המודל ההיסטורי הראשון להיווצרות החיים קיבל חיזוק משמעותי

באמצעות המודל הממוחשב שפיתחו, הראו החוקרים בראשותו של פרופ’ דורון לנצט ממכון ויצמן שהרכבי שומן מסוימים, המכונים “קומפוזומים” יכולים לשנות את המידע ההרכבי שלהם במעין מוטציות, להיחשף לברירה טבעית בתגובה לשינויים סביבתיים, ואף לגלות יכולות של אבולוציה דרווינית

בשנת 1924 הציע המדען הרוסי אלכסנדר אופארין תפיסה שלפיה החיים על כדור-הארץ התפתחו בתהליך של שינויים כימיים הדרגתיים במולקולות אורגניות בתוך “המרק הקדום”, שהתקיים ככל הנראה לפני כארבעה מיליארד שנים על כדור-הארץ. אופארין הציע, ששילובים מורכבים של מולקולות דוממות, שהתקבצו בכדורונים דמויי טיפות שומן, יכולים היו להוביל להיווצרות חיים, המתבטאים ביכולת של שכפול עצמי, ברירה טבעית ואבולוציה. רעיונות אלה נתקלו בספקנות, שמלווה אותם עד ימינו אלה.

כעבור כ-30 שנה, כשפוענח מבנה הדי-אן-אי הובן שזו מולקולה דוממת המסוגלת לשכפל את עצמה, ונראה היה שבעיית ראשית החיים נפתרה ללא הכדוריות של אופארין. אך בהמשך העירו המבקרים שכדי שייווצרו חיים, יש צורך גם בזרזים (קטליזטורים אנזימיים) שישלטו בתהליכי חילוף החומרים. עוד 30 שנה חלפו, עד שהתגלה שאר-אן-אי, חוליה מרכזית בהעברת מידע מהחומר הגנטי לחלבון, יכול להיות גם אנזים (“ריבוזים”). כך נולד הרעיון של “עולם האר-אן-אי” – תפיסה שלפיה החיים החלו כאשר ב”מרק הקדום” נוצר לפתע ריבוזים, שיכול היה להשתכפל וגם לשלוט בחילוף החומרים.

על אף התגלית הזאת, רבים מן המדענים חשו שתעלומת היווצרות החיים נותרה בעינה, שכן ריבוזים משתכפל הוא מולקולה מסובכת  והסבירות להופעתה הספונטנית במרק הקדום קטנה מאוד. כך עלה הרעיון החלופי של רשתות זירוז הדדיות, המאפשרות שכפול של הרכבים מולקולריים שלמים. בכך חזר למרכז הבמה הרעיון של אופארין: אבולוציה כימית בהרכבים של מולקולות פשוטות, שסיכויי הופעתן במרק סבירים. אך נותרה עוד דרך ארוכה כדי להראות כי שרשתות מעין אלה יכולות להופיע במרק וליצור חיים.

כאן נכנסו לתמונה פרופ’ דורון לנצט מהמחלקה לגנטיקה מולקולרית במכון ויצמן למדע, ושותפיו למחקר. בשלב ראשון, חשוב היה לברר מהו סוג המולקולות שיכולות להתקבץ יחד, וליצור ביעילות רשתות של תגובה הדדית, בסגנון הטיפות שהציע אופארין. פרופ’ לנצט הציע ששומנים ייחודיים (ליפידים), מהם עשויים הקרומים של תאים חיים –  הם החומרים המתאימים ביותר ליצור את הטיפות האלה. כדורוני שומן אלה יכולים לגדול ולהתחלק כמעט כמו תאים. בכך יסד לנצט לפני שני עשורים את התפיסה הקרויה “עולם הליפידים”.

במאמר שהופיע בימים אלה בכתב-העת “אינטרפייס” של האגודה המלכותית האנגלית, מדווחים פרופ’ לנצט ושותפיו למחקר כיצד בחנו פרסומים מדעיים רבים, ומצאו ששומנים יכולים לתפקד כזרזים (קטליזטורים), ממש כמו ריבוזימים. תכונה כימית זו חיונית ליצירת הרשתות ההדדיות. בהמשך, מראים החוקרים, תוך שימוש בכלים של ביולוגיה מערכתית וכימיה חישובית, כיצד כדורי השומן הזעירים יכולים לצבור ולאחסן מידע הרכבי, ולאחר מכן להתחלק, תוך העברת המידע לדור הבא.

באמצעות המודל הממוחשב שפיתחו, הראו המדענים שהרכבי שומן מסוימים, המכונים “קומפוזומים” יכולים לשנות את המידע ההרכבי שלהם במעין מוטציות, להיחשף לברירה טבעית בתגובה לשינויים סביבתיים, ואף לגלות יכולות של אבולוציה דרווינית. פרופ’ לנצט מעיר, שמערכת מידע כזו, המבוססת על הרכבים, ואינה תלויה ברצף של “אותיות” כימיות כמו בחומר הגנטי, מזכירה את עולם האפיגנטיקה שבו תכונות מסוימות עוברות מדור לדור ללא הסתמכות על רצף הדי-אן-אי. בכך חיזקו המדענים את השערתם שחיים יכולים להופיע לפני שנוצר החומר הגנטי. במאמרם הם אף מתווים מסלול כימי שעשוי להוביל בסופו של דבר להיווצרות החומרים הגנטיים במסגרת מודל טיפות השומן.

תפיסת “עולם הליפידים” של לנצט וקבוצתו תלויה בין היתר בשאלה האם היו די מולקולות דמויות שומן (“שונאות מים”) במרק הקדום. גם כאן מדווחים המדענים כי ביצעו סקר ספרותי מקיף שלפיו קיימת סבירות גבוהה לכך שמולקולות רבות ומגוונות מסוג זה התקיימו על כדור הארץ הקדום. מסקנה זו זכתה באחרונה לחיזוק ממחקר שהראה כי באנקלדוס, אחד מירחיו של כוכב-הלכת שבתאי, אכן מתקיים אוקיינוס תת-קרקעי (“מרק קדום”) אשר מכיל סוגים שונים של מולקולות “שונאות מים”, שחלקן עשויות ליצור טיפות מהסוג הנדרש למודל עולם הליפידים. פרופ’ לנצט אומר שממצאים אלה וחישובים המבוססים על המודל, מראים כי ההסתברות להופעת חיים בכוכבי-לכת אחרים גבוהה יחסית.

עוד בנושא באתר הידען:

• החיים על פני כדור הארץ נוצרו במעיינות חמים געשיים, לא בים, כך מרמזות הוכחות חדשות
• בראשית היה הים חומצי

• קצת פלפל במרק הקדמון

• אבני הבניין של החיים התגלו בחלל