החיים על פני כדור הארץ מעוררי השתהות ומורכבים להפליא. עם זאת, כל החיים על פני כדור הארץ מורכבים מאותו סוג מולקולות. לדוגמה, כל האורגניזמים החיים משתמשים באותן מולקולות המכילות מידע, DNA, כדי להעביר מידע גנטי מדור לדור. לכן, ניתן להציג את השאלה בדבר טבעם של החיים על פני כדור הארץ בדרך הבא: מה טבען של מולקולות החיים על פני כדור הארץ?
אנו יכולים לחשוב על החיים כעל ארבעה סוגים עיקריים של ביו-מולקולות: פחמימות, שומנים, חלבונים וחומצות גרעין. ניתן לזהות שתיים מסוגי מולקולות אלה באמצעות התווית הרשמות על צדם האחורי של מוצרי מכולת היומיומיים. זה הגיוני; הרי, אתה הוא מה שהנך אוכל! למרות שאנו זהירים לגבי כמות הפחמימות והחלבונים שאנו אוכלים, נבחן תחילה את הביו-מולקולות של החיים מסוג חומצות גרעין.
באדיבות Astropedia Textbook
שתי חומצות הגרעין המוכרות ביותר הן החומצה ribonucleic (RNA) וחומצת deoxyribonucleic (DNA). למרות זאת, אנשים רבים נוטים להתבלבל בין המולקולות האלה ואינם יודעים כיצד הן פועלות. בתאים שלנו, המידע הגנטי שמגדיר אותנו נמצא בכרומוזומים. הכרומוזומים הם למעשה מולקולות מלופפות היטב המורכבות מ- DNA. לכן, כל המידע שמכתיב כיצד אורגניזמים חיים מקודד בתוך מולקולות של דנ"א. מולקולה אחת של דנ"א מורכבת מחומצות גרעין אחדות. כל חומצה גרעין היא אבן בניין של מולקולה גדולה יותר והיא נקראת מונומר. מספר מונומרים המקושרים יחדיו יוצרים פולימר. כל אחד מהמונומרים הללו מכיל טבעת סוכר, יחידת פוספט ובסיס נוקליאוטידי. המונומרים שונים זה מזה בהתאם להרכב של ארבעה בסיסים נוקליאוטידים שהם מכילים: אדנין (A), גואנין (G), ציטוזין (C), או תימין (T). מונומרים אלה מלוכדים יחדיו ויוצרים מולקולות ליניאריות ארוכות. רצף שבו המונומרים הם אלה שמכילים את המידע הגנטי שלנו. לרוב באורגניזמים חיים, שני גדילי דנ"א קשורים זה בזה באמצעוחת סליל כפול. מולקולות ה- RNA פועלות באופן דומה לזה של מולקולות דנ"א. ההבדל העיקרי הוא כי RNA עושה שימוש בטבעת סוכר שונה ובמקום להשתמש ב- T כאחד הבסיסים נוקליאוטידים שלו, ה-רנ"א משתמש uracil (U).
באדיבות Astropedia Textbook
הדנ"א משחק תפקיד חיוני בתאים החיים. הוא מכיל הוראות ליצירת החלבונים, אשר בתורם מארגנים את החיבור או ההתפצלות של מולקולות אחרות, היוצרות חלקיקים שונים בתא החי, ולכן מאפשרות קיומם של אורגניזמים חיים. הדנ"א והרנ"א פועלים יחדיו כדי ליצור מערך שונה של מונומרים המרכיבים חלבונים. המונומרים הללו נקראים חומצות אמינו. על כדור הארץ, ישנם 20 חומצות אמינו המשמשות לייצור חלבונים. הסדר שבו חומצות אמינו הללו מתחברות יחד למולקולה ליניארית מקודד במולקולות הדנ"א. במולקולת ה- DNA, רצף של 3 נוקליאוטידים בשורה מציין חומצת אמינו מסוימת. כאשר "קוראים" לאורך גדיל של DNA, כל קבוצה של 3 נוקליאוטידים מקודדת כחומצת אמינו אחת. אלה חומצות אמינו בודדות המתחברות יחד ויוצרות מולקולה ליניארית המכונה פפטיד. הפפטידים לא נשארים ליניאריים לאורך זמן. בתוך הסביבה המימית של התא, פפטידים נוטים להתקפל לתוך מבנים תלת מימדיים. חלבון יכול להיות עשוי פפטיד אחד או כמה פפטידים. המפתח לתפקוד החלבון הוא המבנה התלת-ממדי שלהם. חלבונים עשוי למלא פונקציות מרכזיות רבות בתא. הם יכולים להקיף את קרום התא ולשלוט בכניסה וביציאה של מולקולות לתאים ומחוצה להם, הם יכולים לזרז את התגובות הדרושות לחיים, והם יכולים לשמש כמבניים חשובים בתוך התא.
בדיוק כמו שחומצות הגרעין והחלבונים חשובים לחיים, כך גם הפחמימות והשומנים. בשל תפקידם החשוב בכל צורות החיים, הפחמימות מהוות את מרבית החומר האורגני על כדור הארץ. לדוגמה, הפחמימות חשובות כדלק עבור אורגניזמים חיים, הן גם עשויות לשמש כמנגנון לאחסון אנרגיה. הפחמימות הינן גם מרכיבים חשובים במולקולות גדולות יותר; טבעות סוכר הם מרכיב חשוב של חומצות גרעין כמו DNA. לבסוף, הפחמימות מתפקדות כמבניים בתוך התא, במיוחד בקירות התא. בדיוק כמו חלבונים המורכבים ממולקולות גדולות המורכבות ממולקולות קטנות יותר (חומצות אמינו), גם הפחמימות יכולות להופיע כמולקולות גדולות. עם זאת, הפחמימות עשויות מונוסוכרידים ומונומרים קטנים, שהם מולקולות המורכבות משלושה עד תשעה אטומי פחמן. דוגמה למולקולה גדולה של פחמימות היא עמילן. עמילן מורכב מכמה מולקולות גלוקוז המקושרות יחד ומשמש לתאי צמח כאמצעי לאחסן אנרגיה. כאשר אנו אוכלים עמילן, אנו שוברים את הקשרים של מולקולות הגלוקוז ומשתמשים בסוכר כדלק. דוגמה נוספת היא התאית. זהי אחת התרכובות האורגניות הנפוצות ביותר בביוספרה כולה! גם התאית הוא מורכבת מולקולות גלוקוז המקושרות יחד. עם זאת, אורגניזמים רבים לא יכולים לעכל תאית ללא סיוע של חלבונים מיוחדים. כתוצאה מכך, תאית משמשת כמרכיב המיצב רכיבים בתא כמו קירות התא.
באדיבות Astropedia Textbook
מלבד קירות התא, ממברנות התא מספקות מנגנון המפריד בין פנים התא לסביבתו. ליפידים הם מרכיב מרכזי, ביחד עם חלבונים, של קרום התא המגדיר את גבולות התאים. ללא קרום התא, לא ניתן לשמור על המולקולות שנוצרו בתא והן היו דולפות החוצה. בתאים אאוקריוטיים, כדי למנוע ממולקולות לא רצויות להיכנס פנימה, השומנים יוצרים קרומים פנימיים המגדירים את אברוני התא כגון: המיטוכונדריה או הכלורופלסט. השומנים מורכבים ממולקולות חריגות בכך שהן צורכות רכיבים בעלי מאפיינים שונים. חלק מהמולקולה השומנית הוא הידרופילי, כלומר הוא נמשך למולקולות מים. החלק השני הוא הידרופובי, כלומר הוא דוחה מים. חלק זה של השומנים מורכב מחומצות שומן בצורת שרשראות ארוכות של אטומי פחמן. שומן מפורסם מאוד הוא הכולסטרול. אנחנו שומעים בעיקר על כולסטרול כמולקולה רעה, אחת מסותמיי העורקים, המקצר את חייהם של בני אדם רבים. עם זאת, כולסטרול הוא מולקולה חשובה לקיום החיים. כולסטרול הוא אחד משלושת הסוגים העיקריים של שומנים הנמצאים לעיתים קרובות בקרום התא. בלעדיו קרומי תא רבים יאבדו מרכיביהם הנוזליים, דבר שהיה מסב נזק לתאים חיים.
כאשר מסתכלים על המגוון הנרחב של החיים על הפלנטה שלנו, קשה להאמין כי כל אלה נשענים רק ארבעה סוגי ביו-מולקולות. מה שמפתיע עוד יותר הם קווי הדמיון שבין אורגניזמים חיים על פני כדור הארץ, אלה מאפשרים לנו לזהות גם קווי הדמיון עם החיים שמעבר לכדור הארץ. שאלה מרכזית בתחום אסטרוביולוגיה היא האם ה"ארגז הכלים הכימי" ואדריכלות החיים במקומות אחרים ביקום זהים לאלו שעל כדור הארץ?
Author: Chris Impey