Az élet születésének biokémiája

 

Bizonyos becslések szerint az élet kb. 3,5-4 milliárd évvel ezelőtt alakult ki a Földön. Mi történt azalatt a kb. félmilliárd év alatt, amely a földkéreg megszilárdulásától az első primitív egysejtűek megjelenéséig telt el? Csermely Péter írása.

A Föld a szervetlen molekulák idején

Az élet születésének kb. félmilliárd éve, az ún. "prebiotikus evolúció" során nem az élőlények harcoltak a fennmaradásért folyó küzdelemben, hanem kémiai, biokémiai reakciók serege zajlott egymással párhuzamosan az adott földi körülményeknek legmegfelelőbb makromolekulák és reakcióutak fennmaradását eredményezve. A "reakciók csatájának" kezdetén a Földet túlnyomó részben szervetlen molekulák uralták. A légkörből hiányzott az oxigén, a mainál sokkal redukálóbb atmoszféra nitrogént, vízgőzt, szén-dioxidot, szén-monoxidot, hidrogént, esetleg ammóniát és metánt tartalmazhatott. Mivel a szén-dioxid mennyiségét, és ezáltal a földi őslégkört felmelegítő üvegházhatást éppúgy nehéz megbecsülni, mint a vulkáni tevékenység kiterjedését, nincsenek pontos fogalmaink arról, hogy a földi ősóceán mennyiben volt folyékony, illetve fagyott. A földköpeny számos olyan szilikátból, agyagásványból, piritből és más anyagokból álló felületet kínált, amely alkalmas volt bizonyos kémiai reakciók szelektív meggyorsítására, katalízisére. Ezek voltak a legfontosabb elemei annak a színtérnek, amelyen az élet keletkezéséhez vezető folyamatok zajlottak. Mielőtt azonban az élethez vezető út lehetséges lépéseit sorra venném, két megjegyzést szeretnék tenni.

Az első megjegyzés

A másik korlát térbeli. Az emberi gondolkodás hüvelykekben, lábakban, méterekben mért dimenzióihoz már az egész Földre kiterjedő egynemű, homogén modell alkotása is nehéznek bizonyulhat. Az élet keletkezésében azonban az irdatlan bolygóméreteknek olyan kicsi, helyi elemei játszhatták a legnagyobb szerepet, mint a megbecsülhetetlen számú vulkánok óceánmosta lejtői, vagy a nem tudjuk hol és nem tudjuk mikor éppen kiszáradófélben lévő lagúnák. Így az élet keletkezésének magyarázatában az egész Földre kiterjedő homogén modellnek értelme sincs.

A második megjegyzés az egész eszmefuttatás esetleges haszontalanságáról szól. Arrhenius és Hoyle nyomán legismertebben a Nobel-díjas Francis Crick fogalmazta meg az ún. pánspermia elméletet, amely leegyszerűsítve azt feltételezi, hogy az élet egy meteorit felszínén került a Földre és ott kedvező körülményeket találva elszaporodott. Az a nem régi felfedezés, amely során az Antarktiszon 1984-ben megtalált, 13 000 évvel ezelőtt a Földbe csapódott, marsi eredetű ALH 84001-es meteorit belsejében az ősi, marsi élet egysejtűinek nyomaira bukkantak, az első konkrétabb bizonyítékát adta annak, hogy idegen eredetű élőlények a Földre kerülhettek. Bár az adott meteoritban rejtőző baktériummaradványok már réges-rég elhaltak, mire a meteor a Földet elérte és mire a meteor ideért, a földi élet mai formája már meglehetősen jól kialakult. Ennek ellenére nem kizárt, hogy más meteorokon utazó, "szerencsésebb" társaik benépesíthették ősi bolygónkat. A pánspermia elmélet az élet keletkezésének kérdését persze nem válaszolja meg, csak a labdát dobja egy bolygóval (naprendszerrel) odébb. Ebből a szempontból az előző bekezdésben említett bizonytalanságok még szerencsének is tekinthetők, hiszen az ekkora elhanyagolásokkal született elméletek nem csak a Föld, hanem számos hasonló bolygó felszínén megjelenő élet magyarázatául is szolgálhatnak. Jelenlegi tudásunkkal megbecsülhetetlen annak a valószínűsége, hogy volt-e, voltak-e olyan alkalmak, amikor a nem földi eredetű élet nyomai a Földre kerültek. Ha volt ilyen esemény, a legvalószínűbb feltételezés az, hogy az újonnan érkezett formáció bekerült az addigi reakciók, életformák versenyébe, ahol vagy nyert és átalakította a fejlődés menetét, vagy vesztett és nyomtalanul, vagy bizonyos kisebb változások nyomát maga után hagyva eltűnt.

Mi kell ahhoz, hogy egy szervezet élő legyen? A legprimitívebb élő szervezetnek is rendelkeznie kellett egy olyan örökítő anyaggal, amely a szervezet működéséhez szükséges információt az utódokra átörökítheti. A környezete változásaitól való függetlenedéséhez szüksége volt egy határoló hártyára, membránra. Végezetül a membránnak az osztódással párhuzamos növekedéséhez és az örökítő anyag kettőződéséhez már az első élő szervezeteknek is ki kellett fejlesztenie egy olyan primitív anyagcsererendszert, amely saját magát szabályozni képes. Azt az egyszerűsítést is meg lehet kockáztatni, hogy molekuláris szinten az élethez kell valami, amelyről közel hibamentesen másolatok készíthetők (ezt a továbbiakban templátnak fogom nevezni) és kell valami, amely a kémiai folyamatokat felgyorsítani, szabályozni, irányítani képes (a továbbiakban: katalizátor).

Elméletek az egyszerű szerves molekulák keletkezésére

A Miller-Urey reaktor különböző egyszerűbb szerves molekulák prebiotikus szintézisére alkalmas

Harold Urey Stanley L. Miller Wächtershäuser

Csermely Péter

A tanulmány folytatása a KFKI honlapján