حیات آغازین زمین به گازی کشنده وابسته بود
زمانی هیچ حیاتی روی زمین وجود نداشت. صرف‌نظر از آهسته یا سریع بودن فرایند شکل‌گیری حیات روی زمین، یکی از هیجان‌انگیز‌ترین پدیده‌های شکل‌گیری حیات روی زمین گذار از شیمی به بیوشیمی است. حیات زمینی به‌قدری نادر است که امروزه تقریباً هیچ شواهدی از هر شکل حیات در هیچ کجای جهان به دست نیامده است.
درنتیجه دقیقاً چه اتفاقی رخ داده است؟ پاسخ به این پرسش در نقطه‌ی اشتراک بین پژوهش‌های نجوم، زیست‌شناسی، شیمی و زمین‌شناسی قرار دارد. پژوهشگرها نشان می‌دهند ممکن است مولکولی خودتکثیر به نام هیدروژن سیانید عامل آغاز حیات روی زمین بوده باشد که حاصل واکنش پیچیده‌ی شهاب‌سنگ‌های هیدروژنی، فعالیت آتشفشانی و تالاب‌های داغ است.
دنیای RNA
زمین نزدیک به ۴/۶ میلیارد سال پیش شکل گرفت اما بلافاصله پس از شکل‌گیری شاهد برخوردهای زیادی بود. یکی از این برخوردها باعث کنده شدن بخش بزرگی از زمین و تبدیل آن به ماه کنونی شد. در نهایت شرایط ظهور حیات بین ۴٫۵ میلیارد تا ۳٫۵ میلیارد سال پیش فراهم شد.
شکل‌های اولیه‌ی حیات قطعاً با شکل‌های کنونی آن متفاوت بودند. یکی از دلایل این تفاوت این است که شکل‌های حیات کنونی به ماکرومولکول‌های بیشتری نیاز دارند که شامل DNA، RNA و پروتئین‌ها هستند. DNA ما حاوی اطلاعات است، RNA وظیفه‌ی انتقال اطلاعات به پروتئین‌های سازنده را برعهده دارد و پروتئین‌ها با تکثیر DNA بیشترین سهم را در حفظ حیات دارند.
این سیستم به‌شدت به هم پیوسته است به‌طوری‌که بعید است تمام آن به صورت یک‌جا به شکل کنونی ظاهر شده باشد؛ اما حیات آغازین در ابتدا به کارکردهای ابتدایی نیاز داشته است: ذخیره‌سازی اطلاعات، تکثیر خود و کاتالیز دیگر واکنش‌های شیمیایی.
ممکن است RNA به تنهایی قادر به انجام هر سه کار باشد گرچه عملکرد آن به بهینگی ترکیبی DNA، RNA، پروتئین کنونی نیست اما می‌تواند نقطه‌ی آغازینی برای حیات باشد. اگر RNA شکل ابتدایی حیات باشد، تکامل داروینی بر نظریه‌های دیگر غالب می‌شود و امکان ظهور فرآیندهای پیچیده‌تر و بهینه‌تر بیوشیمیایی را می‌دهد. در نتیجه شاید برای رمزگشایی از منشأ حیات روی زمین نیاز به RNA خودتکثیر داشته باشیم؛ اما RNA خودتکثیر دقیقاً از کجا می‌آید؟
ریبونوکلئیک اسید نقش پیام‌رسانی را دارد و باعث می‌شود موجودات زنده پروتئین‌های مناسبی را بسازند
تولدی بی‌نظم
پژوهشگرها طی بررسی جدید مدلی پیچیده از زمین آغازین را توسعه دادند. این مدل به این شرح است:
برخوردی بزرگ عامل شکل‌گیری ماه بود. سطح زمین پس از این برخورد سرد شد و اقیانوس‌ها و قاره‌ها به تدریج شکل گرفتند. زمین در ابتدا جای بی‌نظمی بود. شهاب‌سنگ‌ها مرتب با سطح زمین جوان برخورد می‌کردند و آتش‌فشان‌های فعال سطح سیاره را پوشانده بودند.
برخوردهای شهاب‌سنگی، هیدروژن را روی زمین آوردند که یکی از عناصر ضروری شکل‌گیری حیات است. هیدروژن سبک‌ترین عنصر است و سریع با مولکول‌های دیگر ترکیب می‌شود؛ اما درحالی‌که شهاب‌سنگ‌ها منابع تازه‌ی هیدروژن را وارد جو زمین می‌کردند، آتشفشان‌ها مقادیر زیادی کربن‌دی اکسید را در جو منتشر می‌کردند. همچنین اقیانوس‌ها بسیار گرم‌تر از زمان حال بودند و به صورت پیوسته تبخیر شده و وارد جو می‌شدند. در نهایت کانال‌های زیردریایی گاز متان را منتشر می‌کردند.
با جمع شدن مولکول‌ها در جو زمین، برخوردهای صاعقه‌ای و پرتوهای فرابنفش خورشید انرژی لازم برای شکل‌گیری هیدروژن سیانید را فراهم کردند. هیدروژن سیانید گازی سمی است که می‌تواند باعث مرگ حیات کنونی شود اما این مولکول نقش مهمی در توسعه‌ی همین حیات در میلیاردها سال پیش داشته است.
قرص سمی
ویژگی کلیدی هیدروژن سیانید این است که با خود واکنش می‌دهد. حیات را می‌توان نسخه‌ی بسیار پیچیده‌ای از مواد شیمیایی در نظر گرفت که با خود واکنش می‌دهند، در نتیجه هیدروژن سیانید نقطه‌ی شروع این واکنش‌ها بوده است. از طرفی هیدروژن سیانید با مولکول‌های دیگری مثل فرمالدهید برای تولید دیگر مولکول‌های زیستی واکنش می‌دهد. این مولکول‌های زیستی بلوک‌های سازنده‌ی نوکلئوبازها، ریبوز و نوکلئوتیدها هستند که RNA را تشکیل می‌دهند.
پژوهشگرها در پروژه‌ی خود به این نتیجه رسیدند که هیدروژن سیانید ممکن است از جو وارد تالاب‌های گرم کوچک شده باشد. این ترکیب در تالاب‌ها رقصی مولکولی را با مولکول‌های دیگر آغاز کرد. بر اساس یافته‌ها طی دوره‌ای ۱۰۰ میلیون ساله در حدود ۴/۴ میلیارد سال پیش، میزان هیدروژن سیانید واردشده به تالاب‌ها برای ایجاد تراکم‌های بالای آدنین کافی بوده است. آدنین یکی از مؤلفه‌های سازنده‌ی RNA است.
در نهایت با توقف بارش شهاب سنگ‌ها، سطوح هیدروژن در اتمسفر کاهش یافت؛ اما پس از آن، آدنین کافی برای شروع شکل‌گیری رشته‌های RNA شکل گرفت که از اولین مراحل حیات بود. مراحل زیادی برای شکل‌گیری حیات آغازین طی شدند. گرچه این شکل‌های اولیه‌ی حیات از دید حیات کنونی بسیار ابتدایی هستند، رشته‌های کاتالیزگر و خودتکثیر RNA امروزه از پیچیده‌ترین مولکول‌ها به شمار می‌روند و واکنش‌های زیادی برای شکل‌گیری آن‌ها لازم است. در هر صورت میلیاردها سال پیش، اتفاقات شگفت‌انگیزی روی زمین رخ دادند که هیدروژن سیانید احتمالاً آغاز این راه است.
نسخه‌ی پیش‌انتشار این پژوهش در تاریخ سوم ژانویه در پایگاه داده‌ی پیش‌انتشار arXiv منتشر شد و برای چاپ در مجله‌ی Astrophysical پذیرفته شد.
نظرات