كشف أصول الحياة – اكتشف العلماء “الجزيئات العضوية الرئيسية” في الفتحات القديمة

عكف علماء جامعة نيوكاسل، بدعم من مجلس أبحاث البيئة الطبيعية في المملكة المتحدة، على التعمق في لغز ظهور الحياة على الأرض منذ أكثر من 3.5 مليار سنة.

لقد استكشفوا تحول المواد الجيولوجية الخاملة إلى الأنظمة الحية الأولى. تضمنت تجاربهم الجمع بين الهيدروجين والبيكربونات والمغنتيت الغني بالحديد في ظل ظروف مشابهة للفتحات الحرارية المائية المعتدلة. وأسفرت هذه العملية عن مجموعة من الجزيئات العضوية، بما في ذلك الأحماض الدهنية التي تحتوي على ما يصل إلى 18 ذرة كربون.

نشرت في المجلة اتصالات الأرض والبيئةمن المحتمل أن تكشف النتائج التي توصلوا إليها كيف أن بعض الجزيئات الرئيسية اللازمة لإنتاج الحياة مصنوعة من مواد كيميائية غير عضوية، وهو أمر ضروري لفهم خطوة رئيسية في كيفية تشكل الحياة على الأرض منذ مليارات السنين. قد توفر نتائجهم نشأة معقولة للجزيئات العضوية التي تشكل أغشية الخلايا القديمة، والتي ربما تم اختيارها بشكل انتقائي من خلال العمليات الكيميائية الحيوية المبكرة على الأرض البدائية.

الأحماض الدهنية في المراحل الأولى من الحياة

الأحماض الدهنية هي جزيئات عضوية طويلة تحتوي على مناطق تجذب الماء وتطرده والتي ستشكل تلقائيًا حجرات تشبه الخلايا في الماء بشكل طبيعي، وهذه الأنواع من الجزيئات هي التي يمكن أن تكون هي التي صنعت أغشية الخلايا الأولى. ومع ذلك، وعلى الرغم من أهميتها، لم يكن من المؤكد مصدر هذه الأحماض الدهنية في المراحل الأولى من الحياة. إحدى الأفكار هي أنها ربما تكونت في الفتحات الحرارية المائية حيث يمتزج الماء الساخن مع السوائل الغنية بالهيدروجين القادمة من الفتحات الموجودة تحت الماء بمياه البحر التي تحتوي على ثاني أكسيد الكربون.₂.

قامت المجموعة بتكرار الجوانب المهمة للبيئة الكيميائية الموجودة في محيطات الأرض المبكرة وخلط المياه القلوية الساخنة من أنواع معينة من الفتحات الحرارية المائية في مختبرهم. ووجدوا أنه عندما تم خلط السوائل الساخنة الغنية بالهيدروجين مع الماء الغني بثاني أكسيد الكربون في وجود معادن أساسها الحديد والتي كانت موجودة في الأرض المبكرة، فقد تم إنشاء أنواع الجزيئات اللازمة لتشكيل أغشية الخلايا البدائية.

أجرى المؤلف الرئيسي، الدكتور جراهام بورفيس، الدراسة في جامعة نيوكاسل وهو حاليًا باحث مشارك في مرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة دورهام.

وقال: “إن الأجزاء الخلوية هي العنصر المركزي في نشأة الحياة، وهي ضرورية لعزل الكيمياء الداخلية عن البيئة الخارجية. وكان لهذه الأجزاء دور فعال في تعزيز التفاعلات التي تحافظ على الحياة من خلال تركيز المواد الكيميائية وتسهيل إنتاج الطاقة، ومن المحتمل أن تكون بمثابة حجر الزاوية في اللحظات الأولى للحياة.

تشير النتائج إلى أن تقارب السوائل الغنية بالهيدروجين من الفتحات الحرارية المائية القلوية مع المياه الغنية بالبيكربونات على المعادن القائمة على الحديد يمكن أن يكون قد عجل بالأغشية البدائية للخلايا المبكرة في بداية الحياة. ربما تكون هذه العملية قد ولَّدت مجموعة متنوعة من أنواع الأغشية، والتي من المحتمل أن يكون بعضها بمثابة مهد الحياة عندما بدأت الحياة لأول مرة. علاوة على ذلك، ربما تكون هذه العملية التحويلية قد ساهمت في تكوين أحماض محددة موجودة في التركيب العنصري للنيازك.

وأضاف الباحث الرئيسي الدكتور جون تيلينج، القارئ في الكيمياء الجيولوجية الحيوية بكلية العلوم البيئية الطبيعية:

“نعتقد أن هذا البحث قد يوفر الخطوة الأولى في كيفية نشوء الحياة على كوكبنا. ويستمر البحث في مختبرنا الآن لتحديد الخطوة الرئيسية الثانية؛ كيف يمكن لهذه الجزيئات العضوية التي كانت في البداية “عالقة” على الأسطح المعدنية أن تنطلق لتشكل حجرات تشبه الخلايا محاطة بغشاء كروي؛ أول “خلايا أولية” محتملة والتي شكلت أول حياة خلوية.

ومن المثير للاهتمام أن الباحثين يشيرون أيضًا إلى أن التفاعلات المشابهة لتكوين الأغشية، لا تزال تحدث في المحيطات تحت أسطح الأقمار الجليدية في نظامنا الشمسي اليوم. وهذا يثير إمكانية وجود أصول حياة بديلة في هذه العوالم البعيدة.

المرجع: “توليد الأحماض الدهنية طويلة السلسلة عن طريق اختزال بيكربونات الهيدروجين في الفتحات الحرارية المائية القلوية القديمة” بقلم جراهام بورفيس، ليديا شيلر، آرتشي كروسكي، كوكب المشتري فنسنت، كورين ويلز، جيك شريف، سيجو كزافييه وجون تيلينج، 10 يناير 2024، اتصالات الأرض والبيئة.
دوى: 10.1038/s43247-023-01196-4

تم تمويل الدراسة من قبل مجلس أبحاث البيئة الطبيعية.