تکامل ریبوزوم؛ ماشین زمانی که نخستین نشانه‌های حیات اولیه را در خود دارد

دوشنبه 6 آذر 1396 03:08 ب.ظ   نویسنده : نویسنده      



محققان با استفاده از ریبوزوم‌ می‌توانند به گذشته سفر کنند و از رازهای منشأ حیات اولیه و نخستین موجودات زنده مانند لوکا، پرده‌ بردارند.

تقریبا چهار میلیارد سال قبل، در میان انبوهی از مولکول‌ها و مواد معدنی که سیاره‌ی سنگی و مرطوب ما را تشکیل داده‌اند، حیات شکل گرفت. این رویداد مهم‌ترین تغییر و واکنش شیمیایی در تاریخ کره‌‌‌ی زمین به حساب می‌آید. این رویداد نه‌تنها باعث پیدایش تمام موجودات زنده‌ شد؛ بلکه مواد شیمیایی اقیانوس‌ها، خشکی‌ها و اتمسفر زمین را تغییر داد و حتی بدون این اتفاق، سیاره‌ی آبی نیز وجود نداشت.

این تغییر شیمیایی شاید آن‌طور که فکر می‌کنیم دور نباشد. تمام سلول‌های موجودات روی کره‌ی زمین، یک نسخه از حیات اولیه را در خود دارند؛ ماشین زمانی که به ما امکان می‌دهد قدم به قدم نحوه‌ی تشکیل جانداران را مشاهده کنیم. کشف‌های لورن ویلیامز، بیوشیمی‌دان مؤسسه‌ی فناوری جورجیا و همکارانش، می‌تواند دیدگاه ما را در مورد منشأ حیات دگرگون کند. به‌گفته‌ی ویلیامز، باید گمانه‌زنی در مورد منشأ حیات را پایان دهیم؛ زیرا قادریم آن را ببینیم.

میلیون‌ها سال پیش زمین فاقد هر گونه حیات بود. بسیاری از زیست‌شناسان معتقدند حیات نخستین بار در اقیانوس‌ها تشکیل شد. برای توجیه این مطلب نظریه‌ی سوپ بنیادین ارائه شده است؛ بر اساس این نظریه، در اقیانوس‌های زمین مقدار زیادی مواد آلی پدید آمد. به‌عنوان مثال آمونیاک، متان، نیتروژن, هیدروژن و بخار آب که این گازها و مواد با یکدیگر در واکنش‌های شیمیایی ساده شرکت می‌کردند و مواد پیچیده‌تری را تشکیل می‌دادند.

این واکنش‌های ساده‌ی شیمیایی، به کمک انرژی رعد‌وبرق یا اشعه‌ی کیهانی انجام می‌شد؛ زیرا زمین در ۴ میلیارد سال قبل فاقد لایه‌ی اوزون بود و همه‌ی اشعه‌ی فرابنفش خورشید و کیهانی به‌طور مستقیم به سطح زمین می‌رسید. در نتیجه موادی مانند سیانیدها و آلدئیدها تشکیل شدند که این مواد در مراحل بعد با واکنش‌هایی که انجام دادند، اسیدهای آمینه‌ی ایزومر را به وجود آوردند و زمینه را برای ساخته شدن پروتئین‌ها فراهم کردند.

حیات اولیه / origion life

برای آزمایش درستی الگوی سوپ بنیادین دانشمندی به نام استنلی میلر در قرن بیستم؛ این الگو را آزمایش کرد. او برای این آزمایش، محیطی بسته به وجود آورد و از مواد اولیه‌ای مانند گازهای هیدروژن، نیتروژن، آمونیاک، متان و بخار آب استفاده کرد. وی برای شبیه‌سازی رعدوبرق از جرقه‌ی الکتریکی استفاده کرد و پس از چند روز، ترکیبات متعددی در این دستگاه پیدا کرد که شامل اسیدهای آمینه‌ی ساده، مانند گلیسین و… بودند. استنلی میلر نتیجه گرفت که الگوی سوپ بنیادین می‌تواند چگونگی تشکیل حیات را در زمین توضیح بدهد. اما ایراداتی بر این نظریه وارد است که باعث شد نام آن به «مدل حباب» تغییر کند. در این مدل گفته می‌شود که اسیدهای آمینه با یکدیگر واکنش داده‌اند و پروتئین‌ها را به وجود آورده‌اند؛ اما در آن زمان زمین فاقد لایه‌ی محافظتی اوزون بود و بنابراین اشعه‌ی ماورای بنفش می‌توانست همه‌ی مواد تولید‌شده و همچنین همه‌ی متان و آمونیاک موجود در جو را نابود کند.

لوکا / luca

مواد آلی به‌وجود‌آمده در حباب‌‌های زیر دریا که حاصل فوران‌های آتش‌فشانی بود، محبوس می‌شدند. سپس جریان آب این حباب‌ها را به سطح آب می‌آورد و این حباب‌ها با ترکیدن و آزاد شدن، از رعدوبرق انرژی کافی برای سایر واکنش‌ها می‌گرفتند. این مواد پر انرژی با همدیگر ترکیب می‌شدند و به زیر آب دریا می‌رفتند؛ به همین دلیل می‌توان گفت که بعد از پیدایش آمینواسیدها، حیات شکل گرفت. تا به امروز بیشتر تلا‌هاش‌های ما، در مورد درک چگونگی آغاز حیات بوده است که داستان از نظریه‌ی سوپ بنیادین آغاز شد. در واقع این کارها نمی‌تواند اتفاق‌های قبل پیدایش حیات را توضیح دهد و فقط منشأ احتمالی حیات را به ما نشان می‌دهد.

اما روش جدید، از حیات امروزی شروع می‌شود و به گذشته سفر می‌کند. ریبوزوم‌ها ساختارهای سلولی هستند که از ترکیب آمینواسیدها، مولکول‌های پروتئینی را می‌سازند. این ساختارها که بسیار حیاتی هستند، از باکتری‌ها تا انسان‌ها عملکرد مشابهی دارند و تنها ظاهر آن‌ها متفاوت است. در نتیجه ریبوزوم‌ها می‌توانند پاسخ بسیاری از سؤالات ما را بدهند. با پیشرفت تکامل، گونه‌های جدید قطعه‌های اضافه‌ی RNA را به ریبوزوم‌های خود چسباندند.

این قطعه‌های اضافه‌ی قابل تشخیص، باقی مانده‌اند؛ مثل برگی که از درختی به زمین افتاده است و بدون نگاه کردن به درخت می‌توان جهت باد را تشخیص داد. اگر ما این شاخه و برگ‌ها را برداریم، در نهایت به آخرین جد مشترک همه‌ی موجودات زنده (LUCA) می‌رسیم. گروهی از دانشمندان به رهبری ویلیام مارتین، در دانشگاه هاینریش هاینه در آلمان، به ژن‌هایی از باکتری‌ها و آرکیا نگاه کردند و نتیجه گرفتند ژن‌هایی که در حداقل دو گروه از باکتری‌ها و دو گروه از آرکیاها پیدا شدند، احتمالا متعلق به لوکا هستند.

قدیمی‌ترین بخش ریبوزوم / ancient parts of the ribosome

با استفاده از قدیمی‌ترین بخش ریبوزوم (شکل بالا)، می‌توانیم نقشه‌ی تمام موجودات زنده و حیات اولیه را به‌ دست آوریم. ۳۵۵ ژنی که محققان انتخابشان کردند نشان می‌دهد که لوکا بدون اکسیژن زندگی می‌کرد و در عوض انرژی مورد نیازش را از دی‌اکسید‌ کربن و هیدروژن به دست می‌آورد. لوکا نیاز به حضور فلزات داشته و همچنین از توانایی زنده ماندن در دماهای بسیار بالا، برخوردار بوده است. اما دانشمندان در این مورد که چگونه این ویژگی‌های لوکا می‌تواند آن را در سیر زمانی تحول میکروارگانیسم‌ها قرار دهد، اختلاف نظر دارند. لوکا برخی از ویژگی‌های ضروری برای حیات را ندارد به‌عنوان مثال، تنها تعداد کمی از ابزارهای ساخت اسیدهای آمینه و نوکلئوتیدها را دارد که این‌ موارد برای زندگی، حیاتی‌اند.

حیات اولیه / origion life

محققان در سال‌های اخیر نشان دادند کهrRNA شامل بقایایی از mRNA ،tRNA و ژن‌هایی هستند که پروتئین‌های تشکیل‌دهنده‌ی ساختار و عملکردش را رمز می‌کنند. دانشمندان معتقدند ریبوزوم‌ها حلقه‌ی گمشده بین مولکول‌های ساده‌ی قبل از حیات و تک‌ سلولی لوکا هستند. سؤال بزرگ در مقایسه با نظریه‌ی «ژن خودخواه» این‌ است که آیا امکان دارد ریبوزوم‌ها کپی‌هایی از خودشان ایجاد کنند؟ اگر ریبوزوم‌ها خودشان را کپی کنند (خودهمانندسازی) پس ابزارهای موجود را برای انجام آن به‌ کار می‌گیرند. DNA تکامل یافت تا اطلاعاتی را که در rRNA رمز می‌شد، محافظت کند همچنین سلول‌ها و موجودات تکامل یافتند تا تکثیر ریبوزوم‌ها را بهینه کنند.

ریبوزوم‌ها تقریبا در تمام موجودات یکسان هستند؛ شاید ریبوزوم خودخواه، باعث ایجاد برداشت جدیدی در احساس خویشاوندی با بقیه موجودات شود. همه‌ی ما فقط نوع متفاوتی از میزبان‌ها برای ریبوزوم‌ها هستیم. ویلیامز و همکارانش می‌توانند با مقایسه‌ی RNA ریبوزومی موجودات زنده‌، آن‌ها را تا زمان لوکا و حتی قبل از آن برگردانند. پس از تشخیص اثر انگشت‌های مولکولی، ترکیب RNA جد مشترک هم مشخص شد. پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که اثرات مشابهی هم باید روی ریبوزوم لوکا بوده باشد که قبل از آن شکل گرفته‌اند. هرقدر RNA اضافه‌ی بیشتری را پیرایش کنیم، به نقطه‌ی شروع نزدیک می‌شویم.

نتیجه‌ی تحقیقات ویلیامیز و تیمش نشان می‌دهد که قدیمی‌ترین بخش ریبوزوم، یک توالی‌ از RNA است و شباهت زیادی هم به گهواره دارد که باعث پیوند بین آمینواسیدها می‌شود و در نتیجه پروتئین‌ها را تشکیل می‌دهد. بقیه‌ی اعضای گروه‌ نیز از روش مختلفی برای تشخیص نخستین قسمت‌های ریبوزوم استفاده کرده‌اند؛ روش‌هایی که شبیه کندن پوست پیاز و رسیدن به مرکز آن است. با این حال تمام افراد تیم موافق‌اند که گهواره، ابتدایی‌ترین بخش ریبوزوم است. به‌گفته‌‌‌ی جورج فاکس، بیولوژیست تکاملی از دانشگاه هوستون تگزاس، احتمالا این بهترین مدل در تاریخ ریبوزوم محسوب می‌شود.

آزمایش میلر / Miller–Urey experiment

این ریبوزوم باقی‌مانده یا ابتدایی، هیچ یک از کارکردهای ریبوزوم را تا زمان لوکا ندارد و فاقد ناحیه خواندن کدون است؛ در نتیجه قادر به ساخت پروتئین نیست. اما این ریبوزوم می‌توانست به‌جز آمینواسیدها، بقیه‌ی مولکول‌ها را نیز به یکدیگر متصل کند و با واکنش‌های شیمیایی ساده‌، زنجیره‌های تصادفی را می‌ساخت که به منشأ زمینی حیات ما مربوط می‌شود. به همین دلیل ریبوزوم‌های ابتدایی که ویلیامز آن‌ها را «سوسیس‌‌سازهای مولکولی» نامیده است، مولکول‌هایی را می‌ساختند.

شواهد بقیه‌ی پژوهشگران نیز این یافته‌ها را تأیید می‌کند که در شرایط مساعد، ریبوزوم‌های امروزی را هم می‌توان فریب داد تا به جای آمینواسیدها، مولکول‌های دیگری را نیز به یکدیگر متصل کنند. در حیات ابتدایی، سوسیس‌سازهای مولکولی، زنجیره‌ها را با سرعت زیادی تولید می‌کردند و فقط برخی از آن‌ها قادر به اتصال RNA ریبوزومی بودند که این باعث می‌شد مولکولی‌های کوچک مقداری به ثبات برسند. توالی‌هایی که ساختارهای باثبات‌تری تشکیل دادند، بیشتر ماندگار می‌شدند و با رشد پیوسته‌‌، ساختار ریبوزوم‌ها را بزرگ‌تر می‌کردند.

این تکامل هیچ ارتباطی با ژنتیک تکاملی ندارد و بهتر است اسمش را تکامل شیمیایی بنامیم. این هم‌فرگشتی آشفته‌ی RNA و قطعات پروتئینی در حدی نیست که دانشمندان آن را به‌عنوان حالتی زنده در نظر می‌گیرند. ممکن است این مولکول‌ها RNA یا پروتئین نباشند اما پروتومولکول‌های مشابهی بودند که می‌توانستند به راحتی خودسامانی کنند. در هر حال، کل سیستم به‌عنوان تکامل شیمیایی از میان مولکول‌هایی که تصادفی ساخته شده بودند، آن‌هایی را که بیشترین هماهنگی را با هم داشتند، انتخاب کرده است.

ریبوزوم / ribosome

بعضی از جزئیات این تحقیق مبهم است اما ویلیامز در مورد یکی از ویژگی‌های مراحل اولیه مطمئن است؛ کمی بعد از شروع حیات واقعی، هیچ رمز ژنتیکی و همانندسازی دقیقی از ژنوم وجود نداشت. اطلاعات موجود در مولکول‌های ژنومی DNA با استفاده از فرآیند رونویسی در سه گروه mRNA، rRNA و tRNA نسخه‌برداری می‌شوند. در نهایت مولکول‌های mRNA هستند که توسط ریبوزوم به پروتئین ترجمه خواهند شد و دیگر انواع مولکول‌های RNA به‌صورت ریبونوکلئیک اسید مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این فرآیند ترجمه نام دارد و ریبوزوم با اتصال به مولکول mRNA، توالی نوکلئوتیدهای آن را به‌عنوان الگو استفاده می‌کند. در واقع ریبوزوم‌ها رمزهای ژنتیکی را از روی mRNA می‌خوانند و آن‌ها را به پروتئین تبدیل می‌کند؛ tRNA و mRNA اجزای لازم برای کدخوانی ژنتیکی هستند. با این حال در همه‌ی بازسازی‌های صورت‌گرفته از تاریخچه‌ی قبل از لوکا، قسمت‌هایی از ریبوزوم که مخصوص اتصال به این دو مولکول هستند، بعدا ظاهر شده‌اند. به گفته‌ی ویلیامز عملکردهای اولیه‌ی mRNA و tRNA احتمالا کمک به پیچیدگی کدون‌های سه‌گانه بوده است، درواقع این مولکول‌ها ابتدا قطعاتی از RNA بودند که به ترتیب گرفتن صحیح آمینواسیدها کمک می‌کردند.

مراحل پروتئین‌سازی / translation steps

مقاله‌های مرتبط:

یکی از فرآیندهای کلیدی در تکامل RNA و پروتئین‌ها، چین‌خوردگی بود. بسیاری از پروتئین‌های امروزی تاخوردگی‌های بسیار پیچیده‌ای دارند که شکل سه‌بعدی خاصی به آن‌ها می‌دهد. بدون این شکل سه‌بعدی عملکرد آن‌ها امکان‌پذیر نخواهد بود. پروتئین‌هایی که با قدیمی‌ترین قسمت ریبوزوم در ارتباط هستند، چین‌خوردگی خاصی نشان نمی‌دهند. هر چه به قسمت‌های جدیدتر ریبوزوم نگاه می‌کنیم، پروتئین‌ها بیشتر و پیچیده‌تر از قبلی‌ها چین خورده‌اند و همچنین قسمت‌های RNA ریبوزوم نیز چین‌های پایدارتری پیدا کردند. ویلیامز و همکارانش قصد دارند تکامل ریبوزومی را در آزمایشگاه بازسازی کنند. کار ارزشمند این گروه می‌تواند به کشمکش‌های بین اینکه اول تخم‌مرغ بود یا مرغ، پایان دهد.



لینک منبع

مطلب تکامل ریبوزوم؛ ماشین زمانی که نخستین نشانه‌های حیات اولیه را در خود دارد در سایت مفیدستان.


لینک منبع و پست :تکامل ریبوزوم؛ ماشین زمانی که نخستین نشانه‌های حیات اولیه را در خود دارد
http://mofidestan.ir/%d8%aa%da%a9%d8%a7%d9%85%d9%84-%d8%b1%db%8c%d8%a8%d9%88%d8%b2%d9%88%d9%85%d8%9b-%d9%85%d8%a7%d8%b4%db%8c%d9%86-%d8%b2%d9%85%d8%a7%d9%86%db%8c-%da%a9%d9%87-%d9%86%d8%ae%d8%b3%d8%aa%db%8c%d9%86-%d9%86/
آخرین ویرایش: - -
دیدگاه ها ()
شنبه 26 بهمن 1398 04:18 ق.ظ
Hello There. I found your blog using msn. This is an extremely well written article.
I will be sure to bookmark it and come back to read more of your useful info.

Thanks for the post. I'll certainly return.
پنجشنبه 26 دی 1398 02:09 ق.ظ
Woah! I'm really loving the template/theme of this blog.
It's simple, yet effective. A lot of times it's very hard to get that "perfect balance" between user friendliness and visual appearance.
I must say that you've done a great job with this. Additionally, the blog loads extremely fast for
me on Opera. Outstanding Blog!
چهارشنبه 25 دی 1398 10:53 ق.ظ
It's a shame you don't have a donate button! I'd most certainly donate to
this superb blog! I guess for now i'll settle for bookmarking and adding your
RSS feed to my Google account. I look forward to brand
new updates and will share this website with my
Facebook group. Talk soon!
سه شنبه 24 دی 1398 09:45 ب.ظ
Hi! Do you know if they make any plugins to safeguard against hackers?
I'm kinda paranoid about losing everything I've worked hard on. Any recommendations?
سه شنبه 24 دی 1398 10:55 ق.ظ
I have been surfing online more than 4 hours today, yet I never found any interesting article like yours.
It is pretty worth enough for me. In my view, if all web owners and bloggers made good content as you did, the internet will be
much more useful than ever before.
سه شنبه 24 دی 1398 12:11 ق.ظ
It's a pity you don't have a donate button! I'd most certainly donate to this excellent blog!

I guess for now i'll settle for bookmarking and adding your RSS
feed to my Google account. I look forward to brand new updates and will share this website with my Facebook group.
Talk soon!
دوشنبه 23 دی 1398 08:25 ب.ظ
Can you tell us more about this? I'd love to find out more details.
یکشنبه 22 دی 1398 01:33 ب.ظ
Wow! This blog looks exactly like my old one! It's on a entirely different subject but it has pretty much the same page layout and design. Wonderful choice of colors!
یکشنبه 17 آذر 1398 12:24 ب.ظ
Aw, this was a really good post. Finding the time
and actual effort to create a top notch article?
but what can I say? I hesitate a lot and never seem to get anything done.
دوشنبه 21 مرداد 1398 03:22 ق.ظ
Hi to all, how is all, I think every one is getting more from this web
page, and your views are good in favor of new people.
دوشنبه 21 مرداد 1398 02:11 ق.ظ
I'm not sure why but this weblog is loading extremely slow for me.
Is anyone else having this problem or is it a problem on my end?
I'll check back later and see if the problem still exists.
دوشنبه 21 مرداد 1398 02:11 ق.ظ
I'm not sure why but this weblog is loading extremely slow for me.
Is anyone else having this problem or is it a problem on my end?
I'll check back later and see if the problem still exists.
جمعه 11 مرداد 1398 09:19 ق.ظ
share to mypage...and make the backlink with mypage
سه شنبه 1 مرداد 1398 03:57 ب.ظ
Hello, every time i used to check web site posts here early
in the morning, as i love to gain knowledge of more and more.
سه شنبه 1 مرداد 1398 03:57 ب.ظ
Hello, every time i used to check web site posts here early
in the morning, as i love to gain knowledge of more and more.
شنبه 29 تیر 1398 09:29 ب.ظ
whoah this weblog is fantastic i really like studying your posts.
Keep up the good work! You understand, lots of persons are looking round for this info, you can help them greatly.
شنبه 29 تیر 1398 03:46 ب.ظ
This design is steller! You obviously know how to keep a reader entertained.
Between your wit and your videos, I was almost moved to start my own blog (well, almost...HaHa!) Excellent job.
I really enjoyed what you had to say, and more than that, how you presented it.
Too cool!
شنبه 29 تیر 1398 01:42 ب.ظ
What's up, its good paragraph concerning media print,
we all be aware of media is a fantastic source of facts.
شنبه 29 تیر 1398 05:58 ق.ظ
This is my first time pay a quick visit at here and i am
really impressed to read everthing at alone place.
جمعه 28 تیر 1398 04:57 ب.ظ
My spouse and I absolutely love your blog and find a lot of your post's to be what precisely I'm looking for.
can you offer guest writers to write content in your case?
I wouldn't mind creating a post or elaborating on a few of the subjects you write regarding here.
Again, awesome site!
جمعه 28 تیر 1398 01:19 ب.ظ
I truly love your website.. Pleasant colors & theme. Did you build this web site yourself?
Please reply back as I'm wanting to create my own personal site and would love to find out where you
got this from or exactly what the theme is named.

Appreciate it!
پنجشنبه 27 تیر 1398 04:06 ق.ظ
I've been surfing online more than three hours today, yet I
never found any interesting article like yours.
It's pretty worth enough for me. Personally, if all website
owners and bloggers made good content as you did, the net
will be a lot more useful than ever before.
یکشنبه 23 تیر 1398 07:31 ق.ظ
You can even replace your selected MP3 music with these to
ensure that even if you're concerning the gym, it is possible to still
understand interesting points through the book
or listen on the docs from perform that you simply must examine.
Contestants worldwide will record songs by themselves, or synergy into
virtual bands of 2 to 4 musicians, and compete for $5600 in prizes.

This can be very advantageous to you just like you are a fast learner, with just a trial, you may learn all you could planned
to very easily and free.
شنبه 22 تیر 1398 05:57 ق.ظ
Thank you for sharing your info. I really appreciate your efforts and I am waiting for your next post thanks once again.
شنبه 22 تیر 1398 12:59 ق.ظ
If you desire to obtain much from this piece of writing then you have to apply these methods to your won web site.
شنبه 22 تیر 1398 12:22 ق.ظ
Your means of telling the whole thing in this piece of
writing is genuinely fastidious, all can easily understand it,
Thanks a lot.
جمعه 21 تیر 1398 05:02 ب.ظ
Hey there! Would you mind if I share your blog with my facebook
group? There's a lot of people that I think would really enjoy your
content. Please let me know. Cheers
جمعه 21 تیر 1398 02:20 ق.ظ
Excellent items from you, man. I've take into account your stuff prior to and you are
simply too fantastic. I really like what you have obtained right here, certainly like what you're stating
and the way in which in which you say it. You make it enjoyable
and you still take care of to keep it smart. I can't wait to read far
more from you. This is actually a great web site.
پنجشنبه 20 تیر 1398 09:51 ق.ظ
Hello, after reading this amazing article i am also delighted to
share my know-how here with mates.
دوشنبه 17 تیر 1398 12:08 ق.ظ
Howdy! I could have sworn I've been to this site before
but after reading through some of the post I realized it's new to me.
Nonetheless, I'm definitely glad I found it and I'll be bookmarking and checking back frequently!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر

نمایش نظرات 1 تا 30

درباره وبلاگ


نویسندگان

  • نویسنده (22)

ساخت وبلاگ در میهن بلاگ

شبکه اجتماعی فارسی کلوب | ساخت وبلاگ صوتی صدالاگ | سوال و جواب و پاسخ | رسانه فروردین، تبلیغات اینترنتی، رپرتاژ، بنر، سئو | Buy Website Traffic