زندگی اولیه روی زمین به یک گاز کشنده – زومیت بستگی داشت

روزی روزگاری روی زمین زندگی وجود نداشت. صرف نظر از روند آهسته یا سریع شکل‌گیری حیات در زمین، یکی از هیجان‌انگیزترین پدیده‌های تشکیل حیات روی زمین، گذار از شیمی به بیوشیمی است. حیات زمینی به قدری نادر است که امروزه در هیچ نقطه ای از جهان هیچ گونه شواهدی دال بر هیچ گونه حیات وجود ندارد.

در نتیجه دقیقا چه اتفاقی افتاد؟ پاسخ در وجه مشترک بین نجوم، زیست شناسی، شیمی و زمین شناسی نهفته است. محققان پیشنهاد کرده‌اند که یک مولکول خود-تکثیر شونده به نام سیانید هیدروژن ممکن است در نتیجه واکنش پیچیده شهاب‌سنگ‌های هیدروژنی، فعالیت‌های آتشفشانی و دریاچه‌های داغ، حیات روی زمین را آغاز کرده باشد.

جهان RNA

زمین حدود 6.4 میلیارد سال پیش شکل گرفت، اما بلافاصله پس از شکل گیری شاهد برخوردهای زیادی بود. یکی از این برخوردها باعث شد بخش زیادی از زمین از ریشه کنده شود و به ماه فعلی تبدیل شود. در نهایت، بین 4.5 تا 3.5 میلیارد سال پیش، شرایط برای ظهور حیات فراهم شد.

اشکال اولیه زندگی به طور قطعی با اشکال فعلی خود متفاوت بود. یکی از دلایل این تفاوت این است که اشکال حیات فعلی به ماکرومولکول های بیشتری از جمله DNA، RNA و پروتئین ها نیاز دارند. DNA ما حاوی اطلاعات است، RNA مسئول انتقال اطلاعات به واحدهای سازنده پروتئین ها است و پروتئین ها با کپی کردن DNA نقش مهمی در حفظ زندگی دارند.

این سیستم به قدری به هم پیوسته است که بعید است همه آنها با هم به شکل فعلی ظاهر شوند. اما زندگی اولیه در ابتدا به عملکردهای اساسی نیاز داشت: ذخیره اطلاعات، بازتولید خود و کاتالیز کردن سایر واکنش های شیمیایی.

RNA به تنهایی می تواند هر سه مورد را انجام دهد، اما ممکن است به خوبی ترکیب DNA، RNA و پروتئین موجود عمل نکند، اما می تواند نقطه شروع زندگی باشد. اگر RNA تکامل داروینی بر نظریه‌های دیگر به عنوان شکل اولیه حیات چیره می‌شود و به فرآیندهای بیوشیمیایی پیچیده‌تر و کارآمدتر اجازه ظهور می‌دهد. دره به دست آمده ممکن است برای رمزگشایی از منشا حیات روی زمین ضروری باشد. داشتن RNA خودتکثیر شونده؛ اما دقیقاً RNA خودتکثیر شونده از کجا می آید؟

اسید ریبونوکلئیک به عنوان یک پیام رسان عمل می کند و به موجودات زنده کمک می کند تا پروتئین های مناسب را بسازند.

تولد نامنظم

محققان در یک مطالعه جدید مدل پیچیده ای از زمین اولیه را توسعه داده اند. این مدل به شرح زیر است:

یک برخورد بزرگ باعث تشکیل ماه شد. پس از برخورد، سطح زمین سرد شد و به تدریج اقیانوس ها و قاره ها را تشکیل دادند. دنیا در ابتدا آشفته بود. شهاب سنگ ها مرتباً به سطح زمین جوان برخورد می کردند و آتشفشان های فعال سطح این سیاره را پوشانده بودند.

برخورد شهاب‌سنگ‌ها هیدروژن را که یک عنصر ضروری در شکل‌گیری حیات است، به زمین آورد. هیدروژن سبک ترین عنصر است و به سرعت با مولکول های دیگر ترکیب می شود. اما از آنجایی که شهاب‌سنگ‌ها منابع جدیدی از هیدروژن را به جو زمین آوردند، آتشفشان‌ها مقادیر زیادی مونوکسید کربن را در جو آزاد کردند. همچنین اقیانوس ها بسیار گرمتر از امروز بودند و دائماً در حال تبخیر و ورود به جو بودند. در نهایت کانال های زیردریایی گاز متان را آزاد کردند.

با انباشته شدن مولکول ها در جو زمین، رعد و برق و اشعه ماوراء بنفش خورشید انرژی لازم برای ایجاد سیانید هیدروژن را فراهم کردند. سیانید هیدروژن گازی سمی است که می تواند حیات موجود را از بین ببرد، اما میلیاردها سال پیش نقش کلیدی در تکامل حیات ایفا کرد.

قرص های سمی

خاصیت اصلی سیانید هیدروژن این است که با خودش واکنش می دهد. زندگی را می توان نسخه بسیار پیچیده ای از واکنش های شیمیایی در نظر گرفت، بنابراین سیانید هیدروژن نقطه شروع این واکنش ها بود. از طرف دیگر، سیانید هیدروژن با مولکول های دیگر مانند فرمالدئید واکنش می دهد و مولکول های زیستی دیگر تولید می کند. این بیومولکول‌ها بلوک‌های سازنده نوکلئوبازها، ریبوز و نوکلئوتیدها هستند که RNA را می‌سازند.

در پروژه خود، محققان به این نتیجه رسیدند که سیانید هیدروژن ممکن است از جو وارد تالاب های گرم کوچک شده باشد. این ترکیب شروع به رقص مولکولی با مولکول های دیگر در تالاب ها کرد. تخمین زده می شود که طی یک دوره 100 میلیون ساله، حدود 4.4 میلیارد سال پیش، مقدار هیدروژن سیانید وارد شده به تالاب ها برای ایجاد غلظت بالای آدنین کافی بود. آدنین یکی از اجزای سازنده RNA است.

در نهایت، با توقف بارش شهابی، سطح هیدروژن در جو کاهش یافت. تنها پس از آن، آدنین کافی برای تشکیل رشته های RNA، یکی از اولین مراحل زندگی، تشکیل شد. مراحل زیادی در شکل گیری زندگی اولیه وجود داشت. در حالی که این اشکال حیات اولیه برای زندگی مدرن بسیار ابتدایی هستند، رشته‌های RNA کاتالیزوری و خودتکثیر شونده از پیچیده‌ترین مولکول‌های امروزی هستند و برای ایجاد آنها واکنش‌های زیادی لازم است. در هر صورت، میلیاردها سال پیش اتفاقات شگفت انگیزی روی زمین رخ داد، جایی که سیانید هیدروژن احتمالاً آغاز آن بود.

نسخه پیش از انتشار این اثر در 3 ژانویه در پایگاه پیش از انتشار arXiv منتشر شد و برای انتشار در مجله Astrophysical پذیرفته شد.