قال ستانلي ميلر وهارولد أوري في عام 1959 بعد الإبلاغ عن التوليف المختبري للأحماض الأمينية في ظروف الأرض البدائية: "لقد تمت الإجابة على العديد من الأسئلة حول أصل الحياة، ولكن لا يزال هناك الكثير مما يجب دراسته". لقد تم تحقيق العديد من التقدم، ومع ذلك ظل العلماء يتصارعون منذ فترة طويلة مع سؤال أساسي - ما هي المادة الوراثية التي تشكلت لأول مرة على الأرض البدائية؟ الحمض النووي or RNA، أو قليل من الاثنين؟ وهناك أدلة الآن تشير إلى ذلك الحمض النووي و RNA ربما كان كلاهما يتعايشان في الحساء البدائي حيث تطورت أشكال الحياة مع المواد الوراثية الخاصة بكل منهما.
تنص العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية على ذلك الحمض النووي يجعل RNA يجعل البروتينات. البروتينات هي المسؤولة عن غالبية، إن لم يكن كل التفاعلات التي تحدث في الكائن الحي. تعتمد الوظيفة الكاملة للكائن الحي بشكل كبير على وجوده وتفاعله بروتين جزيئات. وفقا للعقيدة المركزية، البروتينات يتم إنتاجها من خلال المعلومات الواردة في الحمض النووي والتي يتم تحويلها إلى وظيفية بروتين عبر رسول يسمى RNA. ومع ذلك، فمن الممكن أن البروتينات يمكنهم البقاء على قيد الحياة بشكل مستقل دون أي شيء الحمض النووي or RNA، كما هو الحال مع البريونات (خاطئة بروتين الجزيئات التي لا تحتوي الحمض النووي or RNA)، ولكن يمكنها البقاء على قيد الحياة من تلقاء نفسها.
وبالتالي ، يمكن أن يكون هناك ثلاثة سيناريوهات لأصل الحياة.
أ) إذا البروتينات أو أن وحدات بنائها كانت قادرة على التشكل بطريقة غير حيوية خلال الغلاف الجوي الذي كان موجودًا منذ مليارات السنين في الحساء البدائي، البروتينات يمكن أن يطلق عليه كأساس أصل الحياة. يأتي الدليل التجريبي لصالحها من التجربة الشهيرة التي أجراها ستانلي ميللريناير ٢٠٢٤، والذي أظهر أنه عندما يتم خلط مزيج من الميثان والأمونيا والماء والهيدروجين معًا وتدويره بعد التفريغ الكهربائي ، يتم تكوين خليط من الأحماض الأمينية. تم تأكيد هذا مرة أخرى بعد سبع سنوات3 في عام 1959، ذكر ستانلي ميلر وهارولد أوري أن وجود الغلاف الجوي المختزل في الأرض البدائية أدى إلى تخليق عضوي المركبات في وجود الغازات المذكورة أعلاه بالإضافة إلى كميات أقل من أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. تم التشكيك في أهمية تجارب ميلر-يوري من قبل الأخوة العلمية لعدد من السنوات، الذين اعتقدوا أن خليط الغاز المستخدم في أبحاثهم كان منخفضًا جدًا مقارنة بالظروف التي كانت موجودة على الأرض البدائية. أشار عدد من النظريات إلى وجود جو محايد يحتوي على فائض من ثاني أكسيد الكربون مع النيتروجين وبخار الماء4. ومع ذلك ، فقد تم تحديد جو محايد أيضًا كبيئة معقولة لتركيب الأحماض الأمينية5. بالإضافة إلى ذلك ، ل البروتينات لكي تكون بمثابة أصول للحياة، فإنها تحتاج إلى التكاثر الذاتي مما يؤدي إلى مزيج من الأشياء المختلفة البروتينات لتلبية ردود الفعل المختلفة التي تحدث في الكائن الحي.
ب) إذا توفر الحساء البدائي شروطًا لبنات البناء الحمض النووي و / أو RNA لكي يتم تكوينها، فمن الممكن أن يكون أي منهما هو المادة الوراثية. البحث حتى الآن يفضل RNA لتكون المادة الوراثية لأصل أشكال الحياة نظرًا لقدرتها على الانطواء على نفسها، ووجودها كشريط واحد، وتعمل كأنزيم6، قادرة على صنع المزيد RNA جزيئات. عدد من إنزيمات RNA ذاتية التضاعف7 تم اكتشافها على مر السنين مما يوحي RNA لتكون المادة الوراثية البداية. وقد تم تعزيز ذلك بشكل أكبر من خلال البحث الذي أجرته مجموعة جون ساذرلاند والذي أدى إلى تكوين قاعدتين من الحمض النووي الريبي (RNA) في بيئة مشابهة للحساء البدائي عن طريق تضمين الفوسفات في الخليط.8. كما تم توضيح تكوين لبنات بناء الحمض النووي الريبي من خلال محاكاة جو مختزل (يحتوي على الأمونيا وأول أكسيد الكربون والماء) ، على غرار تلك المستخدمة في تجربة ميلر يوري ثم تمرير التفريغ الكهربائي والليزر عالي الطاقة من خلالها9. إذا كان من المفترض أن يكون الحمض النووي الريبي (RNA) هو المنشئ، فمتى وكيف حدث ذلك الحمض النووي والبروتينات تأتي إلى الوجود؟ فعل الحمض النووي تطورت كمادة وراثية لاحقًا بسبب الطبيعة غير المستقرة للحمض النووي الريبوزي (RNA) وحذت البروتينات حذوها. الإجابات على كل هذه الأسئلة لا تزال دون إجابة.
ج) السيناريو الثالث الذي يمكن أن يتعايش فيه DNA و RNA في الحساء البدائي الذي أدى إلى نشأة الحياة جاء من دراسات نُشرت في 3rd يونيو 2020 من قبل مجموعة جون ساذرلاند من مختبر MRC في كامبريدج، المملكة المتحدة. وقام الباحثون بمحاكاة الظروف التي كانت موجودة على الأرض البدائية منذ مليارات السنين، باستخدام برك ضحلة في المختبر. لقد قاموا أولاً بحل المواد الكيميائية التي تتشكل RNA في الماء، يلي ذلك تجفيفها وتسخينها ثم تعريضها للأشعة فوق البنفسجية التي تحاكي أشعة الشمس الموجودة في الزمن البدائي. هذا لم يؤد فقط إلى توليف اللبنتين الأساسيتين RNA ولكن أيضا من الحمض النوويمما يشير إلى أن كلا الحمضين النوويين كانا موجودين معًا في وقت نشوء الحياة10.
استنادًا إلى المعرفة المعاصرة الموجودة اليوم وتكريمًا للعقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية ، يبدو من المعقول أن يكون الحمض النووي والحمض النووي الريبي يتعايشان مما أدى إلى نشوء الحياة وتكوين البروتين جاء / حدث لاحقًا.
ومع ذلك ، يرغب المؤلف في التكهن بسيناريو آخر حيث جميع الجزيئات البيولوجية الثلاثة المهمة ، أي. تواجد الدنا والحمض النووي الريبي والبروتين معًا في الحساء البدائي. قد تكون الظروف الفوضوية التي كانت موجودة في الحساء البدائي والتي تنطوي على الطبيعة الكيميائية لسطح الأرض والانفجارات البركانية ووجود الغازات مثل الأمونيا والميثان وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون إلى جانب الماء مثالية لتكوين جميع الجزيئات الكبيرة. تم تقديم تلميح عن ذلك من خلال بحث أجراه فييروس وآخرون ، حيث تشكلت القواعد النووية في نفس الغلاف الجوي المختزل9 المستخدمة في تجربة ميلر يوري. إذا أردنا أن نؤمن بهذه الفرضية ، فعند مسار التطور ، اعتمدت كائنات مختلفة مادة وراثية واحدة أو أخرى ، مما فضل وجودها للمضي قدمًا.
ومع ذلك ، بينما نحاول فهم أصل أشكال الحياة ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث للإجابة على الأسئلة الأساسية وذات الصلة حول كيفية نشأة الحياة وانتشارها. سيتطلب هذا نهجًا "خارج الصندوق" دون الاعتماد على أي تحيزات تم إدخالها في تفكيرنا من خلال العقائد الحالية المتبعة في العلم.
***
المراجع:
1. Miller S. ، 1953. A إنتاج الأحماض الأمينية في ظل ظروف الأرض البدائية المحتملة. علم. 15 مايو 1953: المجلد. 117 ، العدد 3046 ، ص 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. بادا جيه إل ، لازكانو أ وآخرون 2003. حساء بريبيوتيك - إعادة النظر في تجربة ميلر. العلوم 02 مايو 2003: المجلد. 300، Issue 5620، pp.745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL و Urey HC ، 1959. التركيب المركب العضوي على الأرض البدائية. العلوم 31 يوليو 1959: المجلد. 130 ، العدد 3370 ، الصفحات 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. كاستنج جي إف ، هوارد إم تي. 2006. تكوين الغلاف الجوي والمناخ في بدايات الأرض. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361: 1733-1741 (2006). تاريخ النشر: 07 أيلول (سبتمبر) 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ ، Chalmers JH ، et al 2008. إعادة تقييم للتوليف العضوي البريبيوتيك في أجواء كوكبية محايدة. أصل الحياة Evol Biosph 38: 105-115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. زوغ، أيه جيه، تشيك تي آر. 1986. التسلسل المتداخل RNA رباعي الغشاء هو إنزيم. العلوم 31 يناير 1986: المجلد. 231، العدد 4737، الصفحات من 470 إلى 475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A ، Attwater J ، et al 2011. النسخ المحفز بالريبوزيم للريبوزيم النشط. العلوم 08 أبريل: المجلد. 332 ، العدد 6026 ، الصفحات 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner ، M. ، Gerland ، B. & Sutherland ، J. ، 2009. تخليق بيريميدين ريبونوكليوتيدات المنشط في ظروف معقولة مسبقًا. الطبيعة 459 ، 239-242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M ، Pietrucci F ، et al 2017. تكوين القواعد النووية في جو مختزل ميلر-أوري. PNAS 25 أبريل 2017 (114) 17-4306 ؛ نُشر لأول مرة في 4311 أبريل 10. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. شو، جيه، شميلا، في، جرين، إن وآخرون. تكوين البريبايوتك الانتقائي لبيريميدين RNA و الحمض النووي نيوكليوسيدات البيورين. طبيعة 582، 60-66 (2020). تاريخ النشر: 03 يونيو 2020. معرف الهوية الرقمي: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
