A világ egyik
vezető kémiai szakfolyóirata, a Nature Chemistry közölte annak a kísérletnek az
eredményeit, amelyben Szathmáry Eörs akadémikus és munkatársai megmutatták,
hogy milyen mechanizmusok vezethettek a szaporodó sejtek kialakulásához az élet
keletkezésének hajnalán. Bizonyították, hogy az autokatalízis és a reakciók
apró cseppekben való elkülönítése elegendő lehet ezen „elősejtek”
szaporodásához és növekedéséhez. Elképzelhető, hogy hasonló folyamatok révén
jött létre a földi élet.
Az autokatalízis
folyamata volt az élet kialakulása szempontjából az egyik legfontosabb kémiai
jelenség. A katalízis során a kémiai reakció sebessége megnő, mivel egy, a
reakcióban tartósan nem átalakuló anyag (a katalizátor) lecsökkenti a
kölcsönhatáshoz szükséges aktiválási energiát. Az autokatalízis ettől abban
különbözik, hogy a reakció egyik terméke viselkedik katalizátorként. Vagyis,
ahogy egyre többször megy végbe a reakció, és egyre több termék képződik, a
katalizátorból is egyre több lesz, így a kölcsönhatás öngerjesztővé válhat.
***
„A rendszerkémia
tudományterülete, vagyis a különféle autokatalitikus rendszerek analízise és
szintézise három úttörő tudós egyéniség: Manfred Eigen, Günter von Kiedrowski
és Gánti Tibor munkásságának hála születhetett meg – mondta el az mta.hu-nak
Szathmáry Eörs. – A rendszerkémia tehát szorosan összefügg az élet
keletkezésének kutatásával, hiszen olyan rendszereket vizsgál, amelyek a kémiai
és a biológiai evolúció közötti átmenetnek tekinthetők: bonyolultabbak, mint az
egyszerű molekulák, de egyszerűbbek, mint az élő sejtek.”
***
Gánti Tibor már 1978-ban leírta az önreprodukáló mikrogömböket. Ezekből még hiányzott a genetikai anyag, viszont a membránjukon belül elkülönített (kompartmentalizált), kismolekulájú autokatalitikus anyagcsere-hálózatot rejtettek. Ahogy zajlik az autokatalitikus folyamat, termelődik a membránt felépítő anyag, ami végül a gömb osztódásához vezet. E rendszer látszólag élő sejtnek tűnhet, és bár hiányzik belőle a genetikai anyag, ez csak kísérletesen igazolható. Szathmáry definíciója szerint e mikrogömbök „infrabiológiai” kémiai rendszernek tekinthetők, hiszen nem érik el a biológiai szervezettség szintjét, viszont a szokványos kémiai reakciók összetettségét már meghaladják.
A tanulmány alapjául szolgáló kísérletet a párizsi ESPCI (École supérieure de physique et de chimie industrielles) intézet biokémiai laborjában végezték el Andrew Griffiths és munkatársai. Griffiths arról híres, hogy a Cambridge-i Egyetemen ő dolgozta ki az in vitro kompartmentalizációs technikát, amellyel apró kompartmentumokat lehet előállítani, és nemcsak az evolúciókutatásban hasznos, de a biotechnológiai fejlesztéseket is segítheti. Szathmáry Eörs első, tíz évvel ezelőtti ERC (Európai Kutatási Tanács) Advanced kutatási támogatásában az akadémikus mellett Griffiths volt a társkutató, innen eredeztethető az együttműködésük.
„Már e kutatások
idején elkezdtünk gondolkodni azon, hogy kísérletesen is meg kellene valósítani
azt a folyamatot, amikor egy kismolekulás anyagcsere-hálózat növekedése oda
vezet, hogy a hálózatot magába záró kompartmentumok is növekednek, illetve
valamilyen hatás folytán osztódni tudnak – folytatja Szathmáry Eörs. – Már
Gánti Tibor is leírta, hogy e rendszer egyik legígéretesebb jelöltje a formóz
reakció, vagyis az autokatalitikus cukorkeletkezés, amely formaldehidet
fogyaszt, és glikolaldehid molekulák körkörös átalakulása és szaporodása zajlik
benne. A reakció enzimeket nem igényel.”
***
A kísérletben apró
vízcseppecskéket hoztak létre olajos közegben, amelyek nem olvadtak össze,
tehát afféle mesterséges sejtekként viselkedtek. Egyes „sejtekhez” adtak
glikolaldehidet autokatalizátorként (a formaldehid, mint tápanyag mellett),
másokhoz viszont nem. Előbbi csoportban beindult a formóz reakció, és az
ozmózis révén elszívta a vizet azon kompartmentumoktól, amelyekben nem volt
glikolaldehid. Emiatt növekedni kezdtek, és külső hatásra osztódni is tudtak.
Számos kutató szerint a szabályozott sejtosztódás megjelenése előtt külső
hatásra, például a turbulens áramlás miatt osztódtak a kezdeti sejtek. Minthogy
ehhez külső hatás kell, e mechanizmust csak szemiautonóm (részben önálló)
reprodukciónak tekinthetjük. De Szathmáry Eörs szerint, ha megbízhatóan jelen
volt a hatás a környezetben, akkor fenntarthatóan is működhetett a rendszer.
***
Nagy kérdés, hogy
hol váltott át a kémiai evolúció biológiai evolúcióba. „A kettőt az öröklődés
természete különbözteti meg egymástól – vélekedik Szathmáry Eörs. – Már
bizonyos kémiai rendszerek is képesek korlátozott öröklődési rendszerek
kialakítására, amelyek stabilis szaporodást tesznek lehetővé. De a nukleinsavak
megjelenésével teljesen más helyzet állt elő, hiszen már egy viszonylag rövid
(száz építőkőből álló) nukleinsav is praktikusan végtelen (1,6 x 1060) sok,
különböző sorrenddel bírhat. Az örökölhető állapotok kombinatorikus robbanása
jelzi az igazi biológia kezdeteit.”
***
E vizsgálat
jelentőségét a kutató megfogalmazása szerint az adja, hogy „a világon elsőként
megmutattuk, hogy a kismolekulájú autokatalitikus folyamatokból álló
reakcióhálózat működése, genetikai anyag és enzimek nélkül is oda vezet, hogy a
kompartmentek növekedni és osztódni kezdenek, vagyis újabb generációik jönnek
létre.
Ezt soha korábban
nem sikerült demonstrálnia senkinek, így az eredmény alapvető jelentőségű a
rendszerkémia elveinek kísérletes igazolásában, és az élet keletkezésének
kutatásában is irányt mutat”.
***
A cikk elolvasható
az mta.hu-n is:
https://mta.hu/tudomany_hirei/magyar-akademikus-reszvetelevel-kerultunk-kozelebb-az-elet-keletkezesenek-megertesehez-113101
(Forrás: MTA)
------------------------------------------------------------
(Fotó: Polgár Julianna (JulCSIllag-fotó®))
------------------------------------------------------------
Szerző/Leközlő:
Polgár
Julianna
MMDR Ex Libris-díjas költő, fotó- és képzőművész
(szerk.-
és fotórip., könyvtáros - volt Duna TV, MTI;
főszerkesztő - POLGÁRI ÖSSZMAGYAR ÖRÖMHÍR MÉDIA;
GYÖNGYSZAVÚ
MÚZSA MÉDIA - gyongy.pol.dtv.mti8@gmail.com;
budapesti
tudósító - HUNSOR.SE; Szabad Szalon (SK) - pjulcsillag8@gmail.com);
06-30/859-33-35;
https://hu.wikipedia.org/wiki/Polg%C3%A1r_Julianna
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése