الیوین می تواند مانند سنگ های قیمتی پریدوت شکل بگیرد، اما بسیار نادر است. روی زمین، فراوان ترین کانی در گوشته بالایی و جزء اصلی سنگ های بازالتی است که پوسته اقیانوسی را تشکیل می دهند. فراتر از زمین، دانشمندان الیوین را در همه جا از مریخ، جایی که توسط مریخ نوردها مشاهده شد، تا سیارک ها یافته اند. حتی در گرد و غبار فضاست.
حالا یک مطالعه جدید منتشر شده در نامه های علوم زمین و سیاره نشان می دهد که این ماده معدنی جهان وطنی کیهانی ممکن است به تبدیل فرمالدئید، یک گاز سمی، به قند کمک کند. این کشف ممکن است به توضیح چگونگی بدست آوردن قندها توسط اولین موجودات زنده کمک کند که از آن برای انرژی و ساخت مولکول های ژنتیکی مانند RNA و DNA استفاده می کنند.
اولین سلول نتوانست بلوک های سازنده خود را تولید کند. آنها باید از طریق واکنش هایی شکل گرفته باشند که شامل زندگی نبوده است.
امروزه، زندگی اسیدهای آمینه، چربی ها، قندها و اسیدهای نوکلئیک خود را ایجاد می کند – اجزای حیاتی که بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی را ایجاد و حفظ می کنند. اما سلول اول نمی توانست بلوک های سازنده خود را تولید کند. آنها باید از طریق واکنش هایی شکل گرفته باشند که شامل زندگی نبوده است.
دانشمندان مدت‌ها فکر می‌کردند که واکنش فورموز، که فرمالدئید را جذب می‌کند و مخلوطی از قندهای مختلف را بیرون می‌ریزد، ممکن است در ایجاد حداقل یکی از اجزای سازنده زندگی نقش داشته باشد. فرمالدئید یک مولکول ساده متشکل از یک اتم کربن است که به دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن پیوند دارد. اگرچه امروزه در سطح زمین نادر است، اما در جهان رایج است و در سیارک ها، دنباله دارها و حتی محیط بین ستاره ای شناسایی شده است. این احتمال وجود دارد که این برخوردها فرمالدئید را به زمین اولیه رسانده باشد.
قبل از زندگی
واکنش فورموز با تشکیل مولکولی به نام گلیکول آلدئید از دو مولکول فرمالدئید آغاز می شود. گلیکول آلدئید ساده ترین مولکولی است که از فرمول شیمیایی کلی قندها پیروی می کند.
نویسنده و اختر شیمیدان این مطالعه گفت که این اولین مرحله سخت ترین است واسیلیسا وینوگرادوا از دانشگاه Aix-Marseille فرانسه. بدون کاتالیزور، گلیکول آلدئید به آرامی تولید می شود و این امر بقیه واکنش فورموز را متوقف می کند. بنابراین به تقویت نیاز است، به خصوص زمانی که واکنش در آب انجام می شود.
وینوگرادوف گفت هنگامی که گلیکول آلدئید تشکیل می شود، واکنش فورموز به خودی خود ادامه می دهد. فرمالدئید را برای بازسازی گلیکول آلدئید و تولید بیشتر و بیشتر مونوساکاریدها یا قندهای ساده مصرف می کند. (این نام نوعی پورمانتو از فرمالدئید و آلدوز است، دسته ای از مونوساکاریدهای تولید شده توسط واکنش.)
این شیمیدان آلی گفت: با توجه به زمان کافی، این واکنش چرخه ای می تواند “کیلوگرم، تن، شاید مگاتن قند” تولید کند. الیور تراپ از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان در مونیخ آلمان که در این مطالعه شرکت نداشت. او گفت که نشان دادن این که چگونه این واکنش می تواند در شرایط طبیعی شروع شود، یک “گام قابل توجه” است.
وینوگرادوف و همکارانش متعجب بودند که آیا سنگ های غنی از الیوین که در اوایل زمین و جاهای دیگر منظومه شمسی جوان فراوان بوده اند ممکن است کاتالیزور اولین واکنش های فورموسان در این سیاره بوده باشند.
این واکنش ترکیبات بسیار بسیار زیادی را تشکیل می دهد و تجزیه و تحلیل بسیار بسیار دشوار است.
محققان فرمالدئید را با سنگ‌های غنی از الیوین ریز آسیاب شده واکنش دادند که برای جلوگیری از آلودگی با مولکول‌های آلی آن را با دقت تمیز کردند. (آنها همچنین مقداری فرمالدئید و الیوین را به طور جداگانه به عنوان شاهد آزاد کردند.) محفظه های واکنش با آب پر شده و گرم و بدون اکسیژن نگه داشته شدند. چنین شرایطی با شرایطی که دانشمندان انتظار دارند در دریچه های گرمابی در زمین اولیه یا در سیارک های آبکی وجود داشته باشد، تفاوتی ندارد. پس از 2، 7 و 45 روز، تیم نمونه برداری کردند و محصولات واکنش را با استفاده از تکنیکی به نام کروماتوگرافی گازی چند بعدی اندازه گیری کردند.
این شیمیدان پری بیوتیک گفت: این واکنش ترکیبات بسیار بسیار زیادی را تشکیل می دهد و تجزیه و تحلیل آن بسیار بسیار دشوار است. یوشیهیرو فوروکاوا از دانشگاه توهوکو در ژاپن که در این مطالعه شرکت نداشت. نویسندگان از تجزیه و تحلیل پیشرفته استفاده کردند.
آزمایشات نشان می دهد که در حضور الیوین، گلیکول آلدئید و قندها بسیار کارآمدتر تشکیل می شوند. الیوین همچنین به این واکنش کمک کرد تا قندهای پیچیده تری مانند گلوکز تولید کند. مدل‌های شیمیایی نشان می‌دهند که سطح الیوین با مولکول‌های فرمالدئید به گونه‌ای برهمکنش می‌کند که باعث می‌شود مولکول‌های کربن آنها با یکدیگر پیوند برقرار کنند.
از آنجایی که الیوین گسترده است، شرایط مناسب برای ساخت قند از فرمالدئید ممکن است در سرتاسر منظومه شمسی، از کف دریای زمین اولیه تا درون سیارک‌ها، وجود داشته باشد – و هنوز هم ممکن است وجود داشته باشد.
وجود الیوین در همه جا باعث می شود که این یافته نه تنها به یک فرضیه در مورد منشأ حیات، بلکه به چندین فرضیه مرتبط باشد. این ماده معدنی در حال حاضر برای این فرضیه که منشا حیات را در دریچه های گرمابی در اقیانوس اولیه زمین مطرح می کند، مرکزی است. مایعات گرم و قلیایی موجود در این دریچه ها از واکنش بین الیوین و آب دریا به وجود می آیند.
فرضیه های دیگر شامل تحویل مولکول های آلی از فضا است. فوروکاوا و همکارانش اخیراً قندهایی از جمله ریبوز، جزء کلیدی مولکول های ژنتیکی را در شهاب سنگ ها شناسایی کردند. از آنجایی که برخی از سیارک ها حاوی الیوین و فرمالدئید هستند، نتایج جدید ممکن است به توضیح وجود چنین قندهای کیهانی کمک کند.
وینوگرادوف گفت: «اولیوین یک ماده معدنی رایج است. نکته جالب این است.» اینکه می‌تواند چنین واکنش بالقوه مهمی را تسریع کند، چیزی است که «قبلاً تصورش را نمی‌کردیم».
– الیز کاتس (@elisecutts)، نویسنده علم