hirdetés
hirdetés

Művelt Mérnök

Az élet keletkezésének nyomában

Hogyan és hol keletkezett az élet? Nem tudjuk, olyannyira, hogy egymásnak ellentmondó, de érdekesebbnél érdekesebb elméletek látnak napvilágot, amelyek magyarázni próbálják ezt a rejtélyt. 

hirdetés

Egy geotermális mező állandó feltételeket biztosít az élet kialakulásához
Egy geotermális mező állandó feltételeket biztosít az élet kialakulásához

Nagyon is elképzelhető, hogy az élet bölcsője nem az ősleves volt, mivel a legutolsó dolog, amire az életnek kezdetben szüksége lehetett, az a nedves környezet, mondja Steven Benner, a floridai Westheimer Institute of Science and Technology kémikusa. Mint arról a New Scientistben megjelent cikkében Colin Barras beszámol, Benner három évtizede végez úttörő munkát a szintetikus biológia területén. A tudományág célja, hogy kémcsőben tudjon életet létrehozni, azaz utánozni, modellezni tudja azt a kémiát, ami az élet keletkezéséhez szükséges volt.

Vízmentesen keletkezhetett az élet?

Benner szerint a tündérmeséhez hasonló az az elképzelés, miszerint a víz ideális lenne az élet kialakulásához, sőt, ennek épp az ellenkezője az igaz: a víz romboló, bomlasztó tulajdonságú.

Darwin elképzelése szerint az élet egy kis langyos tóban keletkezhetett, de népszerűek azok az elméletek is, amelyek szerint a tengerfenék hidrotermális hasadékai körül vagy jég belsejében, netán a Föld első tengerpartjain, radioaktív környezetben, írja Colin Barras. Vagyis az elméletek eddig a víz alapvető szerepét hangsúlyozták, már csak azért is, mivel bolygónk felszínének 70 százaléka óceán, testünk 60 százaléka víz, és kevés élőlény bírja sokáig víz nélkül. A víz ugyanis tökéletes oldószer a szerves molekulák számára, olyan közeg, amelyben az életfolyamatok kiválóan működnek. Érdekes módon épp ez jelenti a problémát is: a szerves molekulák nem pusztán oldódnak a vízben, de a víz elektronban gazdag oxigénje meg is támadja őket, és azok elkezdenek széthullani. Az élőlények csak folyamatosan működtetett okos kémiai stratégiák révén tudják kijavítani a folyamatosan keletkező molekuláris sérüléseket, mondja Benner.

Az első életnek a Földön még nem volt arra ideje, hogy kifejlessze ezeket a stratégiákat. A jelenleg széles körűen elfogadott RNS-világ teória szerint az RNS volt az az önmásolásra képes molekula, amelyik először kialakult, és az RNS jelentette a mintát az utána kialakuló DNS számára. Azonban, mint azt a több évtizedes kutatások bizonyítják,  az RNS és a DNS alapjául szolgáló nukleotidok igen nehezen jönnek létre vízben. Steven Benner ezen a területen már elért egy áttörést tíz éve, amikor rájött, hogy a nukleotidokhoz szükséges ribóz keletkezése sokkal könnyebben megy olyan közegben, amely borátokat, bór- és oxigén-tartalmú ásványokat tartalmaz (Science, Borate Minerals Stabilize Ribose).

Azonban még így is megmaradt az a probléma, hogy nehéz a ribóz és a nukleotidbázis összekapcsolódása. Ennek megoldására állt elő Benner az egyszerű és bátor javaslattal: már csak arra van szükség az élet keletkezéséhez, hogy eltávolítsuk a vizet. Ha a vizet egy olyan szerves oldószerrel helyettesítjük, amely gazdagabb szénben és szegényebb oxigénben, mint pl. a formamid (CH3NO), az RNS alkotóelemei képesek spontán összekapcsolódni (Accounts of Chemical Research, Asphalt, Water, and the Prebiotic Synthesis of Ribose, Ribonucleosides, and RNA).

Formamid akkor jöhetett létre, amikor a Föld korai atmoszférájában a hidrogén-cianid vízzel keveredett. Mivel forráspontja magasabb a vízénél, a kezdeti forró viszonyok között gyorsan párolgó víz miatt a formamid koncentrálódhatott.

Ha a mai Földön kellően száraz és borátokban gazdag környezetet keresünk, ami megmutathatja, hogy Benner szerint milyen is lehetett az élet bölcsője, paradox módon a legjobb példa talán a kaliforniai Death Valley, azaz a Halál-völgy.

Mint Armen Mulkidjanian, a németországi University of Osnabrück kémikusa nyilatkozta a New Scientistnek, Benner elmélete az első, amely meg tudja magyarázni az élet keletkezését olyan kémiai folyamatokkal, amelyek nem igényelnek emberi beavatkozást. Azonban Mulkidjanian egy problémára is rámutat: a bórtartalmú ásványok viszonylag fiatal kőzetekben találhatók, nincs arra bizonyíték, hogy a Föld felszínén 3 milliárd évvel ezelőttig olyan töménységben állt volna rendelkezésre borát, mint ami a Benner-féle kémia működéséhez szükséges. Márpedig az élet feltételezhetően 4 milliárd éve keletkezett.

Állandó feltételek az élet kialakulásához

A megoldást Mulkidjanian szerint a kelet-oroszországi Kamcsatka geotermális mezőinyújtják: itt a földkéreg hasadékaiból olyan gázok törnek elő, amelyek gazdagok borátokban, ráadásul ez az egyetlen hely a Földön, ahol az előtörő gáz olyan arányban tartalmazza a nátrium- és a kálium-ionokat, amely az élő sejtek belsejében található aránnyal azonos (PNAS, Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields).

Ráadásul egy geotermális mező állandó feltételeket biztosít az élet kialakulásához, hiszen a Föld belsejéből származó gáz sokkal stabilabb összetételű, mint amilyen a külső környezet egyébként lehetne, mondja Benner és Mulkidjanian egyesített elméletének egy híve, Ernesto Di Mauro, a római Sapienza University biológusa.

Az élet eredete utáni nyomozás azonban minduntalan újabb nehézségekkel szembesül, írja Colin Barras. A bolygókutatás legújabb eredményei szerint ugyanis a Föld korai történelmének során – abban az időszakban, amikor az élet valószínűleg kialakult - hűvös és nedves körülmények uralkodtak, a felszín maximum 5-10 százalékát borította szárazföld. Joseph Kirschvink, a California Institute of Technology in Pasadena bolygókutatója egyenesen odáig megy, hogy azt állítja: nem volt szárazföld egyáltalán, vagyis ha az első életnek száraz körülményekre volt szüksége, akkor az nem a Földön keletkezett.

A Marsról származik az élet?

Az élet Földön kívüli keletkezésének hívei, illetve az életet más bolygókon kutatók eddig tradicionálisan azt gondolták, hogy ha életet keresünk, akkor vizet kell keresnünk. Ezt a feltételezést azonban most újra kell gondolni.Kirschvink szerint az élet keletkezésének egyik legvalószínűbb helyszíne a Mars, amelynek déli része sose süllyedt víz alá, és az RNS-világ lábra kaphatott ott, majd kialakulhatott belőle a sejtes élet, amit aztán egy aszteroida hozhatott el a Földre. Nagy médiavisszhangot váltott ki, hogy ezzel a feltételezéssel – mi mindannyian a Marsról származunk –, mint egy tavalyi, firenzei geokémiai konferencián kijelentette, Benner is egyetért.

Ennek az is alapja lehet, hogy amerikai kutatók (James Stephenson és munkatársai) kimutatták: a Mars kőzetei gazdagok bórban (PLOS One, Boron Enrichment in Martian Clay), és elképzelhető, hogy a kamcsatkaihoz hasonló geotermális mezői is vannak. Mindazonáltal Benner elméletének, ahogy azt ő is elismeri, egyik kérdéses pontja az a paradoxon, hogy az élet keletkezéséhez ki kell iktatni a vizet, de aztán az életnek valahogy mégis csak vízbe kell jutnia. Szerinte az egyetlen reális lehetőség erre, hogy az élet eredetileg száraz bölcsőjének fokozatosan kellett nedvessé válnia, hogy a molekulák alkalmazkodhassanak a vízhez, amelyek pedig nem tudtak alkalmazkodni, azok elpusztultak – tehát a természetes szelekció ebben az esetben is működött.

De az élet keletkezésének történetében akár további csavarok is lehetnek, jegyzi meg Colin Barras. Fontolóra kell vennünk azt a lehetőséget is, hogy az RNS egy másik molekulából fejlődött ki, egy olyanból, amelyik képes volt stabil maradni a vízben. És akkor nincs szükség a marsi forgatókönyvre és a Benner-féle kémiára sem.

Vagyis, csak az a biztos, hogy nem tudjuk, hogyan keletkezhetett az élet, de akár nem is volt szükség hozzá vízre. Azaz a Földön kívüli élet kutatásakor nemcsak a nagyon kevés Földhöz hasonló bolygót kell számításba vennünk, hanem figyelni kell azokra a más napok körül keringő nagyon furcsa planétákra is, amelyeket pl. a NASA Kepler űrteleszkópja fedezett fel – számuk már több mint kétezer.

Dr. Kazai Anita
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés