قند موجود در شهاب‌سنگ‌ها ممکن است به بقای خود در زمین اولیه کمک کرده باشد

نوشته لوک استلر، آلبرت فارنباخ، مارتین ون کراندونک، مکالمه

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

آیا در جای دیگری حیات وجود دارد یا زمین در جهان منحصر به فرد است؟ این یکی از بزرگترین سوالات بی پاسخ بشریت است. یکی از راه‌های نزدیک شدن به این معما، بررسی چگونگی آغاز زندگی در اینجا روی زمین است. تحقیقات ما به بررسی شرایطی می پردازد که در آن مخلوطی از مولکول ها به نحوی از شیمی به زیست شناسی تبدیل می شوند.

در مطالعه جدیدی که در Scientific Reports منتشر شد، ما یک گام احتمالی در این فرآیند را روشن کردیم: چگونه یک قند شکننده از فضای بیرونی ممکن است به ایجاد شرایط برای بقای خود در زمین کمک کند، جایی که در نهایت به ستون فقرات یکی از مهم‌ترین مولکول‌های حیات تبدیل شد.

دانشمندان فکر می کنند زندگی از مخلوط پیچیده ای از آب، مواد معدنی و مولکول های حاوی کربن به وجود آمده است: سوپ ضرب المثل اولیه. این مخلوط ها ممکن است در اقیانوس ها، دریاچه ها یا چشمه های آب گرم بوده باشند. آنها با تغییر دما، جریان آب، سطوح معدنی و تبخیر شکل می‌گرفتند و شرایطی را ایجاد می‌کردند که در آن شیمی پیچیده‌تر می‌توانست توسعه یابد.

محققان سعی می کنند این فرآیندها را در آزمایشگاه ها بازآفرینی کنند و اغلب از مواد شیمیایی خالص شده و مخلوط هایی با دقت کنترل شده استفاده می کنند. این رویکرد به جداسازی واکنش‌های فردی و حذف متغیرها کمک می‌کند، اما می‌تواند تعاملات مهمی را در شیمی «بهم ریخته» طبیعت کنار بگذارد.

یکی از مولکول های مورد مطالعه در این آزمایش ها RNA است. RNA نقش حیاتی در ذخیره و استفاده از اطلاعات ژنتیکی در موجودات مدرن ایفا می کند و تصور می شود که در پیدایش و تکامل اولیه حیات مهم بوده است.

با این حال، RNA به راحتی تشکیل نمی شود. ستون فقرات مولکولی آن حاوی قند شکننده ای به نام ریبوز است. ریبوز هنگامی که گرم می شود، می تواند به گوپ قهوه ای تبدیل شود، همانطور که شکر سفره به کارامل تبدیل می شود.

یکی از چیزهایی که می تواند از مولکول های ریبوز محافظت کند، عنصر بور است. به شکل بورات (مولکولی حاوی بور، اکسیژن و هیدروژن) به ریبوز متصل شده و از تجزیه آن جلوگیری می کند.

آزمایش‌هایی که این اثر را بررسی می‌کنند اغلب از ترکیبات ساده‌ای از مواد خالص استفاده می‌کنند. ما و همکارانمان سعی کرده‌ایم این آزمایش‌ها را بر اساس اطلاعاتی که درباره سنگ‌ها، کانی‌ها و فسیل‌های باستانی می‌دانیم، واقعی‌تر کنیم.

ما همچنین محیط‌های مدرنی را مطالعه می‌کنیم که فکر می‌کنیم ممکن است شبیه مکان‌هایی باشد که زندگی از آنجا شروع شده است. یکی از آنها میدانی از چشمه های آب گرم در پوگا در هند، در ارتفاعات هیمالیا است.

آب‌های پوگا آنقدر بور دارند که پوسته‌های نمک بورات در زیر پا مانند برف خرد می‌شوند. با این حال، این آب ها تنها حاوی چند درصد از غلظت بور هستند که در برخی از آزمایشات آزمایشگاهی بر اساس مواد خالص شده استفاده می شود.

این به این دلیل است که مواد معدنی حاوی بور اغلب به خوبی در آب حل می شوند. در عوض، آن‌ها رسوب می‌کنند تا کریستال‌هایی را تشکیل دهند - مانند پوسته‌های نمک بورات در پوگا - بور و سایر عناصر کمتری در آب برای واکنش‌های شیمیایی که گمان می‌رود در منشأ حیات دخیل هستند، باقی بگذارند.

بنابراین آیا واقعا غلظت بالایی از بور محلول در آن محیط های باستانی وجود داشته است؟

در یک مطالعه جدید با استفاده از مواد معدنی واقعی، از جمله پوسته‌های بورات از پوگا، نشان می‌دهیم که خود ریبوز ممکن است به توضیح چگونگی وجود غلظت بالای بور در مایعات روی زمین قبل از شروع حیات کمک کند.

ما دریافتیم که ریبوز به حل شدن مواد معدنی بورات کمک می کند و از تشکیل دانه های جامد جلوگیری می کند. این بدان معناست که بور بیشتری در آب حل شده و برای واکنش های شیمیایی در دسترس است.

این تحقیق جدید یک رابطه دو طرفه را نشان می دهد. بورات از ریبوز در برابر تجزیه محافظت می کند، در حالی که ریبوز به حل شدن و در دسترس ماندن بورات کمک می کند.

چهار میلیارد سال پیش، زمانی که تصور می شود برای اولین بار زندگی شکل گرفته است، زمین بسیار متفاوت از امروز به نظر می رسید. اکسیژن کمی در اتمسفر وجود داشت و آتشفشان‌های بسیار فعال‌تری وجود داشت که باعث ایجاد مناظر آتشفشانی پراکنده و اقیانوس‌های سبز و غنی از آهن می‌شد.

باران شدید شهاب سنگ های منظومه شمسی جوان زمین را بمباران می کرد. این شهاب‌سنگ‌ها مولکول‌هایی از جمله آب و ترکیبات کربن را از فضا به زمین می‌رسانند.

محققان تخمین می زنند که حدود یک میلیون تن کربن در طول این بمباران اولیه هر سال می تواند وارد شود. شهاب سنگ مورچیسون که در سال 1969 در ویکتوریا سقوط کرد، به این موضوع اشاره می کند که ممکن است این ماده چگونه بوده باشد.

افراد محلی که قطعات را جمع‌آوری می‌کردند بوی قوی نفت‌سفید را از ترکیبات حاوی کربن در شهاب‌سنگ گزارش کردند. از آن زمان دانشمندان ریبوز را در کنار سایر قندها در میان محتویات آن شناسایی کردند.

در غیاب میکروب‌ها، مولکول‌های حاوی کربن می‌توانند در هر جایی که عرضه از شکست شیمیایی پیشی می‌گیرد، انباشته شوند. به عنوان مثال، تبخیر در دریاچه ها و استخرهای کم عمق می تواند مولکول های آلی را از فضا به سوپ های شیمیایی غنی متمرکز کند.

بسیاری از تحقیقات در مورد منشاء حیات بررسی می‌کنند که چگونه مواد معدنی به پیچیده‌تر شدن شیمی این سوپ‌ها کمک کردند. مطالعه ما نشان می دهد که چگونه سوپ به نوبه خود بر مواد معدنی زمین اولیه تأثیر می گذارد.

مقداری بور که در غیر این صورت پوسته‌های معدنی تشکیل می‌داد و مدفون می‌شد، می‌توانست در عوض در دریاچه‌های اولیه و دیگر آب‌ها محلول باقی بماند. این می توانست نوع مواد معدنی تشکیل شده در سطح زمین را تغییر دهد.

ریبوز احتمالا نسبتا کمیاب بود. اما مولکول های دیگر از جمله اتیلن گلیکول و گلیسرول نیز بورات را متصل می کنند.

اثرات آنها بر ذخایر معدنی طبیعی نیاز به آزمایش دارد، در حالی که فعل و انفعالات شناخته شده بین قندها و سایر مواد معدنی احتمالات گسترده تری را نشان می دهد. اجزای فراوان‌تر سنگ‌های زمین، از جمله سیلیس و کلسیم، نیز با مولکول‌های کربن در تعامل هستند. این نشان می‌دهد که سوپ‌های اولیه حاوی کربن می‌توانند بر نحوه تشکیل سایر مواد معدنی و سنگ‌ها تأثیر بگذارند.

امروزه ارگانیسم ها با ساختن پوسته ها و اسکلت های مرجانی از طریق زیست کانی سازی، زمین شناسی را شکل می دهند. ما پیشنهاد می‌کنیم که مولکول‌های کربن غیرزنده ممکن است حتی قبل از وجود حیات بر روی زمین، بر تشکیل مواد معدنی تأثیر بگذارند.

این که آیا این فعل و انفعالات کل مناظر را تغییر داده است، یک سوال باز باقی می ماند. اما کاوش در آنها می تواند به دانشمندان کمک کند تا مفروضات خود را در مورد دنیای بیگانه در گذشته دور خودمان آزمایش کنند، آزمایش هایی را که منشا ما را بررسی می کنند بهبود بخشند و بهتر درک کنند که زندگی در کجا ممکن است در جای دیگری ظهور کند.

لوک اچ استلر و همکاران، تأثیر ریبوز بر حلالیت مواد معدنی بورات، گزارش های علمی (2026). DOI: 10.1038/s41598-026-70700-5

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →

این مقاله از The Conversation تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.