في وقت من الأوقات ، لم يكن للأرض حياة. ثم فعلت. سواء كانت العملية تدريجية أو سريعة ، كان تحول الكيمياء إلى الكيمياء الحيوية على كوكبنا أحد أكثر التطورات المدهشة التي حدثت في الكون. من النادر جدًا أنه حتى الآن ، ليس لدينا أي دليل على الإطلاق على أي شكل من أشكال الحياة في أي مكان آخر في الكون.
إذن ما الذي حدث بالضبط؟ تقع الإجابة على هذا السؤال عند تقاطع أحدث الأبحاث في علم الفلك (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، وعلم الأحياء والكيمياء والجيولوجيا. في دراسة حديثة (تفتح في علامة تبويب جديدة) ، اقترح الباحثون أن الأمر قد يستغرق من الكوكب بأكمله لرفع جزيء ذاتي التكاثر ، يتضمن تفاعلًا معقدًا من النيازك الغنية بالهيدروجين ، والنشاط البركاني ، والبرك الدافئة ومقدمة غير محتملة للحياة:سيانيد الهيدروجين.
إنه عالم RNA و RNA و RNA
تشكلت الأرض منذ حوالي 4.5 مليار سنة ، لكنها عانت على الفور من تصادمات لا حصر لها ، بما في ذلك تصادم كبير بما يكفي لتمزيق جزء من كوكبنا وإنشاء القمر. في النهاية ، استقرت الأمور بما يكفي لظهور الحياة ، في وقت ما بين 4.5 مليار و 3.7 مليار سنة.
من شبه المؤكد أن أشكال الحياة المبكرة تلك كانت مختلفة تمامًا عن أشكال العصر الحديث. ذلك لأن أشكال الحياة الحديثة تتطلب ثلاثة جزيئات ضخمة:DNA و RNA والبروتينات. تقريبًا ، يقوم الحمض النووي الخاص بنا بتخزين المعلومات ، وينقل الحمض النووي الريبي هذه المعلومات لتصنيع البروتينات ، وتقوم البروتينات بمعظم العمل للحفاظ على الحياة - بما في ذلك تكرار الحمض النووي.
هذا النظام مترابط للغاية لدرجة أنه من غير المحتمل ظهوره كله مرة واحدة في شكله الحديث. لكن الحياة البدائية لا تزال ضرورية لأداء الوظائف الأساسية للحياة:تخزين المعلومات وتكرار نفسها وتحفيز التفاعلات الكيميائية الأخرى.
من الممكن أن يكون الحمض النووي الريبي وحده قادرًا على القيام بالأمور الثلاثة - وبالتأكيد ليس بكفاءة مجموعة بروتين DNA-RNA التي لدينا اليوم ، ولكنها تشكل نقطة انطلاق معقولة للحياة.
إذا تمكن الحمض النووي الريبي من البدء كشكل بدائي من أشكال الحياة ، فيمكن للتطور الدارويني أن يتولى زمام الأمور ، مما يتيح ظهور عمليات كيميائية حيوية أكثر تعقيدًا وفعالية. لذلك ربما لكسر أصول الحياة على الأرض ، نحتاج فقط إلى الكثير من الحمض النووي الريبي المتكاثر ذاتيًا. ولكن من أين يأتي الرنا ذاتي التكاثر؟
ولادة فوضوية
في الدراسة الجديدة ، طور الباحثون نموذجًا معقدًا للأرض المبكرة. يذهب قليلا مثل هذا:
لقد حدث للتو الاصطدام الهائل الذي خلق القمر. برد سطح الأرض بعد ذلك ، وبدأت المحيطات للتو في التكون وبدأت القارات في الظهور. كان لا يزال مكانًا سيئًا جدًا. النيازك المتبقية من تكوين النظام الشمسي ضربت باستمرار الأرض الفتية ، وغطت البراكين النشطة وجه الكوكب مثل اندلاع سيء من البثور في سن المراهقة.
هذه الصدمات النيزكية ، مهما كانت سيئة ، قدمت عنصرًا حاسمًا:الهيدروجين. الهيدروجين هو أخف عنصر ، لذلك لا يدوم طويلا ما لم يرتبط بجزيئات أخرى.
ولكن بينما كانت النيازك تنقل إمدادات جديدة من الهيدروجين إلى الغلاف الجوي للأرض (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، كانت تلك البراكين تقذف كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون. أيضًا ، كانت المحيطات أكثر دفئًا مما هي عليه اليوم ، وكانت تتبخر باستمرار في الغلاف الجوي. أخيرًا ، كانت الفتحات الموجودة تحت سطح البحر تتسرب من غاز الميثان.
نظرًا لأن كل هذه الجزيئات تراكمت في الغلاف الجوي ، فإن الصواعق والأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس (تفتح في علامة تبويب جديدة) وفرت الطاقة اللازمة لزعزعة الأشياء قليلاً. في هذه الحالة ، وفرت تلك المصادر الطاقة اللازمة لتكوين ... سيانيد الهيدروجين.
هذا صحيح ، سيانيد الهيدروجين. قد يكون الغاز السام الذي يمكن أن يتسبب في موت مؤكد للحياة الحديثة هو الجزيء الأكثر أهمية في تطور تلك الحياة نفسها.
حبة مسمومة
الخاصية الرئيسية لسيانيد الهيدروجين هي أنه يتفاعل مع نفسه. ولأن الحياة يمكن اعتبارها نسخة معقدة للغاية من المواد الكيميائية التي تتفاعل مع نفسها ، فإن سيانيد الهيدروجين يبدو وكأنه نقطة انطلاق مثيرة للاهتمام. أيضًا ، يتفاعل سيانيد الهيدروجين مع جزيئات أخرى ، مثل الفورمالديهايد ، لإنتاج جزيئات حيوية أخرى مثيرة للاهتمام. هذه الجزيئات الحيوية ، بدورها ، هي اللبنات الأساسية للقواعد النووية والريبوز والنيوكليوتيدات ، والتي تستمر بعد ذلك لتشكيل الحمض النووي الريبي.
وجد الباحثون في عملهم أن سيانيد الهيدروجين يمكن أن يتساقط من الغلاف الجوي إلى برك صغيرة دافئة ، حيث يبدأ المركب رقصته الجزيئية مع الجزيئات الأخرى التي تحدث بشكل طبيعي. وجدوا أنه خلال فترة 100 مليون عام منذ حوالي 4.4 مليار سنة ، كانت كمية سيانيد الهيدروجين التي تمطر في البرك كافية لتكوين تركيزات عالية من الأدينين ، أحد مكونات الحمض النووي الريبي.
في النهاية ، مع توقف النيازك عن الانخفاض ، انخفضت مستويات الهيدروجين في الغلاف الجوي. ولكن بحلول ذلك الوقت ، قد يكون قد تم إنشاء ما يكفي من الأدينين لبدء تكوين خيوط RNA ، والتي ربما تكون قد حفزت استكشاف التكرار الذاتي والمراحل الأولى من الحياة ، كما أوضح الباحثون.
إذا بدا الأمر وكأنه كثير من الخطوات ، فهذا لأنه كذلك. على الرغم من أن أشكال الحياة المبكرة هذه تعتبر بدائية للغاية من منظور الحياة الحديثة ، فإن التكاثر الذاتي وتحفيز سلاسل الحمض النووي الريبي هي بالفعل جزيئات معقدة للغاية ، ويشتمل مظهرها بالضرورة على الكثير من التفاعلات الأولية.
مهما حدث ، حدث شيء مميز بالتأكيد على الأرض منذ فترة طويلة ، وربما بدأ مع سيانيد الهيدروجين.
تم نشر الدراسة (تفتح في علامة تبويب جديدة) في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv في 3 يناير وتم قبولها للنشر في مجلة الفيزياء الفلكية.
تابعنا على Twitter @ Spacedotcom وتشغيل فيسبوك (يفتح في علامة تبويب جديدة) .
