تغییر شیمیایی کوچک در ۴ میلیارد سال پیش شاید توضیح دهد چرا امروزه وجود داریم

پیش از ظهور دی‌ان‌ای (DNA) روی زمین، حدود چهار میلیارد سال پیش، برخی دانشمندان این فرضیه را مطرح کردند که سیاره ما زمانی در مرحله‌ای موسوم به جهان آر‌ان‌ای (RNA) قرار داشته است.

این نظریه در دهه ۱۹۸۰ میلادی مورد توجه بیشتری قرار گرفت؛ زمانی که پژوهشگران دریافتند آر‌ان‌ای ویژگی‌های کاتالیزوری دارد. این کشف نشان داد که آر‌ان‌ای می‌تواند پیش از پیدایش دی‌ان‌ای و حتی پروتئین‌های ابتدایی، اطلاعات ژنتیکی را ذخیره کند و به‌تنهایی واکنش‌های شیمیایی را پیش ببرد.

سیدنی آلتمن، شیمی‌دان دانشگاه ییل و برنده جایزه نوبل که ویژگی‌های کاتالیزوری آر‌ان‌ای را کشف کرد، درباره تردیدهای موجود در این زمینه توضیح داد

تردیدهای بسیاری درباره این موضوع مطرح شده‌اند که آیا ماده ژنتیکی و کاتالیزوری اولیه می‌توانسته آر‌ان‌ای به شکل امروزی آن باشد یا خیر؛ زیرا شرایط بسیار سخت زمین در دوران آغازین ممکن بود به تجزیه شیمیایی سریع آر‌ان‌ای منجر شود. بااین‌حال، حتی اگر ماهیت شیمیایی دقیق ماده ژنتیکی و کاتالیزوری اولیه با آر‌ان‌ای امروزی تفاوت داشته باشد، منطقی به نظر می‌رسد که نتیجه بگیریم جهان آر‌ان‌ای در مقطعی از تاریخ زمین وجود داشته است.

اگر روزی بشر با تکیه بر نبوغ خود ماشین زمان بسازد، مسافران زمان بهتر است از سفر به زمین در دوره هادئن خودداری کنند. چرخش بسیار سریع سیاره باعث شده بود هر شبانه‌روز تنها حدود شش ساعت طول بکشد. در آن دوران، فعالیت‌های مذاب بخش‌های گسترده‌ای از سطح زمین را دگرگون می‌کرد و بقایای باقی‌مانده از قرص پیش‌سیاره‌ای پیرامون خورشید، به‌طور مداوم با سطح سیاره برخورد می‌کردند.

یکی از این برخوردها چنان عظیم بود که به شکل‌گیری ماه انجامید. چنین محیط نامساعدی یکی از دلایلی است که برخی دانشمندان بقای مولکول شکننده آر‌ان‌ای را در آن شرایط زیر سؤال می‌برند؛ به‌ویژه آنکه گرما و اسیدیته شدید می‌توانستند به این مولکول آسیب برسانند و فرصت تعامل کافی برای شکل‌گیری زیربنای حیات امروزی را از آن بگیرند.

تغییر شیمیایی کوچکی با نقشی بزرگ در بقای آر‌ان‌ای

اکنون پژوهشگران دانشگاه بوفالو و دانشگاه پرینستون بار دیگر این معمای علمی را بررسی کرده‌اند و به این نتیجه رسیده‌اند که یکی از تفاوت‌های شیمیایی مهم میان آر‌ان‌ای و دی‌ان‌ای شاید بتواند بقای غیرمنتظره آر‌ان‌ای را توضیح دهد.

در پژوهشی که نتایج آن در مجله نیچر کامیونیکیشنز منتشر شده، پریا بانرجی، استاد دانشگاه بوفالو و نویسنده اصلی تحقیق، به همراه گروه خود، گروه شیمیایی ۲′-هیدروکسیل با نماد 2′-OH را بررسی کردند؛ ساختاری که در آر‌ان‌ای وجود دارد، اما دی‌ان‌ای فاقد آن است. پژوهشگران برای انجام این بررسی از میکروسکوپی با قابلیت کنترل دما، پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک و شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی بهره گرفتند.

نتایج نشان داد که این گروه شیمیایی به آر‌ان‌ای کمک می‌کند با افزایش دما، آمادگی بیشتری برای برهم‌کنش با مولکول‌های دیگر داشته باشد. در نتیجه، قطره‌هایی ژل‌مانند شکل می‌گیرند که احتمالاً در زمین اولیه می‌توانستند از مولکول آر‌ان‌ای محافظت کنند؛ آن هم مدت‌ها پیش از آنکه دیواره‌های سلولی تکامل یابند.

بانرجی در بیانیه‌ای مطبوعاتی درباره اهمیت این کشف گفت

این یافته‌ها برای نخستین بار نشان می‌دهند که تغییرات بسیار کوچک در شیمی مولکولی چگونه می‌توانند بر شکل‌گیری ساختارهای زیست‌مولکولی بسیار بزرگ‌تر و خودسازمان‌یافته، مانند تراکم‌های آر‌ان‌ای، تأثیر بگذارند. این نتایج ممکن است در آینده به ما کمک کنند تا به پرسش‌های عمیق‌تری پاسخ دهیم؛ از جمله اینکه آیا این تراکم‌ها در پر کردن فاصله میان مولکول‌های ساده و نخستین شکل‌های حیات نقش داشته‌اند یا خیر.

این پژوهش در ادامه مطالعه‌ای منتشرشده در سال ۲۰۲۳ در مجله نیچر کمستری انجام شده است؛ تحقیقی که طی آن بانرجی و همکارانش برای نخستین بار نشان دادند قطره‌های آر‌ان‌ای در دماهای بالا تشکیل می‌شوند.

پس از شناسایی عامل شیمیایی اصلی که احتمالاً به این سازوکار محافظتی کمک می‌کند، بانرجی و گروه پژوهشی‌اش اکنون در حال بررسی این موضوع هستند که آیا قطره‌های آر‌ان‌ای می‌توانند رفتارهایی مشابه سلول‌ها از خود نشان دهند یا خیر. به گفته او، این تحقیقات ممکن است بخش مهمی از داستان آغاز حیات روی زمین را آشکار کنند.

بانرجی درباره نقش احتمالی این ساختارها در شکل‌گیری نخستین موجودات زنده گفت

این محفظه‌های آر‌ان‌ای که از طریق فرایند خودسازمان‌دهی شکل می‌گیرند، احتمالاً یکی از مراحل مسیر تکامل به سوی موجودات تک‌سلولی بوده‌اند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.