حیات روی زمین ممکن است دو بار ظهور کرده باشد
گمان میرود حیات روی زمین حدود چهار میلیارد سال پیش از «سوپ نخستین» پدید آمده باشد؛ یعنی محیط شیمیایی زمین اولیه که در آن ترکیبات ساده میتوانستند با واکنشهای شیمیایی، به مولکولهای پیچیدهتر و در نهایت ساختارهای سازنده حیات تبدیل شوند. اکنون پژوهشی جدید و بحثبرانگیز استدلال میکند که این گذار شگفتانگیز از شیمی به زیستشناسی نه یک بار، بلکه دو بار رخ داده است.
براساس مطالعه تازه، باکتریها و آرکیها، دو شاخه نخست در درخت حیات، هر یک بهطور مستقل پدید آمدهاند. نیای مشترک نهایی آنها که «لوکا» نام دارد (مخفف «نیای مشترک جهانیِ نهایی» برای تمام موجودات زنده)، در واقع کاملاً زنده نبوده است؛ بلکه برای تأمین انرژی مورد نیاز سوختوساز خود به فلزاتی وابسته بوده که در منافذ گرمابی رسوب میکردند.
ویلیام مارتین، زیستشناس تکاملی در دانشگاه هاینریش هاینه دوسلدورف در آلمان و نویسنده ارشد مطالعه، به ساینتیفیک آمریکن میگوید با گذشت زمان و در نتیجه شکلگیری بیشمار ترکیب شیمیایی، باکتریها و آرکیهایی که از لوکا تکامل یافتند، راههایی برای ساخت آنزیمهای درونی خود پیدا کردند تا واکنشهای شیمیایی مورد نیاز برای حیات را کاتالیز کنند.
مارتین میگوید: «ما داریم به دورهای از تکامل نگاه میکنیم که در آن، پیشسازهای بسیار ابتدایی حیات، در حال ابداع آنزیمهایی بودند که به آنها امکان داد از پوسته زمین جدا و به سلولهایی مستقل و آزادزی تبدیل شوند.»
دادههای ژنتیکی نشان میدهند که لوکا حدود ۴٫۲ میلیارد سال پیش، در عصر هادئن وجود داشته است؛ زمانی که سطح زمین هنوز بسیار داغ بود. شواهد زمینشناختی مربوط به این دوره بسیار اندک است؛ بهطوری که تنها یک مجموعه از سنگهای کانادایی ممکن است به این دوران از تاریخ زمین بازگردد، اما درباره منشأ و قدمت آنها اختلاف نظر شدیدی وجود دارد. قدیمیترین نمونههای بیچونوچرای فسیلهای حیات که تاکنون کشف شدهاند، لایههای میکروبی ۳٫۵ میلیارد ساله به نام استروماتولیت هستند که خود باید از اجداد سادهتر تکامل یافته باشند.
برخی پژوهشگران استدلال کردهاند که لوکا یک سلول پیچیده بوده که سیستم ایمنی ابتدایی برای محافظت در برابر ویروسها داشته است. اما مارتین میگوید وقتی بیش از چهار میلیارد سال تکامل را به عقب برمیگردانیم، روشهای ژنتیکی مورد استفاده در آن پژوهشها میتوانند گمراهکننده باشند.
درعوض، مارتین و همکارانش، از یک رویکرد متابولیکی استفاده کردند و تمرکز خود را بر این گذاشتند که برای تبدیل مواد موجود در زمین اولیه، مانند هیدروژن، آمونیاک، دیاکسید کربن، آب، سولفید هیدروژن و فسفات به ۲۰ اسید آمینه، پنج باز نوکلئوتیدی طبیعی و ۲۰ کوفاکتور مورد نیاز برای فعالیت سلولها، چه ژنهایی لازم بوده است. مارتین میگوید: «در مجموع فقط ۴۲۰ واکنش شیمیایی است.»
لوکا دراصل تودهای غیرزنده و وابسته به شیمی سنگها بوده که باعث شد باکتریها و آرکیها بهطور مستقل از دل آن متولد شوند
مارتین و همکارانش با مقایسه ژنومهایی که نماینده تمام گروههای باکتریها و آرکیها بودند، دریافتند که این دو شاخه حیات، ژنهای مشترکی برای حدود نیمی از آنزیمهای مورد نیاز واکنشهای پایه داشتند. باقی آنزیمها منحصر به یکی از دو گروه، یعنی باکتریها یا آرکیها بودند. ناتالیا مرنیاواتس، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه مارتین و نویسنده اول مقاله میگوید این یافته نشان میدهد این دو شکل حیات «دستکم تا حدی، بهطور مستقل مسیر تبدیلشدن به سلولهای آزادزی را پیمودهاند.»
