وجدت الدراسة هياكل البروتين المسؤولة عن أصل الحياة

لم نجب بعد بشكل كامل على السؤال المتعلق بكيفية ظهور الحياة لأول مرة على كوكبنا ، لكن العلم يقترب طوال الوقت – وهناك دراسة جديدة تحدد هياكل البروتينات.

بادئ ذي بدء ، قرر الفريق الذي يقف وراء الدراسة البدء على أساس أن الحياة كما نعرفها تعتمد على جمع الطاقة واستخدامها. في الحساء البدائي للأرض القديمة ، كانت تلك الطاقة تأتي غالبًا من السماء ، على شكل إشعاع من الشمس ، أو من أعماق الأرض ، حيث تتسرب الحرارة عبر ثقوب حرارة الماء في قاع المحيطات القديمة.

على المستوى الجزيئي ، هذا هو استخدام الطاقة تبادل الإلكترونات، العملية الكيميائية الأساسية التي ينتقل بها الإلكترون من ذرة أو جزيء إلى آخر. يقع في مركز التبادل الإلكتروني تفاعلات الأكسدة والاختزال (تُعرف أيضًا باسم تفاعلات الأكسدة والاختزال) وهي ضرورية لبعض الوظائف الأساسية للحياة.

نظرًا لأن الجزيئات المعقدة التي تسمى البروتينات هي أفضل مكونات للمعادن لإجراء نقل الإلكترون ومعظم العمليات البيولوجية ، فقد قرر الباحثون الجمع بين الاثنين للعثور على البروتينات التي تربط المعادن ببعضها البعض.

تم استخدام نهج نظامي حسابي لمقارنة بروتينات الكشف عن المعادن ، وكشف عن بعض السمات المشتركة التي تنطبق عليها جميعًا – وظيفة البروتين ، سواء كان معدن الارتباط أو الكائن الحي المعني.

“لقد رأينا أن النوى الملزمة للمعادن للبروتينات الحالية متطابقة في الواقع ، على الرغم من أنها ليست البروتينات نفسها.” تقول عالمة الأحياء الدقيقة يانا برومبرجمن جامعة روتجرز – نيو برونزويك في نيو جيرسي.

“وجدنا أيضًا أن هذه النوى المرتبطة بالمعادن تتكون في الغالب من هياكل مستمرة مثل كتل LEGO. ومن المثير للاهتمام ، أنه تم العثور على هذه الكتل في أجزاء أخرى من البروتين ، وأنوية ربط المعادن والعديد من البروتينات الأخرى. ولم يتم أخذها في الاعتبار في دراستنا . “

يقترح الباحثون أن هذه الميزات المشتركة قد تكون موجودة بالفعل وعملت على بروتينات مبكرة ، بمرور الوقت ستتطور إلى البروتينات التي نراها اليوم – لكنها تحتفظ ببعض الهياكل المشتركة.

الفكر قد تكون المعادن القابلة للذوبان في المحيط المتجمد الشمالي ، والتي غطت الأرض منذ آلاف الملايين من السنين ، قد استخدمت لتسهيل نقل الإلكترونات اللازمة لنقل الطاقة والحياة البيولوجية.

“تشير ملاحظتنا إلى أن إعادة تشكيل وحدات البناء الصغيرة هذه ربما كان لها عدد واحد أو محدود من الأسلاف المشتركة وربما أدت إلى مجموعة كاملة من البروتينات المتاحة حاليًا ووظائفها.” يقول برومبرج. “أعني ، من أجل الحياة التي نعرفها”.

على وجه الخصوص ، كان الفريق قادرًا على تحديد تطور طيات البروتين – الأشكال التي تتبناها البروتينات عندما تعمل بيولوجيًا – والتي ربما تكون قد أنتجت البروتينات التي نعرفها اليوم ، تقريبًا مثل مشروع شجرة العائلة الجزيئية.

وخلصت الدراسة أيضًا إلى أن الببتيدات النشطة بيولوجيًا ، وهي نسخ أصغر من البروتينات ، قد يكون عمرها 3.8 مليار سنة أقدم من البروتينات المبكرة. كل هذا يضيف إلى فهمنا لكيفية بدء الحياة في المقام الأول.

كما هو الحال دائمًا ، قد يكون أي تحليل لأصل الحياة على الأرض مهمًا في البحث عن الحياة على كواكب أخرى ، حيث قد تبدأ الحياة (أو ربما تكونت بالفعل) في مسارات بيولوجية مماثلة.

“لدينا القليل جدًا من المعلومات حول كيفية نشأة الحياة على هذا الكوكب ، ويساهم عملنا في تفسير لم يكن متاحًا من قبل.” يقول برومبرج. قد يساهم هذا التفسير أيضًا في البحث عن الحياة على الكواكب والأجسام الكوكبية الأخرى.

“قد يكون اكتشافنا للكتل الهيكلية المحددة ذا صلة أيضًا بالمساعي البيولوجية التركيبية ، حيث يركز العلماء بشكل خاص على تطوير بروتينات جديدة نشطة.”

نشرت في الدراسة التقدم العلمي.