Credit: Unsplash/CC0 Public Domain
تستكشف دراسة جديدة كيف تتغير الخلطات الكيميائية المعقدة في ظل الظروف البيئية المتغيرة، مما يلقي الضوء على العمليات ما قبل الحيوية التي ربما أدت إلى الحياة. من خلال تعريض الجزيئات العضوية لدورات متكررة من الرطوبة والجفاف، لاحظ الباحثون التحول المستمر والتنظيم الانتقائي وديناميكيات السكان المتزامنة.
تشير نتائجهم، التي ظهرت في مجلة Nature Chemistry، إلى أن العوامل البيئية لعبت دورًا رئيسيًا في تشكيل التعقيد الجزيئي اللازم لظهور الحياة.
لمحاكاة الأرض المبكرة، أخضع الفريق الخلطات الكيميائية لدورات متكررة من الرطوبة والجفاف. بدلاً من التفاعل بشكل عشوائي، نظمت الجزيئات نفسها، وتطورت بمرور الوقت، واتبعت أنماطًا يمكن التنبؤ بها.
يتحدى هذا فكرة أن التطور الكيميائي المبكر كان فوضويًا. بدلاً من ذلك، تشير الدراسة إلى أن التقلبات البيئية الطبيعية ساعدت في توجيه تكوين جزيئات معقدة بشكل متزايد، مما أدى في النهاية إلى اللبنات الأساسية للحياة.
تدرس الدراسة التي أجراها الدكتور موران فرينكل بينتر من معهد الكيمياء في الجامعة العبرية في القدس، وكذلك البروفيسور لورين ويليامز من معهد جورجيا للتكنولوجيا، كيفية تطور الخلطات الكيميائية بمرور الوقت، وتسلط الضوء على الآليات المحتملة التي ساهمت في ظهور الحياة على الأرض.
يبحث البحث في كيفية خضوع الأنظمة الكيميائية للتحول المستمر مع الحفاظ على التطور المنظم، مما يوفر رؤى جديدة حول أصول التعقيد البيولوجي.
يشير التطور الكيميائي إلى التحول التدريجي للجزيئات في الظروف ما قبل الحيوية، وهي عملية أساسية في فهم كيف نشأت الحياة من مادة غير حية. في حين ركزت الكثير من الأبحاث على التفاعلات الكيميائية الفردية التي يمكن أن تؤدي إلى جزيئات بيولوجية، فإن هذه الدراسة تنشئ نموذجًا تجريبيًا لاستكشاف كيفية تطور الأنظمة الكيميائية بأكملها عند تعرضها للتغيرات البيئية.
استخدم الباحثون مخاليط تحتوي على جزيئات عضوية ذات مجموعات وظيفية متنوعة، بما في ذلك الأحماض الكربوكسيلية والأمينات والثيولات والهيدروكسيل.
من خلال إخضاع هذه المخاليط لدورات متكررة من الرطوبة والجفاف - وهي ظروف تحاكي التقلبات البيئية للأرض المبكرة - حددت الدراسة ثلاثة نتائج رئيسية: يمكن للأنظمة الكيميائية أن تتطور باستمرار دون الوصول إلى التوازن، وتجنب التعقيد غير المنضبط من خلال المسارات الكيميائية الانتقائية، وإظهار ديناميكيات سكانية متزامنة بين الأنواع الجزيئية المختلفة.
تشير هذه الملاحظات إلى أن البيئات ما قبل الحيوية ربما لعبت دورًا نشطًا في تشكيل التنوع الجزيئي الذي أدى في النهاية إلى الحياة.
قال الدكتور فرينكل بينتر: "يقدم هذا البحث منظورًا جديدًا حول كيفية تطور التطور الجزيئي على الأرض المبكرة".
"من خلال إثبات أن الأنظمة الكيميائية يمكنها تنظيم نفسها والتطور بطرق منظمة، فإننا نقدم أدلة تجريبية قد تساعد في سد الفجوة بين الكيمياء ما قبل الحيوية وظهور الجزيئات البيولوجية".
وبعيداً عن أهميتها في أبحاث أصول الحياة، فإن نتائج الدراسة قد تكون لها تطبيقات أوسع في علم الأحياء الاصطناعي وتكنولوجيا النانو. ومن الممكن تسخير التطور الكيميائي المتحكم فيه لتصميم أنظمة جزيئية جديدة ذات خصائص محددة، وهو ما قد يؤدي إلى ابتكارات في علم المواد، وتطوير الأدوية، والتكنولوجيا الحيوية.
المصدر: