کشف علت توقف پیچیدگی حیات در ۳۰۰۰ میلیون سال قبل

توقف در افزایش پیچیدگی حیات بیشتر از ۳ هزار میلیون سال قبل اتفاق افتاد، که پیش از تکامل مجزای باکتریها، یوکاریوتها¹ و باکتری های باستان² بود. زیرا تمام موجودات زنده از کد مشابهی برای تولید پروتئین از اطلاعات ژنتیکی استفاده می کنند.

تمام موجودات زنده از کد مشابهی برای تولید پروتئین از اطلاعات ژنتیکی استفاده می کنند

مطالعه ای که در موسسه ی تحقیقاتی زیست پزشکی در بارسلون (IRB Barcelona) انجام شده، توضیحی برای دلیل توقف افزایش کد ژنتیکی، واژه نامه ای استفاده شده توسط ارگانیسم ها برای ترجمه ژن به پروتئین، ارائه می دهد. علت آن به ساختار RNA انتقالی -مولکول های کلیدی در ترجمه ژن ها به پروتئین -نسبت داده می شود. کد ژنتیکی به ۲۰ اسید آمینه- واحد اصلی تشکیل دهنده ی پروتئین- محدود است، و این حداکثر میزانی است که از جهش ها ی سازمان یافته جلوگیری می کند که برای حیات کشنده هستند.

طبیعت به طور پیوسته در حال تکامل است – محدودیت هایش تنها با دگرگونی هایی که زیست پذیری گونه ها را به خطر می اندازد تعیین می شود. تحقیق درباره ی مبدا و گسترش کد ژنتیکی برای توضیح تکاملِ زندگی بنیادی است. در مجله ی Science Advances یک تیم متشکل از زیست شناسانی که در این زمینه تخصص دارند، محدودیتی را توضیح می دهند که مانند ترمزی جلوی پیشرفت بیشتر کد ژنتیکی را می گیرد. این مجموعه ای از قوانین جهانی است که تمام موجودات زنده بر روی زمین برای ترجمه ی توالی ژنتیکی اسیدهای نوکلئیک (دی ان ای و آر ان اِی) به توالی اسیدهای آمینه از آنها استفاده می کنند. اسیدهای آمینه خود پروتئین هایی را تشکیل می دهند که عملکردهای سلولی را به عهده می گیرد.

این مطالعه توسط محقق “لویز ریباس پوپلانا” از موسسه ی IRB رهبری می شد و “فئودر کاندراشو” از مرکز قوائد ژئوم و “مودتسو اُرُزکو” از موسسه IRB در آن همکاری داشتند. این تیم از دانشمندان ثابت کردند که کد ژنتیکی برای در برگرفتن حداکثر ۲۰ اسید آمینه تکامل یافته و اینکه قادر به رشد بیشتر نبوده است. این به دلیل محدودیت عملکرد RNA انتقالی-مولکول هایی که به عنوان مترجم بین زبان ژن ها و پروتئین ها عمل می کنند.

یک نمای ۳ بعدی از یک RNA  انتقالی است

تصویر بالا یک نمای ۳ بعدی از یک RNA  انتقالی است. این مولکول ها برای ترجمه ی ژن ها به پروتئین ضروری هستند. همچنین آنها دلیلی هستند که کد ژنتیکی نمی تواند از ۲۰ اسید آمینه تجاوز کند.

نویسندگان مقاله توضیح می دهند که مکانیسمی که ژن ها را به پروتئین ترجمه می کند قادر به تشخیص بیش از ۲۰ اسید آمینه نیست، زیرا آنها با یکدیگر اشتباه می کند که می تواند به جهش دائمی در پروتئین ها و بنابراین ترجمه ی نادرست اطلاعات ژنتیکی و به گفته ی ریباس “پیامد های فاجعه بار” منجر شود. او می گوید سنتز(ساخت) پروتئین بر اساس کد ژنتیکی، یک ویژگی قطعی از دستگاه های زیستی است و اطمینان یافتن از ترجمه وفادارانه ی اطلاعات ضروریست.

منشا اشباع کد ژنتیکی، در RNA انتقالی است، مولکول هایی که مسئول تشخیص اطلاعات ژنتیکی و اسید آمینه مربوطه به ریبوزوم هستند، محلی که زنجیره ی اسید آمینه ها به پروتئین تبدیل می شود و این را با دنبال کردن اطلاعاتی که در یک ژن مورد نظر کدگذاری شده انجام می دهند. اما حفره ی ریبوزوم که RNA انتقالی باید در آن جای گیرند، به این معنی است که این مولکول ها باید یک شکل L مانند به خود گیرند و امکان تغییر بسیار اندکی بین آنها وجود دارد.

ریباس توضیح می دهد: «به نفع این سیستم بود که اسید آمینه های جدید ساخته می شد، زیرا در واقع ما بیشتر از ۲۰ اسید آمینه ای که داریم استفاده می کنیم، اما اسید آمینه های اضافی از طریق مسیرهای بسیار پیچیده ای ملحق می شوند که به کد ژنتیکی متصل نیستند و نقطه ای فرا رسید که طبیعت قادر به ایجاد RNA  های انتقالی جدید نبود که به اندازه ی کافی با آنها که از پیش موجود بودند تفاوت داشته باشد و مشکلی در شناسایی اسید آمینه درست ایجاد نشود. این هنگامی روی داد که تعداد به ۲۰ اسید آمینه رسیده بود.»

یکی از اهداف زیست شناسی مصنوعی افزایش کد ژنتیکی و بهبود آن برای ساخت پروتئین هایی با اسید آمینه های بیشتر به منظور دستیابی به عملکرد های جدید است. بدین جهت محققان موجودات زنده ای مانند باکتری ها را در شرایط کاملا کنترل شده برای تولید پروتئین هایی با ویژگی های تعیین شده به کار می گیرند. ریباس در نتیجه گیری بیان می کند: « اما انجام این کار بسیار دشوار است و تحقیق ما نشان می دهد که چنانچه می خواهیم به سیستم های موثرتر بیوتکنولوژی دست یابیم، باید از تضادِ تشخیص بین RNA های انتقالی مصنوعی طراحی شده در آزمایشگاه و RNA های انتقالی موجود اجتناب کنیم.»

پی نوشت:
[۱] در زیست شناسی به جانداری که یاخته‌های آن هستهٔ واقعی و غشا دارد یوکاریوت (Eukaryote) یا هوهسته‌ای گفته می‌شود. سلسله جاندارانی که یاخته های آنها هستهٔ واقعی و غشای هسته ندارد.

[۲] باستانیان یا آرکیا(Archaea) که آرکی باکتری یا باکتریهای باستانی هم نامیده شده‌اند سلسله ای از موجودات ریز تک یاخته‌ای هستند. باستانیان نیز همانند باکتری ها، پروکاریوت (پیش‌هسته‌ای یا بدون هسته) هستند و در درون یاخته‌های خود هسته سلولی یا اندامک دیگری ندارند.

منبع : dailygalaxy.com – bigbangpage.com