حیات بیگانه فرازمینی ممکن است از جنس دیگری باشد

به گزارش نیوزلن و به نقل از ایندیپندنت، حیات روی زمین، بر مبنای ترکیبات آلی است و مولکول‌های مهم و کلیدی حیات از کربن تشکیل شده‌اند و اغلب شامل عناصر دیگری مانند هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر و گوگرد می‌شوند.

با این حال، دانشمندان مدت‌ها است به این فکر می‌کنند که آیا ممکن است حیات بیگانه بر اساس شیمی بسیار متفاوتی تکامل یافته باشد یا نه. برای نمونه، محققان از مدت‌ها پیش این دیدگاه را طرح کرده‌اند  که چه بسا سیلیکون، شالوده یک زیست‌شناسی به کلی متفاوت باشد.

بتول کاسار، نویسنده اصلی این مقاله، اخترزیست‌شناس، باکتری‌شناس و زیست‌شناس تکاملی در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون در گفت‌وگو با اسپیس می‌گوید که کاوش درباره این احتمالات مهم است تا بتوانیم دیدگاهی در این باره داشته باشیم که اشکال مختلف حیات ممکن است فقط شبیه به حیات زمینی که می‌بینیم نباشند.

نوعی از فعل و انفعالات شیمیایی که مبنا و پایه حیات بر روی زمین است، با نام «اتوکاتالیز» شناخته می‌شود. واکنش‌های اتوکاتالیستی خودکارند. این واکنش‌ها می‌توانند مولکول‌هایی تولید کنند که واکنش مشابه را ترغیب کنند تا دوباره تکرار شوند.

جمعیت رو به رشد خرگوش‌ها را تصور کنید. یک جفت‌ خرگوش با هم جفت‌گیری می‌کنند و خرگوش‌های جدیدی تولید می‌شوند و خرگوش‌های جدید نیز به نوبه خود بالغ می‌شوند و خرگوش‌های جدیدی تولید می‌کنند. از این رو نیازی نیست که در آغاز تعداد زیادی خرگوش داشته باشیم.

کاسار می‌گوید یکی از دلایل عمده‌ای که پژوهشگران علاقه‌مند به کشف منشا حیات، به مقوله اتوکاتالیز اهمیت می‌دهند این است که تولید مثل – یعنی یکی از ویژگی‌های مهم و کلیدی حیات – خود نمونه‌ای از اتوکاتالیز است.

به گفته او، حیات، تشکیل حیات بیشتر را تسریع می‌کند. یک سلول، دو سلول تولید می‌کند که می‌تواند به چهار سلول و غیره تبدیل شود. با تکثیر، تعداد سلول‌ها، تنوع و تعداد برهمکنش‌های ممکن نیز چند برابر می‌شود.

اما پژوهشگران در این بررسی جدید، در پی بررسی مفهوم اتوکاتالیز، فراتر از ترکیبات آلی بودند. آن‌ها این گونه استدلال کردند که اتوکاتالیز ممکن است به ایجاد بی‌جان‌زایی یا اصطلاحا نازیست‌زایی کمک کند. ابیوژنز یا نازیست‌زایی اصطلاحا به به‌وجود آمدن خودبه خودی موجود زنده از مواد بی‌جان اطلاق می‌شود.

دانشمندان بر آنچه چرخه‌های ترکیب متناسب نامیده می‌شود، تمرکز کردند. این چرخه‌های ترکیب متناسب می‌توانند چند نسخه از یک مولکول تولید کنند. این مواد حاصل از ترکیب‌های شیمیایی می‌توانند به‌عنوان مواد اولیه و به منظور کمک به تکرار این چرخه‌ها و در نتیجه اتوکاتالیز به کار گرفته شوند.

ژن پنگ، سرپرست این تیم تحقیقاتی، زیست‌شناس تکاملی در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، در گفت‌وگو با اسپیس گفت: «ترکیب متناسب بنابه دلایلی منحصربه‌فرد است، زیرا یک واکنش منفرد است که چند برابر خروجی تولید می‌کند – به نظر بسیار شبیه به تولیدمثل است.»

دانشمندان برای یافتن این واکنش‌ها، بیش از دو قرن اسناد علمی دیجیتالی‌شده را که به زبان‌های مختلف نوشته شده بود، تجزیه و تحلیل کردند. زک آدام، یکی از نویسندگان این مقاله، زمین‌شناس در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، در گفت‌وگو با اسپیس می‌گوید دانشمندان با ابزارهای کارآمد جست‌وجو و ترجمه زبان توانستند یک برنامه تحقیق و بررسی درباره گستردگی چرخه‌های اتوکاتالیستی را طراحی و اجرا کنند که در نوع خود بی‌سابقه بود.

آن‌ها در نهایت موفق شدند ۲۷۰ چرخه مختلف از واکنش‌های اتوکاتالیستی را کشف کنند.

کاسار می‌گوید اتوکاتالیز ممکن است در محیط‌های کاملا متفاوت از زمین نیز اتفاق بیفتد. همان‌طور که اغلب این ۲۷۰ مورد چرخه، شامل ترکیبات آلی نمی‌شدند. برخی از آن‌ها حتی شامل عناصری بودند که در حیات روی زمین وجود ندارند یا این که بسیار نادرند. عناصری از قبیل جیوه یا فلز رادیواکتیو توریم. تعدادی از این چرخه‌ها نیز احتمالا تنها در دماها یا فشارهای بسیار بالا یا پایین رخ می‌دهند.

همچنین پژوهشگران چهار چرخه اتوکاتالیستی شامل گازهای نجیب را نیز کشف کردند که به ندرت با عناصر دیگر واکنش شیمیایی می‌دهند.

پنگ در همین رابطه می‌گوید که اگر حتی یک گاز نسبتا بی‌اثر همچون زنون نیز بتواند در فرایند اتوکاتالیز مشارکت کند، این دلیل خوبی برای این است که حدس بزنیم، اتوکاتالیز در عناصر دیگر آسان‌تر رخ می‌دهد.

تنها هشت مورد از این چرخه‌ها، چرخه‌های نسبتا پیچیده‌ای بودند که شامل چهار یا چند واکنش می‌شدند. اغلب آن ۲۷۰ چرخه اما ساده بودند و هر یک از آن‌ها فقط از دو واکنش تشکیل می‌شدند.

کاسار می‌گوید پیش از این تصور می‌شد که این نوع واکنش‌ها بسیار نادر باشند. اما دانشمندان اینک نشان داده‌اند که این واکنش‌ها به هیچ عنوان نادر و کمیاب نیستند.

آن‌ها همچنین یادآور می‌شوند که ترکیب چرخه‌های متعدد با هم نیز امکان‌پذیر است و حتی زمانی که واکنش‌ها بسیار با هم تفاوت دارند، نیز رخ می‌دهد.

این مسئله می‌تواند به واکنش‌های شیمیایی خودپایداری منجر شود که طیف متنوعی از مولکول‌ها را برای تولید پیچیدگی زیاد ایجاد می‌کنند.

به گفته کاسار، با دانستن دستور‌العمل‌های بسیاری که برای اتوکاتالیز وجود دارد، پژوهش‌ها اکنون می‌تواند بر روی نحوه شکل‌گرفتن احتمالی شیمی یک سیاره متمرکز شود.

دانشمندان امیدوارند که با کمک تحقیقات آینده بتوانند این دستورالعمل را که شبیه به دستور کتاب‌های آشپزی است، به صورت تجربی آزمایش کنند.

پنگ می‌گوید این چرخه‌ها، مجموعه‌ای از دستور‌العمل‌های اساسی‌اند که می‌توان آن‌ها را با روش‌هایی ترکیب کرد که پیش از این در سیاره ما رخ نداده‌اند یا امتحان نشده‌اند. به عبارت دیگر، این دستورالعمل‌‌ها ممکن است در نهایت به کشف نمونه‌های کاملا جدیدی از شیمی پیچیده منجر شوند. به عبارت دیگر، تحت شرایطی که در آن شرایط، چرخه‌های مبتنی بر کربن یا حتی سیلیکون، در دماهای بالا یا پایین رخ می‌دهند.

پژوهشگران در عین حال تاکید کردند که هنوز مشخص نیست که این چرخه‌ها چقدر عملی باشند. به گفته پنگ این دستور‌العمل، تضمینی بر این نیست که تمام نمونه‌هایی که گردآوری شده‌اند، در آزمایشگاه نیز اجرایی باشند یا اینکه حتما روی دیگر اجرام آسمانی هم پیدا می‌شوند.

به گفته آدام، این پژوهش علاوه بر پیامدها و نتایجی که ممکن است برای جست‌وجوی حیات در گیتی و همچنین درک خاستگاه حیات داشته باشد، احتمالا کاربردهای عملی نیز دارد، کاربردهایی نظیر بهینه‌سازی سنتز شیمیایی و استفاده بهینه از منابع و انرژی یا کاربردهایی در استفاده از ترکیبات شیمیایی برای کارهای جالبی مانند محاسبات شیمیایی. جزییات این پژوهش جدید در روز ۱۸ سپتامبر در مجله علمی انجمن شیمی آمریکا منتشر شده است.