به نظر میرسد میکروبهای باستانی تا ۳.۷ میلیارد سال پیش از مولیبدن استفاده میکردند، علیرغم اینکه این فلز در اقیانوسهای اولیه زمین کمیاب بود.
دانشمندان تحت بودجه ناسا دریافتهاند که موجودات زنده روی زمین در بیش از ۳ میلیارد سال پیش، حتی زمانی که این فلز در محیط بسیار نادر بود، از مولیبدن استفاده میکردند. این پژوهش که در نشریه Nature Communications منتشر شده، اولین مطالعهای است که نشان میدهد حیات باستانی در این دوره اولیه از تاریخ زمین به مولیبدن وابسته بوده است.
امروزه، مولیبدن نقش کلیدی در داخل سلولها با کمک به انجام سریعتر واکنشهای بیوشیمیایی مهم ایفا میکند. این فلز بخشی از آنزیمهای ضروری را تشکیل میدهد که چندین فرآیند زیستی عمده را در موجودات زنده هدایت میکنند. این واکنشها نه تنها برای اشکال منفرد حیات، بلکه برای چرخههای بیوژئوشیمیایی در مقیاس سیارهای، از جمله چرخه نیتروژن، اهمیت دارند. بدون مولیبدن، همان واکنشها میتوانستند به طور طبیعی رخ دهند، اما بسیار کندتر از آنکه حیات را پشتیبانی کنند.
«مولیبدن در مرکز کاتالیزوری آنزیمهایی قرار دارد که واکنشهای اصلی کربن، نیتروژن و گوگرد را انجام میدهند»، بتیل قاچار، رئیس آزمایشگاه قاچار در دانشگاه ویسکانسین-مدیسن و نویسنده ارشد این مطالعه، توضیح داد. قاچار رهبری MUSE، کنسرسیوم بینرشتهای ناسا برای تحقیقات اخترزیستشناسی (ICAR) در دانشگاه ویسکانسین-مدیسن را بر عهده دارد.
«پرسیدن اینکه چه زمانی حیات شروع به استفاده از مولیبدن کرد، در واقع پرسیدن این است که چه زمانی برخی از مهمترین استراتژیهای متابولیکی ممکن شدند»، قاچار گفت.
مولیبدن در طول تاریخ
مولیبدن امروزه در محیط زیست نسبتاً گسترده است، بنابراین حیات دیگر با کمبود عمده این فلز مواجه نیست. زمین اولیه بسیار متفاوت بود.
سوابق زمینشناسی نشان میدهد که اقیانوسهای زمین میلیاردها سال پیش فقط حاوی مقادیر بسیار کمی مولیبدن بودند. در دسترس بودن آن در حدود زمانی که میکروبها شروع به استفاده از فتوسنتز کردند، افزایش یافت، تغییری که در نهایت باعث افزایش زیاد اکسیژن اتمسفر (تقریباً ۲.۴۵ میلیارد سال پیش) شد. این دگرگونی که به عنوان رویداد بزرگ اکسیداسیون شناخته میشود، عمیقاً بر تکامل حیات تأثیر گذاشت. یک مطالعه قبلی ناسا حتی پیشنهاد کرد که افزایش مولیبدن محیطی در این دوره ممکن است برای ظهور حیات پیچیده مهم بوده باشد.
این یک سوال بزرگ باقی گذاشت: موجودات زنده چه زمانی برای اولین بار شروع به استفاده از مولیبدن کردند؟
از آنجایی که این فلز در زمین باستانی بسیار محدود بود، اخترزیستشناسان بررسی کردهاند که آیا حیات اولیه ممکن است برای تسریع واکنشهای ضروری به فلزات دیگر متکی بوده باشد. به عنوان مثال، تنگستن در داخل سلولها رفتار مشابهی دارد و هنوز توسط برخی از موجودات زنده در محیطهای شدید استفاده میشود. یک ایده این بود که حیات ابتدا به تنگستن وابسته بود و سپس با در دسترستر شدن مولیبدن به سمت آن تغییر جهت داد. تحقیقات جدید نشان میدهد که داستان به این سادگی نبود.
برای بررسی، تیم شواهد موجود در مورد میزان در دسترس بودن مولیبدن در طول زمان را جمعآوری کرد و تاریخچه استفاده از آن را در سراسر درخت حیات بازسازی کرد. نتایج آنها نشان میدهد که حتی زمانی که مولیبدن کمیاب بود، میکروبهای باستانی همچنان موفق به استفاده از آن میشدند. همین الگو در مورد تنگستن نیز صدق میکند.
«کار ما نشان میدهد که هر دو سیستم آنزیمی استفادهکننده از مولیبدن و تنگستن ریشههای آرکئن دارند، که پیشنهاد میکند حیات اولیه احتمالاً با هر دو فلز کار میکرده است، نه اینکه داستان ساده «ابتدا تنگستن، بعداً مولیبدن» را دنبال کرده باشد»، قاچار گفت. «ما استدلال میکنیم که استفاده از مولیبدن بسیار قدیمیتر از آن چیزی است که بسیاری از مدلها فرض میکردند، با تاریخگذاری مولکولی که استفاده از مولیبدن را به ائوآرکئن تا مزوآرکئن، تقریباً ۳.۷ تا ۳.۱ میلیارد سال پیش، یعنی مدتها قبل از رویداد بزرگ اکسیداسیون بازمیگرداند.»
دسترسی به مولیبدن
تحقیقات قبلی از MUSE ICAR، منتشر شده در سال ۲۰۲۴، به محیطهای خاصی اشاره کرد که موجودات اولیه ممکن است مولیبدن و سایر فلزات کمیاب را در اعماق اقیانوس به دست آورده باشند. دریچههای گرمابی در کف دریا میتوانند فلزات کمیابی مانند آهن، روی، مس، نیکل، منگنز، وانادیوم، مولیبدن، کبالت و تنگستن را آزاد کنند.
«حتی اگر آب دریای آرکئن به طور کلی مولیبدن محلول کمی داشت، سیستمهای موضعی مانند دریچههای گرمابی میتوانستند مقادیر قابل استفادهای از مولیبدن و سایر فلزات را فراهم کنند»، قاچار گفت.
یافتههای جدید نشان میدهد که حتی با وجود بسیاری از فلزات مفید، مولیبدن یکی از فلزات اولیهای بود که حیات برای شیمی کاتالیزوری انتخاب کرد.
«مولیبدن ممکن است ارزش «انتخاب» را داشته باشد زیرا کاتالیز را در طیف وسیعی از بسترها و شرایط ردوکس امکانپذیر میکند»، قاچار گفت. «به عبارت دیگر، کمبود، مولیبدن را بیاهمیت نکرد؛ مزایای کاتالیزوری آن ممکن است باعث شده باشد که تکامل راههایی برای به دست آوردن و استفاده از آن ارزشمند باشد.»
این کار نشان میدهد که حیات میتواند راههایی برای بهرهبرداری از عناصر مفید حتی زمانی که کمیاب هستند، تکامل دهد. همچنین پیشنهاد میکند که جستجو برای حیات فراتر از زمین باید نسبت به امکانات بیوشیمیایی که ممکن است با آنچه دانشمندان از زمین مدرن به تنهایی انتظار دارند، باز باشد.
عناصر زیستضروری، جستجو برای حیات در جهان
جستجو برای حیات در جای دیگر جهان صرفاً بررسی اینکه آیا جهان دیگری شبیه زمین امروزی است نیست. با مطالعه گذشته زمین و تکامل طولانی حیات، اخترزیستشناسان میتوانند زمانهایی را بررسی کنند که سیاره ما بسیار متفاوت از آنچه اکنون میشناسیم به نظر میرسید. این دیدگاه گستردهتر به دانشمندان کمک میکند تا بهتر درک کنند چه نوع جهانهایی ممکن است قادر به پشتیبانی از حیات آنگونه که میشناسیم باشند.
«ICAR ناسا ما نشان میدهد که ترسیم تاریخچه تکاملی عناصر زیستضروری روی زمین میتواند به ما کمک کند پیشبینی کنیم حیات در جهانهای دیگر ممکن است از چه چیزی استفاده کند، و اینکه موجودیهای غیرزیستی مختلف میتوانند به انتخابهای عناصر زیستی متفاوتی منجر شوند»، قاچار گفت. «تشخیص حیات باید فلز-آگاه، ردوکس-آگاه و تکامل-آگاه باشد. ما نباید فقط به دنبال «حیات شبیه زمین در حال حاضر» بگردیم، بلکه باید به دنبال استراتژیهای بیوشیمیایی باشیم که در سیارهای با تاریخچه متفاوت اکسیژنرسانی و در دسترس بودن فلز معنا داشته باشند.»
مرجع: «استفاده زیستی از مولیبدن و تنگستن به ۳.۴ میلیارد سال پیش بازمیگردد» توسط آیا اس. کلوس، مورگان اس. سوبول، جوانا اس. بودن، اوا ای. استوکن، ریکا ای. اندرسون، کرت او. کونهاوسر و بتیل قاچار، ۵ مه ۲۰۲۶، Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-026-72133-0
حمایت مالی از کمک هزینه برنامه اخترزیستشناسی ناسا [80NSSC18KO829] (REA) و کمک هزینه مرزهای NERC (NE/V010824/1) (J.S.B. و E.E.S.)