شیمی پیدایش حیات یعنی نحوه پیوستن تدریجی مولکول‌های صرفا آلی و حاوی کربن به مولکول‌های بزرگ و خودتکثیرشونده مانند دی‌ان‌ای و شکل گرفتن حیات، همچنان جزو اسرار است، اما محققان معتقدند این انتقال دیرینه از شیمی به بیوشیمی در اقیانوس‌های کهن زمین اتفاق افتاده است.

اما این موضوع مشکل و تناقضی درون خود دارد. با آنکه بیوشیمی و حیات موجودات زنده به آب مایع وابسته است، واکنش‌های شیمیایی لازم برای تشکیل اولین واحدهای زنده نمی‌تواند در محیط کاملا اشباع از آب رخ دهند و به نظر می‌رسد اقیانوس‌های اولیه زمین برای حمایت از شکل‌گیری مولکول‌های لازم به منظور ایجاد حیات، محیط بیش از حد مرطوبی بوده‌اند.

وجود شکل‌های بی‌شماری از حیات از جمله انسان‌های امروزی، شواهد کافی دال بر این است که حیات راه خود را پیدا کرده است و شاید گراهام کوکس، استاد شیمی تحلیلی دانشگاه پردو، این معما را حل کرده باشد.

او در یک بیانیه رسانه‌ای گفت که ظاهرا «آب در همه حال مرطوب نیست».

در مقاله جدیدی که روز دوشنبه در مجله «پروسیدینگز آو د نشنال آکادمی آو ساینسز» (Proceedings of the National Academy of Sciences) منتشر شد، دکتر گراهام و همکارانش دیلن هولدن و نیکلاس موراتو از دانشگاه پوردو به توصیف نتایج تحقیقات خود پرداختند که نشان می‌داد واکنش‌های شیمیایی لازم برای تشکیل مولکول‌های پیپتید، مولکول‌های ضروری برای حیات، می‌توانند در حباب‌های بسیار ریز آب رخ دهند.

این سه نفر در این مقاله نوشتند: «حرف ما این است که سطح قطر‌ه‌های ریز آب کارکرد سطح خشک را دارد»، این لایه نازک بین آب و هوا خشکی کافی برای رخ دادن واکنش‌های شیمیایی مهم را فراهم می‌کند.

واکنش‌های شیمیایی مورد نظر این محققان واکنش‌های پیوستن اسید آمینه‌ها به مولکول‌های پیپتیدی بزرگ‌ترند.

آسید آمینه‌ها واحدهای سازنده‌ اجزایی با بیوشیمی‌ پیچیده‌ترند. اسید آمینه‌ها مولکول‌های ساده‌ای از جنس کربن‌اند که در زنجیره‌‌های تا ۵۰ تایی به هم متصل می‌شوند و پیپتیدها را تشکیل می‌دهند. زنجیره‌های طولانی‌تر اسید آمینه‌ها پلی‌پیپتیدها را تشکیل می‌دهند که به نوبه خود به یکدیگر متصل می‌شوند و پروتئین‌ها را تشکیل می‌دهند.

تشکیل اسید آمینه‌ها ممکن است ناشی از واکنش‌هایی شیمیایی باشد که بین واحدهای زنده رخ نمی‌دهد و لزوما به ایجاد حیات منجر نمی‌شود. مثلا محققان بر این باورند شهاب‌سنگ‌های باستانی با اسید آمینه‌های زیادی که در فضا بر سیارک‌ها ایجاد شده بودند، زمین را بذر‌افشانی کرده‌اند. این واقعیت در ماموریت اخیر هایابوسا ۲ ژاپنی‌ها که طی آن نمونه‌هایی از سیارک ریوگو را به زمین آوردند، تایید شد.

اسید آمینه‌ها وقتی بخشی از حیات شوند، اهمیت زیادی پیدا می‌کنند. اسید آمینه‌ها آدنوزین، سیتوزین، گوانین و تیمین ستون فقرات دی‌ان‌ای را تشکیل می‌دهند. پلی‌پیپتیدها نیز هورمو‌ن‌هایی مثل انسولین پدید می‌آورند و پروتئین‌هایی مثل کلاژن به ایجاد ساختار بدن‌ ما کمک می‌کنند.

اما برای آنکه اسید آمینه‌ها به هم بپیوندند و زنجیره‌های پیپتید را تشکیل دهند، باید مولکول آب از دست بدهند که به نظر محققان، در قلمرو مرطوب اقیانوس ناممکن است.

اما دکتر کوکس و همکارانش دیلان هولدن و نیکلاس موراتو در دانشگاه پوردو اکنون نشان می‌دهند که سطح قطرات ریز آب که از برخود امواج یا پاشیدن جریان آب پدید می‌آیند، محیطی پدید می‌آورند تا در آن اسید آمینه‌ها بتوانند آن پیوندها را پدید آورند و تشکیل مولکول‌های بزرگ‌تر از اسید آمینه‌ها میسر شود.

دکتر کوکس می‌گوید: «واکنش شیمیایی منشاء حیات اساسا همین است. این نخستین بار است که نشان داده شده است مولکول‌های دیرینه، اسید آمینه‌های ساده، خودبه‌خود پیپتیدها، اجزای سازنده حیات را در قطره‌های ریز آب خالص تشکیل می‌دهند.»

این فرایند نه تنها به حل معمای چگونگی ظهور خودبه‌خودی اجزای حیات در زمین نوپا کمک می‌کند، بلکه به فهم چگونگی پیدایش انسان در بیش از سه میلیارد سال بعد [از آن] هم کمک می‌کند. به نظر می‌رسد واکنش‌های پیوندی اسید آمینه‌ها برای تشکیل پیپتید در قطره‌های ریز خیلی خیلی سریع‌تر از محلول‌های مایع رخ می‌دهد و این می‌تواند به تولید داروها نیز سرعت دهد.

دکتر کوکس می‌گوید: «آهنگ واکنش‌ها در قطره‌ها ریز حدود ۱۰۰ تا یک میلیون برابر سریع‌تر از همان واکنش‌های شیمیایی در محلول‌های حجیم است. با استفاده از شیمی قطرات دستگاهی برای تسریع در سنتز مواد شیمیایی جدید و داروهای بالقوه جدید ساخته‌ایم که اکنون در دانشگاه پوردو استفاده می‌شود.»