Az élet eredete

A Khan Academyn sok videónk témája az evolúció és a természetes szelekció. Úgy gondoljuk, hogy meglehetősen jól értjük azt, hogy az élet fejlődése nyomán hogyan jött létre az a változatos és összetett környezetet, amely körülvesz minket. Ám egy alapvető kérdés válasz nélkül maradt. Talán ez a legnagyobb kérdés számunkra: az élet eredete. Hogyan jött létre az élet, legalábbis a földi élet? Ez pedig újabb kérdésekhez vezet arról, hogy vajon van-e élet ezen a bolygón kívül, és ha van, akkor milyen? Kezdjük azzal, amit tudunk. Rajzolok egy idővonalat. Ez volt egymilliárd éve, ez kétmilliárd éve, ez hárommilliárd, ez pedig négymilliárd éve. Ez itt a jelen. Tehát évmilliárdokról van szó. Ezt néha a „bya” (billion years ago) rövidítéssel jelölik. Ez mérhetetlenül hosszú idő visszafelé haladva a múltba. Tudjuk, hogy a Föld a Naprendszer többi részével együtt körülbelül 4,6 milliárd éve keletkezett. Ekkor alakult ki a Föld. Tehát éppen 4,6 milliárd éve, esetleg röpke 100 millió évvel később, 4,5 milliárd évvel ezelőtt. A Föld ekkor aligha volt alkalmas akár a legegyszerűbb életforma kialakulására, mivel a Naprendszer elég veszélyes hely volt. Egymást érték a kisebb-nagyobb ütközések. Maga a Hold is egy ütközés szülötte, amelyben két bolygóméretű égitest, az elő-Föld és egy másik bolygóméretű tárgy ütközött össze, majd elkezdtek egymás körül keringeni, és egyikükből lett a Hold. A Föld tömegvonzása foglyul ejtette. Belátható, hogy ebben a környezetben nemigen jöhetett létre az élet. Még a Hold keletkezése után is állandóan bombázta a bolygónkat a Naprendszerben kavargó törmelék. Sokáig tartott, amíg beállt az a rend, amelyet jelenleg láthatunk. Így ment ez nagyjából – úgy gondoljuk – 3,9 milliárd évvel ezelőttig, amely jelenlegi tudásunk szerint a legkorábbi olyan korszak, amelyben a Föld alkalmassá válhatott az életre. Előtte is lehettek kisebb szünetek, amikor enyhült a bombázás, és kialakulhatott valamilyen egyszerű élet, ám ezt eltörölte a következő bombazápor. Ki tudja? Talán lehettek túlélők, de jelenleg ez az uralkodó nézet. Azt is tudjuk, hogy leletek igazolják az élet megjelenését 3,5 milliárd éves kövületekben. Ezek a sztromatolitok, amiket megkövesedett mikroorganizmusok alkotnak, és jelenleg is képződnek. Ilyen szerkezetek ma is keletkeznek. Habár a mikroorganizmusok elsőre nem tűnnek összetett életformának, ha végiggondoljuk, hogy mi minden megy végbe egy mikroorganizmus belsejében, valójában hihetetlenül összetettek, különösen, ha összevetjük őket a még egyszerűbb, élettelen organizmusokkal. Jelenleg tehát úgy véljük, hogy valahol ebben a szakaszban kellett kialakulnia az életnek a Földön. De még ha tudnánk is a választ, hogy pontosan 3,7 milliárd éve döntött úgy először egy RNS, vagyis inkább rendeződött a megfelelő formába ahhoz, hogy valamiképpen másolódni kezdjen –, még ha tudnánk is ennek az időpontját, akkor sincs válasz a sokkal érdekesebb kérdésre,a „hogyan”-ra. A „hogyan" az igazán fontos kérdés, legalábbis szerintem, érdekesebb, mint a „mikor”. A „hogyan”-ra több szinten is keressük a választ. Elsőként kezdjük a legegyszerűbb molekulákkal, amelyek előfordulhattak a korai Földön. Itt van néhány példa. Ez itt a H₂O, közismert nevén a víz. Ez a CO₂, amit szén-dioxid néven ismerünk. Kicsit nehezen látható, ehhez világosabb szín kell. Ez tehát a szén-dioxid. Ez az elemi nitrogén, némi ammónia, egy kis foszfát. Ezek, és még jó néhány elem, amelyek előfordulnak a mai Földön, jelen lehettek a korai Földön is. De hogyan lesznek belőlük ezután kissé összetettebb, illetve valójában sokkal összetettebb szerves molekulák? Amikor szerves molekulákról van szó, általában ilyesmikre gondolunk. Ezek itt aminosavak, a fehérjék építőkövei. Ezek itt nukeotidok, a DNS, az RNS és hasonló molekulák építőkövei. Az első kérdés tehát az, – és nemcsak ezek az egyszerű szerves molekulák léteznek, gondoljunk csak a cukrokra, és egyebekre –, tehát az a kérdés, hogy ez egyáltalán lehetséges-e? Értjük-e egyáltalán, hogyan jöhetnek létre ezekből az egyszerű molekulákból az összetettebb, úgynevezett szerves molekulák? A felelet, számos bizonyíték alapján az, hogy ez kivitelezhető. Ezekből kiindulva létrejöhetnek ezek a molekulák, abiotikus úton, azaz élőlények nélkül is. Az „abiotikus” szót sokszor fogod hallani. Az „antibiotikus” jelentése: élőket pusztító, baktériumokat pusztító. Az „abiotikus” jelentése: élet nélküli. Mostanára bizonyítékaink vannak arra, hogy az aminosavak és a velük rokon szerves molekulák előfordulnak üstökösökön, meteoritokon és más bolygókon. Ezek spontán keletkeztek az űrben, ismétlem, élet nélkül. Akár mi is elő tudunk állítani aminosavakat és más, ehhez hasonló molekulákat ezekből az egyszerű alkotórészekből, laboratóriumban. A leghíresebb ilyen kísérlet Miller és Urey kísérlete az 1950-es évekből. A bemutatáshoz biztosítottak egy kis energiát – – elektromos kisülést keltettek, ami a korai Földön csapkodó villámokat jelképezte – és összeállítottak egy gázkeveréket, amelyet hasonlónak véltek a korai Föld légköréhez, amely nem tartalmazott sok oxigént. (Csak az élet megjelenése nyomán indult el az oxigén keletkezése.) Noha ma már úgy véljük, hogy a gázkeverékük összetétele téves volt, mégis valami igen fontosat fedeztek fel. Bebizonyították, hogy a gázkeverékben, amelyet az ősi légkörhöz hasonlónak véltek, némi energia hozzáadásával elő tudtak állítani néhány szerves molekulát ezek közül. Így biztosak lehetünk abban, hogy legalábbis az első lépés kivitelezhető. A következő probléma az, hogy ezek a szerves molekulák önmagukban nem képviselnek életet. Valójában nem is ezek azok a nagyon összetett molekulák, amelyeket alapvetően szükségesnek tartunk az élethez. A fehérjéktől kezdve válik igazán érdekessé a dolog. Egy fehérje, azaz a fehérjék, ezernyi aminosavból állnak. A DNS és az RNS amelyeket szintén az élet alapvető kellékeinek tartunk, több tízmillió nukleotidból állhatnak minden egyes DNS molekulában. Ez csak egy kicsiny részlet egy DNS molekulából, de ezen is látszik, hogy sokkal összetettebb, mint amit itt láttunk. Ám ezen molekulák esetében is bizonyíték van arra, hogy az aminosavaktól eljuthatunk a fehérjékig, a nukleotidokból pedig a DNS-ig az élőlények nélkül is. Ezek az események spontán is végbemehetnek megfelelő körülmények között, a kellő energia segítségével. Egyes megfigyelések szerint az erre alkalmas felületeken ezek a molekulák megfelelően rendeződhetnek, hogy összetettebb szerkezetekké álljanak össze. Tudom, mire gondolsz. Rendben, klassz dolog a fehérje, klassz a dolog DNS, az RNS, de hogyan lesz ebből élet? Melyik pontról mondhatjuk azt, hogy ott volt az élet csírája? Nos, itt érünk el igazán ismeretlen területre, mert ezt nem tudjuk. Erre többféle hipotézis létezik. Ezek egyike az úgynevezett „RNS világ” hipotézis. Ezt ideírom: „RNS világ” hipotézis. Ezen elmélet szerint az élet első képviselői az önmagukat másoló RNS molekulák voltak. Azért irányul több figyelem az RNS-re, mint a DNS-re, mert a jelenkori sejtekben is az a helyzet, hogy az RNS nem csupán tárolja az információt, hanem katalizátorként is működhet. Gondoljunk például a tRNS-re, vagy a riboszomális RNS-re. Az első élet tehát akár RNS is lehetett, olyan információ, amely önmagát másolta, és a saját másolását katalizálta. Talán beépülhetett valamilyen membránszerkezetbe, így a külvilágtól elszigetelt környezetben működhetett. De az egyszerű válasz az, hogy nem tudjuk. Egy másik közkedvelt elgondolás az „előbb az anyagcsere”-hipotézis. Eszerint számos alapvető anyagcserefolyamat, amelyekről a biokémia tankönyvekben olvashatunk. már korábban is működött az őslevesben, ahol ezek a szerves molekulák a megfelelő körülmények közé kerültek, például forróvizes kürtők köré. Az elmélet szerint ezek a folyamatok, amelyeket ma biokémia néven tanulunk, a sejteken kívül is végbemehettek, azaz élet nélkül válhattak egyre összetettebbé, de egy bizonyos ponton önszerveződővé válhattak, membránszerkezetekhez kötődtek. Lehet, hogy a két elmélet valamilyen kombinációja érvényes. Az egyszerű válasz az, hogy nem tudjuk, de többféle izgalmas magyarázat létezik. A jelenlegi biológiát tanulmányozva is felfedezhetjük egyes folyamatok közös elemeit, például a centrális dogma esetében, vagy a fehérjéket tanulmányozva, amelyek minden élet alapkövei. Ez is nyújt valamilyen elképzelést arra, hogy milyenek lehettek a legkorábbi életformák.