کشف منبع اصلی قند ها بر روی زمین

محققان مرکز تحقیقات اسکریپس و موسسه فناوری جورجیا، در جریان بررسی منشأ حیات، به این نتیجه رسیدند که گلیوکسیلات ممکن است به عنوان منبع اصلی قند در پری بیوتیک زمین اولیه عمل کرده باشد.

به گزارش تکناک، در مطالعه‌ای که اخیراً در ژورنال Chem منتشر شده است، گروهی از شیمی‌دانان معتبر منشأ حیات از مرکز تحقیقات اسکریپس و موسسه فناوری جورجیا نظریه جدیدی را در مورد منشأ اولین قندها در زمین بدوی که جدایی‌ناپذیر از تکامل حیات هستند ارائه کردند.

آنها فرض کردند که قندهای ضروری مورد نیاز برای ایجاد اشکال حیات اولیه ممکن است نتیجه واکنش با گلیوکسیلات (C2HO3-) باشد. این ترکیب یک ماده شیمیایی نسبتاً اساسی است که به طور منطقی قبل از تکامل حیات در زمین وجود داشته است.

دکتر رامانارایانان کریشنامورتی، استاد گروه شیمی در مرکز تحقیقات اسکریپس می گوید: ما نشان می‌دهیم که فرضیه جدید ما دارای مزایای کلیدی نسبت به دیدگاه سنتی‌تر است که این دیدگاه می گوید قندهای اولیه از فرمالدئید شیمیایی به وجود آمده‌اند.

شیمیدانان منشأ حیات به دنبال توضیح این هستند که چگونه بلوک‌های ساختمانی مولکولی اساسی و واکنش‌های ضروری برای حیات می‌توانند از مواد شیمیایی ساده‌ای که احتمالاً در پری ‌بیوتیک زمین وجود داشته‌اند به وجود آمده باشند. هدف اصلی این حوزه علمی پاسخ به این سوال اساسی است که سیاره زنده ما چگونه به وجود آمده است.

اما نتایج تحقیقات آن همچنین می‌تواند به بسیاری از زمینه‌های دیگر، از علم جو و زمین‌شناسی گرفته تا زیست‌شناسی مصنوعی و جستجوی حیات در سیارات دیگر مفید باشد.

سه دسته اصلی مولکول‌های بیولوژیکی که در دسترس بودن آنها باید با شیمی منشأ حیات توضیح داده شود عبارتند از: اسیدهای آمینه که پروتئین‌ها را می‌سازند، نوکلئوبازهایی که واحد های DNA و RNA را می‌سازند و قندها که کربوهیدرات‌ها نیز نامیده می‌شوند. این ترکیبات در سراسر زیست شناسی، از جمله در ساختار ستون اصلی پیچ خورده DNA و RNA یافت می شوند.

بر اساس تئوری های رایج، اسیدهای آمینه احتمالاً از آمونیاک (NH3) به وجود آمده اند، در حالی که نوکلئوبازها از سیانید هیدروژن (HCN) به وجود آمده اند.

منشا قندها کمتر مشخص شده است. بسیاری از دانشمندان بر این باورند که اولین قندها از واکنش های مربوط به فرمالدئید (CH2O) به دست آمدند، اما این نظریه دارای اشکالاتی است.

لیوتا می‌گوید:تئوری حاکم بر واکنش‌های فرمالدئید، به‌طور کامل نظم و ترتیبی ندارد؛ زیرا واکنش‌های جانبی غیرقابل کنترلی دارد و مشکلات دیگری که ناشی از واکنش‌پذیری بالای فرمالدئید در شرایط پیش‌بینی شده ممکن است رخ دهد، توضیح داده نشده است.

جایگزین پیشنهادی شیمیدان‌ها سناریوی واکنش گلیوکسیلوز است که در آن گلیوکسیلات ابتدا با خود واکنش می‌دهد و یک خویشاوند نزدیک فرمالدئید به نام گلیکول آلدئید را تشکیل می‌دهد.

محققان پیشنهاد می‌کنند که گلایوکسیلات، گلیکول آلدئید، محصولات جانبی آنها و سایر ترکیبات ساده می‌توانند به واکنش با یکدیگر ادامه دهند و در نهایت قندهای ساده و سایر محصولات را بدون اشکالات واکنش‌های مبتنی بر فرمالدئید تولید کنند.

گلایوکسیلات در حال حاضر نقش برجسته ای در نظریه های شیمی منشاء حیات دارد. شیمیدان سوئیسی آلبرت اشنموزر در سال 2007 پیشنهاد کرد که شکلی از آن ممکن است منبع چندین بیومولکول اصلی باشد.

کریشنامورتی و شیمیدان دانشگاه فورمن، گرگ اسپرینگستین، نیز در مقاله شیمی طبیعت در سال 2020 پیشنهاد کردند که گلایوکسیلات می تواند به شروع یک نسخه اولیه از چرخه مدرن TCA (اسید تری کربوکسیلیک) کمک کند، و یک فرآیند متابولیک اساسی که در اکثر اشکال زندگی زمین یافت می شود را ایجاد کند.

کریشنامورتی و تیمش در حال حاضر در حال کار هستند تا در آزمایشگاه نشان دهند که سناریوی واکنش گلیوکسیلوز می‌تواند در واقع اولین قندها را تولید کند.

کریشنامورتی می‌گوید: چنین نمایشی نقش گلیوکسیلات را به‌عنوان یک مولکول همه کاره در شیمی پری ‌بیوتیک گسترش می‌دهد و جستجوی منشا خود را در پری ‌بیوتیک زمین بیشتر تحریک می‌کند.

شیمیدانان همچنین در حال بررسی کاربردهای تجاری بالقوه واکنش‌هایی هستند که گلیوکسیلات می‌سازند، زیرا این واکنش‌ها به طور موثر CO2 را مصرف می‌کنند و بنابراین می‌توان از آن برای کاهش سطح CO2، چه به صورت محلی در محیط‌های صنعتی یا در سطح جهانی برای مبارزه با گرمایش جهانی استفاده کرد.