Milyen apró lehet az élet?

Ennek a mondatnak a végén olyan pont van, aminek átmérője körülbelül 1 millió nanométer. A baktériumok pár éve felfedezett, legkisebb ismert formái ennél akár 50 ezerszer is kisebbek lehetnek. A kérdés az, hogy valóban baktériumok-e.

Ahogyan az egyre nagyobb teljesítményű mikroszkópokkal egyre mélyebben pillantottunk az élet világába, a biológusoknak szembe kellett nézniük a kérdéssel: hol vannak az alsó méretkorlátok az élőlények számára? Mi az a határ, amely alatt egy szerveződési rendszer már nem nevezhető élőnek?

A kérdés bizonyos szemszögből persze felszínesnek is tűnhet, mivel még arra sincs megnyugtató meghatározásunk, hogy mi az élet. Mégis, amennyiben az általunk élőnek tekintett biológiai rendszereket vizsgáljuk, akkor előbb-utóbb el kell érnünk azt a mérettartományt, aminél kisebb térrészbe ezek legalapvetőbb alkotóelemeit egyszerűen nem lehet bezsúfolni.

Baktériumok és vírusok

Minden iskolás tudja, hogy a legkisebb élőlények a baktériumok (jobbra). Ezek mérete 0,2 és körülbelül 500 mikrométer között változik, de átlagosan 20 mikrométer. (A mikrométer a méter egymilliomod része.) A baktériumok sejtmag és sejtszervecskék nélküli, ún. prokarióta élőlények, így a jelenlegi földi élővilág legalacsonyabb szerveződési szintjét képviselik. Genetikai állományuk rendszerint egyetlen kör alakú kromoszómából áll.

Máris sokakban felmerülhetett a kérdés, hogy mi a helyzet a vírusokkal. A vírusok valóban nagyságrendekkel kisebbek (nanométeres nagyságrend, azaz a méter egymilliárdod része). A vírusok azonban nem élőlények. Csak gazdaszervezetben mutatnak életjelenségeket, az általuk megtámadott sejt anyagcsere-apparátusát használják fel saját alkotórészeik legyártásához. Így egy vírus nem tartalmaz például riboszómákat (amelyek a fehérjemolekulákat készítik) - alapvetően csupán egy fehérjeburokból, genetikai állományból (ami RNS is lehet) és néhány enzimből áll, ami főleg behatolásához szükséges. A vírusok modern meghatározása: fertőzőképes genetikai információ.

Egy új társaság: nanobaktériumok

A legkisebb ismert baktériumok átmérője 200 nanométer. Mint már említettük, a nanométer a méter egymilliárdod része, ami körülbelül 10 db egymás mellett lévő hidrogénatom szélességének felel meg. Ennek a mondatnak a végén olyan pont van, aminek ármérője körülbelül 1 millió nanométer. A pár éve felfedezett ún. nanobaktériumok a 20 nanométeres alsó mérethatárt is elérhetik, azaz ennél a pontnál akár 50 ezerszer is kisebbek lehetnek.

A nanobaktériumok (nano-organizmusok, nanobák) mérete 20 és 150 nanométer között mozog. Bár elnevezésük egyértelműen élőlényekre utal, ez egyelőre nem bizonyított. Mindenesetre valóban a baktériumokhoz hasonló alakjuk volt az, amivel magukra irányították a figyelmet: az "igazi" baktériumokhoz hasonlóan gömböket és pálcákat formálnak.

Más fontos baktériumszerű tulajdonságokkal is rendelkeznek. Gyakran találhatók meg csoportosan, láncokba és fürtökbe rendeződve (lásd a legfelső képet). Néhány kutató állítása szerint lehetséges laboratóriumokban való tenyésztésük. Úgy tűnik, hogy egyébként is minden víznek és oxigénnek kitett felületen felbukkanhatnak - fémen, üvegen, műanyagon és szerves anyagokon egyaránt.

A nanobaktériumok élő jellegét leginkább hangsúlyozók egyike Robert Folk, a Texasi Egyetem (Austin, USA) kutatója. 1990-ben mindössze 100 nanométer hosszú, baktériumszerű alakzatokat fedezett fel olaszországi gejzírüledékekben. 1992-ben mutatta be eredményeit, az Amerikai Geológiai Társaság találkozóján.

Nanobaktériumok a marsi meteoritokban?

Robert Folk felfedezése arra sarkallta a NASA egyik kutatóját, Chris Romaneket, hogy nanobaktériumok után nézzen a Marsról származó meteoritokban. Talált is olyan alakzatokat (jobbra), amelyek kísértetiesen hasonlítanak a földi baktériumokra, de ha méretüket is figyelembe vesszük (20-200 nanométer), akkor már a földi nanobaktériumok jönnek a képbe. Annak eldöntése tehát, hogy valóban élőlények-e a földi nanobaktériumok, a maris élet kérdésének ügyét is előbbre viheti. Másképp közelítve a problémát: a meteoritokban látható "valamik" egyértelmű bizonyítékot szolgáltatnak-e az (egykori) marsi életre, vagy túl kicsik ahhoz, hogy valaha is élőlények lehettek volna?

1998-ban az amerikai Nemzeti Tudományos Akadémia a NASA kérésére felállított egy szakértői bizottságot, hogy megvitassa a problémát. A bizottság "Az igen kisméretű mikroorganizmusok mérethatárai" címmel közölte megállapításait.

Mi fér bele egy nanobaktériumba?

Ahhoz, hogy egy élőlény önfenntartó funkciókat végezhessen és szaporodni tudjon, kellenek bizonyos "felszerelések", amelyek viszont helyet igényelnek. Például egy-egy komplett riboszóma, a fehérjék előállításához nélkülözhetetlen sejtalkotó 25-30 nanométer átmérőjű (egy tipikus modern sejtben akár több ezer is lehet belőlük). Hasonló szempontokat figyelembe véve a bizottság 18 szakértője azt a végkövetkeztetést vonta le, hogy a 200 nanométeres érték jelezheti azt a mérethatárt, amely alatt valami nem tekinthető élőnek, legalábbis nem az általunk ismert értelemben. Legalább ekkora méret kell ugyanis ahhoz, hogy az általunk ismert élethez szükséges kémia folyamatok megvalósulhassanak.

Mit keresünk tulajdonképpen?

A bizottság ugyanakkor hagyott egy kiskaput is a nanobaktériumok számára, elképzelhetőnek tartva, hogy az ősi egysejtű organizmusok egykor akár az 50 nanométeres tartományt is elérhették. Az élet ezen egyszerű formái talán az evolúció korai szakaszában létezhettek, s nem - vagy nem minden tekintetben - a mai biokémiát és genetikát használták. Mint ahogyan az más égitestek feltételezett élőlényei, például a marsi baktériumok (?) esetében is lehetséges.

Több kutatócsoport állt elő már a bejelentéssel, hogy nanobaktériumokat fedezett fel szinte minden elképzelhető helyen (még az emberi szervezetben is), amelyeket sikerült tenyészteni, sőt az általunk ismert élethez szükséges kémiai nyomokra (enzimek és DNS töredékeire) bukkanni bennük. Ezek az eredmények azonban egyelőre vitatottak, illetve megerősítésre szorulnak.

A fő probléma valószínűleg az, hogy nem ismerjük fel az életet, mivel nem ismerjük ebben a formájában. Pedig nem elképzelhetetlen, hogy amikor majd más világokon kutatunk élet után, utólag a nanobaktériumok bizonyulnak majd a legegyszerűbb esetnek.

(Készült a NASA Asztrobiológiai Intézetének publikációja nyomán.)

A témához kapcsolódó oldalak

Lehet-e élet a Marson?
Egyáltalán nem elképzelhetetlen, hogy a Földhöz hasonlóan a Marson is megszületett az élet, sőt talán az ősi marsi mikrobák gyarmatosították saját bolygónkat is...

Nanobák - további képek és részletes információk

Robert Folk nanobaktérium-oldalai

Ausztrál nanoba-kutatások (University of Queensland)