یکی از نظریههای مطرح درباره آغاز حیات، به دهانههای گرمابی در اعماق اقیانوسها مربوط میشود؛ مناطقی که در امتداد مرزهای همگرای صفحات تکتونیکی قرار دارند.
این محیطها سرشار از مواد شیمیایی و فلزات هستند و شاید شرایط لازم برای شکلگیری حیات را نه یک بار، بلکه دو بار فراهم کرده باشند. پژوهش جدید نشان میدهد برخی آنزیمهایی که برای انجام واکنشهای شیمیایی ضروری در حیات نقش دارند، میان باکتریها و آرکیها مشترک نیستند. این موضوع میتواند نشان دهد که این دو گروه، به صورت مستقل راههایی متفاوت اما موفق برای انجام واکنشهای متابولیکی مشابه پیدا کردهاند.
آغاز حیات روی زمین از دیرباز ذهن دانشمندان، فیلسوفان و الهیدانان را به خود مشغول کرده است. فرهنگهای مختلف نیز روایتهای گوناگونی درباره منشأ پیدایش موجودات زنده داشتهاند، اما دانشمندان در قرن بیستم به دنبال توضیحاتی مبتنی بر شواهد علمی رفتند.
نقطه عطف مهمی در سال ۱۹۷۷ رقم خورد؛ زمانی که دانشمندان مؤسسه اقیانوسشناسی وودز هول برای نخستین بار دهانههای گرمابی را کشف کردند. این چشمههای آب داغ زیر دریا در نزدیکی رشتهکوههای میاناقیانوسی و مرزهای همگرای صفحات زمین شکل میگیرند. این کشف در نزدیکی جزایر گالاپاگوس انجام شد و پژوهشگران در همان مناطق با موجودات زندهای روبهرو شدند که پیشتر هرگز مشاهده نشده بودند.
چند سال بعد، دانشمندان مقالهای منتشر کردند که در آن برای نخستین بار این احتمال مطرح شد که حیات روی زمین ممکن است در همین ساختارهای زیرآبی و در نتیجه شرایط شیمیایی ویژه آنها شکل گرفته باشد.
شاید حیات دو بار آغاز شده باشد
تا امروز معمولاً تصور میشد حیات در یک رویداد اولیه و از مجموعهای از واکنشهای شیمیایی پدید آمده است. اما پژوهش جدید احتمال دیگری را مطرح میکند:
شاید حیات دو بار شکل گرفته و دو گروه اصلی پروکاریوتها، یعنی باکتریها و آرکیها، به طور جداگانه روشهای متفاوتی برای انجام واکنشهای متابولیکی ضروری پیدا کرده باشند.
نتایج این پژوهش توسط گروهی بینالمللی از محققان در مجله Science Advances منتشر شده است. ویلیام مارتین، زیستشناس دانشگاه دوسلدورف و نویسنده ارشد این مطالعه، گفت:
دادههای جدید تنها یک نتیجه را پیش روی ما میگذارند. دودمانهای باکتریایی و آرکیایی به صورت مستقل از یکدیگر به مرحله زندگی آزاد رسیدند. فقط سلولهای آزادزینده واقعاً زنده هستند. بنابراین باید آن را همانطور که هست نامگذاری کنیم. ما با یک منشأ برای کد ژنتیکی، اما دو منشأ برای حیات روبهرو هستیم.
درخت حیات به دو گروه بزرگ تقسیم میشود. گروه نخست پروکاریوتها هستند؛ موجودات تکسلولی که هسته محصور در غشا و اندامکهای داخلی غشادار ندارند و باکتریها و آرکیها را شامل میشوند. گروه دوم، یوکاریوتها، میتوانند تکسلولی یا چندسلولی و حتی بسیار بزرگ باشند و تمامی اشکال پیچیدهتر حیات، از جمله انسان، در این دسته قرار میگیرند.
بر اساس نظریه رایج درباره دهانههای گرمابی، این محیطها ترکیب مناسبی از مواد شیمیایی و فلزات را در اختیار واکنشهای اولیه قرار دادند تا نخستین اجزای سازنده حیات ایجاد شوند. این مواد سرانجام به شکلگیری پروکاریوتها کمک کردند و میلیاردها سال بعد، از طریق فرایندی به نام همزیستی درونسلولی یا اندوسیمبیوز، زمینه پیدایش یوکاریوتها را فراهم کردند؛ گروهی که بعدها تنوع حیات روی زمین را به شکل چشمگیری افزایش داد.
نقش فلزات در شکلگیری نخستین حیات
پژوهشگران در مطالعه جدید، ژنومها، ساختار پروتئینها و واکنشهای شیمیایی مربوط به نخستین مراحل تکامل میکروبی را بررسی کردند. آنها ۴۲۰ واکنش شیمیایی را مورد مطالعه قرار دادند که در مجموع متابولیسم را تشکیل میدهند.
این واکنشها برای ساخت موادی مانند اسیدهای آمینه ضروری، بازهای RNA و ویتامینها اهمیت دارند و میتوانند از موادی همچون هیدروژن، آمونیاک و دیاکسیدکربن موجود در زمین اولیه شکل گرفته باشند.
پژوهشگران ابتدا به نقش حیاتی فلزات موجود در محیطهای گرمابی توجه کردند. یافتههای آنها نشان داد آخرین نیای مشترک جهانی یا LUCA تنها توانایی استفاده از آنزیمهای لازم برای حدود نیمی از این واکنشها را داشته است و بخش دیگر میتوانسته مستقیماً با کمک فلزات موجود در محیط انجام شود.
هارون تویسوز، شیمیدان معدنی در مؤسسه ماکس پلانک و یکی از نویسندگان پژوهش، گفت:
فلزاتی که به طور طبیعی در دهانههای گرمابی وجود دارند، میتوانند جایگزین تعداد شگفتانگیزی از آنزیمها در فرایندهای متابولیکی شوند.
بر همین اساس، گروه تحقیقاتی چهار مرحله برای شکلگیری حیات اولیه در نظر گرفت؛ ابتدا مرحلهای که در آن فقط فلزات نقش داشتند، سپس مرحلهای ترکیبی که در آن فلزات و آنزیمهای موجود در LUCA با یکدیگر فعالیت میکردند و پس از آن، مسیر تکامل به سمت اجداد جداگانه باکتریها و آرکیها پیش رفت.
به گفته مارتین، مهمترین شگفتی پژوهش این بود که آنزیمهای مورد استفاده برای انجام برخی واکنشهای شیمیایی در باکتریها و آرکیها به صورت مشترک حفظ نشدهاند. این یافته احتمال میدهد که حیات دو روش مستقل برای انجام همان واکنشهای متابولیکی پیدا کرده و در نهایت دو شاخه اصلی پروکاریوتها شکل گرفتهاند.
پژوهشگران همچنین این فرض را مطرح کردند که واکنشهای میان فسفیت و پالادیوم، که در اطراف دهانههای گرمابی فراوان هستند، ممکن است در مراحل ابتدایی به جای ATP و آنزیمها نقش موتور محرک این واکنشهای شیمیایی را ایفا کرده باشند.
حیات در کیهان چنان کمیاب به نظر میرسد که با وجود کشف هزاران جهان خارج از منظومه شمسی، هنوز هیچ مدرک قطعی از وجود حیات در آنها پیدا نشده است.
با این حال، زمین همچنان نمونهای شگفتانگیز از توانایی طبیعت برای ایجاد حیات ارائه میدهد. بر اساس یافتههای این پژوهش، ممکن است حیات روی سیاره ما نه یک بار، بلکه دو بار راه خود را برای شکلگیری در جهانی سرد و، تا جایی که میدانیم، عاری از حیات پیدا کرده باشد.
