پژوهشگران کشف کرده‌اند که قطره‌های ساده‌ای که بلحاظ شیمیایی فعال میباشند، به اندازه یک سلول رشد میکنند و سپس تقسیم می‌شوند. آنها پیشنهاد میکنند که این پدیده ممکن است به ظهور اولین سلولهای زنده منجر شده باشد.
پژوهشگران کشف کرده‌اند که قطره‌های ساده‌ای که بلحاظ شیمیایی فعال میباشند، به اندازه یک سلول رشد میکنند و سپس تقسیم می‌شوند. آنها پیشنهاد میکنند که این پدیده ممکن است به ظهور اولین سلولهای زنده منجر شده باشد.
تیمی از فیزیکدان‌ها و زیست‌شناسان در آلمان مکانیزم ساده‌ای را کشف کرده‌اند که ممکن است توضیح دهد چگونه قطرات مایع در سوپ بنیادین به سلولهای زنده فرگشت یافته‌اند. سایر محققانی که بر روی مبداء حیات در زمین مطالعه میکنند ایده فوق را مورد تحسین قرار داده‌اند. رامین گلستانیان، استاد فیزیک نظری در دانشگاه آکسفورد (که خود در پروژه فوق نقش مستقیمی نداشته است) نتایج بدست آمده را یک دستاورد عظیم خوانده است که نشان می‌دهد شکل گیری حیات از آنچه تصور می‌شود ممکن است بسیار ساده‌تر باشد.
پرسش محوری در مورد مبداء حیات این است که چگونه اولین سلولها از عناصر ابتدایی بوجود آمدند؟ پیش درآمد شکل گیری سلولها، که پیش‌سلول خوانده می‌شوند، چه بودند؟
در سال ۱۹۲۴، آلکساندر اُپارین، بیوشیمیست روسی که خالق ایده سوپ بنیادین برای شکل گیری حیات است، اولین شخصی بود که پیشنهاد کرد این پیشسلولهای مرموز می‌توانند به شکل قطرات مایعی باشند که بطور طبیعی شکل می‌گیرند و غشایی ندارند.
در سال‌های اخیر، قطره‌هایی درون سلولهای مدرن یافت شده‌اند که پاره‌ای وظایف بنیادین را بر عهده دارند.
اُپارین خود هیچ ایده‌ای نداشت که چنین قطراتی چگونه ممکن است شکل بگیرند، رشد کنند و تقسیم شوند و سپس به اولین سلول فرگشت یابند. اما اکنون و در پی کارهای انجام شده توسط دیوید زوئیکر و همکارانش در انستیتو ماکس پلانک پاسخی برای پرسش فوق دارد. آنها قطراتی را مورد مطالعه قرار داده‌اند که بطور شیمیایی فعال میباشند و با محیط اطراف خود عناصر شیمیایی تبادل میکنند. این قطرات تمایل دارند تا اندازه یک سلول رشد کنند و سپس همانند یک سلول تقسیم می‌شوند. نتایج تحقیقات آنها در دسامبر ۲۰۱۶ در نشریه فیزیک نیچر منتشر شده است.
در سال ۲۰۰۸ تیمی از زیست‌شناسان دانشگاه پرینستون برای اولین بار قطراتی زیرسلولی را در درون سلولهای کِرم سی‌الگانس کشف کردند که توده به هم پیوسته و کوچکی از پروتئین و آر.ان.ای میباشد. یکی از اعضای آن تیم اکنون می‌گوید که قطرات کشف شده درون سلولی می‌توانند بقایای باستانی پیشسلولهای اولیه باشند، همانگونه که میتو‌کندری بقایای میکروبی باستانی است که سلولها را آلوده می‌کرد ولی سرانجام رابطه‌اش با سلول به نوعی همزیستی تکوین یافت. این قطرات متراکم که درون سلول می‌بینیم نیز ممکن است به طریق مشابه، فسیل‌های بجا مانده از نیروهای پیش‌برنده فیزیکی-شیمیایی باشند که خود موجب شکل گیری اولین سلولها شدند.
پس از کشف قطرات زیرسلولی، دیوید زوئیکر مامور شد تا فیزیک عملکرد سنتروزوم را مورد مطالعه قرار دهد. سنتروزوم یا میان‌تن، اندامکی در مرکز سلول جانوران است که در عملیات تقسیم سلول نقش دارد و نظیر یک قطره رفتار میکند. زوئیکر سنتروزوم را همانند سیستمی غیر تعادلی مدل سازی کرد که بطور شیمیایی فعال میباشد و بطور مداوم پروتئینهای سازنده خود را با مایع سیتوپلاسم که آنرا در بر گرفته است تبادل میکند.
در مدل وی، این پروتئینها دارای دو حالت شیمیایی هستند. پروتئین در حالت آ در مایع پیرامونش حل می‌شود اما در حالت ب حل نشدنی است و نامحلول باقی می‌ماند. گاهی اوقات، پروتئین از حالت ب بطور ناگهانی به آ تغییر حالت می‌دهد و از قطره خارج می‌شود. یک منبع انرژی می‌تواند فرایندی معکوس را رقم زند و پروتئین از حالت آ، با غلبه بر یک سد شیمیایی، به حالت ب تغییر یابد. هنگامیکه این پروتئین نامحلول به یک قطره برخورد میکند براحتی بداخل آن میخزد و تا زمانی که یک منبع انرژی وجود دارد (نظیر نور خورشید) این مولکول‌ها بداخل و خارج از قطره جریان دارند.
زوئیکر کشف کرد که جریان مواد شیمایی وارد شده به قطره و جریان خروجی از آن زمانی که قطره به اندازه خاصی می‌رسد (که تقریبا معادل اندازه یک سلول است) با یکدیگر برابر می‌شوند و پس از آن قطره دیگر بزرگتر نمی‌شود.
کشف بعدی حتی غیرقابل انتظارتر بود. هر چند اندازه قطرات فعال نسبتا پایدار است اما شکل آنها پایدار نیست. هنگامی که تعدادی از مولکولهای نوع ب از یک سمت وارد قطره می‌شوند، آن سمت قطره کمی قلمبه و محدب می‌شود. این سمت قلمبه شده که سطح تماسی بیشتری با مایع پیرامون خود دارد سپس مولکولهای بیشتری را جذب خود میکند و تحدب آن سرعت می‌گیرد. با افزایش قلمبه‌گی در یک سمت، قسمت وسط قطره که سطح تماس کمتری با مایع پیرامون دارد لاغر و نازکتر می‌شود تا جایی که قطره از وسط به دو نیم تقسیم می‌گردد. فرایندی که تقسیم سلولی را تداعی میکند.
در مرحله بعد و با همکاری گروهی دیگر از پژوهشگران، نمونه‌هایی از این نوع قطره‌های فعال شیمیایی با مواد پلیمری ساخته شد که از لحاظ فیزیکی مشابه سنتروزوم‌ها هستند تا مکانیزم رشد و تقسیم آنها در عمل مورد بررسی قرار گیرد. قدم بعدی این خواهد بود که نحوه تقسیم سنتروزوم‌ها و سایر قطره‌های طبییعی با دقت بیشتر مورد مطالعه قرار گیرند تا مشخص شود که مکانیزم تقسیم شدن آنها مشابه قطره‌های زوئیکر میباشد یا خیر.
اما این پرسش کماکان مطرح است که این قطرات چگونه به اشکال پیچیده‌تر فرگشت یافتند؟ در فرگشت لازم است کپی های حاصل از تقسیم با قطره مادر کمی متفاوت باشند تا انتخاب طبیعی وارد عمل شود و پیچیدگی افزایش یابد. گروهی از دانشمندان که تئوری دیگری بنام اول-غشاء را پیشنهاد میکنند معتقدند که نمی‌توانیم مکانیزم مشخصی بیابیم که توضیح دهد این قطرات چگونه به سلولهای اولیه تبدیل شدند.
اما سایر پژوهشگران مخالف هستند و می‌گویند همینکه قطرات شروع به تقسیم شدن کردند، آنها بسادگی می‌توانند این توانایی را بدست بیاورند که اطلاعات ژنتیکی را به سلولهای نسل بعد انتقال دهند. این اطلاعات ژنتیکی در اساس بسته‌ای از آر.ان.ای یا دی.ان.ای میباشند که پروتئینها را کد میکنند. اگر این بسته ژنتیکی پروتئینهای مفیدی را کُد گذاری کند که نرخ تقسیم قطرات را افزایش دهد، انتخاب طبیعی آنرا ارجحیت خواهد داد. در نهایت، این پیش-سلولها که انرژی خود را از نور خورشید بدست می‌آورند و تحت فرمان قانون افزایش اِنتروپی هستند به تدریج به اشکال پیچیده‌تر دگرگونش خواهند یافت.
محتمل است که در طی فرایند پیچیده‌تر شدن، این قطره‌های پیش-سلولی بنحوی دارای غشاء شده باشند. قطره‌ها بطور طبیعی لایه هایی از لیپید را به خود جذب میکنند که تمایل دارند در مرز بین قطره و محیط اطراف قرار گیرند.
آزمایش‌های آتی میزان اعتبار تئوری فوق را مشخص خواهند کرد. آیا مواد شیمیایی طبیعی یافت خواهند شد که دو حالت آ و ب را همانگونه که تئوری پیش‌بینی میکند دارا باشند؟ اگر چنین عناصری پیدا شوند، یک مسیر منطقی بین حیات و غیرحیات ترسیم خواهد شد. قطره‌ها به مواد شیمیایی زیادی نیاز دارند که باید در اندازه و ساختار کاملا مناسب گردآمده باشند تا اولین هسته سلولی شکل گیرد. مشخص نیست که چنین امری چگونه اتفاق افتاده است ولی می‌دانیم که مقادیر عظیمی از سوپ بنیادین و برای زمانی بس طولانی در اختیار بوده است.
ویدئو مربوط یه این مقاله:
