Az élőlények anyagcseréje hogyan kezdődhetett meg az életfolyamatokhoz szükséges vegyületeket egy helyen tartó határoló membránok nélkül? Ha viszont az élet a sejtmembránon belül született meg, hogyan juthattak be a szükséges tápanyagok a sejt belsejébe? E nehéz kérdésekre néhány kutató a sokéves, sokszor eredménytelen és frusztráló kutatómunka ellenére is kitartóan keresi a választ. Úgy tűnik, az elmúlt években meg is lett fáradozásuk jutalma: négy meglepő felfedezés történt, mely talán közelebb visz az élet keletkezésének a titkához.

Jack W. Szostak, egy amerikai kutatócsoport vezetője a múlt hónapban egy konferencián bejelentette, hogy az egyszerű zsírszerű anyagok, melyek már a primitív Földön is előfordulhattak, spontán módon kétrétegű gömböket hoznak létre, melyek nagyon hasonlóak a ma élő sejtek kétrétegű membránjához. Ezek az úgynevezett proto- vagy elősejtek magukba építik az őket körülvevő folyadékba juttatott további zsírmolekulákat, és végül osztódnak. Az élő sejtek membránján át egyes anyagok csak bonyolult mechanizmusok segítségével juthatnak be a sejtekbe. Szostakék bemutatták, hogy a kis molekulák könnyen behatolnak a protosejtekbe, és ha ott nagyobb molekulákká alakulnak, onnan már nem tudnak kijutni. Ha egy elősejtbe bezárnak egy rövid DNS-t (az élőlények örökítőanyagát alkotó dezoxiribonukleinsavat), majd ezt az elősejtet a DNS építőköveit jelentő nukleotidokkal "etetik", a nukleotidok maguktól belépnek a sejtbe, és DNS-molekulává épülnek össze. Az amerikai kutatók bíznak benne, hogy a további kísérletek eredményeként a közeljövőben már egy "igazi", működőképes sejtet is létre tudnak hozni.

A nukleinsavak nukleotid építőkövei összetett molekulák: cukorból (ribózból vagy dezoxiribózból), egy szerves bázisból és egy foszfátcsoportból állnak. Prebiotikus folyamatokat kutató vegyészek korábban felfedezték, hogy a bázisok (pl. az adenin) könnyen létrejönnek egyszerű vegyületekből, például hidrogén-cianidból. Kiderült azonban, hogy az adenin természetes úton nem képes a ribózhoz kapcsolódni. Szintén a múlt hónapban John Sutherland angol vegyész a Nature című tudományos folyóiratban beszámolt arról, hogy a nukleotidok meglepő módon szintetizálhatók prebiotikus vegyületekből is. Megfelelő körülmények között a szerves bázis és a cukor egyetlen egységként jön létre, ezért utólag már nem kell összekapcsolódniuk. Gerald F. Joyce amerikai kutató szerint, aki a replikálódásra képes RNS-molekulák kialakulását kutatja, a prebiotikus vegyészet elmúlt öt évének ez a legnagyobb tudományos felfedezése.

A ribonukleinsav (röviden RNS), mely a DNS közeli rokona, szinte biztos, hogy korábban jött létre, mint a DNS. Azon túl, hogy információt hordoz, kémiai reakciókat elősegítő enzimként (biokatalizátorként) is funkcionál. Joyce kifejlesztett két olyan RNS-molekulát, melyek elősegítik egymás szintézisét az RNS-t felépítő négy nukleotidból. Létrejött végre a "halhatatlan" molekula, amelyben a tárolt információ korlátlanul továbbadható. A rendszer még nem él, de központi szerepet tölt be az életműködésben, pl. megkettőzheti önmagát (azaz replikálódhat), és alkalmazkodhat az új körülményekhez.

Meglepő felfedezésre jutottak a kutatók a molekulák optikai forgatóképességének tanulmányozása során is. Egyes vegyületek, mint például a fehérjéket felépítő aminosavak, a poláros fényt jobbra és balra forgató formában léteznek, melyek egymás pontos tükörképei. Élő sejtekben az összes aminosav többnyire balra forgató, és minden cukor és nukleotid jobbra forgató formában van jelen. Régóta érdekli a kutatókat, hogyan lehetséges, hogy az első élő rendszerek csak az egyik irányba forgató típust választják ki. Donna Blackmond angol kutató felfedezte, hogy a jobbra és a balra forgató molekulák elegye csak az egyik irányba forgató molekulákká alakítható fagyasztási és olvasztási ciklusokkal.

E négy felfedezés - dr. Szostak elősejtje, az önreplikálódó RNS-molekulák, a nukleotidok természetes szintézise és a molekulák optikai forgatásának magyarázata - bár nagy reménnyel tölti el az élet eredetével foglalkozó kutatókat, még nem old meg minden problémát. Nincs egyetértés például abban, hogy milyen körülmények között alakulhatott ki az élet a Földön. Egyes kémikusok, pl. Günther Wächtershäuser szerint vulkáni körülmények között, mint amilyenek például a mélytengeri füstölők. Itt találhatók meg ugyanis szerinte azok a gázok és fémkatalizátorok, melyek az első anyagcsere-folyamatokhoz vezettek. Egyes biológusok szerint azonban az élethez szükséges anyagok a tengervízben túl alacsony koncentrációban vannak jelen. Ők a meleg vizű tavakat tekintik az élet kiindulási helyének, akárcsak az evolúció atyja, Darwin. A tavak szélén tapasztalható párolgás és nedvesedés hatására kialakulhatott a szükséges anyagkoncentráció, és megfelelő kémiai reakciók kezdődhettek.

Senki nem tudhatja biztosan, hol indult útjára az élet. Az általánosan elfogadott legrégibb bizonyítéknak a mintegy 1,9 milliárd éves fosszilizálódott baktériumokat (Ontario, USA) tekintik a kutatók. Grönland két területén azonban 3,830 milliárd éves, szokatlan szénizotóp-keveréket találtak, ami biológiai folyamatok bizonyítékaként szolgálhat.

Hogyan indulhatott el ilyen gyorsan az élet a 3,9 milliárd évvel ezelőtt bekövetkezett késői nagy bombázás után gyakorlatilag sterillé vált Földön? Stephen Mojzsis, a grönlandi területeket vizsgáló amerikai geológus szerint a nagy bombázás nem pusztított el mindent, ahogy korábban gondolták. Úgy véli, az élet sokkal korábban kezdődött, és mélytengeri körülmények között egyszerűen túlélte a kozmikus kataklizmát.

Cirkonként ismert ősi kőzetek nemrégiben elvégzett vizsgálata alapján a kutatók úgy gondolják, hogy stabil óceáni és kontinentális kéreg képződött 4,404 milliárd évvel ezelőtt, alig 150 millió évvel a Föld keletkezése után. Ezek alapján elképzelhető, hogy az életnek félmilliárd év állt rendelkezésére arra, hogy kialakuljon a nagy bombázást megelőzően.

Számos geológus azonban vitatja, hogy a grönlandi kőzetek biológiai folyamatok jeleit mutatnák, ráadásul még az ősi légkör összetétele sem tekinthető biztosnak, miután a geokémikusok gyakran felülbírálják ezzel kapcsolatos feltételezéseiket.

A kémikusok és a biológusok, úgy tűnik, csak magukra számíthatnak, amikor az élet keletkezésének a rejtélyét próbálják kideríteni. Miután nincsenek bizonyítékul szolgáló fosszíliák, semmi támpontjuk nincs arra nézve, hogy az élet első formái mikor, hol és hogyan jelentek meg. A hogyanra talán előbb-utóbb választ kapnak, ha laboratóriumaikban sikerül "valami élőt" létrehozniuk.

Az élet keletkezését kutató híres magyar tudósok

Gánti Tibornak 1971-ben jelent meg az élet alapjelenségeivel, modellezésével és keletkezésével kapcsolatos könyve: Az élet princípiuma. 2003-ban (!) a mű átdolgozott változatát az Oxford University Press tudományos újdonságként adta ki. A neves magyar kutató meglátásai mostanában terjednek el a tudományos világban, a minimális sejtek modellezésével és kémiai szintézisével kapcsolatos kutatásokra rengeteg pénzt költenek világszerte, és a legtöbb ilyen témájú közleményben hivatkoznak is Gánti Tiborra.

Vida Gábor 1981-ben megjelent könyve szintén az élet keletkezéséről szól, és feltétlenül említésre méltó Szathmáry Eörs elméleti evolúcióbiológus J. M. Smithszel közösen írt, és 2000-ben magyarul is megjelent egyik könyve: A földi élet regénye - Az élet születésétől a nyelv kialakulásáig című mű.