Nem véletlenül alakulhatott ki az élet

Még mindig nem tudjuk pontosan, hogyan keletkezett élet az élettelen vegyi anyagokból. Valószínűleg sosem fogjuk már megtudni, pontosan milyen vegyi anyagok léteztek az élettelen Föld idején, de tanulmányozhatjuk a biomolekulákat, amelyek ma az élet alapját adják: ebből pedig visszakövetkeztethetünk, mi történhetett 3 milliárd éve.

Olasz kutatók megvizsgálták ezeknek a molekuláknak egy csoportját, ezzel pedig rámutattak egy útra, ahogy az élet létrejöhetett. Eredményeik alapján ezek a molekuláris gépek, amelyek benne vannak a mai sejtekben, önmagukban nem sok mindent csinálnak. Amikor viszont zsírokat adnak hozzájuk, létrehozzák a sejtmembrán primitív formáját, és már nagyon különleges módon képesek reakciókra.

Ez a fajta önszerveződés nagyon fontos, megértése valószínűleg az élet megértésének is a kulcsa. Az 1987-es kémiai Nobel-díjat olyan kémikusok kapták, akik megmutatták, hogy az összetett molekulák nagyon pontos feladatokat végezhetnek. Ezeknek a molekuláknak az egyik viselkedését önszervezésnek hívják: a különböző vegyi anyagok összeállnak, több erőhatás miatt együtt molekuláris gépként működnek. Minden élő sejt tele van ilyen molekuláris gépezetekkel.

Pasquale Stano, a University of Roma Tre kutatója és kollégái ezzel a tudással próbálják magyarázni az élet eredetét. Az egyszerűség kedvéért olyan molekuláris szerkezetet alkalmaztak, ami fehérjéket hoz létre: ezt a szerkezetet 83 különböző molekula, köztük a DNS alkotja. A DNS-t arra programozták, hogy zölden fluoreszkáló fehérjét (green fluorescent protein, GFP) hozzon létre, amely könnyen vizsgálható konfokális pásztázó mikroszkóp alatt.

A molekuláris gép csak akkor tud fehérjéket létrehozni, ha a molekulái elég közel vannak egymáshoz, annyira, hogy képesek reakcióba lépni. Vízben hígítva nem tudnak többé reakcióba lépni egymással. Ez az egyik oka annak, hogy az élő sejtekben nagy a sűrűség.

Stano a kísérletben hozzáadta a POPC nevű kémiai összetevőt a a híg oldathoz. A POPC zsírmolekula nem keveredik a vízzel, vízbe rakva pedig egyből liposzómákat (egyfajta záróréteget) formál: ezek nagyon hasonlóak az élő sejtek membránhoz, és gyakran használják őket a sejtek evolúciójának tanulmányozásához. Stano szerint a liposzómák közül sok molekulákat zárt körbe a kísérletben, sőt ezerből egy ilyen mind a 83 molekulát bekebelezte, amely a fehérjekészítéshez szükséges. Ezek nagy mennyiségű GFP-t hoztak létre, amely világított a mikroszkóp alatt.

A kutatók egyelőre nem értik, miért történt ez, lehetséges, hogy ez egy véletlenszerű folyamat, amit egy statisztikai modell majd megmagyaráz. De az is lehet, hogy kifejezetten ezek a molekulák azért önszerveződőek, mert már eleve nagyon fejlettek. A következő fontos lépés annak vizsgálata lesz, hogy a kevésbé összetett molekulák is képesek-e ugyanerre.

A korlátok ellenére a kutatók kísérlete most először mutatta meg, hogy az egyszerű sejtekbe szerveződés valószínűleg elkerülhetetlen fizikai folyamat volt.