Így válhatott élővé az élettelen anyag

Az ősi körülmények lehetőséget adtak egyre összetettebb molekulák spontán kialakulására, a kémiai rendszer biológiaivá vált, az anyag „életre kelt”. Nem tudjuk, hogy a földi élet szükségszerűen alakult-e ki, vagy szerencsés véletlenek összjátékának eredménye, mesterséges körülmények között megismételni egyelőre nem tudjuk.

A tudomány nagyjából 4,65 milliárd évvel ezelőttre teszi annak a folyamatnak a lezárultát, amely során a Nap körül keringő gáz- és porfelhőből kialakult a ma Földnek nevezett bolygó. A hatalmas, izzó, olvadt anyagokból álló égitest lassan hűlni kezdett, körülbelül négymilliárd évvel ezelőtt megjelent rajta a stabil vízburok, majd azt követően geológiai időskálán szinte egy szemvillanás, 200 millió év alatt szárba szökött az élet. Hogyan történt? Miként jött létre – Szent-Györgyi Albertet idézve – az anyag élő állapota?

Ez az emberiség egyik legizgalmasabb kérdése, a kémia és a biológia határterülete, az események rekonstruálása viszont igen nehéz, hiszen nincs „vizsgálható minta”, a kezdetleges élő szervezeteknek még a nyomai sem maradtak fenn. A választ az elméleti evolúcióbiológia hivatott megadni, e tudományterület Szathmáry Eörs nevével fémjelzett hazai iskolája világszerte elismert eredményekkel büszkélkedhet. Magyar kutatók a közelmúltban ezen kutatások elmúlt harminc évéről jelentettek meg szintetizáló, összefoglaló tanulmányt az egyik legrangosabb kémiai folyóiratban, a Nature Reviews Chemistryben .

A részleteket itt olvashatják mindazok, akik elég avatottnak érzik magukat a tudományos szöveg befogadására, nekünk ez nem lehet célunk. Ehelyett a földi élet keletkezésének jelenleg legelfogadottabb forgatókönyvéről kérdeztük Dr. Szilágyi András fizikus-biofizikust, az Ökológiai Kutatóközpont Evolúciótudományi Intézetének tudományos főmunkatársát, a tanulmány társszerzőjét.

Szükségszerű vagy véletlen?

A helyszín tehát a Föld, az időpont pedig megközelítőleg négymilliárd évvel jelenkorunk előtt. Amint már említettük, ekkor alakult ki bolygónkon az immár tartósan fennmaradó vízburok, amely jelen tudásunk szerint nélkülözhetetlen a földi típusú élet kialakulásához. A hőmérséklet magasabb lehetett a mai átlagnál, a környezet pH-ja is eltérhetett, de a viszonyok már nem voltak szélsőségesek.

Amint a feltételek adottak voltak, az őstengerben, ősóceánban, a vízben vagy időnként vízzel borított területeken, porózus ásványi felszíneken elkezdtek létrejönni azok a komplex kémiai rendszerek, amelyekből 3,8 milliárd évvel ezelőtt kialakultak az első biológiai rendszerek, vagyis az anyag életre kelt.

Egyszeri eseményről van szó, így nem tudjuk, hogy az élet gyors létrejötte szerencsés véletlenek összjátéka volt-e, vagy pedig adott feltételek között szükségszerűen kialakul – mondja a 24.hu-nak Szilágyi András.

Mielőtt továbblépnénk, érdemes tisztázni az élő definícióját, bár az egyszerűnek tűnő kérdésre „mi az élő?” valójában nem könnyű a válasz. A kutató Szent Ágoston dilemmáját idézi az időről, miszerint ha nem kérdezik, tudom, mi az idő, de ha kérdezik, nem tudok válaszolni. Az élet meghatározásával kapcsolatban nincs teljes egység a tudományon belül, azonban minden iskola három fő kritériumot határoz meg:

  • el legyen határolva a környezetétől – ezt szolgálja az egyszerű sejtfaltól az állatok bőréig minden „kültakaró”;
  • energiát, anyagot vegyen fel a környezetéből;
  • önmagához hasonló – nagyon fontos, hogy nem azonos – utódokat hozzon létre.

Ha e három feltétel teljesül, a tudományos megállapodás szerint adott rendszer élőlénynek minősül.

RNS-molekulák lehettek a kulcsszereplők

A biológia kémiával kezdődött, és ha úgy tetszik, ma is minden élőlényt leírhatunk egy-egy rendkívül bonyolult kémiai rendszerként, önmaga lemásolására képes – önreprodukáló – kémiai automataként. Nincs „szikra”, ami a holt vegyületeket egyszer csak életre kelti, és onnantól biológiai lényként kezelhető. Nem olyan ugrásszerű a változás az élettelen kémiából az élő kémiába, mint a víz esetén, amit nulla fok felett még vígan keverhetünk a lábosban, majd a fagypontot elérve hirtelen szilárd anyaggá változik.

Hanem ha egy kémiai rendszer megfelel a fenti feltételeknek, azzal biológiai rendszerré válik. Az átmenetet olyan folyamatként képzeljük el, amit végig követve is leginkább csak utólag, visszatekintve állapíthatjuk meg: innentől kezdve a rendszer már élőnek tekinthető.

A kutatók között jelenleg sokan gondolják úgy, hogy az első ilyen szerencsés konstellációk, vagyis az élet csíráinak nevezhető első rendszerek kulcsszereplői az RNS-molekulák lehettek – fogalmaz a szakember.

Nagyon leegyszerűsítve az RNS képes információt tárolni, magát lemásolni, valamint felgyorsítani olyan kémiai reakciókat, amelyek a korai, primitív létformákhoz is már szükségesek voltak. Persze nyilvánvaló, hogy ezek a négy bázisból álló láncszerű molekulák nem csak úgy „idepottyantak”. Az ősóceán és az őslégkör fizikai-kémiai körülményei lehetőséget adtak egyre összetettebb molekulák spontán kialakulására, így létrejöhetnek olyan komplexitású molekulák, amelyek RNS-bázisokként lánccá szerveződhetnek.

Távol vagyunk a mesterséges élettől

Jelenleg a legegyszerűbb élő rendszerek a baktériumok, ám az elsők még ennél is jóval kezdetlegesebbek lehettek: a tudósok minimális sejtnek nevezik azt a kezdeti formát, amely csak a legszükségesebb kémiai apparátust tartalmazza, amely még megfelel az élet definíciójának. A földi élet egy ilyen minimális sejttel rugaszkodott el az élettelentől.

E végletekig leegyszerűsített leírásból a laikus gondolhatná, a XXI. századi tudás és technológia alkalmazásával nem lehet nagy kihívás lemásolni a természetet. Hatalmas tévedés. Bár komoly próbálkozások zajlanak a földi élet mesterséges létrehozására azon az úton, amelyen az feltételezhetően létrejött, Szilágyi András elmés megfogalmazása szerint a tudomány „még biztonságos távolságra van a sikertől”.

A természet évmilliókig tartó, sok ezermilliárdnyi kísérletét, amely végül elvezetett az élethez, nyomként és kapaszkodóként szolgáló leletek maradványok nélkül nem egyszerű rekonstruálni, magyarán meghatározni azokat az anyagokat, amelyek együttesen végül egy már élőnek tekinthető, azaz biológiai rendszert alkotnak.

Földönkívüli létformák

A folytatást úgy nevezik, evolúció, de előtte még a „földi élet” fogalmára reagálva érdekes kérdés, hogy akár csak elméletben is elképzelhető-e az ittenitől eltérő létformák kialakulása? Természetesen nem tudhatjuk, hogy bárhol a világegyetemben kialakult-e valamilyen „más típusú élet”, akár olyan, ami esetleg nem a kémián alapul. Ma tudásunk szerint az élet bármilyen formája csak a Földön fordul elő.

Még ha egyszeri eseményről is van szó, felmerülhet a kérdés, történhetett-e volna más úton?

Más létformát is csak a kémia határain belül tudunk elképzelni, a kémia tudja azt a komplexitást létrehozni, ami bármilyen egyszerű élethez is már szükséges. Azonban nem kizárt, hogy a földi életétől igen eltérő kémiai masinéria is lehet élő. Mesterséges molekulákat bevetve létre lehet hozni olyan egyszerű „élőlényeket”, önmaguk lemásolására is képes molekulákat – léteznek ilyen próbálkozások –, de végeredményként mindig ugyanaz jön létre, vagyis hiányoznak a kis, öröklődő változások.

Mintha legókockákból mindig ugyanazt raknánk össze. Szilágyi András úgy véli, lehet, hogy az emberi fantázia kevés a komplex, ám a földitől eltérő élet létrehozására, hiszen évmilliók alatt lezajló sikeres és sikertelen folyamatok milliárdjai állnak szemben a laborban elvégezhető kis számú kísérlettel. Az óriási különbséget az emberi teremtő fantázia kell(ene), hogy pótolja – a jövő dönti majd el, hogy sikerrel-e.

Mi az evolúció célja?

A változás szükségessége pedig vissza is térít minket az evolúcióhoz, amely nemcsak az élet fennmaradását biztosította évmilliárdok viszontagságai ellenére, de az élővilág elképesztő sokszínűségét hozta létre. Az evolúciót – amely minden biológiai folyamat rendező elve – szívesen fogjuk fel olyan folyamatként, ami egy cél felé halad, sőt még azt is hajlamosak vagyunk elhinni, ez a cél mi, emberek vagyunk.

Pedig erről szó sincs, az evolúció nem előrelátó mérnöki tervezés. Számos, apró tulajdonságban eltérő véletlen variánst hoz létre, ezek között a legtöbb neutrális, sok az alkalmatlanabb, ám időnként jobban alkalmazkodó, komplexebb variáns is megjelenik.

A »tervezés« mondhatni vakon történik, hiszen az evolúció csak abból tud főzni, ami éppen van, ám utána jön a kőkemény a minőségellenőrzés: ami ezen átmegy, az túlél, ami nem, elpusztul. Az evolúció tehát igen rövidlátó, csaknem vak.

Amikor a reprodukció során az „utód”, ha csak kis mértékben is, de különbözik a „szülőtől”, máris valami új jön létre – ha adott környezeti feltételek között rosszabb, akkor elpusztul/kipusztul, ha jobb, túlél, kiszorítja a többit, a mindenkori legjobb jutalma pusztán a fennmaradás – egy véges világban nem is lehet másképp. Az élet fennmaradásának kulcsa az állandó változás, amelynek köszönhetően mindig van olyan „variáns”, amely boldogulni képes az állandóan változó környezeti viszonyok között.

Az ember kétségkívül az evolúció eddigi legkomplexebb terméke, de hogy a csúcsa lenne, azt legfeljebb az emberi faj „szokott szerénysége” mondathatja. Van nálunk jobb, gyorsabb, erősebb, alkalmazkodóképesebb, kiemelkedőek vagyunk viszont agyunk nagyon fejlett absztrakciós képessége és kitűnő kommunikációnk okán. Ennek köszönhetően pedig mint faj, valóban mi „uraljuk” – és sajnos sohasem látott sebességgel pusztítjuk – a bolygót, így semmi biztosíték nincs rá, hogy ez évmilliók, -milliárdok múlva is így lesz.

Bihari Dániel 24.hu
2020. 09. 15. 20:32