خاستگاه حیات از «لجن اولیه»؛ نگاهی نو به تولد زندگی روی زمین و شاید سراسر کیهان
پژوهشی تازه نشان میدهد که حیات اولیه ممکن است نه در سلولها، بلکه در تودههایی ژلهمانند از مواد شیمیایی پیشازیستی شکل گرفته باشد؛ دیدگاهی که پیچیدگی مسیر پیدایش زندگی را بیش از گذشته برجسته میکند.
ایده شکلگیری حیات از «لجن اولیه» (Primordial Ooze) از دیرباز در تخیل انسان حضور داشته است؛ از بازسازیهای دیجیتال و شبیهسازیهای رایانهای گرفته تا بررسی سنگهایی چند میلیارد ساله که هنوز ردپای میکروبها را در خود دارند. از زمانی که بشر به قدمت بسیار زیاد سیاره زمین پی برد، سازوکارهای آغاز حیات همواره یکی از جذابترین پرسشهای علمی بودهاند. اکنون، دیدگاهی جدید مطرح شده که بر اساس آن، مولکولهای پیشازیستی (Prebiotic Molecules) ممکن است درون تودههای واقعی و ژلهمانند به هم پیوسته و زمینه شکلگیری حیات را فراهم کرده باشند.
فراتر از نگاه سادهانگارانه به آغاز حیات
بیشتر فرضیههای مربوط به منشأ حیات بر سادهترین واکنشهای شیمیایی تمرکز دارند؛ واکنشهایی که به تشکیل مولکولهای پایه زندگی منجر میشوند. اما مشکل رویکردهای تقلیلگرایانه این است که اغلب پیچیدگی بسیار بالای فرآیندهایی را که به «ابیوژنز» (Abiogenesis؛ پیدایش حیات از مواد غیرزنده) انجامیدهاند، بیش از حد ساده میکنند.
در مقابل، برخی پژوهشگران به سراغ «شیمی سامانهای» میروند؛ رویکردی که بررسی میکند اجزای شیمیایی چگونه با یکدیگر برهمکنش داشته و ویژگیهای جدیدی ایجاد کردهاند که نهایتاً به شکلگیری «پروتوسلها» (Protocells) انجامیده است. هرچند این روش نیز بینقص نیست، زیرا اغلب از پیش فرض میگیرد که نتیجه نهایی باید چیزی بسیار شبیه یک سلول دارای غشا باشد، اما همچنان میتواند سرنخهای مهمی ارائه دهد.
آیا حیات الزاماً به سلول نیاز دارد؟
اینکه سلول واحد بنیادی حیات روی زمین است، لزوماً به این معنا نیست که تنها ظرف ممکن برای توسعه فرایندهای زیستی محسوب میشود. فرض وابستگی حیات به سلول، این واقعیت را نادیده میگیرد که شکلگیری خودِ سلول فرایندی بسیار دشوار است.
در همین راستا، تیمی از پژوهشگران به رهبری تونی زد. جیا (Tony Z. Jia) از دانشگاه هیروشیما (Hiroshima University) در ژاپن و کوهان چاندرو (Kuhan Chandru) از دانشگاه ملی مالزی (National University of Malaysia) ــ هر دو متخصص شیمی پیشازیستی ــ فرضیهای جدید ارائه کردهاند. آنها معتقدند پیشسازهای حیات در «ژلهای پیشازیستی» (Prebiotic Gels) پدید آمدهاند. این نظریه، پلی میان عناصر زیستی و شیمیاییای میسازد که احتمالاً بستر پیدایش نخستین موجودات زنده زمین بودهاند.
این پژوهش در مجله علمی ChemSystemsChem منتشر شده است.
ژل پیشازیستی چیست؟
پژوهشگران در مقاله خود مینویسند: «منظور ما از ژل پیشازیستی، هر ماده نرم و ساختارمندی است که از ترکیبات قابلقبول پیشازیستی شکل گرفته و یک ماتریس نیمهجامد ایجاد میکند؛ ماتریسی که قادر است برهمکنشهای شیمیایی موضعی و یکپارچه را پشتیبانی کند.»
این ژلها شباهت زیادی به «بیوفیلمها» (Biofilms) دارند؛ یعنی اجتماعات پیچیده میکروبی که درون لایهای پلیمری و محافظ، ترشحشده توسط خود میکروبها، زندگی میکنند. بر اساس این فرضیه، ژلهای پیشازیستی میتوانستند نه یک مسیر خطی، بلکه مسیرهای تکاملی متعددی را ــ بسته به شرایط محیطی ــ برای شکلگیری حیات فراهم کنند.
ژلها؛ بیش از یک بستر ساده
این تودههای ژلهمانند صرفاً بستری برای پیدایش حیات نبودند، بلکه ممکن است پیش از «زنده شدن» واقعی، از واکنشها و کارکردهای شیمیایی ضروری برای حیات پشتیبانی کرده باشند. همانند بیوفیلمها، این ژلها احتمالاً رفتاری شبیه موجودات چندسلولی (Multicellular Organisms) داشته و میتوانستند در هر جایی که آب وجود داشته، شکل بگیرند.
در بیوفیلمهای امروزی، لایه لزجی که به جوامع باکتریایی کمک میکند به سطوح بچسبند و پایدار بمانند، از پروتئینها، لیپیدها (Lipids)، سلولز (Cellulose)، قندها و دیانای خارجسلولی (Extracellular DNA) تشکیل شده است. اگر ژلهای پیشازیستی عملکردی مشابه داشتهاند، مزایای متعددی برای نخستین میکروبها فراهم میکردهاند.
مزایای تکاملی زندگی در ژل
یکی از این مزایا، اشتراک منابع بوده است؛ به این معنا که هر موجود نیاز متابولیکی (Metabolic Demand) کمتری داشته است. در مقایسه با میکروبهای آزاد، که برای مقابله با استرسهای محیطی و حرکت، انرژی زیادی مصرف میکنند و این امر به تولیدمثل و بقا آسیب میزند، موجودات ساکن در بیوفیلمها وظایف متابولیکی را میان خود تقسیم میکنند و در نتیجه انرژی را حفظ میکنند.
علاوه بر این، پلیمرهای موجود در بیوفیلمها نقش حفاظتی مهمی دارند و میتوانند در برابر پرتوهای کیهانی ــ که در دوران جوانی زمین شدیدتر بوده ــ خشکی، سموم و سایر تهدیدها از میکروبها محافظت کنند.
دو مسیر برای شکلگیری پروتوسلها
تیم پژوهشی دو راه احتمالی را پیشنهاد میکند که از طریق آنها پروتوسلها میتوانستند درون ژلهای پیشازیستی شکل بگیرند:
- جدایش فازی (Phase Separation):
فرایندی زیستی، سریع و کممصرف از نظر انرژی که در آن، یک محلول آبی از مایعی متراکم و سرشار از مولکولها جدا میشود. در ژلهای پیشازیستی، این جدایش میتوانسته به گردهمآیی پیشسازهای پروتوسلها و آغاز سازمانیافتگی حیات کمک کند. - شکلگیری مستقیم در ماتریس ژل:
در این حالت، مولکولها درون ژل خود را به گروههای مجزا سازماندهی میکردند و ساختارهایی به نام «پروفیلمها» (Proto-films) را بهوجود میآوردند. درون این پروفیلمها، پروتوسلهایی شکل میگرفتند که توانایی متابولیسم مواد مغذی و همانندسازی را داشتند.
پیامدها برای جستوجوی حیات فرازمینی
بیوفیلمهای زمینی و فرضیههایی که پیدایش حیات را به آنها یا ساختارهای مشابه نسبت میدهند، میتوانند نگاه ما را در جستوجوی حیات فراتر از زمین تغییر دهند. معمولاً انتظارات ما از موجودات فرازمینی بر اساس «حیاتِ آنگونه که میشناسیم» شکل میگیرد، اما حیات در سیارات و قمرهای دیگر ممکن است کاملاً متفاوت باشد.
اگر حیات اولیه روی زمین در محیطی غیر از آنچه تاکنون تصور میکردیم تکامل یافته باشد، لازم است رویکردهای «زیستاخترشناسی» را بازنگری کنیم. پژوهشگران در این باره میگویند: «تمرکز صرف بر الگوهای زمینی، توانایی ما را برای شناسایی ساختارهای واقعاً بیگانه شبیه بیوفیلم، یا آنچه ما آن را «زئونفیلمها» (Xeon-films) مینامیم، محدود میکند. چنین زئونفیلمهایی میتوانند از بلوکهای سازندهای کاملاً متفاوت یا دستکم تا حدی متفاوت برخوردار باشند؛ بلوکهایی که توسط شیمیهای سیارهای منحصربهفرد و تاریخچههای تکاملی خاص شکل گرفتهاند.»
در مجموع، این دیدگاه جدید نهتنها تصویری پیچیدهتر و غنیتر از خاستگاه حیات روی زمین ارائه میدهد، بلکه افقهای تازهای را برای درک امکان حیات در سراسر جهان هستی میگشاید.
