استغل فريق بحث بقيادة العلماء القيود المفروضة على التركيبات الكيميائية لتجميع كتاب طبخ يحتوي على مئات الوصفات التي يمكن أن تؤدي إلى الحياة. والحياة على الكواكب البعيدة -إن وجدت- قد تكون مختلفة تمامًا عن الحياة على الأرض. لكن لا يوجد سوى عدد محدود من المكونات الكيميائية في مخزن الكون، ولا يوجد سوى عدد محدود من الطرق لخلطها. استفاد فريق من الباحثين بقيادة علماء في جامعة ويسكونسن ماديسون من هذه القيود وقاموا بتجميع كتاب طبخ يضم مئات الوصفات الكيميائية التي يمكن أن تؤدي إلى الحياة.
الحياة تتطلب تكرار التفاعلات الكيميائية. إن وصف أنواع التفاعلات والظروف المطلوبة للتكرارات المستدامة ذاتيًا، والتي تسمى تفاعلات التحفيز الذاتي، يمكن أن يسمح لنا بتركيز بحثنا عن الحياة على كواكب أخرى. المصدر: بيتول كاشار
تجمع قوائم المكونات الخاصة بهم الوصفة معًا من خلال الإشارة إلى الظروف الأكثر احتمالية - نسخة كوكبية من تقنيات الخلط، ودرجات حرارة الفرن، وأوقات الخبز - التي تضع التركيز على البحث عن الحياة في مكان آخر من الكون.
يقول الباحثون إن الحياة لا تُعرَّف ببداية بسيطة فحسب، بل بالتكرار، بدءًا من المكونات الكيميائية الأساسية وحتى الدورات المعقدة من التمثيل الغذائي والتكاثر الخلوي.
تعتقد بيتول كاشار، عالمة الأحياء الفلكية المدعومة من وكالة ناسا وأستاذة علم الجراثيم في جامعة واشنطن ماديسون، أن أصل الحياة هو في الواقع عملية من الصفر. لكن "خلق شيء من لا شيء" لا يمكن أن يحدث مرة واحدة فقط. تعتمد الحياة في النهاية على الكيمياء والظروف التي تنتج نمط تفاعل ذاتي التكاثر."
تسمى التفاعلات الكيميائية التي تنتج جزيئات تسبب نفس التفاعل بشكل متكرر تفاعلات التحفيز الذاتي. في دراسة جديدة نُشرت في 18 سبتمبر في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، قام تشن بينغ، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر كاشار، والمتعاونون بتجميع 270 مجموعة جزيئية تتضمن ذرات في جميع مجموعات وسلاسل الجدول الدوري التي لديها القدرة على التحفيز الذاتي المستدام.
وقال كاشار: "يُعتقد أن هذا النوع من ردود الفعل نادر جدًا". "يظهر بحثنا أن رد الفعل هذا ليس نادرا في الواقع. عليك فقط أن تبحث في الأماكن الصحيحة."
وركزت دراسة الباحثين على ما يسمى بالتفاعلات التناسبية. في هذه التفاعلات، يتحد مركبان يحتويان على نفس العنصر ولكن بأعداد مختلفة من الإلكترونات أو حالات التفاعل لتكوين مركب جديد يكون العنصر في منتصف حالة التفاعل الأولية.
وقال زاك آدم، المؤلف المشارك في الدراسة، وعالم الجيولوجيا في جامعة ويسكونسن ماديسون والذي يدرس أصل الحياة على الأرض، إن نتيجة التفاعل لكي تكون محفزة ذاتيًا، تحتاج أيضًا إلى توفير مادة البداية لحدوث التفاعل مرة أخرى، وبالتالي يصبح الناتج مدخلاً جديدًا. تنتج التفاعلات النسبية نسخًا متعددة من بعض الجزيئات ذات الصلة، مما يوفر مادة للخطوة التالية في تفاعل التحفيز الذاتي.
وقال آدم "إذا كانت الظروف مناسبة، فيمكنك البدء بكمية صغيرة نسبيا من الإنتاج". "في كل مرة تقوم فيها بحلقة، فإنك تخرج مخرجًا إضافيًا واحدًا على الأقل، مما يسرع التفاعل ويجعله يحدث بشكل أسرع."
يشبه التحفيز الذاتي قطيعًا متزايدًا من الأرانب. تجتمع أزواج الأرانب معًا وتلد مجموعة من الأرانب الجديدة، وبعد ذلك تكبر الأرانب الجديدة وتتزاوج بمفردها وتلد المزيد من الأرانب. لا يتطلب الأمر الكثير من الأرانب، وسيكون هناك المزيد قريبًا.
ومع ذلك، فإن البحث في الكون عن آذان مرنة وذيول فروية قد لا يكون استراتيجية ناجحة. وبدلاً من ذلك، يأمل كاكار أن يأخذ الكيميائيون بعض الأفكار من قائمة الوصفات الخاصة بالدراسة الجديدة، ويجربوها على أواني ومقالي المطبخ الفضائي المُحاكي.
وقال كاشار: "لن نعرف أبدًا ما حدث بالضبط على هذا الكوكب وأدى إلى ظهور الحياة. ليس لدينا آلة زمنية". "ولكن، في أنبوب الاختبار، يمكننا خلق مجموعة متنوعة من الظروف الكوكبية لفهم كيف تطورت القوى التي تدعم الحياة لأول مرة."
يقود كاشار اتحادًا مدعومًا من وكالة ناسا يسمى MUSE، وهو تحالف استخدام المعادن وخيارات التحالف المستقبلي. سيركز مختبرها على التفاعلات التي تتضمن عناصر مثل الموليبدينوم والحديد، وهي متحمسة لرؤية ما يطبخه الآخرون من الأقسام الأكثر غرابة والأكثر غرابة في كتاب الوصفات الجديد.
قال كارل ساجان إنه إذا كنت تريد أن تخبز فطيرة من الصفر، عليك أولاً أن تخلق الكون، كما قال كاشار. "أعتقد أنه إذا أردنا أن نفهم الكون، علينا أولاً أن نخبز بعض الفطائر."