آیا زندگی بیش از یک بار تکامل یافته است؟ محققان در حال پاسخگویی هستند

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

زندگی از منشأ(های) فروتن خود، تمام سیاره را با اشکال زیبای بی پایان آلوده کرده است. پیدایش حیات قدیمی ترین رویداد زیستی است، آنقدر قدیمی که هیچ مدرک روشنی جز وجود خود حیات باقی نمانده است. این سؤالات بسیاری را باز می گذارد و یکی از وسوسه انگیزترین آنها این است که چند بار زندگی به طور جادویی از عناصر غیر زنده پدید آمده است.

آیا تمام حیات روی زمین فقط یک بار تکامل یافته است یا موجودات زنده مختلف از پارچه های مختلف بریده شده اند؟ این سؤال که ظهور حیات چقدر دشوار است جالب است، به ویژه به این دلیل که می تواند احتمال یافتن حیات در سیارات دیگر را روشن کند.

منشأ حیات یک سؤال اساسی در زیست شناسی مدرن است و احتمالاً سخت ترین سؤال برای مطالعه. این رویداد رخ داد چهار میلیارد سال پیشو در سطح مولکولی اتفاق افتاد، به این معنی که شواهد فسیلی کمی باقی مانده است.

شروع های پر جنب و جوش زیادی پیشنهاد شده است، از سوپ های بدجنس اولیه تا فضای بیرونی. اما اجماع علمی کنونی این است که حیات از مولکول‌های غیر زنده در یک فرآیند طبیعی به نام ابیوژنز پدید آمده است، به احتمال زیاد در تاریکی دریچه های هیدروترمال در اعماق دریا. اما اگر زندگی یک بار پدیدار شد، چرا بارها نه؟

Abiogenesis چیست؟

دانشمندان گام های متوالی مختلفی را برای زیست زایی پیشنهاد کرده اند. می دانیم که زمین از مواد شیمیایی متعددی مانند اسیدهای آمینه، نوعی مولکول به نام نوکلئوتیدها یا قندها، که بلوک های سازنده حیات هستند، غنی بود. آزمایش‌های آزمایشگاهی، مانند نماد آزمایش میلر-اوری، نشان داده اند که چگونه این ترکیبات می توانند به طور طبیعی تحت شرایطی مشابه زمین اولیه تشکیل شوند. برخی از این ترکیبات می‌توانند با شهاب‌سنگ‌ها به زمین آمده باشند.

در مرحله بعد، این مولکول های ساده با هم ترکیب شدند و مولکول های پیچیده تری مانند چربی ها، پروتئین ها یا اسیدهای نوکلئیک را تشکیل دادند. نکته مهم، اسیدهای نوکلئیک - مانند DNA دو رشته ای یا پسر عموی تک رشته ای آن RNA- می تواند اطلاعات مورد نیاز برای ساخت مولکول های دیگر را ذخیره کند. DNA پایدارتر از RNA است، اما در مقابل، RNA می‌تواند بخشی از واکنش‌های شیمیایی باشد که در آن یک ترکیب از خودش کپی می‌کند - خود همانندسازی.

La فرضیه "دنیای RNA". نشان می دهد که زندگی اولیه ممکن است از RNA به عنوان ماده ای برای ژن ها و همانندسازی قبل از ظهور DNA و پروتئین ها استفاده کرده باشد.

هنگامی که یک سیستم اطلاعاتی بتواند از خود کپی بسازد، انتخاب طبیعی شروع به کار می کند. برخی از نسخه های جدید این مولکول ها (که برخی آن ها را "ژن" می نامند) دارای خطا یا جهش خواهند بود و برخی از این جهش های جدید توانایی تکرار را بهبود می بخشند. از مولکول ها بنابراین، با گذشت زمان، نسخه‌های بیشتری از این جهش‌یافته‌ها نسبت به سایر مولکول‌ها وجود خواهد داشت، که برخی از آنها جهش‌های جدید بیشتری را جمع‌آوری می‌کنند و حتی سریع‌تر و فراوان‌تر می‌شوند و غیره.

در نهایت، این مولکول ها احتمالاً یک مرز لیپیدی (چربی) ایجاد کردند که محیط داخلی ارگانیسم را از بیرون جدا می کند و پروتوسل ها را تشکیل می دهد. پروتوسل ها می توانند مولکول های مورد نیاز در واکنش های بیوشیمیایی را بهتر متمرکز و سازماندهی کنند و متابولیسمی محدود و کارآمد را فراهم کنند.

زندگی در حال تکرار؟

ابیوژنز می توانست بیش از یک بار اتفاق بیفتد. زمین می‌توانست چندین بار مولکول‌های خود-تکثیر شونده را به دنیا بیاورد، و شاید زندگی اولیه برای هزاران یا میلیون‌ها سال فقط شامل دسته‌ای از مولکول‌های RNA خودتکثیر شونده مختلف، با منشأ مستقل، بوده که برای بلوک‌های سازنده یکسان رقابت می‌کنند. افسوس، به دلیل ماهیت باستانی و میکروسکوپی این فرآیند، ممکن است هرگز متوجه نشویم.

بسیاری از آزمایش‌های آزمایشگاهی مختلف را با موفقیت بازتولید کرده‌اند مراحل زیست زایی، ثابت می کند که آنها می توانند بیش از یک بار اتفاق بیفتند، اما ما هیچ اطمینانی در مورد وقوع این موارد در گذشته نداریم.

یک سوال مرتبط می‌تواند این باشد که آیا در حین خواندن این مطلب، زندگی جدید توسط زیست‌زایی در حال ظهور است؟ هرچند این خیلی بعید است. زمین اولیه از زندگی عقیم بود و شرایط فیزیکی و شیمیایی بسیار متفاوت بود. امروزه، اگر در جایی از این سیاره شرایط ایده آلی برای ظهور مولکول های خودتکثیر شونده جدید وجود داشته باشد، آنها به سرعت توسط حیات موجود از بین می روند.

چیزی که ما می دانیم این است که همه موجودات زنده از یک آخرین جد مشترک جهانی زندگی (همچنین به نام لوکا). اگر اجداد دیگری نیز وجود داشته اند، هیچ نسلی از خود به جا نمی گذارند. شواهد کلیدی وجود LUCA را تأیید می کند. تمام حیات روی زمین از کد ژنتیکی یکسانی استفاده می کند، یعنی مطابقت بین نوکلئوتیدهای موجود در DNA موسوم به A، T، C و G – و اسید آمینه ای که آنها در پروتئین ها رمزگذاری می کنند. به عنوان مثال، توالی سه نوکلئوتید ATG همیشه با اسید آمینه متیونین مطابقت دارد.

با این حال، از نظر تئوری، می‌توانست انواع کد ژنتیکی بیشتری بین گونه‌ها وجود داشته باشد. اما تمام حیات روی زمین از کد یکسانی با چند تغییر جزئی در برخی دودمان استفاده می کند. مسیرهای بیوشیمیایی، مانند مسیرهایی که برای متابولیسم غذا استفاده می شوند، از وجود LUCA نیز پشتیبانی می کنند. بسیاری از مسیرهای مستقل ممکن است در اجداد مختلف تکامل یافته باشند، اما برخی از آنها (مانند مسیرهایی که برای متابولیسم قندها استفاده می شود) در همه موجودات زنده مشترک است. به طور مشابه، صدها ژن یکسان در موجودات زنده متفاوت وجود دارد که تنها با به ارث بردن از LUCA قابل توضیح است.

پشتیبانی مورد علاقه من برای LUCA از درخت زندگی می آید. تحلیل‌های مستقل، برخی از آناتومی، متابولیسم یا توالی‌های ژنتیکی استفاده می‌کنند، یک الگوی سلسله مراتبی از ارتباط را نشان داده‌اند که می‌تواند به عنوان یک درخت نشان داده شود. این نشان می دهد که ما بیش از هر موجود زنده روی زمین با شامپانزه ها مرتبط هستیم. ما و شامپانزه ها بیشتر با گوریل ها و با هم به اورانگوتان ها و غیره مرتبطیم.

شما می توانید هر ارگانیسم تصادفی را انتخاب کنید، از کاهوی موجود در سالادتان گرفته تا باکتری های موجود در ماست زیست فعال خود، و اگر به اندازه کافی در زمان به عقب سفر کنید، یک مورد واقعی را به اشتراک بگذارید. جد مشترک. این یک استعاره نیست، بلکه یک واقعیت علمی است.

این یکی از گیج کننده ترین مفاهیم در علم، وحدت زندگی داروین است. اگر در حال خواندن این متن هستید، به لطف زنجیره بی وقفه ای از رویدادهای تولید مثلی که به میلیاردها سال قبل برمی گردد، اینجا هستید. به همان اندازه که فکر کردن به ظهور مکرر حیات در سیاره ما یا هر جای دیگر هیجان‌انگیز است، حتی هیجان‌انگیزتر است که بدانیم ما با تمام موجودات زندگی در این سیاره ارتباط داریم.

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

تصویر های اعتباری: جیووانی کانسمی / Shutterstock.com