جستجو براي يافتن اولين نشانههاي حيات
پژوهشهاي زيادي براي يافتن فرآيندي كه منجر به ايجاد اين مولكول شده و مشخصات حياتي آن در سالهاي متمادي صورت گرفته است. اين تحقيقات به رسيدن بشر به جايگاهي از علم منجر شده كه ميتوان ادعا كرد حالا قادر است يكي از آن مولكولها را بسازد.
چهار ميليارد سال پيش، سطح داغ و ناآرام سياره زمين كه بهتازگي در مداري به دور يك ستاره متوسط شكل گرفته بود، شروع به سرد شدن كرد. سطح خشن آن ابتدا با شهابسنگهاي فراواني بمباران شد و در ادامه توسط گدازههاي ناشي از فورانهاي آتشفشاني متعددي نهربندي گرديد كه در نتيجه آن اتمسفري پر از گازهاي سمي سياره را احاطه كرد.
هنوز دليل قانعكنندهاي ارائه نشده است كه چگونه اين همه آب بر سطح زمين جاري شد، تبخير شد، ابر شكل گرفت و توفانهاي مهيب و رعد و برقهاي بزرگ تمام زمين را جارو كردند. آنچه مسلم است اين كه يك روزي در صدها ميليون سال پيش آب بر سطح زمين جاري شد و گودالهاي اين سياره را پر كرد، كمكم اقيانوسها و رودخانهها شكل گرفتند و در ادامه و تحتتاثير تمام آنچه ذكرش رفت، يك اتفاق خارقالعاده و معجزهگونه رخ داد و براي اولين بار در سياره زمين يك سلول يا دستهاي از مولكولها كه قادر بودند خود را تكثير كنند، تشكيل شدند؛ رويداد بزرگي كه سرآغاز داستاني هيجانانگيز به نام حيات بود. زماني كه اولين مولكول خود همانندساز تشكيل شد، انتخاب طبيعي دست به كار شد و قدرت خود را در تغيير سرنوشت يك سياره به رخ كشيد.
انتخاب طبيعي يعني توانايي و برتري يك نسل از سلولها، موجودات، گياهان يا حيوانات براي ادامه بقا در مقابل ساير گونههاي زيستي و همنوعان ديگرشان. اينچنين بود كه نسل به نسل تغييراتي در ساختار و چيدمان مولكولهاي خود تقسيمشونده ايجاد شده و آنهايي كه بهتر بودند بقا يافته و نسلهاي بعدي را شكل دادند. ديري نگذشت كه اولين سلولهاي ساده تشكيل شدند. ميلياردها سال بعد، برخي نوادگان آن سلولهاي ابتدايي تكامليافته و به ارگانيسمهاي هوشمندي تبديل شدند. آنقدر هوشمند كه راهافتادند به دنبال اجداد خيلي اوليه خود كه همان سلولهاي اوليه با قابليت تكثير بودند. شما كه حتما ميدانيد آن موجود هوشمند انسان است. خب حالا مساله اصلي انسان اين است كه در آغاز، ابتداييترين سلول تشكيلدهنده حيات امروزي چه مولكولي بوده است؟
حدود 50 سال پيش، بشر براي اولينبار دريافت كه اولين سلول خود همانندساز تاريخ حيات سياره زمين RNAها بودند كه هم خانواده DNAها هستند. البته ناگفته نماند كه تاكنون هيچ اطلاع دقيقي درباره نحوه شكلگيري RNA در زمين وجود ندارد. اين ايده همواره مشكلي بزرگ داشته و آن اين كه اگر RNA نميتوانست به صورت خود به خود تشكيل شود، چگونه ميتوانست خود همانندسازي داشته باشد؟ آيا ابتدا برخي ديگر از گونههاي تقسيمشوندگان ايجاد شدند و اگر اينطور است، ماهيت آنها چه بوده؟
با تحقيقاتي كه صورت گرفته پاسخ به اين سوالات در حال روشن شدن است. وقتي زيستشناسان براي اولين بار به صرافت يافتن پاسخي براي چگونگي شكلگيري حيات اوليه افتادند، يافتن جواب تقريبا ناممكن به نظر ميرسيد.
پژوهشهاي فراوان باعث شد بشر نگاه جديدي به حيات و شرايط تشكيل آن داشته باشد. همين دانش نوين بود كه بشر را به صرافت يافتن حيات ماوراءزميني انداخت.
امروزه ميدانيم كه در تمام ارگانيسمهاي زنده، كارهاي پيچيده به عهده پروتئينهاست. پروتئينها از لحاظ ساختاري اين قابليت را دارند كه پيچ و تاب خورده و به شكلهاي متنوعي درآيند.
بنابراين قادرند عملكردهاي متفاوتي داشته باشند كه از جمله ميتوان به نقش حياتي و مهم آنها به عنوان آنزيمها اشاره كرد. از طريق همين نقش مهم است كه پروتئينها ميتوانند گستره وسيعي از واكنشهاي شيميايي را تسهيل كنند و سرعت بخشند. نكته مهم اين است كه اطلاعات اصلي كه براي ساخت پروتئينها استفاده ميشود، در مولكولهاي DNA ذخيره شدهاند و بدون DNAنميتوان پروتئينهاي جديدي ساخت و در عين حال نيز بدون پروتئينها نميتوان DNAجديد ايجاد كرد. خب گويا دوباره پرسش معروف مرغ و تخممرغ در حال شكلگيري است. حال دانشمندان بايد به اين پرسش پاسخ ميدادند كه كدام يك از اين دو در ابتدا ايجاد شدند، پروتئين يا DNA؟
نكته: محققان علم بيوشيمي درصدد سنتز RNAهايي برآمدهاند تا با انتخاب تصادفي بعضي از آنها نسبت به شرايطي كه اين اجداد احتمالي حيات در آن سازگارند، آگاهي يابند
به دنبال كشفي كه سال 1960 صورت گرفت، معلوم شد RNAميتواند عملكردي مشابه يك پروتئين در فرآيند ايجاد حيات به عهده گيرد، با اين تفاوت كه ساختار RNAها به هيچوجه به پيچيدگي ساختارهاي پروتئيني نيست. در همان زمان اين پرسش مطرح شد كه اگر RNA ميتواند واكنشهايي مثل ذخيره اطلاعات را درون خود برنامهريزي و تسريع كند، آيا امكان دارد كه به تكثير خود نيز قادر باشد؟ و اگر به اين روال باشد، پس RNA ها قادرند فرآيند همانندسازي را مستقل انجام دهند و ديگر نيازي به پروتئينها نخواهد بود.
اين ايده بسيار جذاب بود و اميدهاي زيادي را در دل دانشمندان روشن كرد كه به يافتن پاسخ پرسش بزرگ بشريت بسيار نزديك شدهاند. اما اين موضوع فقط يك ايده بود و در آن زمان، تنها بر پايه حدس و گمان استوار بود. هنوز هيچيك از پژوهشها نشان نداده بودند كه RNAها ميتوانند عملكردي مستقل و مشابه پروتئينها داشته باشند و واكنشهايي را نظير آنزيمهاي پروتئيني كاتاليز كنند.
اين شك و شبهه تا سال 1982 زماني كه در نهايت و پس از 2 دهه تحقيق و بررسي، يك آنزيم RNA كشف شد، ادامه داشت. در آن سال توماس كچ، محققي از دانشگاه كلرادو، جاندار تكسلولي عجيب و غريبي با جنسيتي هفتگانه كشف كرد. بعد از آن پنجرههاي پيشرفت گشوده شد و محققان توانستند آنزيمهاي RNA بيشتري در جانداران مختلف كشف كنند و همچنين خود نيز تعدادي را در آزمايشگاهها خلق نمايند. RNAدر ذخيره اطلاعات بخوبيDNA عمل نميكند و ثبات كمتري دارد، حوزه عملكردش مثل پروتئينها گسترده نيست، اما به عنوان يك ابزار مولكولي فعاليتها و قابليتهاي فراواني دارد.
اين موضوع تاييدكننده اين نظريه است كه حيات اوليه از مولكولهاي RNA اي كه قادر به همانندسازي و تشكيل مولكولهاي بيشتري از خود بودهاند تشكيل شده است. اين كشف آنقدر الهامبخش بود كه والتر گيلبرت از دانشگاه هاروارد عنوان جهان RNAاي بر سياره زمين نهاد.
حتي ممكن است اين مولكولهاي همانندساز ادغام جنسي يابند. آنزيم RNA اي كه كشف شد تنها تكه كوچكي از يك RNAبزرگتر بود كه ميتوانست خود را از آن جدا سازد و به طور مستقل فعاليت كند. اما معكوس چنين واكنشي نيز وجود دارد كه طي آن ميشد RNA جديدي به زنجيره آنزيمي اضافه شود به اين مفهوم كهRNA هاي خود همانندساز قادرند با مولكولهاي RNA ديگر ادغام جنسي يابند.
اين قابليت RNAها نقش بزرگي در جهت تكامل آنها داشته است چون باعث ميشود همانندسازهايي از دودمانهاي مختلف با يكديگر تركيب شده و خاندان مشتركي تشكيل دهند و طبيعتا اين امر باعث تنوع بيشتر اين مولكولها شده است.
تكامل همانندسازها
سال 2000 بسياري از زيستشناسان به نظري جامع در اين مورد رسيدند. آنها روي ساختار فاكتورهاي سازنده پروتئينها در سلولها كار ميكردند كه دريافتند پيشساز اصلي اين فاكتورها يك آنزيم RNAاست. با توجه به اين كه پروتئينها توسط RNA سنتز ميشوند پس يقينا ميتوان نتيجهگيري كرد كه حيات بايد در ابتدا توسط RNAها تشكيل شده باشد.
اما با اين همه اطلاعات جديد، هنوز بسياري از مسائل حل نشده باقيمانده است. ميدانيم كه RNA قادر به همانندسازي است ولي اين را نيز ميدانيم كه هم RNA و هم DNA براي همانندسازي خود به يكسري از پروتئينها احتياج دارند.
پس اگر هم قبلا و در زمانهاي ابتدايي شكلگيري حيات روي سياره زمين، همانندسازي وجود داشته كه به طور مستقل همانندسازي ميكرده، امروزه ناپديد شده است. بنابراين محققان علم بيوشيمي درصدد سنتز RNAهايي برآمدهاند تا با انتخاب تصادفي بعضي از آنها و ايجاد شرايط لازم براي تكاملشان، نسبت به شرايطي كه اين اجداد احتمالي حيات در آن سازگارند و قادرند بار ديگر حياتي ديگر را آغاز كنند و تكامل بخشند، آگاهي يابند.
