تقدم البروتينات القديمة أدلة جديدة حول أصل الحياة على الأرض

استخدم الباحثون المحاكاة المعملية لإعادة تكوين ظروف الأرض المبكرة واكتشفوا أن تطور البروتينات القديمة في جميع أشكال الحياة على الكوكب ، بما في ذلك النباتات والحيوانات والبشر ، لم يكن ممكنًا بدون أحماض أمينية محددة .

يلقي اكتشاف الدور الذي لعبته الأحماض الأمينية في تشكيل الشفرة الوراثية للكائنات الحية الدقيقة القديمة ، ضوءًا جديدًا على اللغز القديم لأصل الحياة على الأرض.

“ترى نفس الأحماض الأمينية في كل كائن حي ، من البشر إلى البكتيريا إلى العتائق ، وذلك لأن كل الأشياء على الأرض مرتبطة من خلال شجرة الحياة هذه التي لها أصل ، وهو كائن كان سلفًا لجميع الكائنات الحية ،” قال ستيفن فرايد ، كيميائي في جامعة جونز هوبكنز شارك في قيادة البحث مع علماء في جامعة تشارلز في جمهورية التشيك. “نحن نصف الأحداث التي شكلت سبب حصول هذا السلف على الأحماض الأمينية التي حصل عليها.”

في المختبر ، قلد الباحثون تخليق البروتين البدائي قبل 4 مليارات سنة باستخدام مجموعة بديلة من الأحماض الأمينية التي كانت متوفرة بكثرة قبل نشوء الحياة على الأرض.

وجدوا المركبات العضوية القديمة التي دمجت الأحماض الأمينية الأنسب لطي البروتين في الكيمياء الحيوية الخاصة بهم. بعبارة أخرى ، ازدهرت الحياة على الأرض ليس فقط لأن بعض الأحماض الأمينية كانت متاحة وسهلة الصنع في الموائل القديمة ولكن لأن بعضها كان جيدًا بشكل خاص في مساعدة البروتينات على تبني أشكال معينة لأداء وظائف حاسمة.

قال فريد: “كان طي البروتين يسمح لنا بشكل أساسي بإجراء التطور قبل وجود حياة على كوكبنا”. “يمكن أن يكون لديك تطور قبل أن يكون لديك علم الأحياء ، يمكن أن يكون لديك انتقاء طبيعي للمواد الكيميائية المفيدة للحياة حتى قبل وجود الحمض النووي .”

على الرغم من أن الأرض البدائية كانت تحتوي على مئات الأحماض الأمينية ، فإن جميع الكائنات الحية تستخدم نفس العشرين من هذه المركبات. يدعو فرايد تلك المركبات “الكنسي”. لكن العلم كافح لتحديد ما هو خاص جدًا – إن وجد – حول تلك الأحماض الأمينية العشرين.

في المليار سنة الأولى من وجوده ، كان الغلاف الجوي للأرض يتألف من مجموعة متنوعة من الغازات مثل الأمونيا وثاني أكسيد الكربون التي تفاعلت مع مستويات عالية من الأشعة فوق البنفسجية لتلفيق بعض أبسط الأحماض الأمينية الأساسية. وصل آخرون عبر تسليم خاص بواسطة النيازك ، والتي قدمت كيسًا مختلطًا من المكونات التي ساعدت الحياة على الأرض على إكمال مجموعة من 10 أحماض أمينية “مبكرة”.

كيف أصبح الباقي هو سؤال مفتوح يحاول فريق فرايد الإجابة عليه من خلال البحث الجديد ، خاصة وأن تلك الصخور الفضائية جلبت أكثر بكثير من الأحماض الأمينية “الحديثة”.

قال فريد: “نحن نحاول معرفة ما هو مميز جدًا بخصوص الأحماض الأمينية الأساسية لدينا”. “هل تم اختيارهم لأي سبب معين؟”

يقدر العلماء عمر الأرض بـ 4.6 مليار سنة ، وأن الحمض النووي والبروتينات والجزيئات الأخرى لم تبدأ في تكوين كائنات حية بسيطة إلا منذ 3.8 مليار سنة. يقدم البحث الجديد أدلة جديدة في لغز ما حدث خلال الفترة الفاصلة بينهما.

“لكي يكون لديك تطور بالمعنى الدارويني ، يجب أن يكون لديك هذه الطريقة المعقدة لتحويل الجزيئات الجينية مثل DNA و RNA إلى بروتينات. لكن تكرار الحمض النووي يتطلب أيضًا البروتينات ، لذلك لدينا مشكلة الدجاج والبيض. “يُظهر بحثنا أنه كان من الممكن أن تختار الطبيعة لبنات بناء ذات خصائص مفيدة قبل التطور الدارويني.

اكتشف العلماء أحماض أمينية في كويكبات بعيدة عن الأرض ، مما يشير إلى أن هذه المركبات موجودة في كل مكان في زوايا أخرى من الكون. لهذا السبب يعتقد فرايد أن البحث الجديد يمكن أن يكون له أيضًا آثار على إمكانية العثور على حياة خارج الأرض.

قال فريد: “يبدو أن الكون يحب الأحماض الأمينية”. “ربما إذا وجدنا الحياة على كوكب مختلف ، فلن يكون الأمر مختلفًا إلى هذا الحد.”