Kibúvóval is válaszolhatnék, és azt is mondhatnám, hogy ez nem az evolúcióbiológia kérdése, mert definíció szerint az első, önmaguk másolására képes struktúrák, vagyis a replikátorok megjelenéséig nincs is darwini értelemben vett evolúció. Persze már csak azért sem keresek ilyen kibúvót, mert ez az egyik legfontosabb kutatási területem.
Nincs egységes álláspont ebben a kérdésben. Sokan ismerik a klasszikus Miller-kísérletet, amelyben az ősi Föld viszonyait próbálták utánozni. Itt egy barna szutykos lé keletkezett aminosavakkal és sok egyéb vegyülettel, amelyek jól jöhetnek az élet keletkezéséhez. A gond azonban az, hogy jelenlegi tudásunk szerint a Föld légköre sosem volt redukáló - leegyszerűsítve: oxigénben szegény és hidrogénben gazdag -, márpedig ez elengedhetetlen a kísérlet sikeréhez.
No de akkor mi volt? Hogyan jutunk el a kémiai komplexitás megfelelő szintjére?
Bár biztos válaszaink nincsenek, vannak ígéretes jelöltek. Tudjuk, hogy az üstökösök rengeteg szerves anyagot és vizet szállítottak a Földre. Olyannyira, hogy úgy tűnik, az összes földi víz eredete ide vezethető vissza, és e korai becsapódások aminosav-komplexitású molekulák gigatonnáit szállították bolygónkra.
Ráadásul ott vannak a hévforrások, amelyek autonóm módon, alulról pumpálják fel a kémiai potenciált meg a szerves anyagot. Ezeket azért is fontos megemlítenünk, mert jelenlétüknek asztrobiológiai vonatkozása is van. Nevezetesen, ha létezik a Naprendszerben Földön kívüli élet, akkor azok a holdak a legjobb jelöltek erre, amelyeknél a jég alatt ilyen jellegű hévforrások lehetnek.
Alapanyag tehát mégis lehetett bőven - innen már nem is lehet olyan távol az élet kialakulása.
Sajnos ahhoz, hogy az élet legalábbis egyszerű replikátorok formájában megjelenjen, ennél sokkal többre volt szükség. Az élet ugyanis legalább annyira dinamikai, mint strukturális kérdés - ahhoz, hogy létrejöjjön, a megfelelő szerves anyagoknak egy helyen kell együttesen megjelennie, ráadásul ki kell alakulniuk azoknak az autokatalitikus rendszereknek, amelyeket már replikátoroknak nevezhetünk.
Egy friss tanulmány, amely nemrég látott napvilágot a Nature Chemistry hasábjain, erre is ígéretes megoldást kínál. A cikk egyik érdekessége, hogy első hivatkozása nem más, mint a magyar kémikus, Gánti Tibor Principles of Life című munkája - ő volt az, aki már az 1970-es években komolyan foglalkozott az első, élőnek nevezhető kémiai rendszerekkel, a chemotonokkal. A most megjelent cikk szerzői szerint megfelelő feltételek fennállása esetén a lipidek, aminosavak, nukleotidok forrásai egyszerre is keletkezhetnek. Ezzel még nem tartunk működő rendszernél, azonban mindenképpen kedvezőbb kiindulási helyzet, mintha ezek az anyagok egymástól több ezer kilométerre sűrűsödnének az ősi óceán vizében, az őslevesben.
Ez azt jelentheti, hogy a lipidek révén már megszülethettek az első membránok, amelyekkel ezek a reakciókörök el tudták magukat határolni?
Ha így is volt, semmiképpen se asszociáljunk ma ismert biológiai membránokra, amelyeken keresztül aktív transzportfehérjék szabályozzák az ionok és egyéb anyagok áramlását. Ha pedig ezek nem voltak - márpedig miért lettek volna - akkor egy ilyen, lehatárolt rendszer könnyen megfullasztja önmagát pusztán azzal, hogy a membránon belül elfogy a tápláléka, vagy felszaporodnak a melléktermékei. Ezért sokan azt gondolják, hogy a legkorábbi, élőnek tekinthető vagy ahhoz közeli rendszerek extrém heterotrófok voltak, vagyis csak a makromolekuláris dinamika ment végbe a belsejükben. A kismolekulák számára viszont oda-vissza átjárhatók voltak, és lassan váltak egyre specifikusabbá, ahogy a membránjuk evolválódott, és ahogy ezzel párhuzamosan a belső, enzimek által katalizált metabolizmus kiépült.
Így ezek az első replikátorok akár el is fogyaszthatták az eredeti szervesanyag-készleteket?
Valóban, azonban a Föld ma majdnem teljesen reciklizáló, és ez az ősi időkben is nagyon fontos kritérium lehetett. Ahogy a diákjaimnak szoktam mondani: az élet keletkezése, a biogenezis verseny volt a kátrányképződés és az életképződés folyamatai között. El tudom képzelni, hogy találunk majd olyan bolygókat, ahol nagyon sok a szerves anyag, de az mind kátrány lesz.
Az ősleves-elmélet utódja egy másik merész gasztronómiai hasonlat, a prebiotikus pizza. Eszerint az élet keletkezéséhez nem lehetett elég a hatalmas óceánban lebegő szerves anyagok sokasága, kellett hozzá valamilyen felület is, ahol a reakciók végbemehettek.
A felületek több okból is fontosak lehettek. Egyrészt katalizátorként működhettek, másrészt bizonyos energetikai megfontolásokból is kedvezőbb helyzetet adnak. A harmadik fontos szempont, hogy felszínhez kötődve az evolúciódinamikai folyamatok is másképp mennek végbe, ha az anyagok diffúziója nem teljesen szabad a térben, ez kedvez a koegzisztenciának, vagyis többféle replikátor élhet együtt. Enélkül pedig nincsen korai genetikai állomány, vagyis a pizza már az abban az időben is jó volt.
Tehát lényegében egy szabadságfok szűnt meg, és ezek a korai rendszerek egyfajta síkföldön működtek. Ezek a felületek biztosították azt, amit később a belső membránrendszerek és az enzimek?
Igen, de persze meglehetősen "fapados" módon. Azonban a semminél bármi jobb! Ez a gondolat általában is fontos szerepet kap az evolúciókutatásban: ne a végállapothoz mérjünk egy köztes állapotot, hiszen akkor biztosan rosszabb lesz - a semmihez mérjük!
Ezektől az egyszerű replikátoroktól később eljutunk egy olyan szintre, ahol szétválik az információtárolás és az anyagcsere, megjelenik a DNS-kód, a fehérjeenzimek. E két világ között azonban kellett lennie valamilyen átmenetnek.
Sokakkal egyetemben én is úgy vélem, hogy létezett egy RNS-világ, amelyben az információt is a ribonukleinsavak tárolták és a munkát is ők végezték. Abban azonban nem hiszek, hogy ez tiszta folyamat lett volna. Az RNS-világ az RNS mellett tele volt mindenféle "szeméttel", és ennek a szemétnek egy része hasznosult. Így például az aminosavak nagyon fontos szerepet játszhattak az RNS katalitikus aktivitását segítő kofaktorokként, és nemcsak úgy, mint bizonyos nukleotidok előanyagai.
További részletek az MTA honlapján.