که منجر به منشأ حیات و تشکیل پروتئین شده است.
با این حال، نویسنده مایل است سناریوی دیگری را حدس بزند که در آن هر سه ماکرومولکول مهم بیولوژیکی، یعنی. DNA، RNA و پروتئین با هم در سوپ اولیه وجود داشتند. شرایط آشفته ای که در سوپ اولیه وجود داشت که شامل ماهیت شیمیایی سطح زمین، فوران های آتشفشانی و حضور گازهایی مانند آمونیاک، متان، مونوکسید کربن، دی اکسید کربن همراه با آب بود، ممکن است برای تشکیل همه ماکرومولکول ها ایده آل بوده باشد. اشاره ای به این موضوع توسط تحقیقات انجام شده توسط Ferus و همکاران ارائه شده است، که در آن بازهای نوکلئوس در همان اتمسفر کاهنده تشکیل شده اند.9 در آزمایش میلر-اوری استفاده شد. اگر بخواهیم به این فرضیه اعتقاد داشته باشیم، پس در طول سیر تکامل، موجودات مختلف یک یا آن ماده ژنتیکی را پذیرفتند که وجود آنها را به سمت جلو برمی‌گزید.
با این حال، همانطور که ما سعی در درک منشاء اشکال حیات داریم، تحقیقات بیشتری برای پاسخ به سؤالات اساسی و مرتبط در مورد چگونگی پیدایش و انتشار حیات مورد نیاز است. این امر مستلزم یک رویکرد «خارج از چارچوب» بدون تکیه بر هرگونه پیش داوری است که در تفکر ما توسط تعصبات فعلی دنبال شده در علم معرفی شده است.
***
منابع:
1. Miller S.، 1953. تولید اسیدهای آمینه تحت شرایط احتمالی زمین اولیه. علوم پایه. 15 مه 1953: جلد. 117، شماره 3046، صص 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL، Lazcano A. و همکاران 2003. سوپ پری بیوتیک-بازبینی آزمایش میلر. Science 02 May 2003: Vol. 300، شماره 5620، صص 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL و Urey HC، 1959. سنتز ترکیبات آلی در زمین اولیه. Science 31 Jul 1959: Vol. 130، ش 3370، ص 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. ترکیب اتمسفر و آب و هوا در زمین اولیه. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733-1741 (2006). تاریخ انتشار: 07 سپتامبر 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ، Chalmers JH، و همکاران 2008. ارزیابی مجدد سنتز آلی پری بیوتیک در اتمسفر سیاره ای خنثی. Orig Life Evol Biosph 38:105-115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug، AJ، Cech TR. 1986. سکانس میانجی RNA از Tetrahymena یک آنزیم است. Science 31 Jan 1986: Vol. 231، شماره 4737، ص 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. رونویسی Ribozyme-Catalyzed of an Active Ribozyme. علوم 08 آوریل: جلد. 332، ش 6026، ص 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. پاونر، ام.، گرلند، بی و ساترلند، ج.، 2009. سنتز ریبونوکلئوتیدهای پیریمیدین فعال در شرایط قابل قبول پری بیوتیک. Nature 459, 239-242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. تشکیل نوکلئوبازها در جو کاهنده میلر-اوری. PNAS 25 آوریل 2017 114 (17) 4306-4311; اولین بار در 10 آوریل 2017 منتشر شد. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 تشکیل انتخابی پری بیوتیک RNA پیریمیدین و DNA نوکلئوزیدهای پورین Nature 582, 60–66 (2020). تاریخ انتشار: 03 ژوئن 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
