زندگی کی ابتداء: گرم چٹانوں میں کیسے دراڑیں بائیو کیمسٹری کو شروع کر سکتی ہیں۔

زندگی کی تعمیر کے بلاکس کیسے شروع ہوئے؟

اس سوال نے سائنسدانوں کو طویل عرصے سے پریشان کر رکھا ہے۔ ابتدائی زمین کیمیکلز سے بھرپور پانی کے تالابوں سے بندھی ہوئی تھی - ایک ابتدائی سوپ۔ اس کے باوجود حیاتیاتی مالیکیولز مرکبات سے نمودار ہوئے، جس نے پہلے خلیات کی ظاہری شکل کا مرحلہ طے کیا۔

زندگی کا آغاز اس وقت ہوا جب دو اجزاء بن گئے۔ ان میں سے ایک مالیکیولر کیریئر تھا — جیسے، مثال کے طور پر، ڈی این اے — جینیاتی بلیو پرنٹس کے ساتھ گزرنے اور دوبارہ ملانے کے لیے۔ دوسرا جزو پروٹین، ورک ہارسز اور جسم کے ساختی عناصر سے بنا تھا۔

دونوں بائیو مالیکیول انتہائی پیچیدہ ہیں۔ انسانوں میں، ڈی این اے میں چار مختلف کیمیائی "حروف" ہوتے ہیں، جنہیں نیوکلیوٹائڈز کہتے ہیں، جبکہ پروٹین 20 قسم کے امینو ایسڈز سے بنتے ہیں۔ اجزاء کی الگ الگ ساخت ہوتی ہے، اور ان کی تخلیق میں قدرے مختلف کیمسٹری کی ضرورت ہوتی ہے۔ حتمی مصنوعات کو ڈی این اے یا پروٹین میں جوڑنے کے لیے کافی مقدار میں ہونا ضروری ہے۔

سائنسدان اضافی اشیاء کا استعمال کرتے ہوئے لیبارٹری میں اجزاء کو پاک کر سکتے ہیں. لیکن یہ سوال پیدا کرتا ہے: ابتدائی زمین پر یہ کیسے ہوا؟

اس کا جواب، میونخ کی لڈوِگ میکسیمیلیئنز یونیورسٹی کے ایک محقق ڈاکٹر کرسٹوف مست بتاتے ہیں، چٹانوں میں ایسی دراڑیں ہو سکتی ہیں جیسے آتش فشاں یا جیوتھرمل نظاموں میں ہوتی ہیں جو ابتدائی زمین پر بکثرت پائے جاتے تھے۔ یہ ممکن ہے کہ شگافوں کے ساتھ درجہ حرارت کے فرق قدرتی طور پر بایو مالیکیول اجزاء کو الگ اور مرتکز کر دیں، بایو مالیکیولز کو پاک کرنے کے لیے ایک غیر فعال نظام فراہم کرتے ہیں۔

ارضیات سے متاثر ہو کر، ٹیم نے تقریباً ایک بینک کارڈ کے سائز کے ہیٹ فلو چیمبرز تیار کیے، جن میں سے ہر ایک درجہ حرارت کے میلان کے ساتھ معمولی فریکچر پر مشتمل ہے۔ جب امینو ایسڈ یا نیوکلیوٹائڈس کا مرکب دیا جاتا ہے - ایک "پری بائیوٹک مکس" - اجزاء آسانی سے الگ ہوجاتے ہیں۔

مزید چیمبروں کو شامل کرنے سے کیمیکلز مزید مرتکز ہوئے، یہاں تک کہ وہ جو ساخت میں ایک جیسے تھے۔ فریکچر کے نیٹ ورک نے امینو ایسڈ کو بانڈ کرنے کے قابل بھی بنایا، ایک فعال پروٹین بنانے کی طرف پہلا قدم۔

"آپس میں جڑے ہوئے پتلے فریکچر اور دراڑوں کے نظام… آتش فشاں اور جیوتھرمل ماحول میں ہر جگہ پائے جاتے ہیں،" لکھا ہے ٹیم. پری بائیوٹک کیمیکلز کو افزودہ کرنے سے، ایسے نظام "زندگی کی قدرتی ابتداء کی تجربہ گاہ کے لیے ایک مستحکم قوت فراہم کر سکتے تھے۔"

بریونگ لائف

تقریباً چار ارب سال پہلے، زمین ایک مخالف ماحول تھی، جو الکایوں سے پھٹتی تھی اور آتش فشاں کے پھٹنے سے پھیلتی تھی۔ پھر بھی کسی نہ کسی طرح افراتفری کے درمیان، کیمسٹری نے پہلے امینو ایسڈ، نیوکلیوٹائڈز، فیٹی لپڈس، اور دیگر تعمیراتی بلاکس بنائے جو زندگی کو سہارا دیتے ہیں۔

جس ان مالیکیولز میں کردار ادا کرنے والے کیمیائی عمل بحث کے لیے تیار ہیں۔ جب ہر ایک کے ساتھ آیا بھی ایک معمہ ہے. "مرغی یا انڈے" کے مسئلے کی طرح، ڈی این اے اور آر این اے خلیات میں پروٹین کی تخلیق کی ہدایت کرتے ہیں — لیکن دونوں جینیاتی کیریئرز کو نقل کرنے کے لیے بھی پروٹین کی ضرورت ہوتی ہے۔

ایک نظریہ تجویز کرتا ہے۔ سلفیڈک anionsجو کہ مالیکیولز ہیں جو زمین کی ابتدائی جھیلوں اور دریاؤں میں بکثرت پائے جاتے تھے، اس کی کڑی ہو سکتی ہے۔ آتش فشاں پھٹنے سے پیدا ہونے والے، ایک بار پانی کے تالابوں میں تحلیل ہونے سے وہ کیمیائی رد عمل کو تیز کر سکتے ہیں جو پری بائیوٹک مالیکیولز کو RNA میں تبدیل کر دیتے ہیں۔ "RNA ورلڈ" کے مفروضے کو ڈب کیا گیا، اس خیال سے پتہ چلتا ہے کہ RNA زمین پر فضل کرنے والا پہلا بایو مالیکول تھا کیونکہ یہ جینیاتی معلومات لے سکتا ہے اور کچھ کیمیائی رد عمل کو تیز کر سکتا ہے۔

ایک اور خیال ابتدائی زمین پر الکا کے اثرات بیک وقت نیوکلیوٹائڈز، لپڈز، اور امینو ایسڈز پیدا کرتے ہیں، اس عمل کے ذریعے جس میں دو وافر کیمیکلز شامل ہوتے ہیں- ایک meteors سے اور دوسرا زمین سے- اور UV روشنی کا ایک ڈیش۔

لیکن ایک مسئلہ ہے: بلڈنگ بلاکس کے ہر سیٹ کو مختلف کیمیائی رد عمل کی ضرورت ہوتی ہے۔ ساخت یا کیمسٹری میں معمولی فرق پر منحصر ہے، یہ ممکن ہے کہ ایک جغرافیائی محل وقوع ایک قسم کے پری بائیوٹک مالیکیول کی طرف دوسرے پر جھک گیا ہو۔

کیسے؟ میں شائع ہونے والی نئی تحقیق فطرت، قدرت، ایک جواب پیش کرتا ہے۔

ٹنل نیٹ ورکس

ابتدائی زمین کی نقل کرنے والے لیب کے تجربات عام طور پر اچھی طرح سے متعین اجزاء کے ساتھ شروع ہوتے ہیں جو پہلے ہی پاک ہو چکے ہیں۔ سائنس دان انٹرمیڈیٹ ضمنی مصنوعات کو بھی صاف کرتے ہیں، خاص طور پر متعدد کیمیائی رد عمل کے مراحل کے لیے۔

ٹیم نے لکھا کہ اس عمل کے نتیجے میں اکثر "مطلوبہ مصنوعات کی کم مقدار میں غائب ہو جاتی ہے" یا اس کی تخلیق کو مکمل طور پر روکا بھی جا سکتا ہے۔ رد عمل کے لیے متعدد مقامی طور پر الگ الگ چیمبروں کی بھی ضرورت ہوتی ہے، جو زمین کے قدرتی ماحول سے مشکل سے مشابہت رکھتے ہیں۔

نیا مطالعہ ارضیات سے متاثر ہوا۔ ابتدائی زمین میں پانی سے بھرے شگافوں کے پیچیدہ نیٹ ورک تھے جو آتش فشاں اور جیوتھرمل نظاموں میں مختلف قسم کی چٹانوں میں پائے جاتے تھے۔ چٹانوں کو زیادہ گرم کرنے سے پیدا ہونے والی دراڑیں، قدرتی "اسٹرا" بناتی ہیں جو ممکنہ طور پر گرمی کے میلان کا استعمال کرتے ہوئے مالیکیولز کے پیچیدہ مرکب کو فلٹر کرسکتی ہیں۔

ہر مالیکیول اپنے سائز اور برقی چارج کی بنیاد پر ایک ترجیحی درجہ حرارت کی حمایت کرتا ہے۔ مختلف درجہ حرارت کے سامنے آنے پر، یہ قدرتی طور پر اپنے مثالی انتخاب کی طرف بڑھتا ہے۔ تھرموفورسس کہلاتا ہے، یہ عمل اجزاء کے سوپ کو ایک قدم میں متعدد الگ تہوں میں الگ کرتا ہے۔

ٹیم نے ہیٹ فلو چیمبر کا استعمال کرتے ہوئے ایک پتلی چٹان کے فریکچر کی نقل کی۔ تقریباً ایک بینک کارڈ کے سائز کے، چیمبر میں انسانی بالوں کی چوڑائی کے بارے میں 170 مائیکرو میٹر کے فاصلے پر چھوٹی چھوٹی دراڑیں تھیں۔ درجہ حرارت کا میلان بنانے کے لیے، چیمبر کے ایک حصے کو 104 ڈگری فارن ہائیٹ اور دوسرے سرے کو 77 ڈگری فارن ہائیٹ پر ٹھنڈا کیا گیا۔

پہلے ٹیسٹ میں، ٹیم نے پری بائیوٹک مرکبات کا ایک مرکب شامل کیا جس میں امینو ایسڈ اور ڈی این اے نیوکلیوٹائڈز شامل تھے۔ 18 گھنٹوں کے بعد، اجزا تیرامیسو جیسی تہوں میں الگ ہوگئے۔ مثال کے طور پر، گلائسین - امینو ایسڈز میں سے سب سے چھوٹا - سب سے اوپر کی طرف مرتکز ہو گیا، جب کہ دوسرے امینو ایسڈ زیادہ ترموفوریٹک طاقت کے ساتھ نیچے تک چپک گئے۔ اسی طرح، ڈی این اے کے خطوط اور دیگر زندگی کو برقرار رکھنے والے کیمیکل بھی شگافوں میں الگ ہو گئے، کچھ 45 فیصد تک افزودہ ہو گئے۔

اگرچہ امید افزا، یہ نظام ابتدائی زمین سے مشابہت نہیں رکھتا تھا، جس میں سائز میں مختلف قسم کی انتہائی باہم جڑی ہوئی دراڑیں تھیں۔ قدرتی حالات کی بہتر طریقے سے نقل کرنے کے لیے، ٹیم نے اگلی بار تین چیمبر بنائے، پہلی شاخیں دو دیگر میں بنیں۔ یہ ایک چیمبر کے مقابلے پری بائیوٹک کیمیکلز کو افزودہ کرنے میں تقریباً 23 گنا زیادہ موثر تھا۔

کمپیوٹر سمولیشن کا استعمال کرتے ہوئے، ٹیم نے پھر پری بائیوٹک کیمیکلز کی حقیقت پسندانہ بہاؤ کی شرح کا استعمال کرتے ہوئے 20 بائی 20 باہم منسلک چیمبر سسٹم کے طرز عمل کو ماڈل بنایا۔ چیمبرز نے مرکب کو مزید افزودہ کیا، جس میں گلائسین دوسرے امینو ایسڈ سے 2,000 گنا زیادہ افزودہ ہوتی ہے۔

کیمیائی رد عمل۔

کلینر اجزاء پیچیدہ مالیکیولز کی تشکیل کے لیے ایک بہترین آغاز ہیں۔ لیکن بہت سے کیمیائی رد عمل کے لیے اضافی کیمیکلز کی ضرورت ہوتی ہے، جنہیں افزودہ کرنے کی بھی ضرورت ہوتی ہے۔ یہاں، ٹیم نے دو گلائسین مالیکیولز کو ایک ساتھ جوڑتے ہوئے ایک رد عمل کو صفر کیا۔

دل میں trimetaphosphate (TMP) ہے، جو ردعمل کی رہنمائی میں مدد کرتا ہے۔ TMP خاص طور پر پری بائیوٹک کیمسٹری کے لیے دلچسپ ہے، اور یہ ابتدائی زمین پر بہت کم تھا، ٹیم نے وضاحت کی، جو "اس کی منتخب افزودگی کو اہم بناتی ہے۔" دوسرے کیمیکلز کے ساتھ مخلوط ہونے پر ایک ہی چیمبر نے TMP کی سطح میں اضافہ کیا۔

کمپیوٹر سمولیشن کا استعمال کرتے ہوئے، ایک TMP اور گلائسین مکس نے فائنل پروڈکٹ - ایک دوگنا گلائسین - کو پانچ آرڈرز سے بڑھا دیا۔

ٹیم نے لکھا "یہ نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ دوسری صورت میں چیلنج کرنے والے پری بائیوٹک رد عمل کو بڑے پیمانے پر بڑھایا جاتا ہے" گرمی کے بہاؤ کے ساتھ جو مختلف علاقوں میں کیمیکلز کو منتخب طور پر افزودہ کرتے ہیں، ٹیم نے لکھا۔

مجموعی طور پر، انہوں نے 50 سے زیادہ پری بائیوٹک مالیکیولز کا تجربہ کیا اور پایا کہ فریکچر انہیں آسانی سے الگ کر دیتے ہیں۔ چونکہ ہر شگاف میں مالیکیولز کا مختلف مرکب ہو سکتا ہے، اس لیے یہ زندگی کو برقرار رکھنے والے متعدد عمارتی بلاکس کے عروج کی وضاحت کر سکتا ہے۔

پھر بھی، حیاتیات کی تشکیل کے لیے زندگی کی تعمیر کے بلاکس کیسے اکٹھے ہوئے، یہ پراسرار ہے۔ گرمی کا بہاؤ اور چٹان کی دراڑیں ممکنہ طور پر اس پہیلی کا صرف ایک ٹکڑا ہیں۔ حتمی امتحان یہ دیکھنا ہوگا کہ آیا یہ صاف شدہ پری بائیوٹکس ایک خلیے کی تشکیل کے لیے آپس میں جڑتے ہیں یا نہیں۔

تصویری کریڈٹ: کرسٹوف بی مست

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://singularityhub.com/2024/04/05/lifes-origins-fissures-in-hot-rocks-may-have-kickstarted-biochemistry/