۱۰ مرحله‌ی شکل‌گیری نخستین سلول‌ها

ما هنوز نتوانسته‌ایم به طور کامل توضیح دهیم که حیات روی زمین چگونه شکل گرفته است. اما یکی از توضیحات زیادی که در این مورد وجود دارد، مقبولیت گسترده‌تری دارد: نظریه‌ای که بر اساس آن، حیات در چاه‌های گرمابی (چاه‌های گرمایشی) عمیق در زیر دریاها تکامل یافته است. نه در دودکش‌های سیاه بسیار داغ، بلکه در روند آرام‌تری که به چاه‌های گرمابی قلیایی معروف است.

این نظریه می‌تواند عجیب‌ترین ویژگی‌های حیات را توضیح دهد و شواهد بسیار زیادی در پشتیبانی از آن وجود دارد. به عنوان مثال اواخر سال گذشته، آزمایشاتی تأیید کرد که شرایط در برخی از منافذ متعدد در این چاه‌ها می‌تواند منجر به غلظت بالای مولکول‌های بزرگ در آن‌ها شود. این باعث می‌شود دریچه‌ی ایده‌آل جهان RNA شکل گیرد که بسیاری معتقدند ایجادکننده‌ی نخستین سلول‌ها بوده است.

اگر حیات در چاه‌های قلیایی هیدروترمال تکامل یافته باشد، روند شکل‌گیری آن به احتمال زیاد به این صورت بوده است:

  1. آب به داخل سنگی تازه‌شکل‌گرفته در زیر دریا نفوذ کرد و با مواد معدنی‌ای همچون الیوین واکنش نشان داد و یک مایع قلیایی گرم سرشار از هیدروژن، سولفیدها و دیگر مواد شیمیایی تولید کرد – فرایندی که Serpentinisation (سرپانتیناسیون) نام دارد.
    این مایع گرم در چاه‌های قلیایی هیدروترمال مانند آن‌هایی که در شهر گمشده قرار دارند و در پشته‌ی میانی اقیانوس اطلس در سال ۲۰۰۰ کشف شد، سرریز کرد.
  2. باستانیان

    بر خلاف دریاهای امروز، اقیانوس اولیه بسیار اسیدی و غنی از ترکیبات آهن بود. هنگامی که مایعات جوشان هیدروترمال با آب دریای آغازین واکنش دادند، سنگ‌های کربناتی را به وجود آوردند که دارای سوراخ‌های کوچک و کفی از حباب‌های سولفور آهن بودند.

  3. هیدروژن در داخل حباب‌های سولفور آهن با دی‌اکسیدکربن واکنش نشان داده و مولکول‌های آلی ساده مانند متان، فرمات و استات را تشکیل داد. برخی از این واکنش‌ها توسط مواد معدنی آهن گوگرد تسریع شد. کاتالیزورهای مشابه گوگرد آهن هنوز در قلب بسیاری از پروتئین‌ها یافت می‌شوند.
  4. درجه‌ی سوخت‌وساز الکتروشیمیایی که بین مایع قلیایی چاه و آب اسیدی دریا وجود داشت منجر به تشکیل خودجوش استیل فسفات و پیروفسفات می‌شود که درست مانند آدنوزین تری‌فسفات یا ATP، ماده‌ای که سلول‌های زنده را شکل می‌دهد عمل می‌کنند.
    این مولکول‌ها شکل‌دهنده‌ی آمینو اسیدها (سنگ‌بنای پروتئین‌ها) و نوکلئوتیدها (سنگ‌بنای RNA و DNA) هستند.
  5. جریان‌های حرارتی و سازوکار انتشار درون سوراخ‌های این چاه‌ها، مولکول‌های بزرگتر مانند نوکلئوتیدها را تشکیل داد که خود به ساختن RNA و DNA منجر می‌شوند و یک حالت ایده‌آل برای تکامل خود به سمت جهان DNA و پروتئین‌ها ایجاد کرد. جریان تکامل با ایجاد مجموعه‌ای از مولکول‌ها که می‌توانستند خود را تکثیر کنند، آغاز شد.
  6. پروتوسل

    مولکول‌های چرب بر روی کف سولفور آهن شکل گرفته و به صورت خودجوش حباب‌هایی شبیه سلول را تشکیل دادند. بعضی از این حباب‌ها حاوی مولکول‌های تکثیرشونده بودند: نخستین سلول‌های آلی. با این حال، نخستین پروتوسلول‌ها مواد فراری بودند که همان‌طور که درون چاه‌ها می‌چرخیدند، هرازگاهی تجزیه و ترکیب می‌شدند.

  7. تکامل یک آنزیم به نام Pyrophosphatase، که کاتالیزور پیروفسفات است راه را برای استخراج انرژی بیشتر از سوخت‌وساز بین مایع چاه قلیایی و اقیانوس اسیدی باز کرد. این آنزیم باستانی هنوز در بسیاری از باکتری‌ها و قارچ‌ها یافت می‌شود.
  8. بعضی پروتوسل‌ها شروع به استفاده از ATP و همچنین استیل فسفات و پیروفسفات کردند. تولید ATP با استفاده از انرژی‌ای که سازوکار الکتروشیمیایی به‌دست می‌داد با تکامل آنزیم «ATP سنتاز» که در همه‌ی انواع حیات امروزی وجود دارد، کامل شد.
  9. پروتوسل‌هایی که دورتر از محور اصلی چاه، در جایی که سوخت‌وساز الکتروشیمیایی طبیعی ضعیف است قرار داشتند، با پمپ کردن پروتون به سراسر غشای خود با استفاده از انرژی‌ای که از واکنش دی‌اکسیدکربن و هیدروژن به دست آورده بودند، شروع به ایجاد سوخت‌وساز شیمیایی خود کردند.
    این واکنش تنها مقدار کمی انرژی تولید می‌کند که برای تولید ATP کافی نیست. با این حال، با تکرار واکنش و ذخیره‌ی انرژی به صورت یک گرادینت الکتروشیمیایی، پروتوسل‌ها انرژی لازم را برای تولید ATP «ذخیره کردند».
  10. هنگامی که پروتوسل‌ها توانستند گرادیان الکتروشیمیایی خود را تولید کنند، دیگر به دریچه‌های چاه متصل نبودند. سلول‌ها در دو نوبت جداگانه چاه‌ها را ترک گفتند که یکی منجر به تولید باکتری‌ها و دیگری منجر به تولید «باستانیان» شد.

درباره بیژن صباغ

بیژن صباغ
بیژن صباغ، سردبیر سایت کرونوس فارسی و میزبان کانال کرونوس روی یوتیوب و آپارات می‌باشد.

آیا می‌دانستید؟

وقتی گیاهان تحت خطر هستند این‌گونه سیگنال‌های درد ارسال می‌کنند

کرونوس – گیاهان و درختان می‌توانند با هم حرف بزنند، هرچند نه به شکلی که …

یک دیدگاه

  1. ارسلان محربی

    ممنون
    خیلی خوب بود.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *