ที่ไหนสักแห่งบนโลกเกือบ 4 พันล้านปีที่ผ่านมาชุดของปฏิกิริยาโมเลกุลพลิกสวิตช์และกลายเป็นชีวิต นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะจินตนาการถึงเหตุการณ์ภาพเคลื่อนไหวนี้โดยการทำให้กระบวนการที่ทำให้ลักษณะสิ่งมีชีวิตง่ายขึ้น
การวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่าการทำให้เข้าใจง่ายจำเป็นต้องดำเนินต่อไป
สิ่งมีชีวิตที่รู้จักกันดีทั้งหมดพึ่งพา DNA ในการทำซ้ำและโปรตีนในการทำงานเครื่องจักรของเซลล์ แต่โมเลกุลขนาดใหญ่เหล่านี้ - Intricate สานอะตอมหลายพันอะตอม - ไม่น่าจะเป็นสิ่งมีชีวิตแรกที่ใช้
“ ชีวิตอาจเริ่มต้นขึ้นจากโมเลกุลเล็ก ๆ ที่ธรรมชาติให้ไว้” โรเบิร์ตชาปิโรนักเคมีจากมหาวิทยาลัยนิวยอร์กกล่าว
ชาปิโรและคนอื่น ๆ ยืนยันว่ารูปแบบชีวิตแรกคือการทดลองทางเคมีในตัวเองที่เติบโตทำซ้ำและพัฒนาโดยไม่จำเป็นต้องใช้โมเลกุลที่ซับซ้อนที่กำหนดชีววิทยาตามที่เรารู้
ซุปดึกดำบรรพ์
เรื่องราวต้นกำเนิดของชีวิตที่มักจะมีความซับซ้อนคือสารประกอบทางชีวภาพที่ซับซ้อนซึ่งประกอบขึ้นโดยบังเอิญจากน้ำซุปอินทรีย์บนพื้นผิวโลกต้น การสังเคราะห์ก่อนและไบโอติกนี้เกิดขึ้นในหนึ่งในโมเลกุลชีวภาพเหล่านี้ที่สามารถทำสำเนาของตัวเองได้
การสนับสนุนครั้งแรกสำหรับความคิดเกี่ยวกับชีวิตที่เกิดขึ้นจากซุปดึกดำบรรพ์มาจากการทดลองที่มีชื่อเสียงในปี 1953 โดย Stanley Miller และ Harold Urey ซึ่งพวกเขาทำกรดอะมิโน - หน่วยการสร้างโปรตีน - โดยใช้ประกายไฟกับหลอดทดลองของไฮโดรเจน, มีเธน, แอมโมเนียและน้ำ
หากกรดอะมิโนสามารถมารวมกันจากส่วนผสมดิบโมเลกุลที่ใหญ่กว่าและซับซ้อนมากขึ้นอาจเกิดขึ้นได้ว่าจะมีเวลาเพียงพอ นักชีววิทยาได้คิดค้นสถานการณ์ต่าง ๆ ซึ่งการชุมนุมนี้เกิดขึ้นในสระน้ำขึ้นน้ำลงใกล้ช่องระบายอากาศใต้น้ำบนพื้นผิวของตะกอนดินเหนียวหรือแม้กระทั่งในอวกาศ
แต่โมเลกุลที่ซับซ้อนครั้งแรกโปรตีนหรือ DNA หรืออย่างอื่น? นักชีววิทยาต้องเผชิญกับปัญหาไก่และไข่ในโปรตีนนั้นจำเป็นต้องทำซ้ำ DNA แต่ DNA เป็นสิ่งจำเป็นในการสอนการสร้างโปรตีน
นักวิจัยหลายคนคิดว่า RNA - ลูกพี่ลูกน้องของ DNA - อาจเป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนครั้งแรกที่มีชีวิตอยู่ RNA มีข้อมูลทางพันธุกรรมเช่น DNA แต่ยังสามารถควบคุมปฏิกิริยาทางเคมีได้ตามที่โปรตีนทำ
เมตาบอลิซึมก่อน
อย่างไรก็ตามชาปิโรคิดว่าสิ่งนี้เรียกว่า "โลก RNA" ยังคงซับซ้อนเกินไปที่จะเป็นที่มาของชีวิต โมเลกุลที่มีข้อมูลเช่น RNA เป็นลำดับของโมเลกุล "บิต" ซุปยุคแรกจะเต็มไปด้วยสิ่งที่จะยุติลำดับเหล่านี้ก่อนที่พวกเขาจะเติบโตนานพอที่จะเป็นประโยชน์ Shapiro กล่าว
"ในตอนแรกคุณไม่สามารถมีสารพันธุกรรมที่สามารถคัดลอกตัวเองได้เว้นแต่คุณจะมีนักเคมีกลับมาทำเพื่อคุณ" ชาปิโร่บอกLiveScience-
แทนที่จะเป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนชีวิตเริ่มต้นด้วยโมเลกุลขนาดเล็กที่มีปฏิสัมพันธ์ผ่านวงจรปิดของปฏิกิริยา Shapiro แย้งในฉบับเดือนมิถุนายนของการทบทวนชีววิทยารายไตรมาส- ปฏิกิริยาเหล่านี้จะผลิตสารประกอบที่จะป้อนกลับเข้าสู่วงจรสร้างเครือข่ายปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ
เคมีที่มีความสัมพันธ์ทั้งหมดอาจมีอยู่ในเยื่อหุ้มที่เรียบง่ายหรือนักฟิสิกส์ Freeman Dyson เรียกว่า "ถุงขยะ" สิ่งเหล่านี้อาจแบ่งออกเป็นเหมือนเซลล์ด้วยถุงใหม่แต่ละใบที่มีสารเคมีเพื่อรีสตาร์ท - หรือทำซ้ำ - วัฏจักรดั้งเดิม ด้วยวิธีนี้ข้อมูล "พันธุกรรม" สามารถส่งผ่านลงได้
ยิ่งกว่านั้นระบบสามารถพัฒนาได้โดยการสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งจะทำปฏิกิริยาได้ดีกว่าโมเลกุลขนาดเล็ก “ ระบบจะเรียนรู้ที่จะสร้างโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นเล็กน้อย” ชาปิโรกล่าว
ต้นกำเนิดของชีวิตที่มีพื้นฐานมาจากโมเลกุลขนาดเล็กบางครั้งเรียกว่า "การเผาผลาญครั้งแรก" (เพื่อเปรียบเทียบกับ "ยีนแรก" โลก RNA) เพื่อตอบนักวิจารณ์ที่กล่าวว่าเคมีโมเลกุลขนาดเล็กไม่ได้จัดระเบียบเพียงพอที่จะสร้างชีวิต Shapiro แนะนำแนวคิดของ "ปฏิกิริยาขับเคลื่อน" ที่เป็นที่นิยมอย่างมีพลังซึ่งจะทำหน้าที่เป็นเครื่องยนต์คงที่
การขับเคลื่อนขั้นตอนแรกในการวิวัฒนาการ
ผู้สมัครที่เป็นไปได้สำหรับปฏิกิริยาการขับขี่ของชาปิโรอาจถูกค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ในจุลินทรีย์ใต้ทะเลMethanosarcina acetivoransซึ่งกินคาร์บอนมอนอกไซด์และกำจัดก๊าซมีเทนและอะซิเตท (เกี่ยวข้องกับน้ำส้มสายชู)
นักชีววิทยา James Ferry และ Christopher House นักธรณีวิทยาจากมหาวิทยาลัยเพนน์สเตตพบว่าสิ่งมีชีวิตดั้งเดิมนี้สามารถได้รับพลังงานจากปฏิกิริยาระหว่างอะซิเตทและเหล็กซัลไฟด์แร่ธาตุ เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการที่ใช้พลังงานอื่น ๆ ที่ต้องใช้โปรตีนหลายสิบตัวปฏิกิริยาที่ใช้อะซิเตทนี้จะทำงานด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนง่าย ๆ เพียงสองตัว
นักวิจัยเสนอในฉบับเดือนนี้ชีววิทยาโมเลกุลและวิวัฒนาการวัฏจักรธรณีเคมีที่ถูกปลดออกนี้เป็นสิ่งที่สิ่งมีชีวิตแรกที่ใช้ในการเพิ่มพลังการเติบโตของพวกเขา “ วัฏจักรนี้เป็นที่วิวัฒนาการทั้งหมดที่เล็ดลอดออกมา” เฟอร์รี่กล่าว "มันเป็นพ่อของทุกชีวิต"
ชาปิโรไม่เชื่อ: มีบางอย่างที่ต้องสร้างโปรตีนทั้งสอง แต่เขาคิดว่าการค้นพบนี้อาจชี้ไปในทิศทางที่ถูกต้อง “ เราต้องปล่อยให้ธรรมชาติสอนเรา” เขากล่าว
