قد يكشف تخيل أشكال الحياة الجديدة الغريبة عن أصولنا

أصول الحياة وأشكال الحياة

(رصيد الصورة: Shutterstock)





تم نشر هذه المقالة في الأصل على المحادثة. ساهم المنشور بالمقال في Live Science أصوات الخبراء: افتتاحية ورؤى.

حاول الفلاسفة والعلماء منذ أقدم العصور فهم العلاقة بين المادة الحية وغير الحية. لكن أصل الحياة يظل أحد أكبر الألغاز العلمية التي يتعين حلها.

تتكون اللبنات الأساسية للحياة كما نعرفها أساسًا من أربع مجموعات من المواد الكيميائية: البروتينات والأحماض النووية والدهون (الدهون) والكربوهيدرات. كان هناك الكثير من الإثارة حول إمكانية العثور عليها الأحماض الأمينية (مكونات البروتينات) على المذنبات أو الكواكب البعيدة لأن بعض العلماء يعتقدون أن الحياة على الأرض ، أو على الأقل لبنات بنائها ، ربما تكون في الأصل تأتي من الفضاء الخارجي وترسبت بواسطة النيازك.



ولكن هناك الآن أمثلة مكثفة عن كيفية قيام العمليات الطبيعية على الأرض بتحويل الجزيئات البسيطة إلى هذه اللبنات الأساسية. لقد أوضح العلماء في المختبر كيفية صنعه أحماض أمينية والسكريات البسيطة والدهون وحتى النيوكليوتيدات - الوحدات الأساسية للحمض النووي - من مواد كيميائية بسيطة للغاية ، في ظل ظروف كان من الممكن أن تكون موجودة على الأرض في وقت مبكر. ما لا يزال بعيدًا عنهم هو النقطة في العملية عندما يصبح الحساء الكيميائي كائنًا حيًا. كيف أصبحت أشكال الحياة الأولى حية؟

على الرغم من وجود بعض الجدل حول تعريف الحياة ، من المسلم به عمومًا أن الحياة كلها تتطلب تكوين خلية مستدامة ، ويجب أن تكون الخلايا قادرة على التكاثر. في الخلايا البشرية ، يتم ذلك باستخدام خيوط من الحمض النووي الكيميائي. عندما تنقسم الخلايا ، فإنها تستخدم الحمض النووي كمخطط لكيفية تكوين الخلايا الجديدة.

لكن الانقسام الخلوي لا ينتج دائمًا نسخة دقيقة من الحمض النووي. عادةً ما يكون خطأ النسخ أو الطفرة هذا عيبًا ويمكن التخلص من الخلية. لكن في بعض الأحيان ، تمنح الطفرة فائدة أو ميزة للخلية (أو الكائن الحي) في بيئتها الحالية. في هذه الحالة نقول إنه تم تحديده ، مما يعني أنه يزدهر ويتكاثر على حساب الخلايا الأخرى.



كل ذلك في الكيمياء

لكن كيف ظهرت الخلايا الأولى؟ تعتمد الأنظمة الحية كيميائيًا ، وبالتالي يجب أن تمتثل لقوانين العلم. يبدو أن الحياة مجرد سلسلة من التفاعلات الكيميائية - ونحن الآن نفهم كيف تعمل هذه التفاعلات على المستوى الجزيئي. إذن بالتأكيد هذا يجب أن يخبرنا كيف نشأت الحياة؟

حويصلة ، تكوين يشبه الخلية مع غشاء مصنوع من الأحماض الدهنية.

حويصلة ، تكوين يشبه الخلية مع غشاء مصنوع من الأحماض الدهنية.(رصيد الصورة: Vesicle بواسطة shurikart / shutterstock.com)



لوحظ تحويل هذه الجزيئات الحيوية البسيطة إلى جزيئات أكثر تعقيدًا في ظل مجموعة متنوعة من الظروف الأولية. على سبيل المثال ، الأحماض الدهنية - نوع من جزيئات اللبيدات البنائية - تتجمع بشكل طبيعي معًا في هياكل تشبه الأغشية ، تسمى الحويصلات ، وحتى تخضع لعمليات كيميائية تشبه انقسام الخلايا وتكاثرها. كما تم إنشاء أنظمة تكرار بسيطة في ظل ظروف الاكتفاء الذاتي يظهر حدوثه لكل من النيوكليوتيدات البسيطة (أجزاء من الحمض النووي) والببتيدات (أجزاء من البروتينات).

إنشاء النظام

تكمن المشكلة الحقيقية في فهم كيف اجتمعت آلية المواد الكيميائية هذه لتوليد الحياة. من الصعب للغاية تحديد مستجمعات المياه حيث يتم تحويل النشاط الكيميائي المهمل إلى استقلاب بيولوجي منظم والمحفز لهذا هو العنصر الرئيسي المفقود من الحساء البدائي.

قد يمنعنا الافتراض بأن أشكال الحياة المبكرة كانت مشابهة لما نراه اليوم من الإجابة على هذا السؤال. من المحتمل أنه كان هناك العديد من السلائف الفاشلة التي لا تشبه كثيرًا الحياة الحالية. كانت هناك تكهنات بأن نقاط البداية البدائية يمكن أن تكون مبنية على عنصر آخر غير الكربون (المادة في قلب كل أشكال الحياة اليوم). يقترح بعض الباحثين أن الحياة ربما تكون قد تطورت في الأصل في سوائل غير الماء. هذه البدائل رائعة ، ولكن من الصعب العثور على نقطة انطلاق للبحث عنها لأنها غير مألوفة للغاية.

التوازن خارج

السمة الرئيسية التي تميز الحياة عن الجماد هو اعتمادها على التنظيم. يجب ترتيب الجزيئات بطريقة معينة وتكرارها وفقًا لنمط تفصيلي. لكن الاتجاه الطبيعي للكون كله هو نحو حالة من التوازن ، أو التوازن - حيث ينتشر كل شيء ولا يتم ترتيب أي شيء. إن الحفاظ على بنية منظمة يعني أن الحياة غير متوازنة باستمرار وهذا يتطلب طاقة ، والتي يجب على الكائنات الحية استخراجها من محيطها.

إحدى الطرق التي تقوم بها الكائنات الحية هي التسبب في حركة الجزيئات أو حتى الجسيمات دون الذرية التي يمكنها بعد ذلك توليد الطاقة للخلية. على سبيل المثال ، تحصل الكائنات الحية التي تعيش في الفتحات الحرارية المائية في قاع البحر على طاقتها من نقل البروتونات من خلال غشاء الخلية.

هيكل البروتين

هيكل البروتين(رصيد الصورة: Iva Hafner-Bratkovič و Helena Gradi & Scaron ؛ ar و Sabina Boži و Tibor Dolez)

تحافظ الأنظمة الحية على حالة عدم توازنها من خلال الجمع بين القدرة على التكرار الذاتي والقدرة على استخراج الطاقة من محيطها. لاكتشاف أصل الحياة ، نحتاج إلى فهم كيفية دمج هذه الخصائص لتشكيل وحدة مستدامة.

يتبنى بعض العلماء أ نهج من أعلى إلى أسفل ، في محاولة للإجابة على هذا السؤال عن طريق إزالة أجزاء من خلية حية لتحديد الحد الأدنى من البنية المطلوبة للحفاظ على الحياة. آخرون يقتربون منه من القاع فصاعدا من خلال الجمع بين وحدات البناء في حاوية بدائية لتقليد خلية بسيطة.

في حين أن كلا النهجين قد يكونان مفيدان ، إلا أن اللحظة الدقيقة للانتقال من المادة الكيميائية إلى الحياة (والعكس صحيح) لا تزال تتهرب منا. لكن الافتقار إلى الاكتشاف أمر رائع في حد ذاته - فهو يؤكد أن خلق الحياة أمر صعب ويتطلب ظروفًا لم تعد موجودة بشكل طبيعي على الأرض. لن يخبرنا الاختراق في هذا المجال بمتطلبات الحياة فحسب ، بل سيخبرنا أيضًا بظروف نشأتها.

مايكل بيج ، أستاذ الكيمياء العضوية الفيزيائية ، جامعة هدرسفيلد

تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة . إقرأ ال المقالة الأصلية . تابع جميع قضايا ومناقشات أصوات الخبراء - وكن جزءًا من المناقشة - على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك و تويتر و جوجل + . الآراء المعبر عنها هي آراء المؤلف ولا تعكس بالضرورة آراء الناشر. تم نشر هذا الإصدار من المقالة في الأصل العلوم الحية.