الكريستال السائل وأصل الحياة

تعتمد شاشات العرض في أجهزة التلفاز الحديثة، الهواتف الخلوية و شاشات الكمبيوتر على الكريستال السائل: وهي مواد تتدفق مثل السوائل لكن لها جزيئات موجهة في هياكل تشبه البلورات. ومع ذلك، ربما لعبت البلورات السائلة دورًا أكثر قِدماً من ذلك بكثير، فقد ساعدت في تجميع الجزيئات الحيوية الأولى على كوكب الأرض. لقد وجد الباحثون الذين ينشرون في ACS Nano أنّ جزيئات RNA القصيرة (الحمض النووي الريبوزي) يمكن أن تشكل كريستالات سائلة تشجع النمو إلى سلاسل أطول.

افترض العلماء أنّ الحياة على الأرض نشأت في “عالم الحمض النووي الريبوزي”، حيث أدى الـ RNA الدور المزدوج لحمل المعلومات الوراثية وإدارة عملية التمثيل الغذائي أو الأيض (Metabolism) قبل ظهور الـ DNA (الحمض الريبوزي النووي منقوص الأوكسجين) أو البروتينات. في الواقع، اكتشف الباحثون خيوط RNA محفِّزة، أو الريبوزيمات (Ribozymes) في الجينومات الحديثة. إنّ الريبوزيمات المعروفة حوالي 16-150 نيوكليوتيد في الطول، فكيف تتجمع هذه السلاسل المتتالية في عالم بدائي بدون ريبوزات أو بروتينات موجودة؟  تساءل توماسو بيليني  Tommaso Bellini وزملاؤه عن ما إذا كان يمكن أن يساعد الكريستال السائل في توجيه أسلاف قصيرة من الحمض النووي الريبوزي RNA لتشكيل خيوط أكثر طولاً.

لمعرفة ذلك، استكشف الباحثون سيناريوهات مختلفة يمكن من خلالها للـ RNA قصيرة المدى تجميع ذاتها. ووجد الباحثون عند التراكيز المرتفعة، أنّ سلاسل RNA القصيرة (إما 6 أو 12 نوكليوتيد طويل) تترتب بشكل تلقائي في مراحل الكريستال السائل. وتشكلت بلورات الكريستال السائل بسرعة أكبر عندما أضاف الباحثون أيونات المغنيسيوم التي أدت لاستقرار البلورات، أو البولي إيثيلين غليكول الذي عزل الحمض النووي الريبوزي في نطاقات ميكروية عالية التركيز. وبمجرد احتجاز الـ RNAs معاً في الكريستال السائل، يستطيع المنشط الكيميائي أن ينضم إلى نهايتهم بشكل فعال في خيوط أكثر طولاً. ساعد هذا الترتيب أيضًا على تجنب تكوين RNAs  الدائرية التي لا يمكن أن تطول أكثر من ذلك. يشير الباحثون إلى أنّ البولي إيثيلين غليكول والمنشط الكيميائي لم يتم العثور عليهما في ظل ظروف بدائية، لكنهم يقولون إنّ الأنواع الجزيئية الأخرى يمكن أن تلعب أدواراً مماثلة، وإن كانت أقل فعالية.

المصادر:

Liquid crystals and the origin of life. American Chemical Society. Retrieved October 27, 2018, from https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/newsreleases/2018/october/liquid-crystals-and-the-origin-of-life.html

Todisco, M., et al. Nonenzymatic Polymerization into Long Linear RNA Templated by Liquid Crystal Self-Assembly. ACS Nano, 2018, 12 (10), pp 9750–9762