آغاز زندگی روی کره زمین با مواد سمی در 5/4 میلیارد سال پیش

قبل از اینکه روی زمین عنصر اکسیژن وجود داشته باشد، ترکیبی سمی به نام سیانید وجود داشت. در اینجا نگاهی می اندازیم به این که چگونه یک گاز سمی ممکن است یک عنصر کلیدی برای تولد حیات در سیاره ما باشد.

منشأ و آغاز زندگی، موضوعی است که باعث بحث‌ها و سردردهای بی‌پایان برای دانشمندان و محققان شده است. در حالی که این معمای علمی هنوز حل نشده است، ما می توانیم توافق کنیم که جهان در زمان تولدش در 4.5 میلیارد سال پیش، بسیار متفاوت بود و همچنین اجزای سازنده آن نیز متفاوت بودند. اکسیژن که عنصر کلیدی برای بقای حیات امروزی است، تا حدود 2.33 میلیارد سال پیش اصلا در اتمسفر کره زمین وجود نداشت.

حالا سوال اینجا است که اتمسفر اولیه زمین دقیقاً از چه چیزی تشکیل شده بود؟ سیانید، یک ماده سمی و کشنده است و بر طبق تحقیقات انجام گرفته  یکی از اجزای سازنده حیات اولیه روی زمین بوده است. سیانید به طور گسترده به عنوان یک جزء مهم در سوپ اولیه در نظر گرفته شده است، محلولی از ترکیبات آلی که مسئول منشاء حیات روی زمین بوده اند.

اخیرا یک مطالعه در ژورنال معتبر Nature Chemistry که توسط شیمیدانان در Scripps Research انجام شده است، نگاه دقیق تری به ما می دهد که چگونه حیات اولیه ممکن است در شرایط بسیار سمی روی زمین تشکیل و جان سالم به در برده باشد و چگونه سیارات دیگر با شرایط مشابه می توانند زندگی امروزی را حفظ کنند. سیانور را ممکن است به عنوان قرص انتحاری که جاسوسان دستگیر شده در برخی از فیلم های هیجان انگیز مصرف می کنند، بشناسید. در حقیقت، سم سریع الاثری که اشکال شیمیایی زیادی داشته و تاریخچه نسبتا طولانی دارد. این ماده که در گیاهان متعددی یافت می شود، چه به صورت استنشاقی، خوارکی یا جذب از طریق پوست، می تواند بسیار سمی باشد.

سیانور برای اولین بار در جنگ فرانسه و پروس با ناپلئون سوم در سال 1870 شهرت خود را به عنوان یک عامل جنگی به دست آورد. از آن زمان به بعد، این ماده شیمیایی به سلاحی کشنده و مؤثر در جنگ های متعدد از جمله هر دو جنگ جهانی تبدیل شد. با این حال، گمان می رود که هیدروژن سیانید (سیانید به شکل گاز) نقش مهمی در سوپ اولیه تشکیل حیات روی کره زمین داشته باشد.

رامانارایانان کریشنامورتی، شیمیدان مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس در کالیفرنیا، در این تحقیق عظیم و گسترده مباحث جدیدی را در مورد شکل گیری حیات روی کره زمین آشکار می کند. او این نظریه را مطرح می‌کند که اشکال اولیه حیات ممکن است فقط به این دلیل که ترکیبات شیمیایی متفاوتی با ما و سایر موجودات زنده امروزی داشتند، قادر به تحمل سیانید بوده‌اند. این بدان معناست که آنچه ممکن است امروز برای ما سمی باشد، برای زندگی اولیه روی زمین سمی نبوده است.

کریشنامورتی توضیح می‌دهد که برای انسان‌ها، اکسیژن سمی نیست. برای ما کربن دی اکسید (CO₂)سمی است. با این حال برای گیاهان و حیوانات خاصی که با انواع مختلف شیمی زندگی می کنند، CO₂ منبع انرژی آنها است و نه اکسیژن. او می‌گوید: «بنابراین، می‌توانیم از این موضوع استنباط کنیم که اشکال اولیه‌ای از حیات وجود داشت که با سیانید زنده می‌ماندند، درست مانند شکل‌های اولیه حیات قبل از ظهور اکسیژن که با کربن دی اکسید زنده می‌ماندند. هنگامی که اکسیژن در جو زمین شکل گرفت، حیاتی که نمی توانست با اکسیژن سازگار شود، از بین رفت، زیرا اکسیژن برای آنها سمی بود. حیاتی که می توانست با اکسیژن سازگار شود یا فتوسنتز اکسیژنی ایجاد کند به رشد و تکامل خود ادامه داد. کریشنامورتی می گوید که اشکال اولیه زندگی وابسته به سیانید ممکن است داستان مشابهی داشته باشند. زندگی اولیه ای که از ترکیب شیمیایی سمی به عنوان منبع انرژی خود استفاده می کرد، می توانست پس از تمام شدن سیانید با یک بلوک ساختمانی متفاوت سازگار شود یا به سادگی از بین برود.

کریشنامورتی و تیمی از شیمیدانان در موسسه تحقیقاتی اسکریپس یک مطالعه عمیق انجام دادند که اساساً مولکول‌های اولیه حیات را شبیه سازی نموده و سیانید را در مخلوط مورد نظر گنجاندند. یک ویژگی مهم در آزمایش آنها استفاه از "چرخه اسید تری کربوکسیلیک تقلیل کننده" یا r-TCA بود. اساساً، آنچه شما باید در مورد فرآیند پیچیده بیولوژیکی بدانید این است که از پروتئین­ها برای تشکیل ترکیباتی استفاده می کرد که برای زندگی امروزی ضروری هستند. فقط یک مشکل کوچک با r-TCA در آن روز وجود داشت. به یاد دارید که چگونه اکسیژن در زمین اولیه وجود نداشت؟ پروتئین های لازم برای چرخه r-TCA نیز وجود نداشتند. به همین دلیل است که کریشنامورتی و تیمش آزمایش خود را با استفاده از سیانید انجام دادند. آنها یک چرخه جایگزین را تقلید کردند که می توانست ترکیبات اولیه زندگی را در بر بگیرد. نتایج آزمایش نشان داد که مولکول‌ها مسیری مشابه با r-TCA امروزی را دنبال می‌کنند. در حالی که این آزمایش دقیق نگاه ما را به 4.5 میلیارد سال پیش می برد، ولی هنوز ده‌ها سوال در پشت سر منشا حیات باقی مانده است. آیا واقعاً زندگی روی زمین با یک دوز سمی شروع شد؟ کریشنامورتی حدس می‌زند که برای مقابله با چنین معمایی علمی، باید فراموش کنیم که زندگی چیست و خود را در زمین اولیه 4.5 میلیارد سال پیش تصور کنیم.

 نکته: دنباله‌دارها، آتشفشان‌هایی که فوران می‌کنند، هیچ نشانه‌ای از زندگی انسان را به تصویر نمی‌کشند. کریشنامورتی می گوید: «ما باید با هر شیمی که در آن زمان خاص اتفاق می افتاده، کار کنیم. علم منشا حیات، دائما در حال تکامل است. با شروع تحقیقات جدید، ما یک قطعه جدید به پازل اضافه می کنیم که باید حل شود.

منبع: https://www.nature.com/nchem/