00
עדכונים

מנוי במייל

קבלת עדכונים על רשומות חדשות ישירות לתיבת האמייל
יש להזין אימייל תקין על מנת להרשם לעדכונים
ברגעים אלו נשלח אליך אימייל לאישור/ביטול ההרשמה
*שים/י לב, מרגע עשית מנוי, כותב/ת הבלוג יוכל לראות את כתובת האמייל שלך ברשימת העוקבים.
X

מדע וחיות אחרות

המרק הקדום מוכן להגשה

ב-1953 דוקטורנט צעיר בשם סטנלי מילר ערך ניסוי שעורר מהפכה באופן בו אנו תופסים את ראשית החיים ולמעשה יצר תחום חדש לחלוטין במדע הנקרא אביוגנזה (Abiogenesis).


תחת חסותו של הארולד יורי (Harold Urey) מילר ביצע את הניסוי הראשון שניסה לברר כיצד נוצרו החיים. במעבדתם הם ניסו לדמות את התנאים שחשבו כי שררו בכדור הארץ הקדום. הם מילאו מבחנה עם מים (H2O), מתאן(CH4), אמוניה(NH3) ומימן(H2) והעבירו זרמי חשמל דרכם.  כאשר מילר ניתח את החומרים שנוצרו במבחנה הוא מצא חמש חומצות אמינו שונות - אבני הבניין של חלבונים ומרכיב חיוני של חיים (מבנה בסיסי של חומצת אמינו הוא : H2NCHRCOOH משמעות R היא הקבוצה החופשית המשתנה בין חומצות אמינו שונות). זו היתה הפעם הראשונה בה הראו כי תחת תנאים פשוטים יחסית ניתן לקבל חומרים אורגניים מחומרים אנאורגניים.

בשנים שלאחר מכן מילר חזר על הניסוי אך עם כמה שינויים. הוא הוסיף קיטור כדי לדמות התפרצות הר געש ובניסויים אחרים שינה גם את החומרים במבחנות והוסיף מימן גופריתי ופחמן דו חמצני אל המתאן והאמוניה.

 

מסיבה כלשהי מילר לא סיים את המעקב אחרי כל הניסויים ולא פרסם את תוצאותיהם. לעומת זאת, הוא כן  אסף את כל התוצאות בכלים מקוטלגים היטב ושמר עליהם. וכמו מדען טוב שלא זורק כלום, הוא המשיך לשמור עליהם.

ב-1999 מילר עבר שבץ מוחי והעביר את ירושתו המדעית לסטודנט לשעבר שלו, ג'פרי באדה (Jeffrey Bada). מילר נפטר ב-2007 מכשל לבבי. באדה עודד סטודנטים שלו לבחון את הירושה שקיבל ממילר וכך ב-2008 הראה אדם ג'ונסון, שבמבחנות הניסוי המקורי של מילר היה מגוון רחב יותר של חומצות אמינו ממה שנמצא ב-1953. ב-21 במרץ 2011 פרסם המגזין PNAS את תוצאותיו של מחקר מעקב נוסף לאחד מניסוייו של מילר. אריק פרקר (Eric Parker) בחן תוצאות של ניסוי שערך מילר ב-1958. היה זה הניסוי הראשון שכלל מימן גופריתי, החומר שגורם לסרחון של ביצים סרוחות והמהווה מרכיב בולט בפליטות הגזים של הרי געש. בעזרת שיטות מודרניות לניתוח חומרים, בערך פי מילארד יותר רגישות מאלה שעמדו לרשותו של מילר, צוותו של פרקר מצא 23 חומצות אמינו, שבע מתוכן הכילו גופרית. זו ידיעה חדשה או ישנה למדע, תלוי איך מסתכלים על זה. מדענים אחרים כבר השיגו את התוצאה הזו, מבלי לדעת שמילר הגיע אליה לפניהם. מילר אפילו הקדים את עצמו, רק ב-1972 הוא פרסם מאמר על מחקר בו קיבל חומצות אמינו המכילות גופרית. חלק מחומצות האמינו הופיעו בפעם הראשונה, ביניהם מתיונין, שהיא חשובה מאוד לבנית חלבונים רבים בבעלי חיים, צמחים ופטריות. הצרוף החדש של חומצות אמינו דומה מאוד לזה שנמצא במטאוריטים, רמז אפשרי לכך שיתכן שגופרית סייעה בהרכבת החומרים החיוניים לחיים מחוץ לכדור הארץ, או עליו.

 

איך יודעים שמקור חומצות האמינו אינו בזיהום, חיידקי למשל, של הדגימות? חומצות האמינו במבחנות של מילר הגיעו בכמויות שוות של צמדי צורות - תמונת ראי אחד של השניה (כיראליות). תוצאה זו מתקבלת כמעט רק במעבדה, בטבע נראה כמעט תמיד רק צורה אחת.

 

הבעיה העיקרית עם הניסוי של מילר היא שהוא כנראה טעה לגבי הרכב המרק הקדום כפי שהיה באמת.  ניתוח של סלעים עתיקים הוביל מדענים למסקנה שכדור הארץ מעולם לא הכיל כל כך הרבה גזים עשירים במימן כמו מתאן (CH4), מימן גופריתי (H2S) או מימן טהור (H2). אם חוזרים על הניסוי של מילר תחת תנאים מציאותיים יותר - עשירים בפחמן דו חמצני (CO2) וחנקן (N2), עם כמויות זעירות של גזים אחרים, קשה למצוא חומצות אמינו.

 

הפתרון שמציע פרקר הוא כי מספיק שהיו מספר מקומות בודדים עם התנאים מתאימים ליצירה ראשונית של חיים. הרי געש פעילים, למשל, פולטים כמויות גדולות של תרכובות גופרית כמו גם מתאן ואמוניה. במידה והיתה סופת ברקים, יתכן ונוצרו חומצות אמינו שירדו עם הגשם אל שלוליות. אך גם פתרון זה אינו מושלם מאחר וקשה יהיה לקבל ריכוזים גבוהים דיים של החומרים הנחוצים כדי להזכיר את אלו ששררו בניסוי של מילר.

 

גם אם נניח שבאמת ניתן ליצור חומצות אמינו בצורה ספונטנית כזו, עדיין ישנו רווח גדול בין חומצות אמינו ודבר שניתן לקרוא לו "חי". האתגר הגדול באמת הוא ליצור חומצות גרעין הבונות מולקולות כמו דנ"א ורנ"א. מקור החיים תלוי בנוכחות אותן מולקולות המסוגלות לשכפל את עצמן. הבעיה היא שחומצות גרעין לא נוטות להתחבר אחת אל השניה באופן ספונטני וקשה להניח כי מכת ברק היוותה תמריץ מספק. המולקולות היו צריכות להיות מרוכזות במקום אחד עם מספיק אנרגיה וזרזים כדי שהתהליך יקרה.

המחקר העוסק ביצירת החיים מכיל בתוכו שתי גישות הפוכות - הראשונה מלמטה למעלה: חייבים קודם ליצור את המרכיבים החיוניים בצורה הגיונית ורק אז להמשיך ולבדוק איך הגענו מהם ועד לתא החי הראשון. השניה: מלמעלה למטה: תבחר נקודה על רצף היווצרות החיים ותראה שהיא יכולה להתרחש באופן ספונטני. לאורך זמן נוכל לחבר את הנקודות האלה ליצירת הסיפור המלא. בגישה זו, למשל, מדענים הצליחו כבר לייצר ריבוזים, שהוא אנזים הבנוי מחומצות גרעין של רנ"א, המזרז את שכפולו שלו עצמו.

 

אז איפה כן התחילו החיים? אם נניח כי ראשית החיים אכן התרחשה על כדור הארץ, מעיינות חמים תת מימיים (Deep sea Hydrothermal vents) הם השערה מקובלת יותר. עמוק בתחתית האוקיינוס, מבנים סלעיים אלו פולטים קיטור רותח וגזים עשירים במימן. המבנה הסלעי בנוי כמבוך המכיל מקומות רבים בהם יכול להיווצר ריכוז גבוה מספיק של החומרים הדרושים לתחילת החיים, יחד עם מינרלים היכולים לשמש כזרזים.


 

בניסוייו מילר השיג פריצת דרך באופן בו אנו חושבים על יצירת החיים, גם אם השערתו המקורית תוכח כשגויה, ולכן ניסויו נחשבים כידע בסיסי לכל ביולוג. הישג ראוי לא פחות (לדעתי) של מילר נעוץ בעובדה, שאחרי יותר מחמישים שנה מאז ארז את ניסויו, סטודנט יכול היה לקחת את המבחנות המקוטלגות, מתועדות ושמורות בקפידה, ולהמשיך היכן שמילר עצר. האם עכברי המעבדה ביניכם יכולים להגיד אותו דבר על החומרים שהם משאירים אחריהם?

 

פרק מהסדרה The Cell של ה-BBC המסביר את המחקר סביב ראשית החיים. ההתיחסות לניסוי של מילר מתחילה בדקה 19 (אנגלית, אין תרגום).

 

 

Reference: Parker, Cleaves, Dworkin, Glavin, Callahan, Aubrey, Lazcano & Bada. 2011. Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H2S-rich spark discharge experiment. PNAS http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1019191108

 

מקורות: Wired Science

Not Exactly Rocket Science

תמונה ראשית

הוספת תגובה

נשארו 150 תוים
נשארו 1500 תוים

2 תגובות

© כל הזכויות לתוכן המופיע בדף זה שייכות ל lotem82 אלא אם צויין אחרת