تصور کنید زمین اولیه، میلیاردها سال پیش، با دمایی سرد و چرخههای مکرر یخبندان و ذوب. آیا این سرما میتوانست به جای نابودی حیات، به شکلگیری آن کمک کند؟ پژوهشگران مؤسسه علوم توکیو (Institute of Science Tokyo) با آزمایشهای جدید خود نشان دادهاند که دقیقاً چنین چیزی ممکن است رخ داده باشد.
سلولهای امروزی پیچیدگی شگفتانگیزی دارند؛ اما نخستین ساختارهای شبهسلولی، چیزی فراتر از حبابهای چربی نبودند. این پروتوسلها (protocells) با غشاهای لیپیدی ساده، مولکولهای آلی ابتدایی را در خود نگه میداشتند. پرسش اصلی این است: چگونه چنین ساختارهای سادهای توانستند به سلولهای پیچیده امروزی تبدیل شوند؟
شبیهسازی با وزیکولهای لیپیدی
تیم تحقیقاتی به رهبری تاتسویا شینودا از مؤسسه علوم زمین-حیات (ELSI) برای پاسخ به این پرسش، وزیکولهای بزرگ تکلایه (LUV) ساختند. این حبابهای مصنوعی با سه نوع فسفولیپید ساخته شدند: POPC، PLPC و DOPC. هر یک از این لیپیدها تفاوت ظریفی در تعداد پیوندهای دوگانه زنجیرههای چربی خود دارند که بر سفتی یا سیالیت غشا تأثیر میگذارد. غشاهای حاوی PLPC و DOPC که پیوندهای غیراشباع بیشتری دارند، سیالتر و مستعد ترکیب هستند.
نقش چرخههای انجماد و ذوب
پژوهشگران این وزیکولها را تحت 3 چرخه انجماد و ذوب (F/T) قرار دادند تا تغییرات دمایی زمین اولیه را شبیهسازی کنند. نتایج شگفتانگیز بود: وزیکولهای ساخته شده از PLPC و DOPC پس از یخبندان به یکدیگر پیوسته و محفظههای بزرگتری تشکیل دادند. در مقابل، وزیکولهای POPC تنها در کنار هم جمع شدند بدون اینکه کاملاً ترکیب شوند. ناتسومی نودا، پژوهشگر ELSI، توضیح میدهد که تحت فشار کریستالهای یخ، غشاهای شلتر مناطق آبگریز بیشتری را در معرض دید قرار میدهند و این امر ترکیب وزیکولها را از نظر انرژی به صرفه میکند.
ترکیب مولکولها و حفظ DNA
این ترکیبها میتوانستند محتویات محفظههای جداگانه را با هم مخلوط کنند. در زمین اولیه که مولکولهای آلی پراکنده بودند، چنین رویدادهایی احتمالاً مواد کلیدی را گرد هم میآورد و زمینه را برای واکنشهای شیمیایی پیچیدهتر فراهم میکرد. آزمایشها نشان داد وزیکولهای ترکیبشده، DNA را به طور مؤثرتری جذب میکنند و احتمال شکلگیری سیستمهای ژنتیکی ابتدایی را افزایش میدهند.
این یافتهها تصویر تازهای از نقش یخبندان در پیدایش حیات ارائه میدهد. شاید در سیارات دیگر نیز چرخههای انجماد و ذوب بتوانند موتور محرکهای برای آغاز حیات باشند.
