مقدمه: در مقاله قبل تئوریهای مختلف منشا حیات به طور مختصر بررسی شد . یک نتیجه تمام این تئوریهای این است که هنوز هیچ مدل کاملی برای شرح و تبیین آغاز حیات به نحوی که مراحل تشکیل نخستین ملکولهای آلی و ماکروملکولهایی از جمله پروتئینها ، اسیدهای نوکلئیک، RNA و DNA وضع نشده و تمامی تلاش دانشمندان در آزمایشگاهها نهایتا به تولید چند اسید آمینه و یا حداکثر یک زنجیره آمینو اسیدی یا پپتید کوتاه ختم شده است. در همین دوران که دانشمندان برای بررسی این تئوریها، تلاش بیش از حدی را اعمال نمودند، عده ای از دانشمندان دیگر به این صرافت افتادند که در گام نخست به شناسایی و تبین مختصات نخستین موجودات زنده و به عبارت دیگر جد همه موجودات زنده پرداخته و سپس فاصله او را با محصولات بدست آمده در فرضیات بالا به نحوی توجیه نمایند. در این مقاله به بررسی نتایج حاصل از این مطالعات می پردازیم و سعی خواهیم کرد مشخص نمائیم واقعا در پدیده فرگشت نخستین جد انسان چه موجودی بوده است؟


 

کوچکترین عنصر حیاتی شناخته شده: هر یک از تئوریهای مربوط به ایجاد حیات بر روی زمین باید بتواند حداقل نحوه ایجاد ساده ترین شکل حیات بر روی زمین را توضیح دهد. حال سوال این است که ساده ترین شکل حیات بر روی زمین چیست؟

single-cell prokaryotes: این سلولها نخستین شکل فرضی حیات بر روی زمین هستند. این سلولها دارای هسته ای فاقد جدار هستند و فقط به شکل پروتوبیونت protobionts هستند یعنی سلولی که فقط دارای یک جدار است و درون آن مقداری ملکول آلی وجود دارد.(این کلمات را به همین شکل به خاطر بسپرید زیرا ترجمه آنها ممکن است کلمه را نامفهوم سازد) (Zimmer, C (August 2009). "Origins. On the origin of eukaryotes". Science 325 (5941): 666–8). فسیل نخستین ذرات میکروبی مربوط به سه و نیم میلیارد سال پیش است یعنی حدود یک میلیارد سال پس از تولد زمین.( Wilde, SA; Valley, JW; Peck, WH; CM, Colin M. (January 2001). "Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago". Nature 409 (6817): 175–8.)

2.4 میلیارد سال پیش ، نسبت با ثبات ایزوتوپهای کربن، آهن و گوگرد نشان دهنده تاثیر چیزهای زنده بر رسوبها و مواد معدنی است و بیومارکرهای ملکولی نشان دهنده فتوسنتز است و اینها همگی نشان می دهد در این زمان حیات به طور وسیع وجود داشته است.

حال پس از این مقدمه به بررسی موجوداتی می پردازیم که مختصات چنین سلول فرضی را داشته باشند. آیا واقعا پروتوبیونت وجود داشته و یا اینکه این پدیده تا ابد به صورت یک پدیده فرضی باقی خواهد ماند؟

پروکاریوتها Prokaryotes

بسیاری از دانشمندان تکامل گرا، باکتریهای پروکاریوت را ریزترین و قدیمی ترین عناصر زنده در دنیای قدیم دانسته و چرخه تکامل موجودات زنده را از آنها شروع کرده اند.از جمله آقای داوکینز در نوشتارهای خود به این موضوع اشاره کرده است. او در کتاب خود تحت عنوان افسانه نیاکان The Ancestor’s Tale با نوشتن جمله a glowing golden portrait of our oldest ancestor, a single-celled prokaryote. ، صریحا پروکاریوتها را قدیمی ترین نیاکان بشر معرفی می کند.حال باید دید آیا این ادعا واقعا امکان پذیر است و چنین موجوداتی می توانند خود به خود از داخل سوپ بنیادین خارج شوند؟

این باکتریها دارای میتوکندری یا کلروپلاست نیستند، هسته سلول بدون غشاء است، دارای یک رشته DNA دو رشته ای حلقوی بدون هیستون هستند که در گوشه ای از سلول به نام شبه هسته(نوکلئوئید Necleoid)تجمع کرده است. این رشته DNA در تکثیر باکتری نقشی ندارد. برخی از آنها دارای دمی به نام فلاژل هستند که به وسیله آن حرکت می کنند و برخی دارای پیلی هایی PILI شبیه مو یا کرک هستند که بر روی جدار باکتری چسبیده و و به وسیله آن به باکتریهای دیگر می چسبند. به موههای کوتاهتر فیمبریه می گویند که چسبندگی باکتریها را تسهیل می کند. این باکتریها دارای ریبوزومهای متفاوت و ابتدایی تر از اوکاریوسیتها هستند. ریبوزومها، ساختارهایی مرکب از پروتئین و RNA هستند و نقش اصلی را در تولید پروتئینها بر عهده دارند. پروکاریوتها دارای یک جدار سلولی محکم از جنس پپتیدوگلیکان هستند(جنس Archaea فاقد پپتیدوگلیکان است)،دارای قدرت تقسیم میتوزی (جنسی) نبوده و اکثرا به صورت غیر جنسی تقسیم می شوند. برخی علاوه بر داشتن جدار ، دارای یک جدار بسیار محکمتر دیگر به نام کپسول هستند(که سبب افزایش مقاومت آن در برابر تغییرات محیطی از قبیل رطوبت و گرما می شود و از سوی دیگر اتصال باکتری را به سطوح و مواد غذایی تسهیل می کند). سیتوپلاسم ژله ای آن مرکب است از مقدار زیادی آب، آنزیمها، نمکها، اجزا سلولی(به شرحی که در بالا رفت) و ملکولهای آلی مختلف.

 

ژنوم یک پروکاریوت

وزن خشک یک پروکاریوت 2 × 10−13 g یا 200 fg است(Paul E A,Clark F E,(1989) Soil Microbiology and Biochemistry (Academic, New York) و ژنوم آن نیز مرکب از چند میلیون نوکلئوتید است(Central Dogma Review)

 

ژنوم پروکاریوتها

 

آغاز ترجمه در پروکاریوتها

مرحله نخست ترجمه

 

مرحله پایانی ترجمه

علی رغم اینکه گفته می شود پروکاریوسیتها نخستین اشکال حیاتی بر روی زمین بوده اند ولی وقتی این باکتریها را به دقت بررسی کرده و اجزای آن را مشخص می کنیم می بینیم که این باکتریها به قدری بزرگ و پیچیده هستند که غیر ممکن است در سوپ بنیادین یا هر محیط اولیه دیگری چنین موجودات عظیمی به صورت مستقیم ایجاد شوند. ما در اینجا برای نشان دادن پیچیدگی پروکاریوتها چند تصویر در باره ساختمان ژنتیکی و فرایند ترجمه در آنها را انتخاب و منتشر کردیم تا توجیه پیچیدگی آنها اسان شود. به عبارت دیگر پیچیدگی حیرت آور ساختار و عملکرد این باکتری و فاصله آن با آنچه در سوپ بنیادین به دست می آمد سبب می شود (در صورت اعتقاد کامل با نظریه تکامل) مستقیما به دنبال موجودات ساده تری برویم که خود نیاکان پروکاریوسیتها تلقی می شوند.

همانگونه که دیدید آنچه در سوپ بنیادین یا محیط های فرضی دیگر در شرایط آزمایشگاهی به دست آمد فقط تعدادی اسید آمینه بود و دانشمندان مختلف در چند دهه اخیر حتی با ایجاد محیطهای فرضی دیگر و تغییرات مداوم در شرایط آزمایش نتوانسته اند حتی یک پروتئین کوچک یا نوکلئوتید و یا رشته RNA را سنتز کنند چه برسد به DNA که از نظر شکل و پیچیدگی بسیار فراتر از RNA است. سنتز آنزیمهای پیچیده و کاملا اختصاصی، ایجاد ترکیب کاملا دقیق و متناسب از آب و املاح و دیواره پپتیدو گلیکانی بزرگ و کپسول این باکتری نیز به هیچ وجه در سوپ بنیادین امکان پذیر نبوده و نخواهد بود. این پیچیدگی عظیم و حیرت آور سبب می شود که خود به خود برای یافتن نخستین موجوداتی که امکان داشته در سوپ بنیادین به وجود بیایند به موجودات ریز تر از باکتریها یعنی ویروسها فکر کنیم. اگر نظریه تکامل خود بخود و انتخاب طبیعی درست باشد این موجودات کوچکتر باید قابلیت ایجاد در سوپ بنیادین و سپس تغییر به پروکاریوتها را داشته باشند.

بزرگترین ویروسها از کوچکترین باکتریها، نیز کوچکترند. این موجودات نیز دارای خانواده ها و گونه ها و جنسهای مختلفی بوده و در اندازه های مختلف در طبیعت وجود دارند. برای اینکه کار خیلی ساده شود بهتر است به ساختار یکی از ریزترین ویروسهایی که تاکنون شناخته شده یعنی ویروسهای خانواده پاروو ویریده توجه نمائیم.

Parvoviridae family

ویروسهای خانواده پاروو ویریده Parvoviridae family یکی از کوچکترین و به خاطر سادگی ساختار، یکی از مقاوم ترین ویروسهای شناخته شده در طبیعت هستند. این ویروسها می تواند سبب ایجاد بیماری در انسانها و البته دیگر موجودات شود. ژنوم این ویروسها مشتمل بر یک DNA تک رشته ای و کپسید بیست ضلعی icosahedral capsid است.این ویروس فاقد جدار است. طول ژنوم این ویروسها، 4 تا 6 هزار باز و قطر ویروس 18 تا 26 نانومتر است. در داخل این ویروسها، 60 کپی از پروتئینهای کت کننده وجود دارد.( لینک جهت مطالعه بیشتر در خصوص این ویروس).ویروسهای این خانواده علی رغم کوچکی باز هم در مقیاس ملکولی بسیار بزرگ و عظیم هستند و بخصوص جمع شدن تصادفی 4 تا 6 هزار باز در زنجیره ژنومی ، وجود ترکیب متنوعی از پروتیئنها و این کپسید بیست ضلعی به صورت تصادفی در کنار هم کاملا غیر ممکن است و لذا باز هم بهتر است به سراغ موجودات ساده تر برویم.

Picornaviridae

برخی از محققان اعتقاد دارند ویروس تب برفکی(یکی از مهمترین بیماریهای دامپزشکی) از خانواده Picornaviridae با 10 نانومتر قطر باز هم کوچکتر از ویروسهای پاروویریده هستند.همانگونه که گفته شد اعضای این خانواده باعث ایجاد برخی از مهمترین بیمارهای انسانی مثل سرماخوردگی ، فلج اطفال و ...می شوند. این ویروسها بدون پوشش، دارای یک رشته RNA به عنوان ژنوم و چهار پروتئین غشایی(VPI,VP2,VP3,VP4) است. این خانواده دارای 12 جنس و هر جنس دارای چندین تیپ است که ویروسهای هر جنس سبب ایجاد یکسری بیماریها می شوند. ژنوم این ویروسها بین 7.2 تا 9 کیلو باز طول دارد( یعنی 7 تا 9 هزار باز به صورت متوالی و با ترتیب معین کنار هم در یک صف قرار گرفته اند). کپسید این ویروسها دارای هشت پروتومر است که یک کپسید بیست ضلعی ایجاد کرده اند. هر پروتومر دارای 4 پروتئین غشایی است که در بالا نامبرده شد. ژنوم 2500 نانومتری این ویروس با واسطه یون سدیم به صورت کاملا متراکم در درون این ویروس مجتمع شده است.علی رغم کوچکی فوق العاده و سادگی ساختار آن نسبت به ویروسها و باکتریها که قبلا گفته شد، مختصات ژنوم این ویروس و نحوه اتصال، ورود و تکثیر این ویروس در داخل سلولهای هدف و همچنین شکل و شمایل و مختصات کپسید آن به قدری حیرت انگیز و پیچیده است که امکان اینکه تصور کنیم این ویروسها نخستین شکل حیات بوده اند و مواد حاصل در سوپ بنیادین توانسته باشند در اثر انتخاب طبیعی و تکرارهای متوالی چنین ویروسهایی را بسازند کاملا غیر ممکن به نظر برسد و لذا باز هم مجبوریم برای شناسایی نخستین موجود زنده جستجوی بیشتری بنمائیم.

شبه ویروسها Viroids

ویروئیدها رشته ای از RNA هستنند که فاقد پوشش یا کپسید می باشند. این خصوصیات (فاقد کپسید بودن) ژنوم RNA ، بدون پوشش بودن و ... بیشتر مشکلات و پیچیدگی های ساختاری و ساختمانی و عملکردی موجودات قبلی که مانع از پذیرش و قبول انها به عنوان نیاکان اولیه ما می شد را تا حدی رفع کرده و ما را بالاخره به مشاهده اجداد خود امیدوار سازد!!. با اینحال بهتر است هیجان زده نشده و بقیه مشخصات این موجودات را بررسی کنیم. ویروئیدها از بیماری زاهای مهم در گیاهان و البته انسان به شمار می روند.ژنوم ویروئیدها، از نوع RNA تک رشته ای ، حلقوی و بدون پروتئین کت coat proetein که مشخصه ویروسها است می باشد(The biology of viroid-host interactions,Ding B.,Annu Rev Phytopathol. 2009;47:105-31.) طول رشته این ژنوم فقط چند صد باز است که در مقایسه با کوتاهترین ژنوم ویروسی شناخته شده بسیار کوتاهتر است.این موجودات فقط دارای 10 هزار اتم هستند!!(Wolfram, Stephen. "A New Kind of Science". A New Kind of Science. Wolfram Science. Retrieved 22 January 2012.). RNA 246-401 nt ویروئیدها هیچ پروتئینی را نمی سازند .علی رغم تمامی این اوصاف مثبت وامیدوار کننده این ویروسها برای تکثیر نیاز به RNA پلی مراز دارند که به صورت امانی آن را از سلولها قرض می گیرند!!! . این خاصیت بهره گیری از ماشین تکثیر سلولی سلوهای میزبان (host transcriptional machinery ) سبب شده تا ویروئیدها بتوانند به راحتی و علی رغم داشتن ساده ترین شکل حیاتی شناخته شده به صورت یک بیماری مهم برای صنعت کشاورزی تبدیل شوند ولی در عین حال برای پذیرش آنها به عنوان نیاکان خود دچار تردید شویم. برخی از شبه ویروسها، ریبوزیم و بدین ترتیب دارای خواص کاتالیستی هستند که اجازه تقسیم خود بخود را به آنها می دهد. تاکنون 33 نوع ویروئید شناسایی شده که مشهورترین آن Potato spindle tuber viroid است که نخستین بار توسط کاشف آن آقای Theodor Otto Diener در سال 1971 در بیماری مبتلا کننده گیاه سیب زمینی شناسایی شد. RNA ویروئیدها، بیش از هر ژنوم شناخته شده دیگری در طبیعت دچار موتاسیون می شود (Viroids: self-replicating, mobile, and fast-evolving noncoding regulatory RNAs,Ding B.,Wiley Interdiscip Rev RNA. 2010 Nov-Dec;1(3):362-75). تنها بیماری شناخته شده ویروئیدی در انسان هپاتیت D است.(لینک مطلب برای مطالعه بیشتر در باره هپاتیت D)

اینکه ویروئیدها چگونه بدون آنکه پروتئینی بسازند سبب بیماری در گیاهان می شوند هنوز مورد بررسی قرار دارد. گفته می شود که احتمالا آنها از طریق ساکت سازی RNA(RNA silencing) چنین کاری را انجام می دهند. (Wang MB, Bian XY, Wu LM, et al. (2004). "On the role of RNA silencing in the pathogenicity and evolution of viroids and viral satellites". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101 (9): 3275–80). هم اکنون تحقیقات وسیعی در خصوص بیولوژی و فعالیت و نحوه بیماریزایی این موجودات ریز و حیرت انگیز در جریان است و همه روزه نتایج جالبی به صورت مقالات مختلف در مراجع معتبر جهانی منتشر می شود(به چند فقره از این مقالات در همین نوشتار اشاره شده است).آقای Flores R. عقیده دارد که شکل بسیار ساده این موجودات و وجود ریبوزیمها در آن این احتمال را مطرح می کند که آنها نخستین اشکال حیاتی بر روی زمین بوده اند(A naked plant-specific RNA ten-fold smaller than the smallest known viral RNA: the viroid,Flores R.,C R Acad Sci III. 2001 Oct;324(10):943-52.( . وقوع موتاسیونهای زیاد نیز می تواند این احتمال را تقویت کند . در پاسخ می توانیم بگوئیم بقای این موجودات فقط به خاطر اتکای کامل به ماشین تکثیر و آنزیمهای میزبانان امکان پذیر است و بدون وجود سلولهای مناسب به عنوان میزبان امکان بقای آنها ممکن نیست. به علاوه ساختار این موجودات و مکانیسمهای حیاتی آن علی رغم اینکه در ساده ترین شکل شناخته شده قرار دارد هنوز به قدری پیچیده و حیرت انگیز است که امکان ندارد چنین موجوداتی به صورت پرشی و آنی در سوپ بنیادین پدید آیند.اشکالی که در این قسمت در خصوص ساختار ژنومی، نحوه تکثیر و محتویات شناخته شده این موجودات نشان داده شده تا حد زیادی به پیچیدگی قابل توجه انها در مقایسه با محصولات سوپ بنیادین اشاره می کند. بر فرض هم که چنین اتفاقی رخ دهد به علت عدم وجود میزبانان لازم ، تداوم بقای آنها در طبیعت امکان پذیر نیست پس نمی توانیم آنها را به عنوان نخستین موجودات زنده بر روی زمین بپذیریم.

نتیجه گیری: پدیده فرگشت در دومین پرده یعنی معرفی نیاکان اولیه نیز با شکست روبرو شده است. ما دیدیم که غیر ممکن بوده که هر یک از موجودات زنده ای که از آنها به عنوان نخستین اجداد ما یاد می شود از سوپ بنیادین بیرون بیایند. حتی اگر همه فرضیات را قبول کنیم و بپذیریم که همه محصولات آنها در طمان واحد در مقادیر زیاد به دست آمده باشد باز هم فاصله چشمگیری بین این محصولات و ابتدایی ترین موجود زنده شناخته شده یعنی شبه ویروسها وجود دارد. به علاوه شبه ویروسها خود دارای یک نقص بسیار بزرگ هستند و آن این است که آنها کاملا متکی به سلولهای میزبان هستند و از فقط طریق روشی شبیه انگل اجباری می توانند تکثیر کنند و بدون وجود سلولهای تکامل یافته گیاهی یا جانوری امکان تکثیر ندارند . دیگر خانواده های میروسی و از آن بالاتر پروکاریوتها نیز چنان پیچیده و حیرت انگیز هستند که امکان به وجود آمدن آنها در سوپ بنیادین نه بعید بلکه صد در صد غیر ممکن است. ما در مقاله بعد این نظریه را از بعدی دیگر مورد بررسی قرار خواهیم داد. به امید خدا



تاريخ : ۱۳٩۱/٥/٢٧ | ٥:٥٩ ‎ب.ظ | نویسنده : دکتر سید محمود میرافضلی سریزدی | نظرات ()
.: Weblog Themes By VatanSkin :.