دانشمندان در سرزمين عجايب

واضح آرشیو وب فارسی:جام جم آنلاین: دانشمندان در سرزمين عجايب
جام جم آنلاين: تاكنون تحقيقات زيادي در سراسر جهان روي ميكروارگانيسم‌ها به عنوان موجوداتي كه مي‌تواند درك ما را نسبت به سرمنشأ حيات بهبود بخشند، انجام شده است. از آنجا كه ميكروارگانيسم‌ها سابقه‌اي بسيار طولاني از ساير موجودات روي زمين دارند، بسيار مورد توجه محققان و دانشمندان هستند. تاكنون مطالعه روي اين موجودات كوچك توانسته به بسياري از سوالات درمورد حيات و روند تكامل روي اين كره خاكي پاسخ دهد.

در اين خصوص به تازگي يك گروه تحقيقاتي به سرپرستي وولف سيمون اعلام كرده‌اند كه موفق به كشف ميكروبي شده‌اند كه با سازوكاري عجيب، نادر و پيچيده ممكن است در آينده درك ما را از روند تكامل در جهان تحت تاثير قراردهد. اين باكتري كه از درياچه‌اي به نام مونو واقع در منطقه كوهستاني سيرآ در غرب كاليفرنيا به دست آمده است، در فرآيندي عجيب قادر است طي يك سري واكنش‌هاي بيوشيميايي آرسنيك را با فسفر كه يكي از عناصر مهم و حياتي در بدن موجودات زنده به ويژه در مولكول DNA است، جايگزين كند. اين در حالي است كه از آرسنيك براي از بين بردن ميكروب‌ها و آفت‌ها و حتي در قديم براي كشتن انسان‌ها استفاده مي‌شده است.

آرسنيك، شبه‌فلز سمي معروفي است كه به 3 شكل زرد، سياه و خاكستري يافت مي‌شود. آرسنيك و تركيبات آن، به عنوان آفت‌كش مورد استفاده قرار مي‌گيرند. علف‌كش، حشره‌كش و سموم مختلف آرسنيكي قرن‌هاست براي رفاه يا قتل انسان به كار مي‌روند. خصوصيات قابل توجه آرسنيك از نظر شيميايي شبيه فسفر است، تا حدي كه در واكنش‌هاي بيوشيميايي مي‌تواند جايگزين آن شود، لذا سمي است. وقتي به آن حرارت داده شود، به صورت اكسيد آرسنيك درمي‌آيد (اكسيده مي‌شود) كه بوي آن مانند سير است. آرسنيك و تركيبات آن همچنين مي‌توانند بر اثر حرارت به گاز تبديل شوند. آرسنيك با مختل كردن وسيع سيستم گوارشي و ايجاد شوك منجر به مرگ مي‌شود.

يافته‌هاي اين گروه تحقيقاتي حاكي از آن است كه اين دانشمندان در اين منطقه موفق به كشف گونه‌اي از حيات شده‌اند كه با تمام گونه‌هاي شناخته شده زيستي سياره زمين، متفاوت است. اين گونه زيستي جديد قابليت ويژه‌اي دارد كه درحال حاضر با هيچ يك از قوانين شناخته شده بيوشيمي نمي‌توان براي آن توضيحي ارائه داد. با اعلام اين اكتشاف توسط سايمون، موجي از سوالات و انتقادها در ميان دانشمندان به راه افتاد. مثلا اين كه ممكن است گروه تحقيقاتي سايمون افسانه‌سرايي كرده باشند و لذا اكتشاف آنها را يك افسانه يا تخيل علمي ناميدند. عده‌اي گفتند كه شايد كشف آنها منشأ فرازميني دارد و مربوط به آدم‌هاي فضايي است و بسياري داستان‌هاي ديگر.

ماجرا از آنجا آغاز شد كه وولف سايمون، يك پژوهشگر اقيانوس‌شناسي، شروع به مطالعه فيتو پلانكتون‌ها كرد تا درك بهتري از اين موضوع داشته باشد كه چطور ارگانيسم‌ها از فلزاتي مانند آهن و منگنز براي تغذيه و تكامل خود بهره مي‌برند. او براي درك بهتر موضوع شروع به مطالعه آستروبيولوژي كرد. اين شاخه علمي شامل مطالعه اصل و نسب و منشأ انواع گونه‌هاي زيستي، روند تكامل و چگونگي اشاعه و انتشار آنها بر كره زمين و آينده آنهاست. در اين جهت گونه‌هاي زيستي مورد مطالعه قرار گرفته و تفاوت‌ها و شباهت‌هاي آنها مدنظر قرار مي‌گيرد. مثلا محققان دريافتند كه همه گونه‌هاي زيستي در زمين به‌رغم تفاوت‌هاي بسياري كه با هم دارند، ويژگي‌هاي بنيادي زيستي و شيميايي مشتركي دارند. اولين ويژگي مشترك آنها اين است كه همه آنها انرژي را جذب و از آن استفاده كرده و سپس آن را به اشكال ديگر انرژي تبديل مي‌كنند. ويژگي دوم آنها اين است كه همه گونه‌هاي زيستي در زمين از 20 نوع اسيدآمينه يكسان براي ساختن پروتئين‌هاي ضروري خود استفاده مي‌كنند. ويژگي سوم آنها اين است كه همه ارگانيسم‌هاي زنده از مولكول‌هاي DNA و RNA براي ذخيره اطلاعات ژنتيكي خود بهره مي‌برند و همه گونه‌هاي موجود در كره زمين به 6 عنصر حياتي و مهم كربن، هيدروژن، نيتروژن، اكسيژن، فسفر و سولفور براي بقا نيازمندند.

اما با همه اين شباهت‌ها، برخي تفاوت‌ها نيز وجود دارد. به عنوان نمونه، خون ما حاوي عنصر آهن بوده و اين عنصر مسوول حمل و نقل اكسيژن در بافت‌هاي بدن ماست و همچنين موجب قرمز بودن رنگ خون ما نيز است و اين در حالي است كه در سخت‌پوستان به جاي آهن، عنصر مس وجود دارد و خون آنها آبي‌رنگ است. يا مثلا بدن اغلب ارگانيسم‌هاي زنده از اكسيژن براي سوزاندن و تبديل قندها به انرژي استفاده مي‌كند و اين در حالي است كه بيشتر باكتري‌ها ار نيتروژن يا سولفور براي سوزاندن قندها و توليد انرژي بهره مي‌برند. نكته مهم اينجاست كه تا به حال هيچ ارگانيسمي در زمين يافت نشده كه بتواند بدون فسفر به حيات خود ادامه دهد. زيرا يون‌هاي فسفات براي نگهداري و ساخت و ساز در ساختار مولكول‌هاي بنيادي DNA و RNA و در تركيب با ليپيدها براي ساخت غشاي سلول‌ها و حمل و نقل انرژي و بسياري كارهاي حياتي ديگر به كار مي‌روند و نكته مهم اينجاست، ميكروبي كه گروه تحقيقاتي كشف كرده‌اند به جاي فسفات از آرسنيك براي امور حياتي و بقاي خود استفاده مي‌كند و همين امر تعجب دانشمندان را برانگيخته است و فرضيه‌هاي زيادي در اين خصوص مطرح شده است كه برخي از آنها به دليل عدم شباهت اين ارگانيسم با گونه‌هاي زيستي موجود، اشاره به منشأ فرازميني اين ميكروب دارند.

همان گونه كه قبلا گفته شد اين ميكروب از يك منطقه كوهستاني واقع درغرب كاليفرنيا به دست آمده است، منطقه‌اي كوهستاني و عجيب با قله‌هايي برفي و آتشفشاني و با درياچه‌اي كه ساحل آن پوشيده از نمك و انواع مواد معدني و سطوح بالايي از آرسنيك است. ميزان آرسنيك در اين منطقه به قدري است كه هيچ كس تصور نمي‌كرد در اين منطقه موجود زنده‌اي بتواند زيست كند.

نكته: باكتري GFAJ-1 نه مربوط به حيات فرازميني است و نه چيزي شبيه به اينها، بلكه با مكانيزمي پيچيده و برخلاف آنچه تاكنون در زمين ديده‌ايم، قادر است از آرسنيك مانند فسفر براي رشد بقاي خود بهره ببرد

سال‌ها پيش وقتي سايمون براي اولين بار از اين منطقه ديدن كرد، با كمك دانشمنداني ديگر شروع به مطالعه و بررسي اكوسيستم و آب منحصر به فرد درياچه مونو نمود و در پايان تحقيقاتش در گزارشي از ارگانيزم‌هاي زنده‌اي سخن گفت كه قادر به استفاده از آرسنيك به جاي فسفر بودند. او در ادامه دست به تحقيقات گسترده‌تري زد و براي اين منظور مقداري از آب درياچه را جمع‌آوري كرده و به آزمايشگاه برد و با دقت مورد آزمايش قرارداد و تركيب آن را مشخص كرد و اين تركيبات را از آب درياچه حذف كرد و آب را ايزوله نمود. در ادامه او مخلوطي از ويتامين‌ها، قندها، نمك‌ها و انواعي از مواد معدني را به يك لوله از اين آب معمولي و استريل‌شده افزود تا آب را از نظر تركيبات دوباره به آب درياچه نزديك كند. سپس او به اين نمونه مقداري سم آرسنيك اضافه و فسفر را از آب حذف كرد.

او در نمونه‌هاي ديگر فسفر را اضافه و آرسنيك را حذف كرد. بعد از چندي نمونه‌ها را مورد بررسي قرار داد و دريافت در تيوپ‌هايي كه مقادير فسفر و آرسنيك كاهش يافته بود، هيچ رشدي در اين باكتري ديده نشد، اما در نمونه‌هاي حاوي مقادير بالاي آرسنيك اين باكتري عجيب رشد كرده بود. همچنين در نمونه‌هاي حاوي فسفر بالا و آرسنيك كم نيز رشدي از اين باكتري ديده شد.

سايمون و همكارانش حال با يك ميكروب عجيب و منحصر به فرد مواجه بودند و لازم بود تا نامي برايش انتخاب كنند، در نهايت آنها اين باكتري جالب را GFAJ-1 ناميدند كه مخفف Get Felisa a Job است.

در ادامه آزمايشات آنها شروع به افزايش ميزان آرسنيك در محيط رشد اين باكتري كردند تا ببينند كه اين ميكروب چگونه افزايش سم آرسنيك را تحمل خواهد كرد. آنها ميزان آرسنيك را تا 500 هزار بار افزايش دادند تا جايي كه مجبور به استفاده از 2 دستكش براي محافظت از دست‌هايشان شدند. به گفته سايمون «ما انتظار داشتيم پس از هر بار افزايش آرسنيك به محيط رشد اين باكتري، هر روز كه به سراغ آن مي‌رويم، آن را مرده ببينيم و اين در حالي بود كه با كمال تعجب اين موجود زنده ميكروسكوپي نه‌تنها نمرده بود بلكه به رشد و نمو خود ادامه مي‌داد.» اين محققان فكر كردند كه شايد در آزمايششان اشتباهي رخ داده است لذا در ادامه كار آنها چندين بار دست به تكرار آزمايش زدند تا جايي كه تيم تحقيقاتي 6 بار در شرايط كاملا كنترل شده، آزمايش را تكرار كردند و در نهايت به طور يقين دريافتند كه اشتباهي رخ نداده و باكتري GFAJ-1 درمحيط مملو از آرسنيك قادر است رشد كرده و بقا يابد. آنها دريافتند كه اين باكتري مي‌تواند از آرسنيك به جاي فسفر براي بقاي خويش استفاده كند. و حال سوالي كه به ذهن محققان خطور مي‌كرد، آن بود كه اين باكتري چگونه مي‌تواند از آرسنيك براي رشد و بقاي خود بهره ببرد؟

آنها براي يافتن پاسخ سوالات خود و براي درك مكانيزم پيچيده دراين باكتري، در آزمايشگاهي بسيار مجهز كار خود را ادامه دادند و از دستگاهي به نام سينكروترون براي تعيين ساختار مولكولي اين باكتري بهره بردند. در اين دستگاه كه نوعي دستگاه گردش الكتروني است، نمونه‌ها با سرعتي بسيار بالا به گردش درمي‌آيند تا ساختار مولكولي آنها مشخص گردد. سپس نمونه‌ها را از اين دستگاه خارج كرده و تحت تأثير اشعه ايكس قرار مي‌دهند و از ساختار از هم مجزا شده آنها، عكسبرداري مي‌كنند. تيم تحقيقاتي پس از آن كه باكتري GFAJ-1 را از دستگاه خارج كردند. با روش تصويربرداري فلورسنت با استفاده از اشعه ايكس و همچنين تكنيك تصويربرداري (EXAFS) از ساختار مولكولي اين باكتري عكسبرداري و از اين طريق شروع به تعيين ساختار شيميايي و رديابي آرسنيك در سلول‌هاي آن كردند. آنها موفق به رديابي آرسنيك در ساختار سلول‌هاي اين ميكروب عجيب شدند و يافته‌هاي آنها نشان داد همان‌گونه كه فسفر جزئي از ساختار مولكولي سلول‌ها است، آرسنيك نيزبه طور شيميايي در ساختار مولكولي اين باكتري وجود دارد و نكته بسيار جالب اين تحقيقات اينجاست كه آنها مشاهده كردند در ساختار شيميايي DNA در اين باكتري مولكول‌هاي آرسنيك جايگزين فسفر كه جزء اساسي ساختار مولكول‌هاي DNA است، شده‌اند و اين درست برخلاف آن چيزي است كه تاكنون در ارگانيزم‌هاي زنده زميني ديده شده است. تيم تحقيقاتي در ادامه از ايزوتوپ‌هاي راديواكتيو براي تعيين مكان آرسنيك در پروتئين‌ها، ليپيدها و ساختار اسيد نوكلئيك استفاده كردند.

پس از اين آزمايش‌ها، آنها در كنفرانسي كه توسط ناسا ترتيب داده شده بود شركت كردند تا نتايج تحقيقات و مطالعات خود را بيان كنند. اهميت اين پژوهش‌ها براي ناسا از آن جهت است كه با توجه به اين‌كه ساز و كار اين ارگانيزم هيچ شباهتي به ارگانيزم‌هاي زنده شناخته‌شده روي زمين ندارد، مي‌تواند در درك زندگي و حيات در فضا و سيارات ديگر راهگشا باشد. با فرض منشأ فرازميني اين باكتري، دانشمندان ناسا با ديدگاهي متفاوت‌تر از قبل مي‌توانند به دنبال اثر حيات در كرات ديگر باشند. البته اعلام نتايج اين تحقيقات موجي از اظهارنظرها و انتقادها را در پي داشت. گروهي از دانشمندان گفتند كه شايد نمك‌هاي طبيعي موجود در محيط زندگي اين باكتري فسفر كافي براي رشد آن را فراهم مي‌كند و اين در حالي است كه سايمون اعلام كرد در آزمايشات كنترل‌شده‌اي كه انجام داده است او ميزان مواد معدني و فسفر را بسيار كاهش داده و با وجود اين باز هم اين باكتري قادر به رشد بوده است. يا برخي ديگر از محققان چنين اظهار كردند از آنجا كه امكان رشد و بقا بدون فسفر امكان‌پذير نيست، شايد فسفر موجود در محيط اين باكتري به نوعي به رشد آن كمك كرده باشد و اين در حالي است كه حتي با حذف فسفر از محيط اين باكتري، بازهم اين ميكروب رشد مي‌كند و بقا مي‌يابد، چرا كه براحتي قادر است در مكانيزمي پيچيده و ناشناخته از آرسنيك براي ساخت مولكول‌هاي حياتي خود و حتي مولكول DNA استفاده كند و حتي عده‌اي ديگر از دانشمندان فرضيه آدم فضايي و حيات فرازميني را مطرح كردند و اين‌كه آيا به جز ما، موجودات ديگري نيز در هستي وجود دارند؟

آنچه مشخص است، اين است كه اين باكتري نه مربوط به حيات فرازميني است و نه چيزي شبيه به اينها، بلكه اين باكتري با مكانيزمي پيچيده و برخلاف آنچه تاكنون در زمين ديده‌ايم، قادر است از آرسنيك مانند فسفر براي رشد بقاي خود بهره ببرد و علت اين امر هم ساز و كار پيچيده و ناشناخته مولكول DNA در اين باكتري است.

منبع: popsci

آزاده سيدميرزايي جهقي / جام‌جم

دوشنبه|ا|26|ا|دي|ا|1390

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: جام جم آنلاین]

[مشاهده در: www.jamejamonline.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 214]