Magyar szenzáció az élet keletkezéséről

Az emberiséget a kezdetektől foglalkoztatja a kérdés: kik vagyunk honnan származunk, hogyan jött létre maga az élet? A válaszok sorozatából pedig megszülettek az istenek, a teremtésmítoszok, felvirágzott a szellem művészete, a filozófia.

Amióta viszont az élet keletkezésének kutatásában a természettudományok viszik a prímet, és egzakt, biokémiai folyamatok feltárásával, modellezésével keresik a magyarázatokat, a valódi megoldáshoz is egyre közelebb jutunk.

Az élet három követelménye

A sikerekhez magyar kutatók is hozzájárulnak, a napokban a rangos Science folyóiratban jelentek meg egy hazai kutatócsoport az élet keletkezésével kapcsolatos új eredményei. Hogy miről is van szó pontosan, arról Dr. Kun Ádám biológust, az ELTE Növényrendszertani, Ökológiai és Elméleti Biológiai Tanszékének tudományos főmunkatársát, a tanulmány megosztott első szerzőjét kérdeztük.

Kezdjük talán azzal, hogyan definiálhatnánk az élet fogalmát? Röviden és tömören sehogy, sőt még hosszasan is nehéz oly módon, hogy az kikezdhetetlen legyen. Kun Ádám inkább azt mondja, három tényező van, amit az élettől elvárunk:

• Elhatárolódjon a környezetétől, azaz különálló dolog legyen. A sejteket egy lipid membrán, a sejthártya különíti el környezetüktől.
• Információt hordozzon saját magáról. Esetünkben ez a DNS-ben tárolt genetikai információ.
• Fenn tudja tartani magát. Ezt biztosítják a különböző reakciókat végző enzimek.

Hogyan lesz élő egy rendszer?

Az élet keletkezésének alapjait is egész jól ismerjük. Nagyjából tudjuk, hogyan állnak elő a biológiailag fontos molekulák, és mely egyszerű molekulákból lehet ezeket előállítani. Jól állunk a háttérben álló biokémiai folyamatok feltárásával is: a kívánt molekulákat létre tudjuk hozni, és ezek úgy is működnek, ahogy elvárjuk tőlük.

A nagy kérdés most az, hogyan épül fel ezekből az ismert anyagokból az élő rendszer: ha ugyanis a szükséges összetevőket egy edénybe tesszük és jó elkeverjük, abból nem lesz élő sejt. Valami, eddig ismeretlen rendező elv kell egy élő szervezet kialakulásához.

A mai kutatások azt vizsgálják, mi történik, ha néhány fontos komponenst összerakunk, milyen változások történnek, mennyire lesz a végeredmény “élő”. Olyan, mint egy hatalmas kirakós játék, ami tele van még üres helyekkel – a teljes kép tudósok apró részeredményeiből áll majd össze valamikor a jövőben.

Paraziták döntik be a rendszert

Olyan kis mozaikokból, amilyen az ELTE tudósainak egy francia kísérletes laborral karöltve végzett, több évig tartó kutatása. A cél Szathmáry Eörs biológiaprofesszor elméletének igazolása volt, miszerint a rendszert fenntartó információ megőrzéséhez az enzimeket lipid membránba kell zárni. Ha ez nem történik meg, az úgynevezett paraziták gyorsan elözönlik a rendszert, és egy idő után megakasztják a működését.

Rendszernek nevezzük, mert ezeket a molekulákat, molekulákból álló “keverékeket” nem tudjuk másként említeni. Pontosabban Kun Ádám nagyon pontosan definiálná, de ha azt leírnánk, gyakorló biológus olvasóink kivételével mindenki most kattintana el erről a cikkről.

Ezek a szerveződések tehát semmiképpen nem ütik meg az élőlény szintjét, de mégis az élethez néhány alapvetően szükséges folyamatot képesek produkálni.

Van tehát egy működő enzimünk, amit a rendszer képes másolni, vagyis “szaporodik”. A másolás során viszont elkerülhetetlenek a hibák, amelyek eredményeként úgynevezett mutáns enzimek keletkeznek – magyarázza Kun Ádám. Nevezzük őket parazitáknak, így jobban érthető: olyan molekulák, amelyek részesülnek az enzimek termékeiből, de maguk nem járulnak hozzá az anyagcseréhez.

Használják az erőforrásokat, de semmit nem adnak a rendszer működéséhez. A paraziták gyorsabban másolódnak, egyre nagyobb és nagyobb számban vannak jelen az egymást követő generációkban – a vége pedig az, hogy a paraziták túlsúlya kiszorítja az enzimet és az egész rendszer összeomlik, “meghal”.

A megoldás az elkülönítés

Hogy ez ne történjen meg, valamilyen membránba kell zárni ezeket a nagyon kezdetleges, élőlénynek még nem nevezhető szervezeteket. Esetünkben ezt apró, tíz pikoliter méretű vízcseppek jelentették – egy pikoliter 10-12-en liter, vagyis ezermilliárdszor kisebb… Mondjuk azt, szintetikus sejtek, hiszen a valódi sejt sem más, mint egy körülzárt vizes oldat.

Emellett ki kellett választani a megfelelő RNS enzimet, meg kellett oldani a másolását, az érzékelését, az általa végrehajtott reakció érzékelését és megannyi mást. Ezért volt szükség évek hosszú munkájára, és a világ e tekintetben egyik legmodernebb laboratóriumának, a párizsi École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles közreműködésére.

A kísérlet pedig azt igazolta, amit az elmélet állított: ahogy a rendszereket membránban zárták, már csak azok szaporodtak tovább, amelyek működtek is. A másolás során ekkor is felbukkantak a paraziták, de csak azok a “sejtek” mentek tovább, amelyekben a paraziták mellett maradt a működéshez szükséges enzim is.

Magyarul: a membrán révén a szintetikus sejtek kisebb, védett egységekre osztották a nagy egészet, egyetlen nagy rendszer helyett több kiesebbet hoztak létre. Így ha némelyeket el is nyomott a paraziták hada, mások “túléltek, szaporodtak”, és a természetes szelekció nem hagyta, hogy az egész összeomoljon.

Működik

Képzeljünk el egy csónakversenyt: csak az jut be a célba, ahol mindenki evez, és egy irányba evez. A többiek kiszóródnak, mint ahogy az evolúció is kiszórja az életképteleneket – a szelektáláshoz viszont zárt rendszerekre van szükség. A kutatók megmutatták, hogy a membránba zárt RNS enzimek fenn tudnak maradni a mutánsaik parazitizmusa mellett is.

Az élet keletkezését ezzel nem oldották meg, de Kun Ádám szerint “biztosabbak vagyunk benne, hogy megtörténhetett úgy, ahogy gondoljuk”.

Az elméletről és magáról a kísérletről tudományos részletességgel, és mégis közérthetően Kun Ádám blogján olvashat bővebben. A Science-ben megjelent tanulmány szerzői az ELTE Növényrendszertani, Ökológiai és Elméleti Biológiai Tanszék, a tanszéken működő MTA-ELTE Elméleti Biológiai és Evolúciós Ökológiai Kutatócsoport és ELTE-MTA-MTM Ökológiai Kutatócsoport munkatársai: Szathmáry Eörs akadémikus, Kun Ádám tudományos főmunkatárs és Szilágyi András tudományos főmunkatárs.