RNA و شروع زندگی در زمین!!
دانشمندانRNAای را ایجاد می‌کنند که به خودی خود تکامل می‌یابد که می‌تواند نحوه شروع زندگی روی زمین باشد؟!
ما به تازگی شواهد بیشتری دریافت کردیم مبنی بر اینکه زندگی روی زمین ممکن است با RNA آغاز شده باشد، دانشمندانی در ژاپن RNAای را ایجاد کردند که می‌تواند به تنهایی تکثیر و تنوع یابد و پیچیدگی ایجاد کند.
مدتها قبل از اینکه زمین اولین سلولهای جوانه زده خود را از تراوش اولیه داشته باشد، مملو از یک سوپ ارگانیک بود (سوپ ارگانیک: سوپ بنیادین (Primordial soup) اصطلاحی است که توسط زیست‌شناس شوروی الکساندر اپارین معرفی شد. در سال ۱۹۲۴، وی نظریه‌ای برای مبدأ حیات در زمین معرفی کرد که از طریق تبدیل در طول تکامل مرحله به مرحله ذرات کربن‌دار صورت می‌گیرد.)
مرحله خاص بین شیمی پیچیده و تکامل حیات نشان دهنده لحظه‌ای مهم در ظهور زیست‌شناسی است. متأسفانه، با وجود تمام اهمیتی که دارد، جزئیات بسیار کمی در مورد چگونگی وقوع آن دقیقاً می‌دانیم.
آزمایشی که توسط دانشمندان دانشگاه توکیو انجام شد، اکنون این دیدگاه را که استعدادهای منحصر به فرد RNA را در این مورد تقویت کرده است که چگونه حیات بیلیونها سال پیش شکل گرفته است و همچنین از فرضیه “دنیای RNA” پشتیبانی می‌کند. (دنیای RNA مرحله‌ای فرضی در تاریخ تکاملی حیات روی زمین است که در آن مرحله مولکولهای RNA خودتکثیر شونده قبل از تکامل DNA و پروتئینها تکثیر می‌شوند. این اصطلاح همچنین به فرضیه‌ای اشاره دارد که وجود این مرحله را مطرح می‌کند.)
اما تحقیقات همچنین نشان می‌دهد که ممکن است این پدیده دقیقاً آنطور که ما فکر می‌کردیم اتفاق نیفتاده باشد.
کار آنها نشان می‌دهد که چگونه یک مولکول که امروزه برای بقا و تولید مثل هر موجود زنده‌ای حیاتی است، اگر به عنوان یک گروه یا دسته کار کند، می‌تواند راه خود را به سمت یک سیستم در حال تکامل طی کند.
ریو میزوچی، زیست‌شناس تکاملی می‌گوید: ما دریافتیم که گونه‌های RNA منفرد به یک سیستم تکثیر پیچیده تکامل یافته‌اند: یک شبکه همانندساز متشکل از پنج نوع RNA با فعل و انفعالات متنوع که از منطقی بودن یک سناریوی گذار تکاملی پشتیبانی می‌کند که مدتها پیش‌بینی شده بود.
زندگی بدون نیاز به ساده‌ترین ملزوماتش، از مولکول‌هایی تشکیل شده است که می‌توانند کپی‌های ناقصی از خود بسازند و جمعیت تقریباً نامحدودی از انواع را ایجاد می‌کنند که ممکن است (یا خیر) آن مولکولها را به اندازه کافی کنار هم نگه دارند تا خودشان را کپی کنند.
جست‌وجوی منشأ حیات در واقع شکار نامزدهایی بوده است که می‌توانند این کار همانندسازی را بدون استفاده از مواد آلی بسیار تخصصی، مانند DNA یا پروتئینها، انجام دهند.
RNA برای مدت طولانی پیشرو در این جستجو بوده است. امروزه در سراسر بیوسفر همه جا وجود دارد، می‌تواند در نتیجه فرآیندهای غیر زیستی در زمین باستانی وجود داشته باشد، می‌تواند حجم زیادی از اطلاعات را حفظ کند و به عنوان یک واحد فیزیکی پویا عمل کند.
این بدان معناست که به طور بالقوه می‌تواند ساختارهایی بسازد که می‌توانند به طور فیزیکی مولکولهای جدیدی بسازند که به نوبه خود می‌توانند ساختارهای جدیدی بسازند. اگر این فرآیند ناقص باشد، برخی از ساختارهای «تکثیرکننده» کار را سریع‌تر یا کارآمدتر از سایرین انجام می‌دهند و به شکل RNA غالب تبدیل می‌شوند… حداقل، تا زمانی که چیز بهتری به وجود بیاید.
همانطور که این ایده جذاب است، ما برای چندین دهه می‌دانیم که واحدهای خودساخته از مولکولهای RNA منفرد برای چنین سناریویی بسیار ساده و بیش از حد ناپایدار هستند. حتی DNA فاقد ساختاری است که بتواند خود را به اندازه‌ای طولانی در کنار هم نگه دارد تا انتخاب طبیعی بتواند شروعی داشته باشد.
این بدان معنا نیست که رشته‌های مختلفی که به عنوان یک گروه عمل می‌کنند، نمی‌توانند این کار را انجام دهند. داشتن تعداد انگشت‌شماری از واحدهای تکاملی مختلف که در سطح جمعیت عمل می‌کنند، ممکن است این مشکل اطلاعات (بازهای آلی و …) را به راحتی حل کنند.
همانندسازهای مختلفی در اطراف مولکول RNA، DNA و حتی پروتئینها طراحی شده‌اند تا نشان دهند که چگونه ممکن است این کار عملی شود و محققان تلاش زیادی کردند تا عملکردی ایجاد کنند که به ساختارهای مولکولی اجازه می‌دهد با سرعت مناسب با هم همکاری کنند و کپی درست کنند.
در حالی که آنها می‌توانند همانندسازی را حفظ کنند، تاکنون هیچ کدام در طول زمان پیچیده‌تر نشده‌اند و این سوال را باز می‌گذارد که آیا RNA قادر به تکامل است یا خیر.
تیم میزوچی طراحی صحیح مولکولهای RNA را برای ایجاد مولکولهای تکثیرکننده منفرد ایجاد کرده‌اند که می‌توانند به طور جمعی نه تنها اطلاعات (باز های آلی و …) را حفظ کنند وهمین طور در طول زمان تغییر کنند، بلکه این کار را به گونه‌ای انجام دهند که محلول در طول نسل‌های متوالی پیچیده‌تر می‌شود ( یعنی فرگشت که به معنی تغییر در خصوصیت‌های وراثتی جانداران در طول نسل‌های متوالی است).
آزمایش آنها از رشته‌های دراز شده کلون شدهRNA در قطرات آب معلق در روغن استفاده کرد که بیش از صد دور تکرار شد و در هر دور آزمایش تکرار و آنالیز شد.
میزوچی می‌گوید: در واقع، ما در ابتدا شک داشتیم که چنین RNAهای متنوعی می‌توانند تکامل یابند و همزیستی کنند.
“در زیست‌شناسی تکاملی، “اصل طرد رقابتی” بیان می‌کند که اگر بیش از یک گونه برای منابع یکسان با هم رقابت کنند، نمی‌توانند همزیستی داشته باشند. این بدان معناست که مولکولها باید راهی برای استفاده از منابع مختلف یکی پس از دیگری برای تنوع پایدار ایجاد کنند. فقط مولکولها، بنابراین ما به این فکر کردیم که آیا ممکن است گونه‌های شیمیایی غیرزنده به طور خود به خود چنین نوآوری را توسعه دهند.”
(اصل طرد رقابتی که با نام قانون طرد رقابتی گاوس یا قاون گاوس نیز شناخته می‌شود اصلی در اشاره به دو گونه زیستی است که به دلیل استفاده از منابع غذایی مشترک نمی‌توانند همزیستی دائمی و مناسبی را داشته باشند؛ در این‌صورت، حتی با وجود ثابت ماندن سایر عوامل زیست‌محیطی، هنگامی‌که یکی از گونه‌ها حتی کوچک‌ترین مزیت و برتری را نسبت به گونه دیگری داشته باشد، در دراز مدت تسلط خود را بر منابع مشترک افزایش داده و بر گونه دیگر غلبه می‌کند. این رخداد ممکن است باعث انقراض گونه مغلوب یا یک تغییر تکاملی و رفتاری به سمت کنامی دیگر شود. (کنامی: در دانش بوم‌شناسی مطابقت یک گونه با شرایط محیطی خاص برای ایفای نقش عملکردی خود در اکوسیستم است. به طور مثال، دلفین به طور واقعی، می‌تواند با تغییر مکان زندگی خود، همچنان خود را با اکوسیستم وفق دهد، به شرطی که در هماهنگ‌سازی خود با گونه‌های اکوسیستم جدید موفق باشد. درحقیقت، کنام یک گونه، به همه راه‌های ارتباطی آن گونه با زیستگاه گفته می‌شود و با مفهوم زیستگاه متفاوت است. کنام جانداران، توضیح دهنده چگونگی تقسیم منابع اکوسیستم میان آنها و چگونگی پاسخ جاندار، به این تقسیم منابع است.)
اثبات مفهوم نشان می‌دهد که این امر امکان‌پذیر است، تا زمانی که RNA برای منابع با یکدیگر رقابت نکنند، بلکه به نوعی در رابطه انگل میزبان بر یکدیگر تکیه کنند. چرا که اگر حتی یک شبیه‌ساز RNA حذف شود، بقیه منقرض می‌شوند. (رابطه میزبان-انگل حالت شدید ارتباط حیوانی است که در آن هر دو شریک زندگی یکدیگر را تحت تأثیر قرار می‌دهند و متابولیسم و رفتار یکدیگر را تحت تأثیر قرار می‌دهند و با استفاده از مکانیسم‌های انطباقی مختلف به منظور اطمینان از بقای خود تأثیر می‌گذارند.)
در حالی که می‌توانیم مطمئن‌تر باشیم که سناریوی «دنیایRNA » قابل قبول است، اما نشان نمی‌دهد که بیلیونها سال پیش حیات روی زمین چگونه شکوفا شده است. برای آن ما به شواهد مختلفی نیاز داریم، از زمین‌شناسی گرفته تا اخترفیزیک، تا یک مورد قانع کننده بسازیم.
با این وجود، این یک گام محکم به جلو در جستجوی مدل‌های شیمیایی تکامل است که قادر به تبدیل سوپ اولیه به مجموعه‌ای خیره‌کننده از تنوع زیستی هستند که تا به امروز پیچیده‌تر می‌شوند.
مترجم : مرتضی نادری فرد
منبع:
Scientists Create RNA That Evolves on Its Own. This Could Be How Life on Earth Started
MIKE MCRAE 18 MARCH 2022
https://www.sciencealert.com/scientists-have-designed-their-own-evolving-rna-soup-for-the-first-time