دانشمندان راز منشا حیات را حل می‌کنند

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۱۸ اکتبر، ۲۰۲۲
لینک منبع: Scientists Solve an Origin of Life Mystery

آب دریا ممکن است فسفر مورد نیاز برای حیات در حال ظهور را تامین کرده باشد.

محققان دانشگاه‌های کمبریج و کیپ‌تاون ممکن است با بازسازی آب دریای ماقبل تاریخ حاوی این عنصر در آزمایشگاه، راه‌حلی برای معمای این که چگونه فسفر جزء ضروری حیات روی زمین است، یافته‌اند.

یافته‌های آن‌ها، که در مجله ارتباطات طبیعت منتشر شد، نشان می‌دهد که آب دریا ممکن است منبع از دست رفته فسفات باشد، و این نشان می‌دهد که آب دریا می‌توانست در مقادیر کافی برای حمایت از حیات بدون نیاز به شرایط محیطی خاص وجود داشته باشد.

پروفسور نیک توسکا از دانشگاه کمبریج، که یکی از نویسندگان این تحقیق بود، گفت: «این می‌تواند طرز فکر ما در مورد محیطی که زندگی برای اولین بار در آن شکل گرفت را تغییر دهد.»

این تحقیق، که توسط دانشجوی دکترای دانشگاه کمبریج، متیو بردی، هدایت می‌شد، نشان می‌دهد که آب دریا ممکن است ۱۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ برابر بیشتر از آنچه قبلا تصور می‌شد فسفات حمل کرده باشد، به شرطی که آب حاوی مقدار زیادی آهن باشد.

فسفات یک جز حیاتی از DNA و RNA است که بلوک‌های سازنده زندگی هستند، نسبت به اهمیت بیولوژیکی آن یکی از حداقل عناصر رایج در جهان است. فسفات هم‌چنین به شکل مواد معدنی نسبتا غیرقابل دسترسی است -حل کردن آن در آب می‌تواند دشوار باشد تا حیات بتواند از آن استفاده کند.

توکا، استاد کانی‌شناسی و سنگ‌شناسی در گروه علوم زمین کمبریج، می‌گوید: «دانشمندان مدت‌ها است که بر این باورند که فسفر بخشی از زیست‌شناسی شده‌است، اما آن‌ها اخیرا شروع به شناخت نقش فسفات در هدایت سنتز مولکول‌های مورد نیاز حیات بر روی زمین کرده‌اند،» آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این امر باعث می‌شود اتفاقات شگفت‌انگیزی رخ دهد -شیمیدانان می‌توانند بیومولکول‌های حیاتی را در صورتی که فسفر زیادی در محلول وجود داشته باشد، سنتز کنند.

با این حال، در مورد شرایط دقیق مورد نیاز برای ایجاد فسفات بحث شده‌است. با توجه به برخی تحقیقات، فسفات باید زمانی که آهن فراوان است، حتی کم‌تر در دسترس حیات باشد. با این حال، این مساله از زمانی که اتمسفر اولیه زمین از کمبود اکسیژن رنج می‌برد و آهن بسیار گسترده بود، مورد مناقشه است.

آن‌ها از مدل‌سازی ژئوشیمیایی برای شبیه‌سازی شرایط اولیه زمین به‌منظور درک اینکه چگونه زندگی به فسفات و نوع محیطی که این عنصر در آن تکامل‌یافته است، تکیه می‌کند، استفاده کردند.

بردی گفت: «دیدن این که آزمایش‌های ساده در یک بطری چقدر می‌توانند تفکر ما در مورد شرایطی که در ابتدای زمین وجود داشتند را تغییر دهند، هیجان‌انگیز است.»

در آزمایشگاه، آن‌ها آب دریا را با همان شیمی که تصور می‌شد در تاریخ اولیه زمین وجود داشته‌است، درست کردند. آن‌ها همچنین آزمایش‌های خود را در جوی بدون اکسیژن انجام دادند، درست مثل زمین باستان.

نتایج این تیم نشان می‌دهد که خود آب دریا می‌تواند منبع اصلی این عنصر ضروری باشد.

توسکا می‌گوید: «این لزوما به این معنی نیست که زندگی روی زمین از آب دریا آغاز شده‌است. این امر امکانات زیادی را برای چگونگی تامین فسفات توسط آب دریا به محیط‌های مختلف فراهم می‌کند -برای مثال دریاچه‌ها، تالاب‌ها، یا خطوط ساحلی که در آن‌ها افشانه دریایی می‌توانست فسفات را به خشکی حمل کند.»

پیش از این دانشمندان طیف وسیعی از راه‌های تولید فسفات را ارائه کرده بودند، برخی نظریه‌ها شامل محیط‌های خاصی مانند چشمه‌های آتشفشانی اسیدی یا دریاچه‌های قلیایی و مواد معدنی کمیاب که فقط در شهاب‌سنگ‌ها یافت می‌شوند.

توسکا گفت: «ما این حس را داشتیم که آهن کلید حل فسفات است، اما اطلاعات کافی وجود نداشت.» ایده آزمایش‌های این تیم زمانی مطرح شد که آن‌ها به آب‌هایی نگاه می‌کردند که رسوبات آن‌ها در دریای مدرن بالتیک رسوب کرده بود. «این امر غیرمعمول است زیرا هم در فسفات و هم در آهن غنی است -ما تعجب کردیم که چه تفاوتی در آن آب‌های خاص وجود دارد.

محققان در آزمایشات خود مقادیر مختلفی از آهن را به طیف وسیعی از نمونه‌های آب دریای مصنوعی اضافه کردند و میزان فسفر موجود در آن را قبل از تشکیل بلورها و مواد معدنی جدا شده از مایع مورد آزمایش قرار دادند. سپس آن‌ها این نقاط داده را به مدلی تبدیل کردند که می‌توانست میزان فسفات موجود در آب دریا را پیش‌بینی کند.

توکا گفت: «آب‌های حفره‌ای دریای بالتیک یک سری از نمونه‌های مدرن را فراهم کردند که آن‌ها عادت داشتند مدل خود را با آن‌ها آزمایش کنند. ما می‌توانیم آن شیمی آب غیرمعمول را به‌طور کامل تولید کنیم.» از آنجا آن‌ها به کشف شیمی آب دریا قبل از این که زیست‌شناسی وجود داشته باشد، ادامه دادند.

نتایج همچنین برای دانشمندانی که در تلاش برای درک احتمالات زندگی فراتر از زمین هستند، پیامدهایی دارند. توکا گفت: «اگر آهن کمک کند تا فسفات بیشتری در محلول قرار گیرد، این مساله می‌تواند به مریخ اولیه مربوط باشد.»

توکا گفت: «شواهدی مبنی‌بر وجود آب در مریخ باستانی فراوان است، از جمله بستر رودخانه‌های قدیمی و رسوبات سیل، و هم‌چنین می‌دانیم که آهن زیادی در سطح وجود داشت و اتمسفر در برخی مواقع از نظر اکسیژن ضعیف بود.»

شبیه‌سازی‌های آن‌ها از آب‌های سطحی که از طریق سنگ‌های سطح Martian فیلتر می‌شوند نشان می‌دهد که آب غنی از آهن ممکن است فسفات‌هایی را نیز در این محیط فراهم کرده باشد.

بردی گفت: «دیدن این که چگونه جامعه از نتایج ما برای کشف مسیرهای جدید و جایگزین برای تکامل زندگی بر روی سیاره ما و فراتر از آن استفاده می‌کند، جالب خواهد بود.»

این متن با استفاده از ربات ‌ترجمه مقالات زمین‌شناسی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.