A földi élet eredete paradoxonok sorozata. Ahhoz, hogy az élet elindulhasson, léteznie kellett egy genetikai molekulának – valami olyasminek, mint a DNS vagy az RNS -, amely képes volt továbbadni a fehérjék, az élet munkamolekuláinak előállításához szükséges terveket. A modern sejtek azonban nem tudják lemásolni a DNS-t és az RNS-t maguknak a fehérjéknek a segítsége nélkül. Ami még bosszantóbbá teszi a helyzetet, hogy e molekulák egyike sem tudja ellátni a feladatát zsíros lipidek nélkül, amelyek biztosítják a sejtek membránjait, amelyekre a sejteknek szükségük van ahhoz, hogy a tartalmukat bent tartsák. És egy újabb tyúk-tojás bonyodalom, hogy a lipidek szintéziséhez fehérjealapú (genetikai molekulák által kódolt) enzimekre van szükség.
Most a kutatók azt mondják, hogy talán megoldották ezeket a paradoxonokat. A kémikusok ma arról számolnak be, hogy egy pár egyszerű vegyület, amelyek bőségesen jelen lehettek a korai Földön, olyan egyszerű reakciók hálózatát hozhatja létre, amelyek a biomolekulák három fő osztályát – nukleinsavak, aminosavak és lipidek – állítják elő, amelyek szükségesek voltak az élet legkorábbi formájának elindulásához. Bár az új munka nem bizonyítja, hogy az élet így kezdődött, végül segíthet megmagyarázni a modern tudomány egyik legmélyebb rejtélyét.
“Ez egy nagyon fontos tanulmány” – mondja Jack Szostak, a bostoni Massachusetts General Hospital molekuláris biológusa és az élet eredetének kutatója, aki nem vett részt a mostani kutatásban. “Ez az első olyan forgatókönyv, amely szerint az élet majdnem minden alapvető építőköve egyetlen geológiai környezetben állhatott össze.”
A tudósok már régóta hangoztatják saját kedvenc forgatókönyveiket arra vonatkozóan, hogy a biomolekulák melyik halmaza alakult ki először. Az “RNS-világ” hívei például azt sugallják, hogy az RNS lehetett az úttörő; nemcsak a genetikai információ hordozására képes, hanem fehérje-szerű kémiai katalizátorként is szolgálhat, felgyorsítva bizonyos reakciókat. A “metabolizmus-első” hívei eközben azzal érvelnek, hogy a fejlett fehérjealapú enzimekkel szemben egyszerű fémkatalizátorok hozhatták létre a szerves építőelemek levesét, amelyből a többi biomolekula keletkezhetett.
Az RNS-világ hipotézis 2009-ben nagy lendületet kapott. Az egyesült királyságbeli Cambridge-i Egyetem John Sutherland által vezetett vegyészei arról számoltak be, hogy felfedezték, hogy az acetilén és a formaldehid nevű, viszonylag egyszerű prekurzor vegyületek reakciósorozaton keresztül képesek az RNS négy nukleotid-építőkövéből kettőt előállítani, ami egy hihető útvonalat mutat arra, hogy az RNS hogyan keletkezhetett magától – enzimek nélkül – az őslevesben. A kritikusok azonban rámutattak, hogy az acetilén és a formaldehid önmagukban még mindig kissé összetett molekulák. Ez felvetette a kérdést, hogy honnan származnak.
A mostani tanulmányukhoz Sutherland és kollégái e vegyületekből kiindulva visszafelé indultak el, hogy megnézzék, találnak-e még egyszerűbb kiindulási anyagokból utat az RNS-hez. Sikerrel jártak. A Nature Chemistry aktuális számában Sutherland csapata arról számol be, hogy mindössze hidrogén-cianidból (HCN), hidrogén-szulfidból (H2S) és ultraibolya (UV) fényből kiindulva nukleinsav-prekurzorokat hozott létre. Sutherland szerint ráadásul a nukleinsav-prekurzorokat előállító körülmények a természetes aminosavak és lipidek előállításához szükséges kiindulási anyagokat is létrehozzák. Ez arra utal, hogy az élet legtöbb építőkövét egyetlen reakciósorozat egyszerre hozhatta létre.
Sutherland csoportja szerint a korai Föld kedvező környezet volt ezekhez a reakciókhoz. A HCN bőségesen megtalálható az üstökösökben, amelyek a Föld történetének első néhány százmillió évében folyamatosan záporoztak. A becsapódások elegendő energiát termelhettek ahhoz, hogy hidrogénből, szénből és nitrogénből HCN-t szintetizáljanak. Hasonlóképpen, mondja Sutherland, a H2S feltehetően gyakori volt a korai Földön, ahogyan az UV-sugárzás is, amely a reakciókat elindíthatta, és a fémtartalmú ásványok, amelyek katalizálhatták azokat.
Ezzel együtt Sutherland figyelmeztet, hogy a reakciók, amelyek az építőelemek mindegyikét létrehozták volna, eléggé különböznek egymástól – például különböző fémkatalizátorokat igényelnek -, hogy valószínűleg nem mind ugyanazon a helyen játszódtak volna le. Szerinte inkább a kémia és az energia enyhe eltérései kedvezhettek annak, hogy az építőelemek egyik csoportja más-más helyen keletkezzen, például az aminosavak vagy a lipidek. “Az esővíz aztán ezeket a vegyületeket egy közös medencébe moshatta” – mondja Dave Deamer, a Santa Cruz-i Kaliforniai Egyetem élet eredetkutatója, aki nem vett részt a kutatásban.
Elképzelhető, hogy az élet ebben a közös medencében gyulladt ki? Ez a részlet szinte biztosan örökre elveszett a történelem számára. De az ötlet és a mögötte álló “hihető kémia” Deamer szerint megér egy alapos gondolkodást. Szostak egyetért. “Ez az általános forgatókönyv sok kérdést vet fel” – mondja – “és biztos vagyok benne, hogy még jó ideig vitatkozni fognak róla.”