איך נוצרו התאים
הראשונים? עם חלבון

מה המתכון ליצירת תא חי?

אנחנו צריכים מכונות קטנות, מולקולות שיעשו את העבודות הדרושות: פירוק מזון, הפקת אנרגיה, חלוקת תא, יצירה של עוד מכונות קטנות. אלו הם החלבונים. אנחנו צריכים מולקולות שיכילו את המידע הדרוש לבניית המכונות האלו. אלו הן חומצות הגרעין, החומר התורשתי של התא. אבל חשוב לא פחות, אנחנו צריכים שלתא יהיו "קירות" – גבול שיפריד אותו מסביבתו, וישמור בתוכו על תנאים מתאימים לפעולותיהם של החלבונים וחומצות הגרעין. התאים של כל היצורים החיים, מחיידק ועד לווייתן או פטוניה, מוקפים בקרום הבנוי משכבה כפולה של חומצות שומן, ומפריד בין הסביבה הפנימית של התא והעולם החיצון. ללא אותו קרום לא ייתכן תא, ולא ייתכנו חיים.

ההשערה הרווחת היא שהיצורים החיים הראשונים, הקדומים ביותר, לא היו אלא קרום שומני שהקיף כמה חלבונים פשוטים וחומצות גרעין קצרות. אבל איך נוצרו אותם פרוטו-תאים, המבנים הפשוטים שקדמו לתאים שאנחנו מכירים כיום? מה גרם למרכיבים השונים שלהם להתקבץ יחדיו? יש לא מעט השערות המנסות לענות על כך, ולהסביר איך הופיעו החיים לראשונה, אך אין בידינו עדיין תשובה ברורה ומוסכמת על כולם.

היצירה של התאים עצמם, אותם "שקים" קטנטנים עשויים מחומצות שומן, דווקא אינה מסובכת. חומצות שומן שנמצאות במים מסתדרות באופן טבעי, ללא צורך בדחיפה חיצונית, במעין כדורים קטנים מוקפים קרום. אלא שהקרומים האלו אינם יציבים, ומתפרקים כשהם נמצאים בנוכחות מלחים שונים. זוהי בעיה רצינית למדי. ראשית, המים באוקיינוסים הקדומים, שבהם התפתחו החיים, היו עשירים במלחים. מלבד זאת, מלחים ויונים שונים דרושים לפעולות המתבצעות בתוך התא. אם הקרום מתפרק בתנאים האלו, לא יוכל להיווצר תא מתפקד.

רגע של "אהה!"

במחקר חדש, מציעים חוקרים מארצות הברית פתרון לכך: הם גילו שכמה חומצות אמיניות – המולקולות הקטנות שמהן בנויים חלבונים – מייצבות את הקרומים. בנוכחות חומצות אמיניות אלה, הכדורים הקטנים עטופי הקרום שומרים על צורתם גם בסביבת מלחים. עובדה זו יכולה להסביר לא רק איך נוצרו אותם לא-ממש-תאים ראשונים, אלא גם את הימצאותם של חלבונים, או לפחות אבני הבניין שלהם, בתוך הפרוטו-תאים.

החומצות האמיניות שבהן השתמשו החוקרים יכולות להיווצר גם ללא חיים, בתהליכים כימיים פשוטים. החוקרים הוסיפו אותן לתמיסת מלח ובה חומצות שומן, וכשהסתכלו במיקרוסקופ ראו את הכדורים הקטנים מרחפים בתמיסה, כשהחומצות האמיניות מייצבות אותם ומונעות מהם להתפרק. "ממש התרגשנו," סיפרה שרה קלר (Keller), שהובילה את המחקר, לכתב העת "האטלנטיק". "זה היה רגע של 'אהה!'".

קלר ועמיתיה עדיין אינם יודעים איך החומצות האמיניות מייצבות את הקרומים השומניים. "אין לנו מושג, כי זה לא משהו שצפינו שיקרה," אמרה קלר. "אנחנו במקום הנהדר הזה, שפותח את התחום לתיאוריות עתידיות."

לפי אחת ההשערות, החיים נוצרו לראשונה בבריכות רדודות, שהתייבשו והתמלאו שוב ושוב. החוקרים מציינים שבתנאים כאלו יכול להיווצר ריכוז גבוה של חומצות אמיניות, שיוביל ליצירת פרוטו-תאים יציבים. ובתוך אותם פרוטו-תאים כבר יהיה שפע של חומצות אמיניות, אבני הבניין של החלבונים החשובים כל כך לתאים חיים.

המחקר הבא של קלר ועמיתיה מתרכז בשלב הזה. יש לנו תאים, ויש בהם מולקולות פשוטות – אבל מה קורה עכשיו? "איך אותן אבני בניין בודדות נקשרות ליצירת מולקולות גדולות יותר?" הציגה קלר את הבעיה. "זו שאלה קשה מאוד."