בדיקת מטאור תגלה: האם החיים הגיעו מהחלל?
בדיקה של מטאור עשוייה לשפוך אור על שאלה המטרידה ביו-כימאים למעלה ממאה שנים ועוסקת במבנה החלבונים המרכיבים תאים של כל יצור חי
קצה חוט אפשרי לפתרון אחת התעלומות הגדולות של החיים התפרסם לפני שבועיים בכתב העת היוקרתי PNAS. הפתרון עשוי להסביר סוף סוף את האחדות המפתיעה בין כל היצורים החיים על פני כדור-הארץ.
חומצות אמינו ימניות ושמאליות - כמו כפות ידיים
עובדת החיים הבסיסית ביותר היא שכל היצורים מורכבים מתאים, והתאים פועלים בעזרת חלבונים. החלבונים הם סוג של מכונות קטנות ויעילות שעושות את העבודה בתוך התאים – הם מפיקים אנרגיה מאור שמש, מספקים חיזוק מכני ויכולת תנועה לתא ואפילו מסוגלים להביא לחלוקה של תא אחד לשני תאים נפרדים. החלבונים עצמם בנויים מאבני בניין הנקראות חומצות אמינו, ובטבע קיימות שתי צורות אפשריות של חומצות אמינו – הצורה הימנית והצורה השמאלית.
מה פירוש 'צורה ימנית' ו- 'צורה שמאלית' של מולקולות? ניתן להסביר דרך השוואה לידיים אנושיות. במבט ראשון, כפות הידיים נראות זהות לחלוטין – גם בימנית וגם בשמאלית ניתן למצוא זרת, קמיצה, אמה, אצבע ואגודל. אבל הימנית והשמאלית אינן זהות מבחינת הכיוון – באחת מהן האגודל מופנה לצד ימין, ובשניה הוא מופנה לצד שמאל. לא משנה איך נהפוך את כיוון כפות הידיים, הן לא יוכלו להיות זהות אחת לשניה.
תופעה דומה קיימת במולקולות אורגניות כמו חומצות אמינו – יש צורה 'ימנית' ויש צורה 'שמאלית', ולמרות שהשתיים זהות לחלוטין זו לזו מבחינה כימית, הן שונות בסידור הפנימי שלהן. אפשר לאמר שה- 'אגודל' שלהן מופנה לכיוון ההפוך. תכונה זו נקראת כיראליות, ומקורה במילה היוונית יד. למולקולות כיראליות יש לפחות שתי צורות אפשריות – שמאלית וימנית.
התאים מורכבים רק מחומצות שמאליות
החידה שהטרידה ביו-כימאים כבר למעלה ממאה שנה, מקורה בעובדה שחלבונים הקיימים ביצורים חיים מורכבים רק מחומצות אמינו שמאליות. התאים לא משתמשים בחומצות אמינו ימניות – רק בשמאליות – למרות שהימניות שכיחות בטבע באותה המידה כמו השמאליות. בכל התהליכים הטבעיים שאנחנו מכירים, חומצות אמינו נוצרות במידה שווה – חצי מהן שמאליות וחצי ימניות.
כמו כדי להוסיף שמן למדורה, ה-DNA שלנו כיראלי גם הוא, אך בכיוון ההפוך. ה-DNA מורכב מאבני בניין הנקראות נוקלאוטידים, וכולן מולקולות ימניות, בניגוד לחלבונים שכולם עשויים מחומצות אמינו שמאליות.
התשובה הנפוצה כיום היא שהאב הקדום של כולנו – התא הפרימיטיבי הראשון – השתמש רק באבני-בנין ימניות להרכבת ה-DNA, וכאשר פיתח את היכולת ליצור חלבונים, הוא השתמש רק באבני-בניין שמאליות להרכבת החלבונים. מכיוון שכולנו צאצאים רחוקים של אותו אב קדמון, כולנו ירשנו ממנו את המנגנונים המולקולריים הללו.
למה להשתמש רק בחצי מהמולקולות?
זה כמובן פותח פתח לשאלה אחרת: למה שהתא הקדמון ישתמש רק באבני-בניין מוגבלות כל-כך, ב-DNA ימני ובחלבונים שמאליים? הרי שני הסוגים נמצאים מסביבו במידה שווה. מדוע שהוא יבחר לפעול במנגנונים שימנעו ממנו להשתמש בחצי מהמולקולות שמסביבו?
התשובה לשאלה זו הגיעה לפני שבועיים, בעקבות מחקרם של סנדרה פיזארלו מאוניברסיטת אריזונה, ויונגסונג יואנג ומרסלו אלכסנדרה מאוניברסיטת בראון. שלושת החוקרים בדקו מטאוריט נקי-מזיהומים, שהתגלה בערבות אנטרקטיקה הקפואות. הקרח מנע מהמטאוריט מלהזדהם בחומצות האמינו הקיימות על פני כדור-הארץ, ולכן מאמינים החוקרים כי מדובר בתגלית של ממש, שניתן להסיק לפיה על הרכב חומצות האמינו הקיים במטאוריטים מסוג זה.
החוקרים גילו כי המטאוריט מכיל מספר חומצות אמינו, עם העדפה לצורה ימנית או שמאלית. איזולויצין, למשל, נמצאה במטאוריט עם העדפה של 14% לצורה השמאלית. לעומתה, אלואיזולויצין נמצאה במטאוריט עם העדפה של 12% לצורה הימנית.
למרות שהבדל של 14% לא נשמע גדול כל-כך, ידוע שאפילו עודף קטן כזה של חומצות אמינו שמאליות יכול להביא לתהליכי יצירה של חומצות אמינו שמאליות נוספות בכמות גדולה מאד, ואף להשפיע על קטליזה של סוכרים כך שיווצרו יותר סוכרים עם העדפה לצורה הימנית.
האם המקור לחיים הגיע מהחלל?
עדיין אין הסכמה מלאה בקרב קהילת הביו-כימאים וחוקרי המטאוריטים לגבי מהימנותה של התגלית. רבים חוששים כי לא ניתן לסמוך על ההנחה שהמטאוריט אכן נקי לגמרי מזיהומים. אך במידה שהממצאים אכן אמיתיים, הרי שהסיבה שאנו יכולים להשתמש בחומצות אמינו שמאליות בלבד היא העודף בחומצות האמינו השמאליות שהגיעו מהחלל החיצון על גבי המטאוריט. אפשר לאמר שהמקור לחיים על פני כדור הארץ, כפי שאנו מכירים אותם כיום, הוא בחלל החיצון.
אבל כמובן, כל זה רק פותח פתח לשאלות נוספות. מהו אותו אירוע קוסמי אשר מביא ליצירת חומצות אמינו שמאליות או ימניות, או להעדפה של צורות מסויימות? איך ומתי הוא מתרחש? האם הוא יכול לחזור על עצמו בכוכבים, אסטרואידים או מערכות-שמש אחרות? את כל זאת, טרם אנו יודעים. אך אם נמשיך לשאול שאלות, ולא נירתע מדרך החתחתים המפרכת בה צועד המחקר המדעי, נמשיך גם למצוא את התשובות.
