أصل الشفرة الوراثية – دراسة

إيدي جونزاليس جونيور. – الصفحات القديمة – على الرغم من التنوع المذهل، فإن كل أشكال الحياة تقريبًا – من البكتيريا إلى الحيتان الزرقاء – تشترك في نفس الشفرة الوراثية. كيف ومتى ظهر هذا الكود كان موضع جدل علمي كبير.

حقوق الصورة: Adobe Stock – Diatomic

باتباع نهج جديد في التعامل مع مشكلة قديمة، اكتشفت سوسن وهبي، طالبة الدكتوراه في برنامج الدراسات العليا متعدد التخصصات في علم الوراثة بجامعة أريزونا، أدلة قوية على أن نسخة الكتاب المدرسي حول كيفية تطور الشفرة الوراثية العالمية تحتاج إلى مراجعة. وهبي هو المؤلف الأول لدراسة نشرت في مجلة PNAS تشير إلى أن الترتيب الذي تم به تجنيد الأحماض الأمينية – اللبنات الأساسية للكود – يتعارض مع ما يعتبر على نطاق واسع “إجماع” تطور الشفرة الوراثية.

وقالت جوانا ماسل، كبيرة مؤلفي الدراسة وأستاذة علم البيئة وعلم الأحياء التطوري في جامعة كاليفورنيا: “الشفرة الوراثية هي هذا الشيء المذهل الذي تتم فيه ترجمة سلسلة من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي (RNA) تحتوي على تسلسلات من أربعة نيوكليوتيدات إلى تسلسلات بروتينية باستخدام 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا”. U of A. “إنها عملية معقدة بشكل مذهل، ورمزنا جيد بشكل مدهش. إنه مثالي تقريبًا لمجموعة كاملة من الأشياء، ويجب أن يكون قد تطور على مراحل.

وكشفت الدراسة أن الحياة المبكرة فضلت جزيئات الأحماض الأمينية الأصغر حجما على الجزيئات الأكبر والأكثر تعقيدا، والتي أضيفت في وقت لاحق، في حين انضمت الأحماض الأمينية التي ترتبط بالمعادن في وقت أبكر بكثير مما كان يعتقد سابقا. أخيرًا، اكتشف الفريق أن الشفرة الجينية الحالية جاءت على الأرجح بعد رموز أخرى انقرضت منذ ذلك الحين.

يجادل المؤلفون بأن الفهم الحالي لكيفية تطور الكود معيب لأنه يعتمد على تجارب معملية مضللة بدلاً من الأدلة التطورية. على سبيل المثال، يرتكز أحد الركائز الأساسية لوجهات النظر التقليدية حول تطور الشفرة الوراثية على تجربة يوري ميلر الشهيرة عام 1952، والتي حاولت محاكاة الظروف التي كانت سائدة على الأرض في وقت مبكر والتي من المحتمل أنها شهدت أصل الحياة.

على الرغم من أهميتها في إثبات أن المادة غير الحية يمكن أن تؤدي إلى ظهور وحدات بناء الحياة، بما في ذلك الأحماض الأمينية، من خلال تفاعلات كيميائية بسيطة، فقد تم التشكيك في الآثار المترتبة على التجربة.

على سبيل المثال، لم ينتج أي أحماض أمينية تحتوي على الكبريت، على الرغم من وفرة العنصر على الأرض المبكرة. ونتيجة لذلك، يُعتقد أن الأحماض الأمينية الكبريتية قد انضمت إلى الكود في وقت لاحق. ومع ذلك، فإن النتيجة ليست مفاجئة، مع الأخذ في الاعتبار أنه تم حذف الكبريت من مكونات التجربة.

وفقًا للمؤلف المشارك دانتي لوريتا، أستاذ علوم الكواكب والكيمياء الكونية في مختبر القمر والكواكب بجامعة ريجنتس، فإن الطبيعة الغنية بالكبريت في الحياة المبكرة تقدم رؤى ثاقبة لعلم الأحياء الفلكي، لا سيما في فهم قابلية العيش المحتملة والبصمات الحيوية لبيئات خارج كوكب الأرض.

وقال: “في عوالم مثل المريخ وإنسيلادوس وأوروبا، حيث تنتشر مركبات الكبريت، يمكن أن يفيد ذلك بحثنا عن الحياة من خلال تسليط الضوء على الدورات البيوجيوكيميائية المماثلة أو الأيضات الميكروبية”. “قد تؤدي مثل هذه الأفكار إلى تحسين ما نبحث عنه في البصمات الحيوية، مما يساعد على اكتشاف أشكال الحياة التي تزدهر في الكيمياء الغنية بالكبريت أو الكيمياء المماثلة خارج الأرض.”

استخدم الفريق طريقة جديدة لتحليل تسلسل الأمينو عبر شجرة الحياة، وصولاً إلى آخر سلف مشترك عالمي، أو LUCA، وهي مجموعة مفترضة من الكائنات الحية التي عاشت منذ حوالي 4 مليارات سنة وتمثل السلف المشترك للجميع. الحياة على الأرض اليوم. على عكس الدراسات السابقة، التي استخدمت تسلسلات بروتينية كاملة الطول، ركزت وهبي ومجموعتها على مجالات البروتين، وهي امتدادات أقصر من الأحماض الأمينية.

وقال وهبي: “إذا فكرت في أن البروتين عبارة عن سيارة، فإن المجال يشبه العجلة”. “إنه جزء يمكن استخدامه في العديد من السيارات المختلفة، وكانت العجلات موجودة لفترة أطول بكثير من السيارات.”

للتعرف على متى يتم تجنيد حمض أميني معين في الشفرة الوراثية، استخدم الباحثون أدوات تحليل البيانات الإحصائية لمقارنة إثراء كل حمض أميني فردي في تسلسلات البروتين التي يعود تاريخها إلى LUCA، وحتى أبعد من ذلك في الزمن.

من المحتمل أن يكون الحمض الأميني الذي يظهر بشكل تفضيلي في التسلسلات القديمة قد تم دمجه في وقت مبكر. على العكس من ذلك، يتم استنفاد تسلسلات LUCA للأحماض الأمينية التي تم تجنيدها لاحقًا ولكنها أصبحت متاحة في الوقت الذي ظهرت فيه تسلسلات بروتينية أقل قديمة.

حدد الفريق أكثر من 400 عائلة من التسلسلات التي يعود تاريخها إلى LUCA. أكثر من 100 منها نشأت في وقت سابق وتنوعت بالفعل قبل LUCA. وتبين أن هذه تحتوي على المزيد من الأحماض الأمينية ذات الهياكل الحلقية العطرية، مثل التربتوفان والتيروزين، على الرغم من أن هذه الأحماض الأمينية كانت إضافات متأخرة إلى الكود الخاص بنا.

وقال ماسل: “يعطي هذا تلميحات حول رموز جينية أخرى جاءت قبلنا، والتي اختفت منذ ذلك الحين في هاوية الزمن الجيولوجي”. “يبدو أن الحياة المبكرة كانت تحب الخواتم.”

مصدر

ورق

كتبه إدي جونزاليس جونيور – AncientPages.com – كاتب فريق عمل messageToEagle.com