نوشته

بر مبنای یک مدل محاسباتی جدید، شاید پروتئین اولین مولکول حیات بوده است!

برای دانشمندانی که منشاء حیات را مطالعه می‌کنند این پرسش همواره مطرح بوده است که کدام مولکول در ابتدا شکل گرفت: پروتئین‌ها و یا اسیدهای نوکلئید نظیر دی.ان.ای و آر.ان.ای؟ حدود چهار میلیارد سال قبل، پلیمرهای ساده‌ای شکل گرفتند که قادر بودند دو عمل اساسی برای پیدایش حیات را انجام دهند: اولی ذخیره اطلاعات و دومی کاتالیز کردن واکنش‌های شیمیایی است که تولید پلیمرهای بزرگ را ممکن می‌ساخت. در حال حاضر اسیدهای نوکلئید وظیفه اول را به انجام می‌رسانند و پروتئین‌ها دومی را انجام می‌دهند. اما آیا امکان دارد که در بامداد حیات، فقط یک مولکول هر دو وظیفه را بر عهده داشته است؟
بیشتر دانشمندان در دهه‌های اخیر آر.ان.ای را کاندیدای مناسب می‌دانند بخصوص که در دهه ۸۰ میلادی مشخص شد آر.ان.ای می‌تواند روی خودش تا بخورد و واکنش‌های شیمیایی را همانند یک پروتئین‌ کاتالیز کند. اما از طرف دیگر مولکول آر.ان.ای بسیار پیچیده و حساس است و برخی متخصصین شک دارند که شرایط خشن کره زمین در چهار میلیارد سال قبل برای تشکیل چنین مولکولی مناسب بوده است. علاوه بر آن، برای آنکه مولکول آر.ان.ای و یا پروتئین بتواند همانند کاتالیزور عمل کند، ابتدا لازم است که زنجیره‌ای بزرگ شکل دهد و سپس تا بخورد. اما بنظر می‌آید که محیط زمین در گذشته دور برای تشکیل یک زنجیره بزرگ از اسیدهای آمینه مناسب نبوده است، حال چه پروتئین باشد و چه آر.ان.ای.
دو دانشمند به نام‌های کِن دیل و الیزاوتا گوسه‌وا از دانشگاه استونی بروک در نیویورک به همراه رونالد زاکرمن از لابراتوار ملی برکلی در کالیفرنیا موفق شدند راه‌حلی برای معضل فوق ارائه کنند. مدلِ پیشنهادی آن‌ها نسبتا ساده است. کن دیل این مدل را بیش از سی سال قبل پیشنهاد داده بود تا نشان دهد که پروتئین‌ها چگونه روی خود تا می‌خورند، و او اخیرا دریافت که همان مدل قادر است نحوه شکل‌گیری مولکول‌های پیچیده در دوران پیشاحیات را نیز توضیح دهد. در این مدل، زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه به دو زیر گروه تقسیم می‌شوند: گروه اول شامل مولکول‌هایی است که تمایل دارند با آب پیوند برقرار کنند و مونومر قطبی خوانده می‌شوند؛ و گروه دوم شامل مولکول‌هایی است که با آب را دفع می‌کنند و آن‌ها را مونومر غیرقطبی می‌خوانیم. گردن‌بندی را تصور کنید که بعضی مهره‌هایش به رنگ آبی هستند و آب‌جذب می‌باشند؛ و بعضی دیگر قرمز رنگ هستند و آب‌ترس می‌باشند.
مدل کامپیوتریِ کِن دیل، تمام ترکیبات ممکن از زنجیره‌ای از ۲۵ مهره قرمز و آبی را شبیه‌سازی کرده و سپس بررسی می‌کند که آن‌ها چگونه روی خود تا می‌خورند. مشخص شد که ۲.۳ درصد از کل زنجیره‌های تشکیل شده بگونه‌ای تا می‌خورند که ساختار پایداری تشکیل دهند؛ و ۱۲.۷ درصد از آن زنجیره‌ها که پایدارند (معادل سه دهم درصد از کل زنجیره‌های ساخته شده)، بگونه‌ای تا می‌خورند که وصله‌‌ای از مهره‌های قرمز تشکیل می‌شود که همانند یک سکوی اتصال چسبناک عمل می‌کند تا زنجیرهای دیگر به آن متصل شوند. این فرآیند نه تنها اجازه می‌دهد که پلیمری طویل تشکیل شود، بلکه می‌تواند ساختاری تشکیل دهد که خودکاتالیزکننده خوانده می‌شود. در چنین ساختاری، فرآیند تاخوردن یک پلیمر، تاخوردن پلیمرهای مجاور را تحت تاثیر قرار داده و شرایطی پدید می‌آورد که پلیمرهای مجاور بطور مشابهی تابخورند؛ و به این ترتیب است که پلیمر اولیه، نسخه‌های مشابه خودش را تولید می‌کند.
هر چند که احتمال تشکیل چنین مجموعه‌ای در ابتدا نادر است، اما همینکه تشکیل شد، بطور تصاعدی گسترش می‌یابد و در نهایت تمام سوپ آغازین را به تسخیر خود در می‌آورد. مدل‌سازی فوق نشان می‌دهد که دو خاصیت ساده مولکول‌های شیمیایی، آب‌ترس و یا آب‌جذب بودن، کافی است تا فرآیندی را جرقه بزند که به ظهور پلیمرهای پیچیده ختم می‌شود.