حقق باحثو جامعة نيوكاسل تقدمًا كبيرًا في فهم أصول الحياة على الأرض من خلال محاكاة ظروف الفوهات الحرارية المائية القديمة. وأدى ذلك إلى تكوين جزيئات عضوية رئيسية شكلت أغشية الخلايا المبكرة. وتشير النتائج التي توصلوا إليها، وهي مهمة لفهم التطور المبكر للحياة، إلى أن الحياة ربما نشأت تحت أسطح الأقمار الجليدية في نظامنا الشمسي.
يستكشف العلماء في جامعة نيوكاسل، بدعم من مجلس أبحاث البيئة الطبيعية في المملكة المتحدة، لغز كيفية ظهور الحياة لأول مرة على الأرض قبل 3.5 مليار سنة.
لقد بحثوا في تحول المواد الجيولوجية الخاملة إلى الأنظمة الحية الأولى. تضمنت تجاربهم دمج الهيدروجين والبيكربونات والمغنتيت الغني بالحديد في ظل ظروف مشابهة للفتحات الحرارية المائية المعتدلة. وأسفرت هذه العملية عن مجموعة من الجزيئات العضوية، أبرزها الأحماض الدهنية التي تحتوي على 18 ذرة كربون.
نشرت في المجلة اتصالات الأرض والبيئةوتكشف النتائج التي توصلوا إليها كيف أن بعض الجزيئات الرئيسية اللازمة لإنتاج الحياة مصنوعة من مواد كيميائية غير عضوية، وهي خطوة أساسية في فهم كيفية تطور الحياة على الأرض منذ مليارات السنين. قد توفر نتائجهم نظرة معقولة على الجزيئات العضوية التي تشكل أغشية الخلايا القديمة، والتي ربما تم اختيارها من خلال العمليات الكيميائية الحيوية المبكرة على الأرض البدائية.
الأحماض الدهنية في المرحلة المبكرة من الحياة
الأحماض الدهنية هي جزيئات عضوية طويلة تحتوي على مناطق تجذب الماء وطاردة للماء وتشكل بشكل طبيعي حجرات تشبه الخلايا في الماء، ويمكن لهذه الأنواع من الجزيئات أن تشكل أغشية الخلايا الأولى. ومع ذلك، وعلى الرغم من أهميتها، فمن غير المؤكد من أين جاءت 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 من الفتحات تحت الماء الممزوجة بمياه البحر التي تحتوي على ثاني أكسيد الكربون.2.
في مختبرهم، قام الفريق بتكرار جوانب مهمة من البيئة الكيميائية الموجودة في محيطات الأرض المبكرة وخلط المياه القلوية الساخنة من أنواع معينة من الفتحات الحرارية المائية. عندما اختلطت السوائل الساخنة الغنية بالهيدروجين مع الماء الغني بثاني أكسيد الكربون في وجود معادن أساسها الحديد على الأرض المبكرة، فقد خلقت أنواع الجزيئات اللازمة لبناء أغشية الخلايا البدائية.
أجرى المؤلف الرئيسي، الدكتور جراهام بورفيس، الدراسة في جامعة نيوكاسل وهو حاليا باحث مشارك في الدراسات العليا في جامعة دورهام.
وقال: “المركز منذ بداية الحياة عبارة عن حجرات خلوية، وهي ضرورية لعزل الكيمياء الداخلية عن البيئة الخارجية. ومن خلال تركيز المواد الكيميائية وتسهيل إنتاج الطاقة، لعبت هذه الأجزاء دورًا أساسيًا في تطوير تفاعلات البقاء التي من شأنها أن تكون بمثابة حجر الزاوية في اللحظات الأولى للحياة.
تشير النتائج إلى أن اندماج السوائل الغنية بالهيدروجين من الفتحات الحرارية المائية القلوية مع المياه الغنية بالبيكربونات في المعادن القائمة على الحديد ربما يكون قد عجل بالأغشية القاعدية للخلايا المبكرة في وقت مبكر من الحياة. وربما أدت هذه العملية إلى ظهور مجموعة متنوعة من أنواع الأغشية، التي كان بعضها بمثابة مهد للحياة عندما بدأت الحياة لأول مرة. علاوة على ذلك، ربما تكون هذه العملية المتحولة قد ساهمت في تكوين أحماض محددة موجودة في التركيب العنصري للنيازك.”
الباحث الرئيسي د. وأضاف جون ديلنج، قارئ في الكيمياء الحيوية بكلية العلوم البيئية الطبيعية:
“نعتقد أن هذا البحث قد يوفر خطوة أولى نحو فهم كيفية نشوء الحياة على كوكبنا. ويستمر البحث في مختبرنا الآن لتحديد الخطوة الرئيسية الثانية؛ كيف يمكن لهذه الجزيئات العضوية “المحاصرة” في البداية على الأسطح المعدنية أن تشكل خلايا كروية مرتبطة بغشاء “- مثل المقصورات؛ أول “خلايا أولية” ممكنة. ” خلقت أول حياة خلوية.”
ومن المثير للاهتمام أن الباحثين يقترحون أيضًا أن تفاعلات تشكيل الأغشية المماثلة قد تحدث في المحيطات تحت أسطح الأقمار الجليدية في نظامنا الشمسي اليوم. وهذا يثير احتمال نشأة الحياة البديلة في هذه العوالم البعيدة.
المرجع: جراهام بورفيس، ليديا شيلر، آرتشي كراسكي، “توليد الأحماض الدهنية طويلة السلسلة عن طريق تقليل بيكربونات الهيدروجين في الفتحات الحرارية المائية القلوية القديمة” يوم الخميس فنسنت، كورين ويلز، جيك شريف، Cjo Xavier، وجون ديلينج، 10 يناير 2024، اتصالات الأرض والبيئة.
دوى: 10.1038/s43247-023-01196-4
تم تمويل الدراسة من قبل مجلس أبحاث البيئة الطبيعية.