یک تحقیق جدید، درباره ی چگونگی ظهور «پروتوسل‌ها[1]» در آغاز پیدایش زمین که در نهایت تبدیل به سلول های امروزی می شوند؛ توضیحی ارائه میکند. در این مقاله به کشف مولکولی که به رشد سلول ها در آغاز پیدایش زمین کمک میکند می پردازیم.
بر اساس این تحقیق، مولکول هایی به نام سیکلوفسفولیپید ها[2] ممکن است جزء ضروری برای پروتوسل ها بوده باشند تا ساختارهای داخلی مهمی به نام وزیکول ها[3] را که احتمالا باعث آغاز روند تکاملی بودند، تشکیل دهند.
خب حالا داستان چیه؟
برای درک درست نحوه ی عملکرد بدن و بهبود سلامت انسان، محققان باید اجزای سازنده ی سلول های بدن ما را از هم جدا کنند. با این وجود در حالی که دانشمندان به کشف و پیشرفت های بزرگ در حیطه ی زیست‌شناسی سلولی ادامه می دهند، یک سوال مهم همچنان باقی مانده است:” سلول‌ها میلیارد ها سال پیش در ابتدا چگونه شکل گرفته اند؟”
تحقیق کشف مولکولی که به رشد سلول ها در آغاز پیدایش زمین کمک میکند به رهبری دکتر رامانارایانان کریشنامورتی از مرکز تحقیقات اسکریپس[4] و دکتر شرف مانسی از دانشگاه ترنتون، تفاسیری را در مورد چگونگی پیدایش «پروتوسل ها»، در آغاز پیدایش زمین که در نهایت به سلول های امروزی تبدیل شده اند، ارائه می‌دهد. پروژه آن ها که در مجله اسمال[5] منتشر شده است، نشان می دهد که مولکول هایی به نام سیکلوفسفولیپید ها ممکن است جزء ضروری برای پروتوسل‌ها بوده باشند.
مقدمه ای بر سلول امروزی، پروتوسل و وزیکول ها
کریشنامورتی، دانشیار شیمی در تحقیقات اسکریپس، می‌گوید:” احتمالا پروتوسل ها اجداد سلول های امروزی بوده اند. آن ها عملکرد کامل سلول های امروزی را نداشتند. با این حال دارای راهکار های بنیادی برای پیدایش ساز و کارهای این سلول ها بودند.”
کریشنامورتی یکی از اعضای پروژه سیمونز[6] در مورد منشأ حیات است وهمچنین پروژه مشترکی با مرکز تکامل شیمیایی دارد که توسط برنامه اختر زیست شناسی ناسا و بنیاد ملی علوم تامین می شود. کریشنامورتی مانند سایر افراد این رشته، در مورد فعالیت این وزیکول های اولیه کنجکاو است.
سلول های امروزی مملو از مولکول ها و واکنش های شیمیایی متفاوتی هستند در حالی که پروتوسل ها مانند وزیکول ها بسیار ساده بودند. یکی از ویژگی هایی که این وزیکول ها داشتند، وجود نواحی توخالی داخلی به نام لومن بود. لومن ها فضاهایی بودند که می توانستند مولکول های بزرگ تر، برای کارهایی مانند تشکیل RNA و ساخت پروتئین ها که واحد های مورد نیاز برای حیات هستند را جذب کنند.
در نهایت، با کمک وزیکول ها، پروتوسل ها توانستند مواد مغذی را از محیط برای رشد و تقسیم مجدد خود بگیرند و به نسل های پیشرفته تری تقسیم شوند.
روش تحقیقاتی این تیم
تحقیقات جدید یک راه حل ساده برای معمای چگونگی ایجاد وزیکول های پایدار ارائه می دهد. در گذشته، محققان در تلاش برای استفاده از مولکول‌هایی به نام اسید های چرب در ساخت وزیکول ها بودند اما این وزیکول‌ها به یون‌های فلزی واکنش نشان می‌دادند و از هم می پاشیدند.
مانسی می‌گوید:” وزیکول های اسید چرب، مطمئناً در شرایطی که در کره ی زمین وجود داشته است و در انواع شرایط لازم برای فعالیت کردن درخارج از مولکول‌های بیولوژیکی، پایدار نبودند. این شکاف و تفاوت بین معقول بودن و پایداری این وزیکول ها، تصور اینکه چگونه پروتوسل ها می توانند پدیدار شوند را برای ما دشوار کرده است.”
محققان پیش از این هرگز تلاش نکرده بودند از سیکلوفسفولیپید ها برای تشکیل وزیکول استفاده کنند اما در سال 2018، آزمایشگاه کریشنامورتی یک تحقیق در مورد شیمی طبیعت را منتشر کرد که نشان می داد شرایط درآغاز پیدایش کره زمین می توانست منجر به تشکیل سیکلوفسفولیپید ها شود.
محققان در ابتدا ثابت کردند سیکلوفسفولیپید ها می توانستند در روزهای آغازین حیات وجود داشته باشند. پس از آن در مورد توانایی این مولکول ها در کمک به پروتوسل ها برای ساخت وزیکول، شروع به تحقیق کردند. کریشنامورتی می‌گوید: “ما در رابطه با پایداری و ثبات مناسب آن ها برای این کار مطمئن نبودیم.”
نتیجه گیری
تحقیقات نشان دادند که وزیکول های جدید به طرز شگفت آوری پایدار هستند. آن ها در مقابل طیف وسیع تری از شرایط فیزیکی و شیمیایی از جمله تغییرات pH، نسبت به وزیکول های اسید چرب مقاومت کردند. در واقع، نتایج جدید نشان می دهد که سیکلوفسفولیپید ها می توانند پایه ی خوبی برای وزیکول هایی باشند که به پروتوسل ها اجازه تکامل می دهند.
مانسی می گوید:” کار پروفسورکریشنامورتی با فسفوریلاسیون پری بیوتیک ها[7]، ما را به کشف نوع جدیدی از لیپید ها سوق داد. این کار به ما در فهم خواص شیمیایی مناسب و قوی از نظر پری بیوتیکی که برای ساخت یک پروتوسل ضروری هستند، کمک میکند”.
محققان اکنون در حال آمادگی برای محک وزیکول‌های سیکلوفسفولیپیدی از طریق آزمایش های دشوارتر به منظور پاسخ به سوالات عمیق تر هستند. آن ها می خواهند بدانند که آیا این وزیکول ها با سایر فرآیند های مهم مورد نیاز برای تکامل مانند همانند سازی غیر آنزیمی RNA سازگار هستند یا خیر.
نویسندگان این مطالعه دوهان توپارلاک از دانشگاه ترنتو و مگا کارکی و ورونیکا اگاس اورتونو از موسسه تحقیقات اسکریپس هستند.
[1] protocells [2] cyclophospholipids [3] vesicles [4] Scripps Research Institute [5]the journal SMALL [6] Simons [7] Prebiotics
منابع
- Materials provided by Scripps Research Institute. Note: Content may be edited for style and length.
- Ö. Duhan Toparlak, Megha Karki, Veronica Egas Ortuno, Ramanarayanan Krishnamurthy, Sheref S. Mansy. Cyclophospholipids Increase Protocellular Stability to Metal Ions. Small, 2019; 1903381 DOI: 10.1002/smll.201903381
مترجم: پرنیا محمدی | تولید محتوا و ویراستار: پرنیا فواکهی
