Az élet kialakulásának új elmélete

Az első sejtek nem voltak élőlények: vasszulfid-lerakódások üregeiben jöhettek létre, s fokozatosan alakultak át élő organizmusokká - állítja egy nemzetközi kutatócsoport.

A természet egyik legnagyobb titka, a tudomány egyik legnagyobb megválaszolatlan kérdése az élet kialakulása. Mai ismereteink szerint ez valamikor 3,5-4 milliárd évvel ezelőtt, esetleg még korábban történhetett a Földön, tehát röviddel a 4,6 milliárd éves bolygó kialakulása után.

Az első élőlény kialakulása egyelőre valóban rejtélyes számunkra. Számos eredmény létezik arra vonatkozóan, hogyan zajlott az anyag szerveződése ezt megelőzően (prebiotikus kémia), s ma már viszonylag jó képpel rendelkezünk az élet korai evolúciójával kapcsolatban is. Az összekötő lépés azonban hiányzik.

Az utóbbi évek kutatási eredményei alapján az első élőlényeket a Darwin által javasolt "meleg felszíni pocsolyákból" az óceánok mélyére "költöztették" a kutatók. A legősibb biológiai jellegzetességeket ugyanis olyan ún. archaebaktériumok mutatják, amelyek kedvelik a forró és savas körülményeket (hipertermofil acidofil fajok) - azaz az olyan viszonyokat, amelyek az óceánok aljzatán feltörő mélytengeri füstölgők környékén jellemzőek.

De miképpen alakult ki az első sejt? A legtöbb biológus - így például a problémával régóta foglalkozó Gánti Tibor is - úgy véli, hogy a sejtek kialakulását megelőzte a szerves makromolekulákból (fehérjékből, nukleinsavakból, zsírsavakból és szénhidrátokból) álló alrendszerek kialakulása, amelyek aztán egymással összekapcsolódva egy minőségileg új dolgot hoztak létre.

Más véleményen van William Martin (Heinrich-Heine Egyetem, Düsseldorf) és Michael Russell (Scottish Universities Environmental Research Centre, Glasgow). Szerintük az első sejtek üresek és élettelenek voltak, s később halmozódtak fel bennük az élethez szükséges anyagok. Véleményük szerint az övék az első olyan elmélet, ami az "üres" sejttel kezdi a magyarázatot.

Elméletük kulcspontja a vas-szulfid. A mélytengeri füstölgőkben feltörő forró vízből nagy mennyiségben rakódik le ez a vegyület, lyukacsos, méhsejtes szerkezetű üledéket alakítva ki. Az üledékben lévő apró, néhány századmilliméternyi barlangok ideális helynek számítottak az élet kialakulásához, s itt jöttek létre az első sejtek - állítják a kutatók.

A vas-szulfid felgyorsítja azokat a folyamatokat, amelyek során szervetlen anyagokból szerves anyagok jönnek létre. A barlangocskákba beszivárgó tengervíz gazdag volt nyersanyagban (pl. ammóniában és szén-dioxidban). A környezetüktől viszonylag elzárt üregekben, a "vasszulfid-sejtekben" koncentrálódó anyagokból egyre komplexebb szerves molekulák jöttek létre, s ez a fejlődés végül elvezetett a szerves makromolekulák - így a fehérjék és az örökítőanyag - kialakulásához - mondják a kutatók, aki laboratóriumi körülmények között szeretnék feltámasztani ezeket az ősi állapotokat.

Az elméletet - amely a reakciófelületet tekintve nem minden előzmény nélküli - sokan tetszetősnek tartják, ám mégis számos ponton támadható. Ez sem ad magyarázatot például arra a minőségi ugrásra, amelynek során a prebiotikus kémiából igazi biokémia lett, nukleinsavakkal és enzimekkel.

Martin és Russel szerint az élet akkor vált képessé arra, hogy elhagyja e mélytengeri inkubátorokat, amikor a vasszulfidból álló "sejtfal" valódi sejtfalra cserélődött le, s ezek után már ez biztosította az élő közeg integritását. Itt azonban komoly probléma merül fel az elméletben: a korai élővilág két birodalma, a valódi baktériumok és az arcaebaktériumok olyannyira eltérő sejtfallal rendelkeznek, hogy ezek szerint a sejtfalnak kétszer, egymástól függetlenül kellett kialakulnia - ismerik el a kutatók. Ez azonban mai ismereteink szerint teljes képtelenségnek tűnik - állítja az Oxfordi Egyetem evolúcióbiológusa, Thomas Cavalier-Smith. Bizonyított tény ugyanis, hogy a valódi baktériumok és az arcaebaktériumok több száz közös génnel és számos ugyanolyan anyagcsereúttal rendelkeznek, ami közös eredetükre utal.

Szakmai publikáció: Martin, W. & Russell, M. On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes,and from prokaryotes to nucleated cells. Philosophical Transactions of the Royal Society B, published online, doi:10.1098/rstb.2002.1183 (2002).