بهار نیوز - میکروب‌های باستانی، سرنخ‌هایی برای یافتن اشکال حیات بیگانه

میکروب‌های باستانی، سرنخ‌هایی برای یافتن اشکال حیات بیگانه

گروه علمی: دانشمندان با استفاده از پروتئین‌های جذب کننده نور در میکروب‌های زنده، شیوه زندگی را برای برخی از اولین موجودات کره زمین بازسازی کردند. این تلاش‌ها می‌تواند به ما کمک کند تا نشانه‌هایی از حیات بیگانه را در سیارات دیگر بشناسیم. سیاراتی که اتمسفر آن‌ها ممکن است بیشتر شبیه سال‌های اولیه شکل گیری سیاره‌ها ما باشد. اولین موجودات زنده روی زمین، که شامل باکتری‌ها و ارگانیسم‌های تک سلولی به نام آرکئا بودند، در سیاره‌ای عمدتاً اقیانوسی و بدون لایه اوزون که از آن‌ها در برابر تابش خورشید محافظت کند، زندگی می‌کردند. این میکروب‌ها رودوپسین‌ها را که پروتئین‌هایی با توانایی تبدیل نور خورشید به انرژی هستند را به تکامل رساندند و از آن‌ها برای تقویت فرآیند‌های سلولی استفاده کردند.

ادوارد شویترمن، اخترزیست‌شناس دانشگاه کالیفرنیا و یکی از نویسندگان مطالعه‌ای که این تحقیق را شرح می‌دهد می‌گوید: در مراحل اولیه زمین، انرژی ممکن است بسیار کمیاب بوده باشد. به همین دلیل باکتری‌ها و آرکئا، چگونگی استفاده از انرژی فراوان خورشید را بدون مولکول‌های زیستی پیچیده مورد نیاز برای فتوسنتز کشف کردند.

رودوپسین‌ها به مخروط‌هایی در شبکه چشم انسان مربوط می‌شوند که ما را قادر می‌سازند فرق بین روشن و تاریک تشخیص داده و رنگ‌ها را ببینیم. آن‌ها همچنین به طور گسترده در میان موجودات و محیط‌های مدرن مانند حوضچه‌های نمکی که رنگین کمانی از رنگ‌های زنده را ارائه می‌دهند، وجود دارند.

گروهی از دانشمندان با استفاده از نوعی هوش مصنوعی به نام یادگیری ماشینی، توالی‌های پروتئین رودوپسین را از سراسر جهان تجزیه و تحلیل کردند و چگونگی تکامل آن‌ها را در طول زمان دنبال کردند. سپس آن‌ها نوعی خانوادگی باکتریایی را ایجاد کردند که به آن‌ها اجازه می‌داد رودوپسین‌ها را از ۲.۵ تا ۴ میلیارد سال پیش بازسازی کنند، و شرایطی را که احتمالاً با آن مواجه بودند را شبیه سازی کنند.

Betul Kacar اختر زیست شناس و پژوهشگر دانشگاه ویسکانسین مدیسن می‌گوید: «زندگی آنگونه که ما می‌شناسیم به همان اندازه که بیانگر شرایط سیاره ماست، به همان اندازه بیانگر وضعیت حیات در سیاره ما نیز هست. ما توالی‌های DNA باستانی یک مولکول را احیا کردیم و این آزمایش به ما این امکان را داد که با زیست‌شناسی و محیط گذشته ارتباط برقرار کنیم.»این کار مثل گرفتن DNA افراد برای تولید دوباره DNA اجداد آنهاست؛ که البته در این روش اطلاعاتی از میلیارد‌ها سال پیش در جهان به دست می‌آید.

رودوپسین‌های مدرن، نور آبی، سبز، زرد و نارنجی را جذب می‌کنند و به دلیل نور‌هایی که جذب نمی‌کنند می‌توانند به رنگ‌های صورتی، بنفش یا قرمز به نظر برسند. با این حال، طبق بازسازی‌های محققان، رودوپسین‌های باستانی طوری تنظیم شدند که عمدتاً نور آبی و سبز را جذب کنند.از آنجایی که زمین در مراحل ابتدایی شکلگیری خود هنوز از لایه اوزون برخوردار نبوده است، تیم تحقیقاتی این نظریه را مطرح می‌کند که میکروب‌ها با میلیارد‌ها سال قدمت، در چندین متر عمق ستون آبی زندگی می‌کردند تا از خود در برابر تشعشعات شدید UVB در سطح آب محافظت کنند. نور آبی و سبز به بهترین وجه در آب نفوذ می‌کند، بنابراین احتمالاً اولین رودوپسین‌ها عمدتاً این رنگ‌ها را جذب می‌کردند.

پس از رویداد بزرگ اکسیداسیون که بیش از ۲ میلیارد سال پیش رخ داد، جو زمین شروع به افزایش میزان اکسیژن کرد. با اکسیژن و ازن اضافی در جو، رودوپسین‌ها تکامل یافتند تا رنگ‌های اضافی نور را جذب کنند.رودوپسین‌ها امروزه قادر به جذب رنگ‌هایی از نور هستند که رنگدانه‌های کلروفیل در گیاهان در جذب آن‌ها ناتوان هستند. اگرچه این دو مکانیزم‌های کاملاً نامرتبط و مستقلی از جذب نور را نشان می‌دهند، اما در کنار یکدیگر قسمت‌های مکمل از طیف نور را جذب می‌کنند.

این نشان‌دهنده تکامل مشترک است. گروهی از موجودات نوری که توسط گروه دیگر جذب نمی‌شود را بهره‌برداری می‌کند. محققان معتقدند که رودوپسین گزینه‌هایی مناسب برای مطالعات آزمایشگاهی و مطالعه‌های گذشته است.از آنجایی که سایر نشانه‌های حیات از گذشته زمین‌شناسی، نیاز به حفظ فیزیکی دارند و تنها برخی از مولکول‌ها قابل نگهداری طولانی‌مدت این نشانه‌ها هستند، جنبه‌های زیادی از تاریخ حیات وجود دارد که تاکنون برای محققان در دسترس نبوده است. تیم محققان امیدوار است با استفاده از تجربه‌ای که در مورد رفتار ارگانیسم‌های اولیه در سیاره زمین آموخته است، به جستجوی نشانه‌های حیات در سیارات دیگر بپردازد.

مراحل ابتدایی زمین ما در مقایسه با دنیایی که امروزه در آن زندگی می‌کنیم، یک محیط بیگانه محسوب می‌شود. درک اینکه چگونه موجودات زنده در سیاره ما با گذشت زمان و در محیط‌های مختلف تغییر کرده‌اند، به ما چیز‌های مهمی در مورد چگونگی جستجو و شناخت حیات در سیاره‌های دیگر می‌آموزد.