Az élet titkait hordozó időkapszulák a Naprendszer gyermekkorából

Az aszteroidák hordozhatták a földi élet alapköveit

Az aszteroidák nem csak afféle repülő űrbéli kődarabok, hanem Naprendszerünk keletkezésének máig fennmaradt tanúi. Belőlük tudhatjuk meg a legjobban, milyen anyagokból építkezett a földi élet a kezdet kezdetén.

Aszteroidák mint az élet motorjának beindítói

A hollywoodi filmek és a mindennapi hírek világában az aszteroidák leginkább az apokaliptikus fenyegetés szerepét játsszák. Legtöbben bizonyára tudjuk, hogy feltehetőleg egy ilyen égitest becsapódása okozta a dinók kihalását 65 millió éve, és talán még arról is hallottunk, hogy az aszteroidák remek célpontjai lehetnek az űrbéli ércbányászatnak.

A 65 millió éve történt K-T esemény a földtörténet egyik legnagyobb aszteroida becsapódása volt, amely globális katasztrófát, és tömeges fajkihalást okozott Forrás: wikimedia.org

Azonban Nicholas Hud és a hozzá hasonló kutatók számára az aszteroidák teljesen más arcukat mutatják: ők úgy tekintenek rájuk, mint időkapszulákra, amelyekből kiolvasható az ősi Naprendszer molekuláris összetétele. Ez az ismeret ad támpontot a tudósoknak azon összetett kémiai útvonalak rekonstruálásához, amelyek a Földön az élet keletkezéséhez vezettek.

Az élet az ősóceánokban alakult ki, hosszú folyamat eredményeként Forrás: Nature

Hud, az NSF-NASA Kémiai Evolúciókutató Központjának (Center for Chemical Evolution, Georgia Institute of Technology) igazgatója rámutat: ha egy molekulát megtalálunk az aszteroidákban, az a legjobb bizonyíték arra, hogy az adott vegyület már az élet keletkezése előtt is jelen lehetett a Földön. Ha megismerjük a kiinduló elegy komponenseit, jobban felvázolhatjuk azokat a kezdőfeltételeket, amelyek közepette az élet molekulái kialakultak.

Prekambrium végi tájkép. Az előtérben, az ősóceán partján cianobaktériumok által létrehozott telepek, sztromatolitok láthatók Forrás: imgkid.com

Elsősorban az aminosavak és velük rokon vegyületek az izgalmasak,

mert ezekből álltak össze az első peptidek – kisebb fehérjére emlékeztető molekulák –, s ezek bizonyosan kulcsszerepet játszottak az élet motorjának beindításában.

A repülő űrbéli kövek molekuláris leltárja

„Az aszteroidákat tanulmányozva megtudhatjuk, milyen kémiai reakciók lehetségesek egyáltalán a világegyetemben – emeli ki Hud. – Nekünk azért fontos az aszteroidákból, valamint a meteoritokból – az aszteroidák kisebb, földfelszínre lehulló változataiból – származó anyagok vizsgálata, mert támpontot nyújtanak az arról szóló elméleteinkhez, vajon hogyan játszottak közre az űrből érkező molekulák az élet elindításában.

Az aszteroidák hordozhatták a földi élet alapköveit Forrás: Bull53Y3

Fel kell vennünk továbbá az aszteroidákban és meteoritokban található molekulák teljes leltárját, mert előfordulhatnak bennük olyan vegyületek, amelyekről eszünkbe se jutott, hogy lényegesek lehettek az élet kezdeteinél." Hud a Science folyóiratot kiadó társaság, az American Association for the Advancement of Science éves konferenciáján beszélt erről a témáról „Az élet első polimerjei: milyenek voltak és honnan eredtek?" címmel tartott előadásában.

A NASA tudósai évtizedek óta végzik az aszteroidákban és meteoritokban található vegyületek elemzését,

és az ő munkájuk nyomán rendelkezünk ma már világos elképzeléssel arról, milyen molekulák lehettek jelen a Föld keletkezésének idején.

Aszteroida Föld universe Forrás: Manuel Cohen/Fizzfoto

„Ha egy prebiotikus, vagyis az élet keletkezése előtti kémiai reakciót modellezek a laboratóriumban, a többi tudós vitatkozhat velem, hogy a megfelelő kiinduló anyagokat tettem-e az elegybe – magyarázza Hud. – Ha egy molekulát megtalálunk egy aszteroidában vagy meteoritban, az körülbelül az egyetlen hiteles, mindenki által elfogadott bizonyíték arra, hogy az adott molekula valóban prebiotikus. Ez az egy, amire igazán támaszkodhatunk."

Nem csak a Földön keletkezhettek az élet építőkockái

Híres 1952-es kísérletük során, melyben a tudomány akkori állása szerint elképzelt korai Föld viszonyait próbálták szimulálni,

Miller és Urey több mint 20-féle aminosavat állított elő.

Az aminosavak az összefoglalóan peptideknek nevezett, a fehérjéket is tartalmazó szerves molekulacsalád alkotóelemei.

Miller és Urey híres kísérletének vázrajza Forrás: Wikimedia Commons

E klasszikus kísérletben egy vizet, metánt, ammóniát és hidrogént – a hajdani légkör vélelmezett összetevőit – tartalmazó edényben villámcsapásokat utánzó szikrák szolgáltattak energiát a kémiai reakciók beindításához.

Miller és Urey kísérletük közben Forrás: Cool Hunting

A Miller-Urey kísérlet óta eltelt időben a tudósok megmutatták, hogy az aminosavak és az élethez szükséges más molekulák egyéb módokon is keletkezhettek.

Hud laboratóriumában például a kutatók száraz és nedves körülmények váltakozásával állítottak elő komplex szerves vegyületeket.

Ilyen viszonyok mellett nemcsak aminosavak, hanem a tőlük csupán egy funkciós csoportban eltérő hidroxisavak is megjelennek. E két építőelemből rövid peptidek, majd nagyobb és összetettebb molekulák formálódnak, s ezek már olyan sajátságokat mutatnak, amelyeket ma egyértelműen az élettel hozunk összefüggésbe.

DNS modellje kromoszómákkal Forrás: BSIP/VEM / BSIP/Vem

„Mára jól kidolgozott módszerünk van az aminosavakból és hidroxisavakból vegyesen felépülő peptidek szintetizálására. Az effajta vegyületek közönségesek lehettek a korai Földön – vélekedik Hud. – A hidroxisavakat mindmáig megtaláljuk az aminosavak mellett az élő szervezetekben – és rájuk bukkantunk a megvizsgált meteoritminták egy részében is.”

A kettős spirálú DNS molekula tartalmazza az élet felépítéséhez szükséges információkat Forrás: Wallpapers

Hud meg van győződve róla, hogy az élet molekulái számtalan lehetséges módon képződhettek; egyáltalán nem szükséges úgy képzelnünk, hogy az elemek egy és csak egy úton rendeződhettek az élet számára kedvezően.

Azt is számításba kell vennünk, hogy az élet a mainál egyszerűbb és kevésbé hatékony molekulákkal indulhatott útnak,

s a molekulák az élettel együtt evolváltak az idők során.

Nagyon más világ volt az ősi Föld

„Azt látjuk, hogy a kísérleteinkben előálló vegyületek a modern peptidekhez nagyon hasonló, azoktól csak az egységeket összetartó gerincben különböző molekulákat képesek alkotni – mondta el a kutató. – A szerkezetük nagy vonalakban ugyanolyan, és egyszerűbb őket létrehozni – igaz, nem tudnak olyan komplex módon feltekeredni, mint a modern fehérjék. Ezek a molekulák tehát kompromisszumot képviselnek a könnyű előállíthatóság és a modern szervezetek molekuláihoz való hasonlóság között.”

Az élet hordozói bonyolult kémiai folyamatok eredményeként alakultak ki Forrás: AFP

A geológia mai állása szerint az évmilliárdokkal ezelőtti Föld nagyon más hely volt, mint amilyennek most ismerjük:

nagy kiterjedésű kontinensek helyett sok apró sziget emelkedett ki az óceánokból. Még a Nap is másképp sütött: kevesebb fényt és több kozmikus sugárzást produkált, mely utóbbi energiát szolgáltathatott a fehérjealkotó kémiai reakcióknak.

A prekambrium kezdetén egészen más képet mutatott a Föld mint napjainkban Forrás: Origo

„A szigetek lehettek az élet inkubátorai; a molekulák folyamatosan záporoztak rájuk a légkörből – vázolja Hud. – Szerintünk a kulcsfontosságú folyamat, amelynek révén e molekulák szintet léptek az élet keletkezése felé, a nedves és száraz periódusok ciklikus váltakozása lehetett, ezért mi ezeket a feltételeket szimuláljuk a laborban. Nem nehéz elképzelni, hogyan valósulhatott ez meg az óceántól körülvett szigeteken."

Nem egyszeri szikraként pattanhatott ki az élet

A tudósok ma úgy képzelik, hogy az élet nem egy egyszeri szikra formájában pattant elő, hanem a hozzá szükséges molekulák lassan, lépésenkénti folyamatban evolváltak.

E folyamat feltehetőleg több helyszínen zajlott egyszerre, más és más sebességgel.

A szilárd kéreg és a hidroszféra kialakulása után teremtődtek meg a feltételek az élet kialakulásáhpz Forrás: Charlie coon's geologic time scale

Lehetséges például, hogy a mai sejtek különböző komponensei egymástól függetlenül fejlődtek ki,

mindegyik a számára kedvező körülmények között, mielőtt összetalálkozva létrehozták volna a sejtek őseit. „Látunk valami nagyon különlegeset a peptidekben, a nukleinsavakban, a poliszacharidokban és a lipidekben, s különösen abban, hogy együtt olyasmire képesek, amire külön-külön egyikük sem. De a korai Földön tetszőleges számú olyan kémiai folyamat is végbemehetett, amely az élet keletkezése szempontjából vakvágánynak bizonyult" – hangsúlyozza Hud.

Forrás: Origo

„Az aszteroidák valószínűleg még sok titkot rejtegetnek arról, milyen molekulák léteztek annak idején – mondta végül az intézetvezető. – Talán nem is tudjuk, mit kellene keresnünk bennük, de ha alaposan végignézzük, milyen molekulákat találunk ott, több és korábban fel nem tett kérdést fogalmazhatunk meg arról, hogyan működhettek ezek közre az élet keletkezésében.”