כיצד הכל התחיל? - עומר מרקוביץ

 

איך אפשר לחקור את ראשית החיים?

אחת השאלות הגדולות וחסרות המענה במדע היא כיצד נוצרו החיים מהחומר הדומם בראשיתו של כדור הארץ. בכדור הארץ הקדום התרחשה אבולוציה כימית בתוך ״מרק קדמוני״ של חומרים אורגניים. בעקבותיה נוצרו תחילה מולקולות שהיו מסוגלות לשכפל עצמן - שכפול שהוא הכרחי לקיום החיים כפי שאנו מכירים אותם כיום. לפי התפישה הרווחת המולקולות המשתכפלות הראשונות היו מולקולות ביולוגיות שאותן אפשר למצוא גם כיום בתא החי, והמועמדות העיקריות הן מולקולות RNA.

תיאוריה חלופית של פרופ׳ דורון לנצט וחברי קבוצתו, בהם הדוקטורנט עומר מרקוביץ׳, מעלה את האפשרות שהחיים התחילו מאבולוציה של מבנים פשוטים העשויים מחומרים דמויי שומן וקרויה ״עולם השומנים״ (או ״עולם הליפידים״). מולקולות השומן הן בעלות מבנה פשוט יחסית הכולל ראש וזנב. למרות פשטותן הן בעלות תכונה מיוחדת: ראשן ״אוהב מים״ ואילו זנבן ״אוהב שומן״. כאשר הן מצויות בסביבה מימית, מולקולות השומן נוטות להתקבץ באופן ספונטני בכדוריות ומפנות את צדן אוהב המים כלפי חוץ, בעוד צדן אוהב השומן מוגן בתוככי הכדורית. בלב לבה של תיאוריית עולם השומנים מצויה התייחסות אל כדוריות השומן כמכילות מידע. בניגוד למולקולות RNA, הנושאות מידע ברצף הגנטי שלהן, כדוריות השומן מקודדות מידע בהתאם למבנה שלהן (כלומר, הכמויות והסוגים השונים של מולקולות שומן בכדורית). פותח מודל שמאפשר לבצע הדמיות של התנהגות כדוריות השומן. המודל מתחיל באוסף מולקולות המתחרות על ההצטרפות לכדוריות, והתחרות מסתיימת כאשר הכדורית מגיעה לגודל קריטי. בשלב זה היא מתחלקת לשתי כדוריות בנות, והתחרות על ההצטרפות לכדוריות המשנה מתחדשת. אם החלוקה התרחשה כך שקבוצת מולקולות שומן מוצלחת נמצאת בכדורית מסוימת, היא תעודד הצטרפות מולקולות המתאימות לקבוצה. תהליך זה עשוי לחזור על עצמו בכדוריות נכדות ובכדוריות נינות, ולהיות למעשה מנגנון תורשה חדשני אשר מבוסס על מידע מבני - בניגוד למידע רצפי שעליו מבוססות התיאוריות האחרות.

מודל המתאר דרך להבנת היווצרות החיים מכדוריות המורכבות מליפידים. הציורים מתארים אבולוציה לאורך ציר הזמן, מדור לדור. הריבועים האדומים הגדולים מייצגים הופעת הרכבים בעלי יכולת שכפול גבוהה 

תקציר הרצאה במדע על הבר - 2014

פורסם במקור ב"גליליאו" 188, מאי 2014.