سرنخ تازه دانشمندان از منشأ زندگی: حیات شاید دو بار در اعماق اقیانوس متولد شده باشد

یکی از بزرگ‌ترین رازهای علمی برای پژوهشگران، فهمیدن این موضوع است که نخستین نشانه‌های حیات روی زمین چگونه و کجا شکل گرفتند. بررسی‌های قبلی نشان می‌دادند که محیط شیمیاییِ غنیِ اطراف «چاه‌های گرمابی» در کف اقیانوس‌ها، احتمالاً محل اصلی پیدایش نخستین سلول‌های زنده بوده است. حالا در یک تحقیق جدید اعلام شده که حیات ممکن است برای اولین بار از طریق واکنش‌های شیمیایی پیچیده و به دو روش گوناگون در کنار این چشمه‌های اعماق اقیانوس به وجود آمده باشد.

این نظریه جدید و مهم که نتایج آن در مجله علمی Science Advances به چاپ رسیده، می‌گوید دو گروه اصلی از نخستین موجودات زنده، یعنی باکتری‌ها و آرکی‌ها (موجودات تک‌سلولی که معمولاً در شرایط سخت و دشوار محیطی زندگی می‌کنند)، به شکل مستقل از هم از «سوپ بنیادین» اطراف چشمه‌های اعماق دریا رشد کرده و تکامل یافته‌اند.

منشأ حیات در اعماق اقیانوس و تکامل جداگانه سلول‌ها

دانشمندان در این پژوهش مجموعه واکنش‌های شیمیایی مختلفی را بررسی کردند که احتمالاً اولین سلول‌ها برای ساخت مولکول‌های اصلی حیات از آنها استفاده می‌کردند. آنها همچنین منابع انرژیِ موجود در اطراف چشمه‌های آب‌گرم را ارزیابی کردند که به وقوع این واکنش‌های سوخت‌وسازی (متابولیکی) اولیه کمک رساندند.

تیم تحقیقاتی با بررسی ژن‌ها، ساختار پروتئین‌ها و واکنش‌های شیمیایی اطراف چشمه‌های اعماق اقیانوس، حدود ۴۲۰ واکنش شیمیایی شناخته‌شده را زیر نظر گرفتند. آنها می‌گویند سلول‌های اولیه احتمالاً از این واکنش‌ها استفاده می‌کردند تا از مواد موجود در زمینِ اولیه، اسیدهای آمینه و دیگر بخش‌های اصلی حیات را بسازند.

نتایج این بررسی نشان داده آنزیم‌هایی که سرعت این واکنش‌ها را بیشتر می‌کنند، میان باکتری‌های قدیمی و آرکی‌ها کاملاً فرق دارند. «ناتالیا مرنجاواک»، یکی از نویسندگان این مقاله، توضیح می‌دهد:

«ما مواردی را می‌بینیم که در آنها اجداد باکتری‌ها و آرکی‌ها به‌صورت جداگانه و مستقل، آنزیم‌هایی با شکل کاملاً متفاوت ساخته‌اند تا به یک واکنش سوخت‌وسازیِ یکسان و حیاتی سرعت ببخشند.»

این یافته‌ها نشان می‌دهد که باکتری‌ها و آرکی‌ها راه‌های متفاوتی را برای تبدیل شدن به نخستین سلول‌های زنده طی کرده‌اند.

پژوهشگران همچنین دریافتند که برخی از شکل‌های اولیه حیات به کاتالیزورهای فلزی متکی بوده‌اند. فلزاتی مانند پالادیوم کاتالیزورهای بسیار عالی و قوی هستند که به طور طبیعی در چشمه‌های گرمابی پیدا می‌شوند. «هارون تویسوز»، یکی دیگر از نویسندگان این مقاله، تأکید می‌کند فلزاتی که به شکل طبیعی در این چشمه‌ها وجود دارند، می‌توانند جایگزین تعداد زیادی از آنزیم‌های سوخت‌وساز سلول شوند.

دانشمندان موفق شدند چهار مرحله از واکنش‌های شیمیاییِ سوخت‌وساز اولیه را دوباره بازسازی کنند: مرحله‌ای که فقط به کاتالیزورهای فلزی وابسته بود، مرحله‌ای که به ترکیبی از فلز و آنزیم نیاز داشت، مرحله‌ای که باعث شکل‌گیری باکتری‌های اولیه شد و در نهایت مرحله‌ای که به پیدایش آرکی‌های اولیه انجامید. در موجودات زنده امروزی، سوخت‌وساز سلول توسط مولکولِ انرژی‌رسانی به نام «آدنوزین تری‌فسفات» (ATP) هدایت می‌شود؛ فرایندی شیمیایی که فسفات را به مولکول‌های زیستی متصل و انرژی را منتقل می‌کند. اما در دوران زمین اولیه، به جای ATP، مولکول‌های پالادیوم و فسفیت این واکنش‌ها را پیش می‌بردند. به گفته پژوهشگران، ترکیب فسفیت با مواد زیستی در آب، تنها در طول یک شب واکنش‌های انرژی‌رسانی سوخت‌وساز را بازسازی می‌کند. این نوآوری‌های هم‌زمان در طبیعت، راه را برای پیدایش مستقل و جداگانه باکتری‌ها و آرکی‌های آزاد هموار کرده است.