Huba
18 °C
34 °C

Magyar kutatók szerint apró cseppek indíthatták útjára a földi élet fejlődését

2017.02.01. 22:48
Szathmáry Eörs és kutatótársai a Science-ben publikálták új modelljüket, mely lehetséges magyarázatot ad arra, miként juthatott el a földi élet evolúciója az egyszerű szerves molekuláktól sejtjeink elődeiig.

Szathmáry Eörs talán a legnevesebb magyar evolúcióbiológus, a Science pedig az egyik legnagyobb presztízsű nemzetközi tudományos folyóirat. A mostani cikkben a magyar akadémikusnak mások mellett két magyar szerzőtársa, Kun Ádám és Szilágyi András is volt. Az eredeti, angol nyelvű cikknek egyelőre ugyan csak az absztraktja elérhető, az MTA azonban kitett egy jó összefoglalót (ezt teljes terjedelmében itt lehet olvasni) a kutatási problémáról, melyben törekednek a közérthetőségre is – még ha a téma miatt ez nem is annyira egyszerű.

Szathmáry Eörs (és sok más kutató) egyik fő kérdése, hogy hogy alakultak ki a valódi sejtmagvas sejtek. Ez az egyik legnagyobb evolúciós átmenet az élet történetében, és ezzel kapcsolatos a mostani modelljük is. Kiindulópontjuk, hogy az evolúció kapcsán gyakran hallott versengés mellett itt egy azzal látszólag ellentétes másik folyamatnak is kulcsszerepe van, mégpedig az összefogásnak. Mint az MTA ismeretterjesztő cikke fogalmaz: „valamilyen körülmény folytán néhány élőlény összefog, és közösségként száll versenybe a többiekkel. Ilyen szerencsés közösség testünk sejtjeinek összessége vagy a sejtek és a bennük működő mitokondriumok együttese.”

TC volvox fit 640x10000

A fő kutatási probléma, hogy hogy jöhettek létre az együttműködést lehetővé tevő feltételek az életnek a legprimitívebb formáinál. A gond, hogy nem könnyű megérteni, hogy ezekből az önmaguk sokszorosítására már képes, de egyébként faék egyszerűségű kémiai rendszerekből hogyan tudtak létrejönni a komplexebb rendszerek. Az evolúciós magyarázat szerint az első „molekuláris másológépek”, vagy más néven replikátorok közötti versengésben csak a leggyorsabb másolóknak volt esélye fennmaradni: „ a másoláson túlmutató funkciók valószínűleg kikoptak, hiszen a többletfunkció egyúttal hosszabb molekuláris kódot jelentett, a hosszabb kód másolása pedig hosszabb időt vett igénybe”. Akkor viszont hogy jöttek létre mégis a hosszabb kódok, melyeken az élet komplex formái alapulnak?

A problémára a megoldás a kompartmentizációban keresendő: ez az a jelenség, hogy az élőlények valamilyen okból környezetüktől elkülönülő csoportba tömörülnek, és akkor már nem egymással versengenek, hanem a szelekció erre a nagyobb csoportra irányul. A cikk hasonlata szerint ezt úgy lehet elképzelni, mint egy iskolai osztályt, amiben a gyerekek gesztenyét gyűjtenek: „Ha mindenkit megkérnek, hogy csak borítsa be, amit hozott a terem végében egy nagy ládába, előnyben lesznek a bliccelők – de a helyzet nyomban egész más megvilágításba kerül, ha csak azok az osztályok mehetnek el az év végi hatalmas buliba, ahol elég gesztenye gyűlt össze.”

Az ilyen kompartmentekbe tömörült replikátorok lennének sejtjeink korai elődei, a protosejtek. Van azonban velük egy kis gond. Hogyan jön létre maga a kompartment?

Ehhez megint van egy mindenkinek fogható, ezúttal konyhafizikai hasonlat. „Elég csak kisétálnunk a konyhába, és már a mosogatóban megtalálhatjuk a megoldást. A serpenyő öblítővizében szétváló olajcseppek vagy a csöpögő csap által felvert vízcseppek éppen ilyen apró kompartmenteket adnak, melyek, ha ideiglenesen is, de elválasztják környezetüktől a belsejükben található anyagokat. Ilyen és ehhez hasonló átmeneti kompartmentképző folyamatokkal minden bizonnyal a négymilliárd évvel ezelőtti Földön is találkozhattunk volna. Most már csak az a kérdés, hogy ezek segítenek-e a replikátorok problémájának megoldásában.”

Szathmáry Eörsék a válaszhoz a ma megtalálható legegyszerűbb replikátorokhoz nyúltak, és lecsupaszított RNS-vírusokkal kísérleteztek, az ezeket tartalmazó oldatot pedig apró cseppekre bontották szét. Ezek jelentették a kompartmenteket, melyekben aztán a vírusreplikázók nyugodtan másolgathattak. Azt vizsgálták, hogy az ilyen külön kis „burkokban” mennyire maradnak meg az eggyel komplexebb (egy extra ribozinnal megtoldott) vírusok. Nos, sokkal jobban, mintha nem választották volna szét cseppekre az oldatot, akkor ugyanis az extra ribozin, mivel az hosszabb kódot jelent, hosszabb másolással is jár, ami evolúciós szempontból eleinte hátrányt jelentene. 

TC VS ribozim fit 640x10000.png

„Ezzel bebizonyították, hogy ha létezik olyan természetes mechanizmus, amely rendszeresen ideiglenes kompartmenteket hoz létre, és egy másik körülmény ezeket a kompartmenteket valamilyen tulajdonságuk alapján szelektálja, akkor az segíthet abban, hogy a replikátorok a brutálisan hatékony másológép mellett valamilyen egyéb, a másoláshoz közvetlenül nem kapcsolódó funkció kódját is megtartsák.”

A probléma és a kísérlet részletesebb és alaposabb leírása az MTA cikkében olvasható, annyit elárulunk, hogy abban őslevesről, molekuláris ollókról és a rosszfiúk génbankjáról is szó esik egyebek mellett.