خانه / مقالات / اخترزیست / زمین اولیه و خاستگاه حیات (۲) پیدایش نخستین سلول ها و تنوع سلولی

زمین اولیه و خاستگاه حیات (۲) پیدایش نخستین سلول ها و تنوع سلولی

زمین اولیه و خاستگاه حیات (۲)

پیدایش نخستین سلول ها و تنوع سلولی

قبلا راجع به حیات در واقع در چه نوع مکانی از زمین آغاز شد صحبت کردیم ؟ در این رابطه مفصل صحبت شد . اکنون در این قسمت میخواهیم راجع به نخستین پلیمر ها ممکن است روی خاک رس یا صخره های داغ تشکیل شده باشند و چیزهای دیگر ماده را بررسی کنیم .

بعد از آن که مولکول های آلی کوچک روی زمین پیش حیاتی به وجود آمدند. مرحله ی بعدی شیمیایی اصلی پیش از پیدایش حیات ، پلیمریزه شدن یعنی تشکیل پلیمرهای آلی مثل اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها از مونومرهایشان می باشد . پلیمرهای حیاتی از طریق واکنش های آبدهی سنتز میشوند که در این نوع از واکنش ها به ازای هر مونومر که به زنجیره اضافه میشود یک مولکول آب آزاد میشود . پلیمریزه شدن در شرایط آزمایشگاهی بدون آنزیم نیز صورت میگیرد . به طور مثال وقتی که محلول های رقیق مونومر های آلی روی شن ، خاک رس یا صخره داغ چکیده می شوند ، گرما ، آب موجود در محلول را تبخیر و مونومر های روی سطح را تغلیظ میکند ، بعد برخی از مونومر ها به طور خودبه خود ، در زنجیره هایی با یکدیگر پیوند برقرار میکنند و پلیمرها را میسازند . با استفاده از این روش یک بیوشیمی دانی به نام سیدنی فاکس در دانشگاه میامی موفق شد پلی پپتید را بسازد . در این زمینه او با روشی مشابه قطرات باران یا امواج ممکن است محلول های رقیق مونومرهای آلی را روی گدازه های تازه یا سایر صخره هایی داغ پاشیده باشند و سپس پلی پپتید ها و سایر پلیمرها به دریا برگشته اند .سطحهای رسی ممکن است به خصوص به عنوان مکان های اولیه پلیمریزه شدن ، اهمیت داشته باشند . حتی رس خنک ، آمینواسیدها و سایر مونومرهای آلی موجود در محلول رقیق را تغلیظ می کند . این دلیل است که مونومر ها با جایگاه های دارای بار الکتریکی روی ذرات رس پیوند برقرار میکنند. خاک رس دارای اتم های فلزی مثل آهن و روی نیز هست که میتواند به عنوان کاتالیزگر عمل کند .

نخستین ماده ی ژنتیکی و نخستین آنزیم ها ممکن است از جنس RNA بوده باشند .

میدانیم که برای پیدایش شکل ابتدایی حیات را تشکیل پلیمر ها روی زمین پایه گذاری کردند ؟ اما کدامیک از پلیمرها پیش ترین اهمیت را داشتند ؟

دانشمند بزرگ استانلی میلر کلیدی را در اختیار ما قرار میدهد . تفاوت مهم بین مواد زنده و غیر زنده همانند سازی است . تفاوت های دیگری هم وجود دارد اما این مورد یکی از تفاوت های ضروری است . پیام میلر این بود که اسیدهای نوکلئیک که تنها پلیمر های زیستی هستند میتوانند همانندسازی کنند و اطلاعات ژنتیکی را ذخیره کنند ، پلیمرهای ضروری بودند . ولی سلول های امروزی اطلاعات ژنتیکی خود را DNA ذخیره میکنند این اطلاعات طی رونویسی به RNA منتقل می شوند و بعد پیام های RNA به آنزیم های خاص و سایر پروتئین ها ترجمه میگردد . حال این سوال پیش می آید که ژن های اولیه چه شکلی بودند ؟ یکی از فرضیه های مشهور آن است که نخستین ژن ها رشته های کوتاهی از RNA بودند که احتمالا روی سطوح رسی بدون کمک پروتئین ها خود را همانندسازی می کردند و تجربیات آزمایشگاهی هم این را تایید کرده است . مولکول های RNA کوتاه می توانند بدون وجود سلول ها یا آنزیم ها از مونومر های نوکلئوئیدی خود به خود به وجود آیند به علاوه هنگامی که RNA به محلولی که دارای منبعی از مونومر های RNA است ، اضافه شود . گاهی مولکول های RNA جدید که مکمل بخش هایی از RNA آغازگر هستند تولید میشوند . بنابراین تصور میکنیم که مونومر های RNA یعنی نوکلئوئید ها خود به خود به هم متصل میشوند تا نخستین ژن های کوچک را بوجود آورند بعد یک زنجیره RNA ، که مکمل یکی از ژن ها می باشد ساخته شده است . اگر این زنجیره جدید به عنوان الگویی برای دور  دیگری از ساخته شدن RNA عمل کند نتیجه آن رونشتی از ژن اولیه است و این امکان به وجود می آید که مولکول های از RNA که به عنوان کاتالیزگر عمل می کنند به این فرآین. همانندسازی RNA کمک کرده باشند . بعضی از پژوهشگران یافته اند که بعضی از RNA ها که آن ها را ریبوزیم ها می نامند میتوانند به عنوان آنزیم عمل کنند . مجموعه های مولکولی محصور در غشا احتمالا از نخستین سلول های واقعی به وجود آمده اند . اگر مولکول های RNA خود همانندساز همانطور که توضیح دادیم به وجود آمده باشند . این مولکول ها هنوز هم از یک سلول زنده بسیار دور هستند . میدانیم که حیات به تعداد زیادی مولکول های آلی پیچیده نیاز دارد و مولکول ها باید با یکدیگر همکاری و میانکنش داشته باشند . و همچنین حیات به دستگاه پیچیده متابولیسمی که از همکاری بسیاری از مولکول های پیچیده ی آلی ناشی میشود ، وابسته است . ممکن است تعدادی از همکاری های مولکولی قبل از پیدایش حیات ایجاد شده باشد . ابتدایی شکل همکاری مولکولی است شکل ابتدایی از ترجمه ی ژن های ساده RNA به پلی پپتید ها را شامل شده باشد . ما فرض میکنیم همکاری بین RNA و پلی پپتید ها در زمین پیش زیستی معمول شد .

ممکن است دنیایی را تصور کنم که مشارکت های مولکولی اغلب در محیط های آبی بخصوص در گودال های آبی کوچک و لایه های نازک آب در سطح خاک رس ، شکل گرفته باشد . این جایگاه ها ممکن است محل ایجاد تعداد زیادی از مولکول های آلی از قبیل RNA پلی پپتید ها و سایر مولکول ها باشد .

آزمایش های زیادی انجام شده و این آزمایش ها نشان میدهند که در یک محیط آبی پلی پپتید ها می توانند به طور خود به خود به شکل کره های میکروسکوپی پرازمایع درآیند . اما این کره ها زنده نیستند . ولی برخی از خصوصیات سلول های زنده را نشان میدهند. آن ها دارای سطحی شبه غشا با نفوذپذیری انتخابی هستند و با جذب مولکول های پلی پپتیدی از اطراف خود می توانند رشد کنند و وقتی به اندازه ی معینی می رسند، تقسیم می شوند . برخی از انواع مولکول های لیپیدی، مثل فسفولیپیدها، می توانند کره هایی با خصوصیات مشابه را به وجود آورند در زمین اولیه کره هایی با غشاهای محصور کننده از هر یک از دو نوع ممکن است به وجود آمده باشد . پس ممکن است برخی از آن ها غشایی داشته اند که از هر دو نوع مولکول ساخته شده که تا حدودی شبیه غشای پلاسمایی یک سلول حقیقی بوده است . پس ما به آسانی می توانیم تصور کنیم که بعضی از این شبه سلول ها روی زمین اولیه ممکن است حاوی تعدادی از این مجموعه های همکار،RNA ، پلی پپتید شده باشد محصور شدن چنین مجموعه ی همکاری به وسیله ی یک غشا رویداد مهمی در تکامل نخستین سلول ها بوده است . وقتی یک مجموعه ی همکاری محصور شده از سایر مجموعه های همکار اطراف آن جدا شد. به تنهایی از فراورده های مولکولی خودش استفاده می کرده است به نظر داروین ، این مجموعه های مولکولی همکار محصور شده توانسته اند تکامل را آغاز کنند . تا اینجا به این نتیجه رسیدیم که به موجب تجمع مواد شیمیایی آلی در محلی از زمین پیش زیستی ، ممکن است منجر به همکاری مولکول های محصور در غشا شده باشد . اما احتمالا میلیون ها سال طول کشد تا نخستین سلول های زنده روی زمین پدیدار شدند . در این مدت طولانی در مجموعه های مولکولی همکار ، تغییراتی به وجود آمد که حاصل آن به وجود آمدن ماشین های متابولیسمی حاوی DNA بود که آنها را قادر ساخت تا به طور موثر از انواعی از مواد خام محیط استفاده کنند .

 

 

پروکاریوت ها

پروکاریوت ها میلیاردها سال ساکن زمین بوده اند . فسیل هایی که ثبت شده اند نشان می دهد که ۳,۵ میلیارد سال قبل پروکاریوت ها فراوان بودند . تا حدود دو میلیارد سال بعد نیز آن ها به تنهایی در روی زمین تکامل یافتند امروز هر جا حیات هست پروکاریوت ها نیز پیدا می شوند . و تعداد آنها از مجموع همه ی یوکاریوت ها بیشتر است . پروکاریوت ها در مکان هایی که برای هر یوکاریوتی بسیار سرد، بسیار داغ، بسیار شور، بسیار اسیدی یا بسیار قلیایی می باشد ، به خوبی رشد می کنند. اغلب سلول های پروکاریوتی قطری در حدود ۱ تا ۱۰ میکرومتر دارند که بسیار کوچک تر از اغلب سلول های یوکاریوتی است . با اینکه اندازه ی کوچکی دارند پروکاریوت ها تاثیر بسیار زیادی بر دنیای ما دارند . ما بیشترین مطالب را درباره ی گونه های متعددی که باعث بیماری می شوند را می شنویم. در قرن چهاردهم مرگ سیاه یا طاعون خیارکی که نوعی بیماری باکتریایی است در سراسر اروپا شیوع پیدا کرد و تعداد زیادی از انسان ها را از بین برد . سل، وبا، بسیاری از بیماری های آمیزشی و بعضی از انواع مسمویت های غذایی از دیگر مشکلاتی است که به وسیله ی باکتری ها ایجاد می شوند . بیشتر باکتری ها بی خطر و یا حتی مفید هم هستند در روده های ما باکتری هایی داریم که برای ما ویتامین های مهم را فراهم می کنند. در دهان ما باکتریهای دیگری زندگی می کنند که از رشد قارچهای زیان آور جلوگیری می کنند . پروکاریوت هایی که جانداران مرده را تجزیه می کنند، برای همه ی موجودات زنده روی زمین ضروری هستند. این باکتری ها و آرکی باکتری هایی که در خاک، ته دریاچه، رودخانه ها و اقیانوس ها پیدا می شوند عناصر شیمیایی ضروری را به شکل ترکیبات غیر آلی ( معدنی ) به محیط برمی گردانند . به نوعی جانوران از آن دوباره تغذیه می کنند اگر تجزیه کنندگان پروکاریوتی از بین می رفتند . چرخه های مواد شیمیایی که حیات را حفظ می کنند متوقف و همه ی اشکال حیات یوکاریوتی نیز هلاک می شدن.

باکتری ها و آرکی باکتری ها دو گروه اصلی تکامل پروکاریوتی هستند .

سازمان دهی سلول پروکاریوت ها ، اساسا با یوکاریوت ها تفاوت دارند. در حالی که سلول های یوکاریوتی دارای هسته ی محصور در غشا و تعداد زیادی اندامک های محصور در غشا هستند، پروکاریوتی فاقد این جنبه های ساختاری می باشند. امروزه دو نوع باکتری که با هم تفاوت بسیاری دارند در زمین وجود دارند به نامهای  پروکاریوت ها که در قلمرو باکتری ها و دیگری آرکی باکتری ها هستند .

بیشتر زیست شناسان بر این عقیده هستند که این پروکاریوت ها و باکتری ها در زمان های خیلی قدیم، از یکدیگر جدا شده اند. اساسی ترین تفاوت بین موجودات این دو حوزه در اسیدهای نوکلئیک آنها می باشد . پژوهشگران اول روی یک نوع از RNA ریبوزومی rRNA یعنی نوعی که در تمام پروکاریوت ها و یوکاریوت ها یافت می شد، تمرکز کردند وبا مقایسه ی توالی نوکلئوتیدی، آن ها به کشفیات جالبی دست یافتند .

بعد از این مرحله پژوهشگران روی DNA متمرکز شدند و ژنوم های آرکی باکتری ها و باکتری ها را به طور کامل توالی یابی کرده اند وقتی این توالی ها با یکدیگر و با ژنوم های یوکاریوت هایی مثل مخمر مقایسه شدند . این توالی های ژنومی به شدت نظر سه قلمروای موجودات زنده را تایید کرد تعدادی از ژن های آرکی باکتری ها شبیه ژن های باکتریایی و تعدادی دیگر شبیه ژن های یوکاریوتی هستند. ولی به نظر می رسد تعدادی از ژن ها منحصر به آرکی باکتری ها باشند. تفاوت های دیگر بین باکتری ها و آرکی باکتری ها در غشاها و دیواره های سلولی آن ها دیده می شود معمولا همه ی پروکاریوت ها یک دیواره ی سلولی در خارج از غشای پلاسمایی خود دارد مانند گیاهان که این دیواره شکل سلول را حفظ می کند و موجب محافظت فیزیکی می شود. دیواره های سلولی باکتری ها شامل یک ماده ی منحصر به فرد به نام پپتیدوگلیکان است . که پلیمری از قندهاست که توسط پلی پپتیدهای کوتاه عرضی به هم متصل می شوند. هیچ یک از آرکی باکتری ها پپتیدوگلیکان واقعی ندارند پس توجه داشته باشید که آرکی باکتری ها بیشتر شبیه یوکاریوت ها هستند تا باکتری ها و این ممکن است به این معنی باشد که آرکی باکتری ها ارتباط نزدیک تری با یوکاریوت ها دارند تا باکتری ها مسئله ی که ما را بیشتر از هر چیز دیگری به خود جلب می کند درک این مطلب است که دو نوع متفاوت از جانداران پروکاریوتی وجود دارند

پروکاریوت ها شکل های گوناگونی دارند .

مرحله ی بسیار مهم در شناسایی پروکاریوت ها تشخیص شکل سلولی از طریق آزمایش میکروسکوپی می باشد . چند مورد از معمولی ترین شکل سلول را برایتان نام میبرم.

کوکوس ها

سلول های پروکاریوتی کروی کوکوس ها نامیده می شوند . اگر کوکوس ها به صورت خوشه ای باشند استافیلوکوکوس ها نامیده میشوند. به معنی خوشه ای انگور

سایر کوکوس ها به صورت زنجیره اند به آنها استرپتوکوکوس ها گفته می شود . این به معنی پیچ خورده است نوعی استرپتوکوکوس باعث گلودرد در انسان می شود.

باسیل ها

نوعی دیگر پروکاریوت ها میله ای هستند که باسیل ها نامیده میشوند بیشتر باسیل ها منفرد هستند . اما سلول های برخی گونه ها جفت هستند دیپلوباسیل و برخی ها به صورت زنجیره می باشند .

ویبریو و اسپریل

برخی از باکتری های سلول پروکاریوتی خمیده شبیه ویرگول هستند و ویبریو نامیده میشوند . پروکاریوت های مارپیچی که به نسبت کوتاه و سخت هستند اسپریل نامیده میشوند. آن هایی که سلول های بلندتر با انعطاف پذیری بیشتری دارند به اسپیروکت نام دارند .

پروکاریوت ها به روش های گوناگونی تغذیه می کنند . وقتی که زیست شناسان جانداران را می خواهند طبقه بندی کنند . اغلب روش تغذیه را به کار می برند . تا بتوانند توضیح دهند که چگونه یک جاندار دو منبع اصلی یعنی کربن و انرژی را بدست می آورند . پروکاریوت ها به عنوان یک گروه در مقایسه با یوکاریوت ها از گوناگونی تغذیه ای بسیار بیشتری برخورد دارند . بسیاری از پروکاریوت ها اتوتروف خود غذاساز هستند یعنی ترکیبات آلی را از منابع غیر آلی میسازند . آنها انرژی خود را از نور خورشید یا از مواد شیمیایی غیر آلی مثل سولفید ،  هیدروژن ، گوگرد به صورت عنصر یا ترکیبات دارای آهن کسب می کنند . جانداران اتوتروفی که انرژی را به جای نور خورشید از مواد شیمیایی غیر آلی بدست می آورند . شیمیواتوتروف نامیده میشوند . بیشتر پروکاریوت ها هتروتروف هستند به آن معنی است که اتم های کربن خود را از ترکیبات آلی کسب می کنند . تعدادی از هتروتروف ها به نام فتوهتروتروف می توانند از نور خورشید انرژی کسب کنند پس بزرگترین گروه پروکاریوت ها از این نظر انرژی و کربن را از مولکول های آلی بدست می آورند از نظر تغذیه ای مشابه جانوران هستند .

این باکتری ها که شیمیوهتروتروف نامیده میشوند آنقدر متنوع هستند که تقریبا هر مولکول آلی میتواند به عنوان غذا برای تعدادی از گونه ها عمل کند بسیاری از گونه ها از قبیل اشرشیاکلای که در روده انسان زندگی می کند روی انواعی از غذاهای آلی به خوبی رشد می کنند .

وقتی که مواد غذایی در دسترس هستند و سایر پروکاریوت ها به صورت نمایی تکثیر می کنند یعنی یک سلول تقسیم می شود و دو سلول را به وجود می آورد و دو سلول ، چهار سلول ، چهار سلول هشت سلول و غیره … پس با دوره های تقسیم به کوتاهی چند ساعت یا کمتر پروکاریوت ها پتانسیل زیادی برای رشد دارند .

شیمیوهتروتروف ها پروکاریوت های غالب امروزی هستند و احتمالا از زمان طلوع حیات بوده اند .

 

گرآورنده:نیلوفر ترکزاده، دانشجوی کارشناسی ارشد بیوشیمی

منابع :

جلد دوم بیولوژی کمپبل بازبینی نهایی از دکتر سامان حسینخانی و دکتر خسرو خواجه

Life Space Book

همچنین ببینید

تور رصدی تفریحی بارش شهابی به همراه آموزش عکاسی شب

 ‌ ☄️بارش شهابی یکی از پدیده های معروف آسمان است که همواره مورد توجه عموم …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *