فرارو- دانشمندان با بررسی واکنش های آران ای و آمینواسیدها، فرآیندی را شناسایی کرده اند که توضیح می دهد چگونه پروتیین ها بدون نیاز به پروتیین های پیشین می توانسته اند شکل بگیرند و مسیر حیات را آغاز کنند.

به نقل از واشینگتن پست، پروتیین ها نقشی حیاتی در زندگی ما ایفا می کنند: وقتی استخوانی رشد می کند، پروتیین ها ساختار آن را فراهم می کنند؛ وقتی عضله ای آسیب می بیند، پروتیین ها به بازسازی آن کمک می کنند و وقتی بدن با عفونت مبارزه می کند، اکسیژن را حمل می کند یا پیام هایی را به سلول ها می فرستد، پروتیین ها اغلب در خط مقدم عمل می کنند.

اما سؤال اساسی این است: این مولکول های پیچیده و ماهر چگونه برای اولین بار روی زمین شکل گرفتند و زمینه ی پیدایش حیات را فراهم کردند؟ این معما که بیش از پنج دهه ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده بود، اکنون با کمک شیمی نسبتاً ساده قابل توضیح است.

در آزمایش های آزمایشگاهی، دانشمندان موفق شده اند نشان دهند که دو عنصر اساسی زندگی، ریبونوکلییک اسید (آران ای) و آمینواسیدها، چگونه می توانند با هم ترکیب شده و سنتز پروتیین را آغاز کنند. این مواد اولیه و شرایط مورد نیاز احتمالاً حدود 4 میلیارد سال پیش در زمین اولیه وجود داشته اند و سرنخ هایی درباره چگونگی آغاز زندگی در زمین و حتی امکان شکل گیری آن در سیارات دیگر ارائه می دهند.

به گفته متیو پاونر، شیمیدان دانشگاه کالج لندن و یکی از نویسندگان این مطالعه، به نظر بسیار محتمل می آید که چنین واکنشی در زمین نخستین رخ داده باشد. آزمایشگاه پاونر به بررسی فرآیندهای شیمیایی منتهی به حیات می پردازد و مکانیزم های کلیدی موجود در تمام موجودات زنده را مطالعه می کند. یکی از بنیادی ترین این فرآیندها، نحوه ی ساخت پروتیین توسط سلول هاست، همان مولکول های پیچیده ای که مسئول رشد و بقای ما از شکل گیری استخوان تا حمایت سیستم ایمنی هستند.

پروتیین ها از آمینواسیدها ساخته می شوند، و تصور می شود این آمینواسیدها قبل از پیدایش حیات نیز وجود داشته اند. پروتیین ها نمی توانند خودشان را تکثیر کنند و برای ساخته شدن نیاز به یک نقشه دارند؛ نقشه ای که توسط اسیدهای نوکلییک مانند دی ان ای و آران ای ارائه می شود و آمینواسیدها را هدایت می کند تا به صورت صحیح کنار هم قرار گیرند.

در دهه 1950، فرانسیس کریک، همکاوشگر ساختار دی ان ای، نظریه ای ارائه کرد که جریان اطلاعات در زیست شناسی از دی ان ای به آران ای و سپس به پروتیین است. اما از آن زمان تاکنون، فرآیند انتقال اطلاعات از آران ای به پروتیین هنوز به طور کامل درک نشده بود. پاونر می گوید: اطلاعات در دی ان ای و آران ای به زبانی متفاوت از اطلاعات پروتیین ها نوشته شده است، بنابراین باید ترجمه شوند.

در موجودات زنده، آمینواسیدها با آران ای ترکیب می شوند تا پروتیین بسازند. اما این فرآیند ترجمه نیازمند مجموعه ای از آنزیم های پروتیینی است که خود از طریق سنتز پروتیین ساخته می شوند. بنابراین سؤال اصلی پیش می آید: چگونه بدون داشتن پروتیین، پروتیین ساخته شده است؟ پاونر می گوید: ما می خواستیم شیمی ای را پیدا کنیم که آران ای و آمینواسید را به هم پیوند دهد و سنتز پروتیین را امکان پذیر کند.

ابتدا تیم تحقیقاتی یک آمینواسید را فعال سازی کرد؛ در واقع با حذف یک مولکول آب، آمینواسید واکنش پذیر شد و توانست با مولکول های دیگر پیوند برقرار کند. اما این آمینواسید فعال شده نمی توانست مستقیماً به آران ای متصل شود و تیم نیاز داشت یک مولکول کمکی پیدا کند تا این اتصال ممکن شود.

پاونر و همکارانش با یک کلاس از ترکیبات به نام تیول ها آزمایش کردند؛ مولکول هایی که در آن گوگرد به کربن متصل است. این مولکول ها معمولاً به خاطر نقششان در تولید و تنظیم انرژی در سلول شناخته شده اند، نه سنتز پروتیین، اما تیم قبلاً نشان داده بود که تولید آن ها در شرایط اولیه زمین بسیار ساده است.

وقتی تیول به سیستم اضافه شد، ابتدا با آمینواسید فعال شده در آب واکنش داد و سپس به آرامی آمینواسید را به آران ای منتقل کرد. ترکیبات بیشتری از این نوع در سلول ها با هم ترکیب شده و پروتیین ها را شکل می دهند. پاونر توضیح می دهد: این اتصال بسیار غیرمنتظره بود و نتیجه ای نبود که قصد داشتیم به دست آوریم. اما این مکانیزم عملاً نشان می دهد چگونه سنتز پروتیین بدون پروتیین قبلی آغاز می شود.

پاونر می گوید: اگر آمینواسیدها، مولکول های آران ای و تیول ها وجود داشته باشند، تقریباً اجتناب ناپذیر است که چنین فرآیندی رخ دهد. آرون گلدمن، زیست شناس کالج اوبرلین که در این مطالعه شرکت نداشت، می گوید: شواهد تکاملی نشان می دهد این فرآیند سنتز پروتیین، که هنوز در سلول های ما یافت می شود، قدیمی ترین ویژگی زیست شناسی مولکولی است.

او اضافه می کند محققان پیش تر پیشنهاد کرده اند اتصال آمینواسیدها به آران ای می تواند مبنای شکل گیری نخستین کد ژنتیکی باشد. با وجود اینکه سنتز پروتیین در آغاز تاریخ حیات تکامل یافته، ما درک روشنی از فرآیندهای پیش از آن نداریم. مطالعه جدید، شیمی جذاب جدیدی را شناسایی می کند که روشن کننده یک پیش نیاز احتمالی برای این فرآیند حیاتی است.

تیم تحقیقاتی هنوز دقیقاً نمی داند چرا گروه تیول اجازه می دهد آمینواسید به آران ای منتقل شود. پاونر توضیح می دهد که به طور کلی، گروه گوگرد در یک نقطه واکنش پذیری قرار دارد که اجازه می دهد واکنش به آرامی و با انتخاب پذیری بالا با آران ای انجام شود.

این واکنش ها حدود 4 میلیارد سال پیش می توانستند در استخرها یا دریاچه های زمین اولیه رخ دهند، اگرچه احتمالاً در اقیانوس ها به دلیل رقیق بودن مواد شیمیایی، کمتر ممکن بود. گلدمن تأکید می کند: صرف نظر از صحت دقیق این فرضیه، اتصال آمینواسیدها به آران ای به نظر می رسد یک واکنش مهم در تکامل اولیه حیات بوده و همچنان در تمام موجودات زنده امروز نقش دارد.