מחקר חדש שהובל על ידי חוקרים במכון למדעי חיי האדמה (ELSI) במכון למדע טוקיו חשף תפקיד מפתיע לסידן בעיצוב המבנים המולקולריים המוקדמים ביותר של החיים. הממצאים שלהם מראים כי יוני סידן יכולים להשפיע באופן סלקטיבי כיצד נוצרים פולימרים פרימיטיביים, ושופכים אור על תעלומה ארוכת שנים: כיצד מולקולות החיים באו להעדיף "מסירות" יחידה (Chirality).
כמו ידינו השמאלית והימנית, מולקולות רבות קיימות בשתי צורות תמונת מראה. עם זאת לחיים על כדור הארץ יש העדפה בולטת: הסוכרים של DNA הם ביד ימין, ואילו חלבונים בנויים מחומצות אמינו שמאליות. תופעה זו, הנקראת הומוכירליות, חיונית לכל החיים כפי שאנו מכירים זאת-אך כיצד הוא התגלה לראשונה נותר חידה מרכזית במקורות מחקרי החיים.
הצוות חקר חומצה טרטרית (TA), מולקולה פשוטה עם שני מרכזי כיראל, כדי לחקור כיצד סביבת כדור הארץ המוקדמת עשויה להשפיע על היווצרות פולימרים הומוכירליים. הם גילו כי סידן משנה באופן דרמטי כיצד מולקולות TA מתחברות זו לזו. ללא סידן, TA טהור או ימני טהור ממצים בקלות לפוליסטרים, אך תערובות המכילות כמויות שוות של שתי הצורות אינן מצליחות ליצור פולימרים בקלות. עם זאת, בנוכחות סידן, תבנית זו הופכת את הסידוריום מאט את הפילמור של TA טהור תוך מאפשרת פתרונות מעורבים לפולימריז.
"זה מצביע על כך שזמינות הסידן הייתה יכולה ליצור סביבות בכדור הארץ המוקדם בהן היו מועדפים או נטלו פולימרים הומוכירליים", אומר חן צ'ן, חוקר מיוחד של פוסט-דוקטורט במרכז ריקן למדעי משאבים בר-קיימא (CSRS), שהנהיג את המחקר. החוקרים מציעים כי סידן יניע השפעה זו באמצעות שני מנגנונים: ראשית, על ידי כריכה עם TA ליצירת גבישים סידן טרטרט, המסלקים באופן סלקטיבי כמויות שוות של מולקולות שמאל וימין מהתמיסה; ושנית, על ידי שינוי כימיה הפולימריזציה של מולקולות ה- TA הנותרות. תהליך זה יכול היה להגביר חוסר איזון קטן בכיריות, ובסופו של דבר להוביל למסירות האחידות שנראו בביומולקולות מודרניות.
מה שהופך את המחקר הזה למסקרן במיוחד הוא ההצעה שלו לפיה פולימרים של פוליאסטר-פסולים שנוצרו ממולקולות כמו חומצה טרטרית-היו יכולים להיות בין המולקולות ההומוכיראליות הקדומות ביותר בחיים, עוד לפני RNA, DNA או חלבונים. "מקור החיים נדון לעתים קרובות במונחים של ביו-מולקולות כמו חומצות גרעין וחומצות אמינו", מסביר הפרופסור השותף של אלסי, טוני ז. ג'יה, שהוביל את המחקר. "עם זאת, עבודתנו מציגה נקודת מבט אלטרנטיבית: ש"לא-ביומולקולות" כמו פוליאסטר אולי מילאו תפקיד קריטי בצעדים המוקדמים ביותר לקראת החיים. "
הממצאים מדגישים גם כיצד סביבות שונות בכדור הארץ המוקדמות היו יכולות להשפיע על אילו סוגים של פולימרים שנוצרו. הגדרות עניות סידן, כמו כמה אגמים או בריכות, עשויות לקידום פולימרים הומוכירליים, בעוד שסביבות עשירות בסידן עשויות להעדיף פולימרים כלליים מעורבים.
מעבר לכימיה, מחקר זה מגשר על מספר תחומים מדעיים-ביופיזיקה, גיאולוגיה ומדע חומרים כדי לחקור כיצד מולקולות פשוטות אינטראקציה בסביבות פרביוטיות דינאמיות. המחקר הוא גם תוצאה של שנים של שיתוף פעולה בין תחומי, ומפגיש חוקרים משבע מדינות ברחבי אסיה, אירופה, אוסטרליה וצפון אמריקה.
התמודדנו עם אתגרים משמעותיים בשילוב כל הניתוחים הכימיים, הביופיזיים והפיזיים המורכבים באופן ברור והגיוני. אבל בזכות העבודה הקשה והמסירות של הצוות שלנו, חשפנו חתיכה חדשה ומשכנעת של מקורות חידה החיים. "
Ruiqin yi, מנהיג שותף לפרויקט של מכון גואנגג'ואו לגיאוכימיה, האקדמיה הסינית למדעים
מחקר זה לא רק מעמיק את ההבנה שלנו את ראשית החיים על פני כדור הארץ, אלא גם מציע כי תהליכים דומים יכולים להיות משחק בכוכבי לכת אחרים, ולסייע למדענים לחפש חיים מעבר לעולמנו.
