A Halál-völgyben keletkezett az élet?

Nagyon is elképzelhető, hogy az élet bölcsője nem az ősleves volt, mivel a legutolsó dolog, amire az életnek kezdetben szüksége lehetett, az a nedves környezet, mondja Steven Benner, a floridai Westheimer Institute of Science and Technology kémikusa. Mint arról a New Scientistben megjelent cikkében Colin Barras beszámol, Benner három évtizede végez úttörő munkát a szintetikus biológia területén. A tudományág célja, hogy kémcsőben tudjon életet létrehozni, azaz utánozni, modellezni tudja azt a kémiát, ami az élet keletkezéséhez szükséges volt.

Vízmentesen keletkezhetett az élet?

Benner szerint a tündérmeséhez hasonló az az elképzelés, miszerint a víz ideális lenne az élet kialakulásához, sőt, ennek épp az ellenkezője az igaz: a víz romboló, bomlasztó tulajdonságú.

Darwin elképzelése szerint az élet egy kis langyos tóban keletkezhetett, de népszerűek azok az elméletek is, amelyek szerint a tengerfenék hidrotermális hasadékai körül vagy jég belsejében, netán a Föld első tengerpartjain, radioaktív környezetben, írja Colin Barras. Vagyis az elméletek eddig a víz alapvető szerepét hangsúlyozták, már csak azért is, mivel bolygónk felszínének 70 százaléka óceán, testünk 60 százaléka víz, és kevés élőlény bírja sokáig víz nélkül. A víz ugyanis tökéletes oldószer a szerves molekulák számára, olyan közeg, amelyben az életfolyamatok kiválóan működnek. Érdekes módon épp ez jelenti a problémát is: a szerves molekulák nem pusztán oldódnak a vízben, de a víz elektronban gazdag oxigénje meg is támadja őket, és azok elkezdenek széthullani. Az élőlények csak folyamatosan működtetett okos kémiai stratégiák révén tudják kijavítani a folyamatosan keletkező molekuláris sérüléseket, mondja Benner.

Az első életnek a Földön még nem volt arra ideje, hogy kifejlessze ezeket a stratégiákat. A jelenleg széles körűen elfogadott RNS-világ teória szerint az RNS volt az az önmásolásra képes molekula, amelyik először kialakult, és az RNS jelentette a mintát az utána kialakuló DNS számára. Azonban, mint azt a több évtizedes kutatások bizonyítják,  az RNS és a DNS alapjául szolgáló nukleotidok igen nehezen jönnek létre vízben. Steven Benner ezen a területen már elért egy áttörést tíz éve, amikor rájött, hogy a nukleotidokhoz szükséges ribóz keletkezése sokkal könnyebben megy olyan közegben, amely borátokat, bór- és oxigén-tartalmú ásványokat tartalmaz (Science, Borate Minerals Stabilize Ribose).

Azonban még így is megmaradt az a probléma, hogy nehéz a ribóz és a nukleotidbázis összekapcsolódása. Ennek megoldására állt elő Benner az egyszerű és bátor javaslattal: már csak arra van szükség az élet keletkezéséhez, hogy eltávolítsuk a vizet. Ha a vizet egy olyan szerves oldószerrel helyettesítjük, amely gazdagabb szénben és szegényebb oxigénben, mint pl. a formamid (CH3NO), az RNS alkotóelemei képesek spontán összekapcsolódni (Accounts of Chemical Research, Asphalt, Water, and the Prebiotic Synthesis of Ribose, Ribonucleosides, and RNA).

Formamid akkor jöhetett létre, amikor a Föld korai atmoszférájában a hidrogén-cianid vízzel keveredett. Mivel forráspontja magasabb a vízénél, a kezdeti forró viszonyok között gyorsan párolgó víz miatt a formamid koncentrálódhatott.

Ha a mai Földön kellően száraz és borátokban gazdag környezetet keresünk, ami megmutathatja, hogy Benner szerint milyen is lehetett az élet bölcsője, paradox módon a legjobb példa talán a kaliforniai Death Valley, azaz a Halál-völgy.

Mint Armen Mulkidjanian, a németországi University of Osnabrück kémikusa nyilatkozta a New Scientistnek, Benner elmélete az első, amely meg tudja magyarázni az élet keletkezését olyan kémiai folyamatokkal, amelyek nem igényelnek emberi beavatkozást. Azonban Mulkidjanian egy problémára is rámutat: a bórtartalmú ásványok viszonylag fiatal kőzetekben találhatók, nincs arra bizonyíték, hogy a Föld felszínén 3 milliárd évvel ezelőttig olyan töménységben állt volna rendelkezésre borát, mint ami a Benner-féle kémia működéséhez szükséges. Márpedig az élet feltételezhetően 4 milliárd éve keletkezett.

Állandó feltételek az élet kialakulásához

A megoldást Mulkidjanian szerint a kelet-oroszországi Kamcsatka geotermális mezői nyújtják: itt a földkéreg hasadékaiból olyan gázok törnek elő, amelyek gazdagok borátokban, ráadásul ez az egyetlen hely a Földön, ahol az előtörő gáz olyan arányban tartalmazza a nátrium- és a kálium-ionokat, amely az élő sejtek belsejében található aránnyal azonos (PNAS, Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields).

Ráadásul egy geotermális mező állandó feltételeket biztosít az élet kialakulásához, hiszen a Föld belsejéből származó gáz sokkal stabilabb összetételű, mint amilyen a külső környezet egyébként lehetne, mondja Benner és Mulkidjanian egyesített elméletének egy híve, Ernesto Di Mauro, a római Sapienza University biológusa.

Az élet eredete utáni nyomozás azonban minduntalan újabb nehézségekkel szembesül, írja Colin Barras. A bolygókutatás legújabb eredményei szerint ugyanis a Föld korai történelmének során – abban az időszakban, amikor az élet valószínűleg kialakult - hűvös és nedves körülmények uralkodtak, a felszín maximum 5-10 százalékát borította szárazföld. Joseph Kirschvink, a California Institute of Technology in Pasadena bolygókutatója egyenesen odáig megy, hogy azt állítja: nem volt szárazföld egyáltalán, vagyis ha az első életnek száraz körülményekre volt szüksége, akkor az nem a Földön keletkezett.

A Marsról származik az élet?

Az élet Földön kívüli keletkezésének hívei, illetve az életet más bolygókon kutatók eddig tradicionálisan azt gondolták, hogy ha életet keresünk, akkor vizet kell keresnünk. Ezt a feltételezést azonban most újra kell gondolni.Kirschvink szerint az élet keletkezésének egyik legvalószínűbb helyszíne a Mars, amelynek déli része sose süllyedt víz alá, és az RNS-világ lábra kaphatott ott, majd kialakulhatott belőle a sejtes élet, amit aztán egy aszteroida hozhatott el a Földre. Nagy médiavisszhangot váltott ki, hogy ezzel a feltételezéssel – mi mindannyian a Marsról származunk –, mint egy tavalyi, firenzei geokémiai konferencián kijelentette, Benner is egyetért.

Ennek az is alapja lehet, hogy amerikai kutatók (James Stephenson és munkatársai) kimutatták: a Mars kőzetei gazdagok bórban (PLOS One, Boron Enrichment in Martian Clay), és elképzelhető, hogy a kamcsatkaihoz hasonló geotermális mezői is vannak. Mindazonáltal Benner elméletének, ahogy azt ő is elismeri, egyik kérdéses pontja az a paradoxon, hogy az élet keletkezéséhez ki kell iktatni a vizet, de aztán az életnek valahogy mégis csak vízbe kell jutnia. Szerinte az egyetlen reális lehetőség erre, hogy az élet eredetileg száraz bölcsőjének fokozatosan kellett nedvessé válnia, hogy a molekulák alkalmazkodhassanak a vízhez, amelyek pedig nem tudtak alkalmazkodni, azok elpusztultak – tehát a természetes szelekció ebben az esetben is működött.

De az élet keletkezésének történetében akár további csavarok is lehetnek, jegyzi meg Colin Barras. Fontolóra kell vennünk azt a lehetőséget is, hogy az RNS egy másik molekulából fejlődött ki, egy olyanból, amelyik képes volt stabil maradni a vízben. És akkor nincs szükség a marsi forgatókönyvre és a Benner-féle kémiára sem.

Vagyis, csak az a biztos, hogy nem tudjuk, hogyan keletkezhetett az élet, de akár nem is volt szükség hozzá vízre. Azaz a Földön kívüli élet kutatásakor nemcsak a nagyon kevés Földhöz hasonló bolygót kell számításba vennünk, hanem figyelni kell azokra a más napok körül keringő nagyon furcsa planétákra is, amelyeket pl. a NASA Kepler űrteleszkópja fedezett fel – számuk már több mint kétezer.