شاید حیات از قطراتی سرچشمه گرفته که به طرز شگفت آوری مانند سلول‌های زنده هستند.

درست مانند بچه‌هایی که حوصله‌شان سر رفته و به صندلی تکیه می‌دهند، به مرور با قطرات بارانی آشنا می‌شویم که با شیشه برخورد می‌کنند و در هم ادغام می‌شوند. در زمان پُخت پاستا، یاد می‌گیریم که قطرات روغن در آب هم با هم ادغام می‌شوند و قطرات بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند تا آنجا که همگی به یک تک گوی در میانه‌ی قابلمه تبدیل می‌شوند. حس ناخودآگاهمان به ما می‌گوید که قطرات تمایل به ترکیب دارند حتی اگر ما نداریم برای چه! (در یک سطح دو بُعدی آنقدر پیش می‌روند که به کمینه مقدار تعداد قطرات برسند چراکه مولکول‌های تشکیل دهنده‌شان ترجیح بر این دارند سهم شیمیایی در سیالِ اطرافشان داشته باشند.)

اخیرا پژوهشگران کشف کردند که این دینامیکِ قطرات آشنا، تنها بخشی از داستان اصلی هستند. همانطور که در مقاله ای در کوانتا نوشتم، قطره‌هایی که از نظر شیمیایی فعال هستند (با استفاده از نور خورشید یا منبع دیگری از انرژی که چرخه‌ی ثابت مولکول‌ها به داخل و بیرون سیال مُحاط)، به شکلی غیرقابل انتظار رفتار می‌کنند که احتمالا نقش کلیدی در تحقق حیات بر روی زمین داشته.

 

برخلاف قطرات آشنای دوران کودکی، فطرات فعال تا اندازه‌ی یک سلول رشد می‌کنند و رشدشان متوقف می‌شود؛ همزمان تقسیم می‌شوند و قطرات فرزندی ایجاد می‌کنند که توسط تیم بیوفیزیکو فیزیکدانان دانشگاه درسدن (Dresden) در آلمان، فرضیه‌ای را احیا کردند که اول بار در سال ۱۹۲۴ ارائه شد. طبق این فرضیه قطرات سیال در دوران ابتدایی و سوپی شکلِ زمین، پیشگامان اولیه‌ی سلول‌های نخستین بودند. از آنجا که این قطرات فعال، پیش قطره (Protocell) نامیده می‌شوند، جدا شده و شکل گرفتند و تحول روی آن‌ها اثر گذاشت و به تدریج پیچیده‌ترشان کرد تا به سلول‌های زنده‌ منجر شوند.

فیزیکِ تقسیم این قطره‌های فعال تنها در مقالات و شبیه سازی‌ها بررسی شده ولی آزمایش‌هایی در راه هستند. با این وجود، پدیده مرتبطی دهه ها پیش مشاهده شد که اثر پیش بینی شده را به نمایش گذاشت (ارتباط اتفاقی که روشنگر من در نوشتن این مطلب شد.). به دنبال توضیحی خارج از گروه پژوهشی درسدن بودم، با دیوید دریمر بیوشیمیدان از دانشگا کالیفرنیا، سانتا کروز تماس گرفتم. ایشان طرفدار فرضیه‌ی رقیب، یعنی غشاء اولیه درباره‌ی منشا حیات هستند. دریمر توضیح می‌دهد که پیش سلول‌ها، نیاز به ساختارهای غشاهای اسید چرب داشتند که پیچیده‌تر از قطره‌هایی باشند که تیم درسدن درباره‌ی قطرات فعال و فرضیه‌ی پیش سلول‌ها پیش بینی کرده بود (درست مانند آنچه سلول‌های امروزی را می‌پوشاند). دریمر یادآوری می‌کند که در قطره‌هایی که از شهاب‌سنگ مورکیسون (Murchison meteorite) «چیزی خیره‌کننده» دیده که در سال ۱۹۶۹ در استرالیا سقوط کرده بود.

در سال ۱۹۸۰، دریمر مولکول‌های در حال شکل‌گیری غشاء در همان شهاب‌سنگ را کشف کرد که نشان احتمالی از این عناصر شیمیایی فراوان در زمین اولیه داشت (فرضیه اول). ولی دریمر کشف دیگری می‌کند که هرگز چاپ نمی‌شود. او در واقع از طریق میکروسکوپ در رنگ‌دانه‌های روغنی هیدروکربنی را دید که از نمونه‌ی آزمایشگاهی مورکیسون بیرون آمده بود. ولی می‌گوید:«وقتی چراغ میکروسکوپ را روشن کردم، از دیدن این قطره‌ها شگفت‌زده شدم. گویی زنده بودند. در محیط حرکت می‌کردند. محیط، فقط شیشه‌ی لام ِآزمایشگاه بود و آن‌ها شروع می‌کردند به حرکت در داخل لام. سپس گویِ حاصل کشیده شده و در واقع به دو گوی کوچک‌تر تقسیم می‌شد و از هم جدا می‌شدند.»

این رفتار از دید ۳۰ سال پیشِ دریمر به شکل خارق العاده‌ای شگفت انگیز بود و در ویدیویی آن را ضبط کرد. وقتی در مورد تیم درسدن در همین ماه با وی صحبت کردم، گفت فکر کنم برای این دوستان نامه‌ای بنویسم و درباره‌ی [کشف خودم] صحبت کنم. فرانک یولیکتر (Frank Julichter) یکی از نویسنده‌های مقاله‌ی جدید، مشتاق بود ردپای کار دریمر از قطره‌های در حال تقسیم شدن ببیند. در نامه‌ای به من و دریمر نوشت: واقعاً اعجاب انگیز است!

پس از هیجان به کار گیری فیزیک در این قطره‌های فرازمینی، یولیکتر می‌گوید:« سیال و فرایند تقسیم در این تصویر از فرایند مرطوب سازی فعال ریشه گرفته.» مسیرهای نور در واکنش شیمیایی که مولکول‌ها را به وجود می‌آورد، لام میکروسکوپ را مرطوب می‌کند. به همین ترتیب حرکتی در تنش سطحی ایجاد می‌کند که منجر می‌شود ماده‌ی قطره چرخش و حرکت داشته باشد. یولیکتر ادامه می‌دهد:«فیزیکی که ما در این مقاله برای تقسیم قطره بدون در نظر گرفتن مرطوب سازی بررسی کردیم، کاملاً متفاوت است.» و مضاف بر آن می‌گوید:«تفاوت کلیدی این این است که قطرات در تیم او فعال شیمیایی و در عین حال ایستا بودند که بیشتر به سلول‌ها شباهت دارند.

هر دو مکانیسم تقسیم قطره تا الان بسیار کم مورد بررسی قرار گرفته‌اند و هر دو هم محور پژوهشی نوینی دارند: رفتار فیزیکی ناتعادل. حتی اگر مشاهده‌ی چند دهه گذشته‌ی دریمر اثر دیگری نسبت به پررسی‌های درسدن را به نمایش بگذارد، شاید نشان از آن دارد که تقسیم قطره، متدوال‌تر از آن است که قبلا تصور می‌شد و شاید نقشی در منشا حیات بازی کرده باشد. در هر حال، رفتاری که توصیفش رفت، همانی نیست که هر روز آن را ممکن است ببینید.

منبع:

Quanta Magazine (Natalie Wolchover)

Nature (Dreamer)
Nature (Dresden)

Frank Jülicher
موجودات زنده‌ای پیش از موجودت زنده!

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *