به ادامه مطلب مراجعه کنید.
بسیاری از مولکول های آلی، مانند دو دست راست و چپ بدن انسان، شکل هایی قرینه هم دارند. این بدین معنا نیست که با دو ترکیب متفاوت سر و کار داریم، بلکه با دو شکل از یک ترکیب سر و کار داریم که از اتم هایی یکسان با پیوند هایی یکسان تشکیل شده است، اما از نظر ساختاری قرینه یکدیگرند. شاید فکر کنید که تفاوتی بین این دو ساختار نیست: اگر یکی را 180 درجه برگردانیم، ساختار دیگر ظاهر می شود. اما این تصور خطاست؛ همانطور که نمی توانید دست راستتان را با چرخاندن به شکل دست چپ در بیاورید. این قرینگی در ساختار اصطلاحا کایرالیته (chirality) یا دست سانی (handedness) خوانده می شود. این مفهوم نخستین بار توسط لویی پاستور، شیمیدان مشهور فرانسوی به کار رفت.
دانشمندان اصطلاح انانتیومر (enantiomer) را برای دو مولکولی از یک ترکیب که قرینه هم اند، به کار می برند. انانتیومر های منطبق با دست چپ را، انانتیومر چپ گرد یا انانتیومر L می خوانند و انانتیومر منطبق با دست راست را، انانتیومر راست گرد یا انانتیومر D می نامند.
انانتیومر های L و D برای آمینواسید آلانین
یکی از جنبه های شگفت انگیز حیات، این است که سلول ها، تنها از آمینواسید های L و قند های D استفاده می کنند در حالی که آمینواسید های D و قند های L هر دو در طبیعت وجود داشته و دارند. به عبارتی، آمینواسید ها و قند ها و در نتیجه DNA و RNA، هموکایرال هستند. این موضوع اهمیت بسیاری دارد. از یک طرف، چون حیات می توانست با گردشی مخالف شکل بگیرد، همسانی کایرالیته در تمام جانداران دلیلی است مبنی بر نسب مشترک آن ها. از طرف دیگر، چالشی است برای بررسی منشا حیات. در این جا لازم به یادآوری است که برخی از باکتری ها قادرند آمینواسید های D را نیز مورد استفاده قرار دهند (McCarthy et al, 1998).
باید توجه داشت که یک پپتید خود تکثیرشونده قادر است نسبت یکی از دو انانتیومر را در مخلوطی از هر دو افزایش دهد. مخلوط برابری از دو انانتیومر، مخلوط راسمیک (racemic) خوانده می شود. یکی از پژوهش های دکتر محمد رضا قدیری و همکارانشان درباره همین خصلت انتخابی پپتید های خود تکثیر شونده است که chiroselectivity خوانده می شود. آن ها یک پپتید خود تکثیر شونده 32 رزیدو طراحی کردند که قادر به افزایشی چشمگیر در محصولات همو کایرال از میان مخلوطی راسمیک بود. آن ها نتیجه گرفتند که عملکرد انتخابی پپتید های خود تکثیر شونده می تواند همو کایرالیته آمینواسید ها و نیز عدم توازن میان دو انانتیومر را در حیات کنونی، توجیه کند (Saghatelian et al, 2000).
در پژوهشی دیگر، مخلوط دو فازی جامد و مایع بررسی شده است که حاوی 1 درصد فنین آلانین L مازاد بود. تبخیر آرام محلول، منجر به افزایش فنین آلانین L مازاد تا 40 درصد شد (Breslow & Levine, 2006).
همچنین دیده شده است که آمینواسید سیستئین، قادر است خوشه هایی پایدار از آمینواسید ها را تشکیل دهد که گردشی یکسان دارند. این خوشه ها می توانند با سایر ترکیبات آلی هم اتصال برقرار کنند (Takats et al, 2003). این یافته های جالب می توانند عدم توازن چشمگیر را میان آمینواسید های L و D حیات، توجیه کنند اما باز هم درست که بپرسیم چرا آمینواسید های L؟
پیشنهاد هایی نیز مبنی بر دخالت عوامل فیزیکی وجود دارد. پائول دیویس، توضیح می دهد که بر روی قطعات شهاب سنگ مورچیسون (Murchison) مواد آلی متعددی یافت شد که برخی در حیات روی زمین کاربرد داشتند و برخی نداشتند. بین آمینواسید های موجود روی این شهاب، مقدار آمینواسید های چپ گرد بیشتر از انواع راستگرد بود. فرایند های فیزیکی ای مانند نور پلاریزه شناخته شده اند که سنتز آمینواسید های چپ گرد را افزایش می دهند. از آن جایی که این آمینواسید ها احتمالا به طور غیر زیستی تولید شده اند بنابراین می توان گفت پرتو های پلایزه در همو کایرالیته آمینواسید ها نقش داشته اند. البته احتمال دیگری نیز وجود دارد: آیا این مولکول های آلی می توانند نشانه ای از حیات فرازمینی باشند؟ اگر بله، آیا اشکال غیر زمینی حیات نیز از مولکول هایی هموکایرال استفاده می کنند؟ (Davies, 1998).
شهاب سنگ مورچیسون
نیروی هسته ای ضعیف که مسئول واپاشی بتا می باشد، الکترون هایی تنها با اسپین چپ گرد تولید می کند. گفته می شود احتمال تشکیل بلور هایی چپ گرد از مواد شیمیایی ای که در معرض این الکترون ها قرار گرفته اند، بیشتر است (Service, 1999).
پیشنهادی به مراتب قانع کننده تر از این مشاهدات، با توجه به ساختار هندسی RNA و آمینواسید های L توسط ملرش پیشنهاد شده است (Mellresh, 1993). توضیح ساده پیشنهاد وی این است که RNA هنگام قرار گرفتن روی یک سطح جامد، در اثر نیروی دافعه الکترواستاتیکی میان نقاطی از رشته با فاصله مساوی، خم شده و شکلی مواج به خود می گیرد. در شکاف های به وجود آمده، سه باز از نوکلئوتید های RNA به هم نزدیک می شوند و فضایی به وجود می آید که از نظر هندسی تنها با آمینواسید های چپ گرد منطبق است (اولم اشنایدر، 1395).
تصویری از آن چه ملرش پیشنهاد کرده است. زنجیره جانبی آمینواسید ها با علائم R1 تا R3 نشان داده شده است و نواری که آن ها را احاطه کرده است، همان رشته RNA و ساختار های متصل به آن ها همان نوکلئوتید ها می باشند.
در مورد قند ها، RNA ها و DNA ها چه می توان گفت؟ بعضی شواهد آزمایشگاهی توسط رونالد برسلو ارائه شده است که نشان می دهند ترکیبات موجود روی شهاب سنگ ها از جمله شهاب سنگ مورچیسون، می توانند منجر به افزایش آمینواسید های L شده و آمینواسید های L نیز منجر به غالب شدن قند های D شده باشند (Breslow, 2011).
طبق پیشنهاد برسلو، ترکیبات موجود روی شهاب سنگ ها (سمت چپ) می توانند نسبت آمینواسید های چپ گرد را افزایش داده و این افزایش نیز روی نسبت قند های D تاثیرگذار باشد.
جرالد جویس (Gerald Joyce)، پژوهشگری است که به مدت بیش از سی سال روی چگونگی تشکیل نخستین مولکول های RNA تحقیق می کند. وی و همکاران اش، زمانی به این نتیجه رسیدند که در حضور هر دو گردش از نوکلئوتید ها، یعنی همان شرایطی که در زمین اولیه حاکم بوده، ممکن نیست حتی یک مولکول RNA راست گرد به دست آورد. تیم او نتایج کار خود را طی مقاله ای منتشر کرد و پیشنهاد کردند که برای ظهور حیات باید عاملی اولیه، تقارن را به هم زده باشد، رخدادی که بیوشیمیدانان آن را "شکستن آینه" می نامند (Joyce et al, 1984).
سه دهه بعد جویس و همکارش، جاناتان زپانسکی (Jonathan Sczepanski) ریبوزیمی ساختند که همانندسازی مولکول های RNA مشابه خود را کاتالیز می کند و این کار را می تواند در حضور هر دو گردش انجام دهد. آن ها ریبونوکلئوتید هایی را با هر دو گردش، در محیطی آبی کنار هم رها کرده و سپس اجازه دادند در لوله ای آزمایشی حاوی انواع چپ گرد واکنش دهند. آنان امیدوار بودند در محیط آبی ریبوزیمی باشد که بتواند با کنار هم قرار دادن واحد های ساختاری، همانند سازی کند. در مرحله بعد بهترین نامزد های چنین عملکردی را انتخاب کرده و با نسخه برداری آن، فرایند را در محیط آبی دیگری تکرار کنند. تنها طی چند ماه، با 16 دور تکرار روند، پژوهشگران به ریبوزیمی دست یافتند که به طور خارق العاده ای کارآمد بود. این ریبوزیم به جای آن که بر اساس توالی، خود را همانندسازی کند، بر اساس شکل، نوکلئوتید های دارای گردش مخالف را کنار هم قرار داده و همانندسازی می کند (Joyce & Sczepanski, 2014، Singer,2014).
جویس (سمت راست) و زپانسکی (سمت چپ)
این یافته ها تنها نشان می دهند که برای شکل گیری دنیای RNA الزامی برای "شکستن آینه" نبوده است. عامل بر هم زننده توازن می توانسته بعدا اعمال اثر کند. با این وجود، تبیینی برای همو کایرال بودن این مولکول ها و اخلاف DNA آن ها ارائه نشده است. شاید این عامل بر هم زننده، طبق پیشنهاد برسلو، همان آمینواسید های L مازاد باشند.
در نهایت پست را باید با ذکر این نکته به پایان برد که حیات و نیز جهان هستی، با قوانین مساعد حیات (bio-friendly) خود، همچنان شگفتی آفرین است؛ یان باربور یاد آوری می کند امکانی بودن جهان 4 وجه دارد که دو مورد از آن ها، امکانی بودن قوانین جهان و شرایط اولیه آن است که هر دو مناسب حیات اند (Barbour, 1988). این خصلت غیر ضروری جهان، از نظر فلسفی دست کم می تواند جذاب باشند.
منابع:
اولم اشنایدار، پیتر، 1395، حیات هوشمند در کائنات: اصول و پیش نیاز های لازم براب ظهور حیات، ترجمه حسن احمدی، تهران: انتشارات مازیار، صص 234- 235.
Barbour, I. 1988, "Ways of relating science and theology" in Russell, R. J., Physics, philosophy and theology: a common quest for understanding, Vatican city: Vatican observatory.
Davies, P. C. 2003, The fifth miracle: the search for the origin and meaning of life, London: Penguin, p 171.
Isaak, M. 2005, Index to Creationist Claims: Claim CB040. Retrieved from http://www.talkorigins.org/indexcc/CB/CB040.html
Singer, E. 2014, Chiral Key Found to Origin of Life, Retrieved June 28, 2017, from https://www.quantamagazine.org/chiral-key-found-to-origin-of-life-20141126
