20 آمينواسيدي كه ميليونها گونه زيستي را شكل دادهاند
آيا حيات زميني منشأ فضايي دارد؟
جام جم آنلاين: پروتئينها ملكولهاي پليمري هستند كه از كنار هم قرار گرفتن آمينواسيدها تشكيل ميشوند، در واقع آمينواسيدها نقش مونومر را براي آنها دارند.
خوب به زبان سادهتر يعني اينكه اگر پروتئين را يك ديوار آجري در نظر بگيريم، آمينواسيدها آجرهاي تشكيلدهنده اين ديوار هستند. حالا ديواري را فرض كنيد كه از چندتايي آجر مختلف كه هر كدام شكل و اندازه و رنگ مختلفي دارد، ساخته شده باشند.
به نظر شما چند ديوار مختلف ميتوان با اين آجرها ساخت؟ واضح است كه چيدمانهاي مختلف آجرها، شكلهاي گوناگوني از ديوار را ايجاد ميكنند. همين اتفاق در ساختمان پروتئينها نيز روي ميدهد. كل حيات در كره زمين از 20 ملكول آمينواسيد پايهاي ساخته شده است كه توسط آنها پروتئينهايي كه عملكردهاي مختلف زيستي دارند ساخته شدهاند. توالي آمينواسيد يك پروتئين تعيينكننده ساختار ملكول است، يك تغيير كوچك در توالي آمينواسيد ميتواند تاثيرات عميق بيولوژيكي روي ساختار كلي و عملكرد پروتئينها داشته باشد. اما آيا مساله به همين سادگي است؟
تمامي موجودات زنده ساكن سياره زمين همين 20 نوع آمينواسيد را در ساختارهاي بيولوژيكي خود دارند در حالي كه ما در محيط زيست شاهد زندگي هزاران نوع و گونه مختلف جانوري و گياهي هستيم. به نظر ميرسد كه با تغيير آرايش آمينواسيدها در ساختار سلولهاي اوليه حيات، سطوح مختلفي از زندگي با تواناييها و امكانات متنوع پديد آمده و اين تنوع زيستي بيمانند را به وجود آوردهاند. حالا سوال مهمي كه مطرح ميشود اين است كه آيا اگر آمينواسيدها به عنوان آجرهاي شكلدهنده ساختار زيستي در شرايط مختلفي قرار گيرند، ميتوانند باعث پيدايش حيات در آن محيط جديد شوند؟
پژوهشگران بر اين باورند كه زمين براي اولين بار در بيش از 3ميليارد سال قبل شاهد حضور دستهاي متشكل از 20 آمينواسيد در كنار يكديگر بود كه منجر به توليد اولين پروتئينهاي شكلدهنده حيات در اين سياره شدند؛ دستهاي كه بعدها جعبه ابزار استاندارد حيات روي زمين را تشكيل دادند. اين باور كه حيات روي زمين از اين جعبه ابزار افسانهاي شكل گرفته باشد مورد قبول همه محققان نيست. فرضيات و گمانهاي متعددي درباره حيات و چگونگي شكلگيري آن در زمين وجود دارد كه متاسفانه تعداد بسيار كمي از آنها قابليت تست ، تحقيق و ارزيابي را دارا مي باشند.اما اين فرضيه جعبه ابزار20 تايي آمينواسيدها را خيلي خوب ميشد ارزيابي كرد. خب دانشمندان هم دست به كار شدند و آزمايشي طراحي كردند تا متوجه شوند كه آيا 20 آمينواسيدي كه سنگ بناي حيات زميني هستند، تصادفي انتخاب شدهاند يا طبق اصولي خاص و بر اساس معيارهاي مشخصي دستچين گشتهاند. همچنين دانشمندان بيصبرانه منتظرند تا نتايج آزمايشها به آنها بگويد كه آيا اين دارودسته بيستتايي آمينواسيدي تنها گزينههاي موجود بودند كه ميتوانستند اين نقش را برعهده گيرند؟ به مفهومي ديگر آيا ميتوان حيات از نوعي ديگر را در جايي ديگر يافت؟ بگذاريد بي پرده برويم سراغ پرسش اصلي: آيا حيات مختص سياره زمين است؟
در ابتدا و قبل از پرداختن به اين پرسشهاي فيلسوفانه اجازه دهيد ببينيم اصلا آمينواسيد چيست؟ آمينواسيدها ملكولهايي هستند كه از پايه كربن، هيدروژن، اكسيژن و نيتروژن ساخته شدهاند. آنها به شكلهاي مختلفي به هم متصل ميشوند و ساختارهاي تركيبي بزرگتري به نام پروتئين را تشكيل ميدهند كه پايه و اساس عملكردهاي مختلف زيستي و حيات هستند. امروزه دانشمندان ميدانند كه بينهايت آمينواسيد گوناگون وجود دارند كه حيات زميني با انتخاب اجباري يا اختياري تنها 20 عدد از آنها شكل گرفته، گونه گونه شده، تكامل يافته و به اشكال متنوع امروزي در آمده است.
آزمايش حالتهاي ممكن
پژوهشگران براي اينكه بتوانند دركي صحيح از آنچه منجر به شكلگيري حيات در سياره زمين شده است به دست آورند، اقدام به شبيهسازي روزگاري از سياره زمين نمودند كه حدس زده ميشود ميلياردها كانديداي اسيدآمينويي براي شكل دادن حيات وجود داشتند. آنها براي شروع كار آمينواسيدهاي يافت شده از شهاب سنگ مورچيسون كه سال 1348 خورشيدي در استراليا كشف شده بود را مبناي تحقيقات خود قرار دادند. عمر اين سنگ آسماني به اوايل تشكيل منظومه شمسي برميگردد و عناصر يافت شده در دل آن مثالي مناسب از تركيبات موجود منظومه شمسي در زماني قبل از آغاز حيات روي زمين است.
پژوهشگران بر اين باورند كه زمين براي اولين بار در بيش از 3ميليارد سال قبل شاهد حضور دستهاي متشكل از 20 آمينواسيد در كنار يكديگر بود كه منجر به توليد اولين پروتئينهاي شكلدهنده حيات در اين سياره شدند
سپس دانشمندان از مدلسازيهاي كامپيوتري براي تخمين خواص اساسي 20 آمينواسيد سازنده حيات در زمين استفاده كردند تا با اندازهگيري مشخصاتي همچون اندازه، توانمندي تركيب، آب دوستي (ميزان تمايل يك ماده نسبت به آب) معياري براي توانايي آمينواسيدها براي تركيب و ساخت پروتئينهاي سازنده حيات پيدا كنند. نتايج بسيار هيجانانگيز بود. محققان دريافتند كه وجود 20 آمينواسيد ساختاري در تمام اشكال حيات زميني به هيچ وجه تصادفي نبوده است. آنها متوجه شدند كه بعيد به نظر ميرسد، شانس به تنهايي در چيدن اين جعبه ابزار توليد حيات در كنار هم و انتخاب آنها نقش داشته باشد. حال دانشمندان بايد ميرفتند سراغ يافتن پاسخ پرسشي جديد كه اين 20 آمينواسيد چگونه انتخاب شدند تا زيبايي زندگي را به رخ زمين بنشانند.
انتخاب طبيعي
محققان بر اين باورند كه حيات روي زمين از نوعي انتخاب طبيعي براي برگزيدن 20 نوع آمينواسيد مخصوص استفاده كرده است. انتخاب طبيعي كه براي تكامل شناسان واژه آشنايي است ميگويد كه پيدايش گونههاي مختلف حيات در روي زمين ناشي از عملكرد بهتر گونهاي نسبت به گونهاي ديگر و طبيعتا چيرگي آنگونه بر ساير همنوعان خود است.
نتيجه، سير تكاملي يك موجود تك سلولي به انساني بالغ و هوشمند است كه خود اكنون در حال بازخواني شجرهنامه خانوادگي خويش است. انتخاب طبيعي به زباني ديگر برتري يافتن يك گونه برگونه ديگر است كه با توجه به ميزان تطبيق گونه پيروز با محيط زيست و شرايط دشوار آن تعريف ميشود. بر اساس اين تعريف، گونهاي كه با شرايط محيطي خود سازگاري بيشتري دارد، ميتواند به حيات و توليد مثل خود ادامه داده، ازدياد نسل نمايد و با چيرگي بر ساير گونههاي مشابه خود طبيعتا برگزيده شود.
درست مشابه همين بحث در آمينواسيدها هم قابل طرح است. بر اساس همين تئوري بود كه دانشمندان تركيبات متنوعي از آمينواسيدها را مورد مطالعه قرار دادند تا دريابند كه چه عاملي باعث انتخاب طبيعي اين 20 آمينواسيد معروف شده است.
اما هيچ يك از تركيبات مورد مطالعه به طور كامل كانديداي مناسبي براي توليد حيات از نوعي غير از گونه زميني شناخته نشد و تكثير و توليد هيچ تركيب ديگري از آمينواسيدها به نتيجه نرسيد يا در صورت نتيجه دادن، ادامه پيدا نكرد و در جايي متوقف گرديد. بنابراين هنوز دانشمندان از پاسخ به اين پرسش كه چگونه انتخاب طبيعي موجب برگزيده شدن اين 20 آمينواسيد شده است، عاجزند.دانش امروزي ما گواه اين مطلب است كه آمينواسيدهايي غير از آن 20 نمونه خوششانس نيز در برخي موارد توانستهاند سر از ساختاز ژني موجودات زنده درآورند.
ما همه اين موارد را در دسته ناهنجاريهاي ژنتيكي مثل جهشهاي ژني، نقصهاي مادرزادي و در كل بيماري يا مشكل دستهبندي ميكنيم. نتايج تحقيقات و مشاهدات عيني حكايت از آن دارد كه طبيعت در انتخاب خود براي برگزيدن 20 آمينواسيد زندگي ساز شاهكاري مثال زدني كرده است كه نتيجه آن ميليونها گونه زيستي بزرگ و كوچك امروزي است. اما اين آمينواسيدهاي معجزه گر از كجا آمدهاند؟
اسيدهاي آمينه همراه شهاب سنگها به زمين آمدهاند
امروزه مشاهدات و اكتشافات انجام شده در ساير اجرام سماوي جاي هيچ شكي باقي نگذاشته است كه آمينواسيدها در جاهاي ديگري از منظومه شمسي غير از زمين نيز بوفور يافت ميشوند. اولين نشانهها از شهاب سنگهايي به دست آمد كه گرفتار ميدان گرانشي زمين شده و بر سطح اين سياره سقوط كردهاند. ابتدا گمان بر اين بود كه شايد يافتههاي فوق ناشي از رسوخ آمينواسيدهاي زميني به دل اين سنگهاي آسماني بوده است.
اما خيلي زود و با كشف ساختار متفاوت اين آمينواسيدهاي كشف شده، اميد تازهاي در دل جويندگان موجودات فضايي كاشت. اين موضوع باعث شد تا دور تازهاي از پژوهشها براي يافتن منابع جديد آمينواسيدها تعريف گردد و پروژههاي تازهاي پر پرواز گيرند. بعد از آن بود كه دانشمندان با مطالعه نمونههاي جمع آوري شده توسط كاوشگر فضايي استارداست از غبار يك دنبالهدار دريافتند كه آمينواسيدها گويا در منظومه شمسي پراكندهاند. اما تمام اين يافتهها فقط باعث شده است تا تعداد پرسشهاي پيش روي محققان سير صعودي گيرد. به راستي حيات روي زمين از كجا نشأت گرفته است؟ آيا ميتوان انتظار داشت كه روزي بتوانيم در سيارات ديگري زندگي پيدا كنيم؟ اگر پاسخ به اين پرسش مثبت است، حيات فرازميني چه شكلي است؟ دانشمندان بخصوص در حال بررسي اين موضوع هستند كه چگونه تركيبهاي گوناگوني از آمينواسيدها باعث پيدايش گونههاي مختلف حيات ميشود؟ و پرسش آخر اينكه با ايجاد تغيير در تركيبات گوناگون و توالي تركيبي مجموعههاي مختلف آمينواسيدي قادر به ايجاد چه تغييراتي در پروتئينهاي سازنده زندگي خواهيم بود؟ يافتن اين پاسخها ميتواند علاوه بر روشن ساختن يكي از اساسيترين پرسشهاي بشري مبني بر چگونگي پيدايش حيات، عصر جديدي از فناوريهاي زيستي را نيز فراروي بشر كنجكاو قرار دهد.
بهروز يزدانپناه/ جام جم