العمود السادس: كتاب الحياة مكتوب بكلماتٍ ثلاثية الأحرف

الطبيعة المعقَّدة للحياة مستمدَّة من مجموعتين من الجزيئات: البروتينات والأحماض النووية. وهذه الجزيئات في حدِّ ذاتها مستمدَّة من مجموعةٍ متنوعة متواضعة نسبيًّا من المركبات. وهناك ٩٢ عنصرًا توجد بصورةٍ طبيعية على سطح الأرض، ولكن ٢٧ عنصرًا منها فقط هو ما يشكِّل ضرورةً للكائنات الحية، وهذه العناصر اﻟ ٢٧ ليست موجودة كلها في جميع الكائنات الحية.

تلعب البروتينات دورين. نوع منها يعطي للجسم بنيته وشكله، ويتكوَّن بها أشياء مثل الشعر والعضلات والريش والأظافر والصدف. وقد أظهر مزيجٌ من التحليل بالأشعة السينية، والكيمياء، وفهْم عمليات ميكانيكا الكَمِّ التي تجعل الذرات تتماسك معًا لتكوِّن الجزيئات، أن هذه البروتينات تتكوَّن من سلاسلَ طويلةٍ من الأحماض الأمينية التي تشكِّل بنية لولبية. ومن الواضح تمامًا أن هذا النوع من الجزيئات يمكنه أن ينتج أشياءَ طويلةً ورقيقة مثل الشعر، ولكن يمكنه أيضًا أن يُنتِج طبقات صلبة لأشياء مثل الأظافر عندما ترتبط اللوالب الفردية معًا جنبًا إلى جنب من خلال روابط كيميائية من نوعٍ أو آخر. كل هذا أثبته لينوس باولنج وزملاؤه بمعهد كاليفورنيا للتقنية، الذين نشروا سلسلة أبحاث غير مسبوقة تتكوَّن من سبعة أبحاث علمية عن بنية البروتينات في دورية «بروسيدينجز أوف ذا ناشونال أكاديمي أوف ساينسز» في عام ١٩٥١. أما النوع الآخر من البروتينات، فيوفِّر المكوِّنات الحيوية للجسم. مكونات مثل الهيموجلوبين الذي يحمل الأكسجين في مجرى دمك، والمواد المعروفة باسم الإنزيمات التي تحثُّ (أو تثبط في بعض الحالات) تفاعلات كيميائية معينة مهمة للحياة. وقد ثبت أن لغز تركيبها هو أحد أصعب الألغاز التي يمكن حلها.

ويأتي مفتاح حل اللغز وراء صعوبة تفكيك هذا النوع من البروتينات من الاسم الذي سُمِّيت به أخيرًا؛ ألا وهو البروتينات الكروية. فقد اتضح أنها تتكوَّن أيضًا من سلاسلَ طويلة من الأحماض الأمينية، ولكن تبيَّن أيضًا أنه في هذه الحالة تلتف السلاسل على هيئة كرات صغيرة، ولكل نوع من البروتينات الكروية شكل ثلاثي الأبعاد مميز خاص به. وشكل البروتين الكروي، وكذلك تركيبه الكيميائي، هو ما يحدِّد دوره في العمليات الكيميائية للحياة. على سبيل المثال، للهيموجلوبين تجويف يتناسب تمامًا مع حجم جزيء الأكسجين وشكله ليستقر بداخله. أو تخيَّل بروتينًا كرويًّا به تجويفان، كلٌّ منهما يتناسب تمامًا لاحتواء جزيء أصغر مختلف. وعندما تفعل ذلك، تصطف بطريقة يمكن أن تسمح بتكوين روابط بينها، قبل أن تُطلق على هيئة جزيء أحادي أكبر حجمًا. هذا أشبه بالطريقة التي اجتمعت بها الجزيئات الصغيرة معًا على أسطح حبيبات الثلج في أعماق الفضاء قبل تكوُّن الأرض. على سبيل المثال، قد يربط أحد الإنزيمات بين أزواج معينة من الأحماض الأمينية بتلقائية وتكرارية لتكوين حلقة في سلسلة متنامية ستصير جزيء بروتين آخرَ.

بحلول عام ١٩٥٩، توصَّل علماء من مختبر مجلس البحوث الطبية بالمملكة المتحدة إلى تركيب الهيموجلوبين نفسه. واكتشفوا أنه يتألف من أربع سلاسل، كل سلسلة منها تتكوَّن من أحماض أمينية متشابهة، مرتبطة معًا لتصنع كرةً شبه كروية تحتوي على أربعة جيوب على سطحها يمكن أن تستقر فيها جزيئات الأكسجين. ونجد أن السلاسل شبه المتطابقة تؤدي الوظيفة نفسها في دم الكائنات الحية على اختلافها، سواء أكانت خيولًا أم حيتانًا. والتطور عملية تتسم بالتحفُّظ الشديد؛ فبمجرد أن تجد جزيئًا يجيد أداء وظيفة معينة، تتشبَّث بهذا الجزيء دون أن تستبدله. ولكن كيف عرفت طريقة تصنيع هذه الجزيئات؟ هنا يأتي الدور الذي تلعبه الأحماض الأمينية في القصة، على الرغم من أن فهْم دور الحمض النووي والحمض النووي الريبي قد استغرق وقتًا طويلًا.

ريموند جوسلينج. «أرشيف كلية كينجز كوليدج بلندن/ساينس فوتو لايبراري».

أشار شرودنجر أيضًا إلى أن ما أطلق عليه «النص المشفر» الذي تحمله البلورة اللادورية في خيوط الكروموسوم قد يحتوي على جميع المعلومات اللازمة لإنتاج البروتينات، دون الحاجة إلى حمل نسخة من كل نوع من أنواع البروتينات كقالب نموذجي داخل الكروموسومات نفسها. فالأمر لا يتطلب سوى ٢٠ حمضًا أمينيًّا مختلفًا فقط لتكوين جميع البروتينات المختلفة المهمة للحياة، وإذا تخيلت هذه الأحماض الأمينية كأنها «كلمات» تصطف على طول جزيء البروتين لتكون جملة (أو كتاب!) فسيكون لديك متسع كبير لنقلِ قدرٍ من المعلومات يماثل ما تنقله جميع حروف الأبجدية التي استخدمتها لتأليف هذا الكتاب، الذي يحتوي على قدرٍ كبير من المعلومات (أتمنى أنك توافقني الرأي في هذا) يفوق مجرد التكرار الممل للحروف الأبجدية المصطفة من الألف إلى الياء. ولكن هل ستحتاج إلى أبجدية تتألف من ٢٠ حرفًا حتى لتأليف كتاب الحياة؟

أدرك شرودنجر أنه لا حاجة إلى أشياءَ معقَّدة مثل الأحماض الأمينية. فحتى الذرات المفردة يمكن أن تؤدي المهمة إذا ما أمكن ترتيبها على نحوٍ مناسب: «ليس بالضرورة أن يكون عدد الذرات [المختلفة] في مثل هذه البنية [البلورة اللادورية] ضخمًا لينتج عددًا غير محدود تقريبًا من التنظيمات الممكنة.» وضرب مثالًا على ذلك بشفرة مورس، حيث توجد علامتان أساسيتان فقط، هما النقطة والشَّرطَة، ولكن يمكن وضعهما معًا في مجموعاتٍ حتى أربعة رموز لتصنع ٣٠ توصيفًا مختلفًا، كافيًا للحروف الأبجدية الإنجليزية بالإضافة إلى بضع من علامات الترقيم. وبإضافة علامة ثالثة، واستخدام العلامات الثلاث في مجموعاتٍ لا تزيد عن عشرة رموز، «يمكنك أن تصنع ٨٨٥٧٢ «حرفًا» مختلفًا، وبخمسة رموز ومجموعات تصل إلى ٢٥ رمزًا، يكون العدد ٣٧٢٥٢٩٠٢٩٨٤٦١٩١٤٠٥.» يبدو أن شرودنجر هنا كان مأخوذًا بعض الشيء بتدريبه كفيزيائي؛ نظرًا إلى عدم وجود حاجة لمثل هذا العدد الهائل جدًّا من الكلمات. ولكن هذا لم يتضح إلا بعد تحديد بنية الحمض النووي.

كانت تفاصيل فكرة جاموف خاطئة، ولكن بحديثه عن شفرة الحياة بهذه الطريقة حثَّ كريك وغيره الكثيرين على محاولة فهْم كيف تؤتي مثل هذه «الترجمة» ثمارها. كان من الخطوات الأساسية في سبيل ذلك فهْم دور الحمض النووي الآخر، ألا وهو الحمض النووي الريبي، أو الآر إن إيه.

ما حجم هذا الكتاب؟ في الخلايا البشرية، يلتف الحمض النووي المختزَن في الكروموسومات داخل النواة على هيئة لفائف هي نفسها ملتفة داخل لفائف فائقة. يوجد حوالي ٣ مليارات زوج من القواعد، مرتبطة بعضها ببعض عبر شرائط الحمض النووي، في كل خلية، وتكون مختزنة بطريقة محكمة للغاية لدرجةِ أنها لا تشغل مساحة سوى ستة ميكرونات فقط (أي ستة أجزاء من المليون من المتر) عرضًا. ولو كان بالإمكان تفكيك هذا الحمض النووي بأكمله وفرده، لبلغ طوله نحو مترين. ولو أن كلَّ الحمض النووي الموجود في جميع خلايا الجسم فُرِد بهذه الطريقة ومُدَّ بحيث يتصل في خط مستقيم، لامتد مسافة ١٦ مليار كيلومتر؛ أي أكثر من المسافة بين الأرض والشمس بألف ضعف.

لم يُتوصَّل بعدُ إلى فهْمٍ كامل ودقيق لكيفية تفكك أجزاء الحمض النووي من هذه الحالة المضغوطة ونسخها على الحمض النووي الريبي عند اللزوم. ولكن ثمَّة سمة أساسية للعملية ربما تكون قد أدركتها بالفعل. السبب الوحيد الذي يجعل ذلك ممكنًا أن الشريطين المتطابقين لجزيء الحمض النووي مرتبطان بعضهما ببعض على نحوٍ غير محكم، من خلال الروابط الهيدروجينية التي ذكرتها عرضًا في موضعٍ سابق، بحيث يمكن أن تُفتح وتُغلق مرة أخرى مثل الطرفين المتقابلين لسحَّاب. والترابط الهيدروجيني يُعَد من أسس وجود الحياة كما نعرفها الآن، ويمكن فهْمها بسهولة أكثرَ في سياق مفاجأة علمية أخرى؛ ألا وهي خفة الثلج المذهلة.

هوامش