يريد علماء ناسا حل لغز: لماذا انعطفت الحياة “يسار؟”

متى ناسا أطلقت مركبة فضائية إلى كويكب ، وانتظر العلماء بصبر فرصتهم للنظر في أجزاء من فضاء صخرة في المختبر ، على أمل أن يجيب على بعض أسئلة الإنسانية الأكثر دائمة.

بالنسبة لداني غلافين ، أحد كبار علماء العينة ، أراد حل لغز لا هوادة الأحماض الأمينيةالجزيئات التي تبني البروتينات؟

وصلت لحظته بعد عقد من الزمان تقريبًا. قام Glavin وفريق من الباحثين بالتحقيق في الحصباء من بنو، كويكب غني بالكربون مصنوعة من الصخور المربوطة بشكل فضفاض، لكن ما وجدوه ألقوا لهم كرة منحنى. بدلاً من دعم إحدى الفرضيات الرائدة-أن النظام الشمسي المبكر يفضل التنوع الأيسر وجلب تلك المكونات إلى الأرض البدائية-لم يظهر أي محاباة على الإطلاق.

وقال غلافين: “يجب أن أعترف ، لقد شعرت بخيبة أمل صغيرة أو بخيبة أمل”. “شعرت أن هذا البطل 20 عامًا من البحث في مختبرنا وحياتي المهنية.”

العديد من الأحماض الأمينية ، سواء كانت تستخدم في علم الأحياء أم لا ، تأتي في شكلين مرآة. يحتوي كل جزيء على ذرة كربون مركزية مع مجموعات ذرة أخرى متصلة ، موجهة في اتجاه واحد أو العكس. هذه الخاصية ، التي تسمى chirality ، تشبه اليد اليسرى واليمنى: إنها متشابهة ، ولكن إذا قمت بتكديسها ، فستكون الإبهام تتجه نحو الطرق المعاكسة.

في الحياة الأرضية ، تكون الأحماض الأمينية دائمًا “أعسر” ، والسكريات ، التي تشكل جزئيًا من العمود الفقري للحمض النووي ، دائمًا يمينيًا ، مما يمنح اللولب المزدوج توقيعه على اليمين. التجانس الموجود بين كليهما يربك بشكل خاص للعلماء لأن الإصدارات اليسرى واليمنى لجميع هذه الجزيئات متوفرة على قدم المساواة في الخلطات الكيميائية غير الحية.

من الناحية العملية ، إذا أخذت جميع الجزيئات البيولوجية الشكل العكسي ، فقد يعمل ذلك بشكل جيد. لذلك إذا كان من الممكن أن تسلك الحياة المسار الآخر ، فلماذا لم يكن ذلك؟ هو “تسليم” موحد مكون سري في الوصفة مدى الحياة ، وبشكل أكثر تحديدا ، فعل ذلك يملك للدوران اليسار؟ هل بدأ التحيز تجاه الأحماض الأمينية اليسرى في الكون ، أم أنه حدث لاحقًا على هذا الكوكب؟

وقال إيريس تشن ، أستاذ الهندسة الكيميائية والجزيئات الحيوية في جامعة كاليفورنيا ، الذي لم يشارك في دراسة الكويكب: “السؤال الأساسي بالنسبة لنا جميعًا هو ما إذا كان يجب أن تكون الحياة على ما هي عليه”. “هل الكون مهيئ لنوع حياتنا ، أم أن بيولوجيانا نتيجة للحوادث والصدفة؟”

اختارت ناسا Bennu الغنية بالكربون لدراسة الأصول الكيميائية للحياة.
الائتمان: ناسا

كان العلماء يعلمون في وقت مبكر أنهم سيستخدمون المواد التي تم جمعها بواسطة مهمة Osiris-Rex التي تم جمعها بقيمة 800 مليون دولار. الأصول ، والتفسير الطيفي ، وتحديد الموارد ، و regolith explorer، لتحليل “تسليم” الأحماض الأمينية الفردية. يمكن أن تكون شظايا Bennu المعدنية أقدم من النظام الشمسي الذي يبلغ عمره 4.6 مليار عام. يمكن أن تأتي هذه الحبوب من ستاردست نجوم الموت أو supernovas أدى ذلك في النهاية إلى إنشاء الشمس والكواكب.

لإجراء دراستهم ، قاموا بتخمير نوعًا من “شاي Bennu” ، ويغليون كمية صغيرة من الصخور والغبار في الماء والأحماض لاستخراج المركبات العضوية. ثم استخدموا تقنيات قياس الطيف الكتلي لتحديد الجزيئات العضوية ، بما في ذلك 14 من 20 من الأحماض الأمينية التي تستخدمها حياة البروتينات ، والتي تنفذ تعليمات وراثية. بعض أحدث النتائج تم نشر هذا الأسبوع في المجلة علم الفلك الطبيعة.

“يجب أن أعترف ، لقد شعرت بخيبة أمل صغيرة أو بخيبة أمل. شعرت أن هذا البطيء الذي تم إبطاله 20 عامًا من البحث في مختبرنا وحياتي المهنية.”

على مدار العقود القليلة الماضية ، وجد الباحثون ذلك النيازك – الصخور التي سافرت مساحة و تعطل الحادث على الأرض-كان لها تركيز أعلى من الأحماض الأمينية اليسرى من الأحماض اليمنى ، في حي 60 في المئة أكثر. ربما قامت صخور الفضاء بتسليم المركبات التي خضعت بعد ذلك تفاعلات كيميائية بالقرب من الأرض فتحات التهوية العميقة لتشكيل الخلايا الأولى. الباقي هو التطور ، ربما.

هذه النتائج ، إلى جانب المعرفة بأن صخور الفضاء قد قصفت الكوكب من أجل eons ، دفعت العلماء إلى الاعتقاد بأن الكويكبات القديمة ، كبسولات زمنية النظام الشمسي ، ستكشف أيضًا عن المزيد من الأحماض الأمينية اليسرى. إذا كان النظام الشمسي يؤوي بالفعل المزيد من اليسار ، فربما كان الضوء المستقطب في الفضاء هو الجاني. يمكن أن تتحول المحاباة الطفيفة في البيئة إلى تباين أكبر بمرور الوقت.

يعتقد العلماء أن النيازك وتصادمات الجسم الكوكبية قد تسببت في أصول كيمياء الحياة إلى الأرض المبكرة ، بما في ذلك الأحماض الأمينية اليسرى.
الائتمان: توضيح مختبر الصور المفاهيمي في ناسا في ناسا

لكن الباحثين في بنو وجدوا اليساريون واليمين القادمين على قدم المساواة. الآن يتساءل Glavin إذا كانت الدراسات السابقة على النيازك غير صالحة ، وربما ملوثة ببروتينات الأرض عندما سقطت على الأرض. جيسون داوركين ، عالم المشروع ل Osiris-Rex Mission، يعتقد أنه قد يكون هناك سبب مختلف لقيام Bennu بمكافحة الاتجاه.

وقال Dworkin: “يعد Bennu مثالًا على نوع واحد من النيازك المستقبلية وهو هش للغاية بحيث لا يمكن البقاء على قيد الحياة على الأرض ، وبالتالي فهو ليس في مجموعاتنا حقًا”.

ربما تكون الحقيقة هي أن تصميم الحياة قد تم تحديده من خلال قلب العملة المعدنية. بمجرد إنشاء نمط ناجح ، استمر القالب من خلال التطور. تتناسب البروتينات والإنزيمات ، برامج تشغيل صغيرة داخل الخلايا ، معًا مثل لغز بانوراما. إذا ظهرت الحياة مع الأحماض الأمينية اليسرى ، فقد يكون التحول إلى الأحماض الأمينية اليمنى في وقت لاحق قد منع كل شيء من العمل. هناك مزايا واسعة للتوحيد: إذا كان الناس يعتمدون على الأحماض الأمينية اليمنى ، فلن يتمكنوا من تناول وتهضم النباتات أو المنتجات الحيوانية على أساس الأحماض الأمينية اليسرى.

لقد صنع الباحثون إصدارات المرآة من البروتينات البيولوجية مع الأحماض الأمينية اليمنى في المختبر. إنها تعمل بشكل مشابه ، لكن من الصعب تدميرها. إن الإنزيمات التي من شأنها أن تحطمها عادة ما تكون عديمة الفائدة. مثل مجفف شعرك في إجازة دولية ، لن تعمل الأداة إذا لم يتطابق المكونات والمخرج.

رسم تخطيطي لإصدار يميني من الأحماض الأمينية من النيزك.
الائتمان: توضيح ناسا

أعرب بعض العلماء الذين يدرسون الآثار المترتبة على هذه المشكلة عن مخاوفهم بشأن التطور المستقبلي للخلايا المرآة في المختبرات. إذا أصبح الناس مصابين بالبكتيريا المرآة الضارة ، فقد تكون أجهزة المناعة الخاصة بهم عزلًا ، غير قادرة على شن أي نوع من الهجوم المضاد. كتبت مجموعة من علماء الأحياء مؤخرًا ورقة واسعة على المخاطر ، كما ذكرت من قبل صحيفة نيويورك تايمز.

على الرغم من خيبة أمل Glavin لأن Bennu لم يقدم تحيزًا شيرتيًا ، يستمر البحث. يخطط هو ومتعاونوه لدراسة المزيد من عينات الكويكب للتحقيق في تسليم الأحماض الأمينية الأخرى.

وقد يكون هناك بطانة فضية: اقترح بعض علماء الفلك باستخدام سلب الجزيئات غير المتناسب كملف التجميل الحيوي. قد يشير مزيج متساوٍ من كلا النوعين في عينة خارج كوكب الأرض إلى أن الجزيئات تم تصنيعها كيميائيًا دون تورط الكائنات الحية. لكن الفائض من نوع واحد يمكن أن يكون فكرة عن الحياة الغريبة.

وقال غلافين “بصراحة ، قد يجعل البحث عن الحياة أسهل في بعض النواحي لأننا لا نواجه هذا الخطر من المحتمل أن يكون إيجابيًا كاذبًا”. “نحن (يمكن أن نعتقد) أنه إذا كان هناك تضخيم لواحد أو آخر ، فقد يكون هناك بيولوجيا وراءه.”