Abiogenezis

Az abiogenezis modern felfogása

A modern abiogenezis hipotézisek nagyrészt ugyanazokon az elveken alapulnak, mint az Oparin-Haldane elmélet és a Miller-Urey kísérlet. Finom különbségek vannak azonban az abiogén molekulától az élő szervezetig tartó fejlődés magyarázatára felállított számos modell között, és a magyarázatok eltérnek abban, hogy az összetett szerves molekulák először önreprodukáló, anyagcsere-funkciókkal nem rendelkező egységekké váltak-e, vagy először anyagcserét végző protocellákká, amelyek aztán kifejlesztették az önreprodukció képességét.

Az abiogenezis élőhelyét is vitatják. Míg egyes bizonyítékok arra utalnak, hogy az élet az óceánfenéken lévő hidrotermális nyílásokban keletkezhetett a nem-életből, lehetséges, hogy az abiogenezis máshol történt, például mélyen a Föld felszíne alatt, ahol az újonnan keletkezett protocellák metánon vagy hidrogénen élhettek, vagy akár az óceán partján, ahol a proteinoidok az aminosavak hővel való reakciójából keletkezhettek, majd sejtszerű fehérjecseppek formájában kerültek a vízbe.

Az abiogenezis egyes tudósok szerint többször is bekövetkezett. E hipotetikus forgatókönyv egyik példájában az élet különböző típusai keletkeztek, mindegyikük eltérő biokémiai architektúrával, ami tükrözi az abiogén anyagok természetét, amelyekből kifejlődtek. Végül azonban a foszfátalapú élet (“standard” élet, amelynek biokémiai felépítése foszfort igényel) evolúciós előnyre tett szert a nem foszfátalapú élettel (“nem standard” élet) szemben, és ezáltal a Földön a legelterjedtebb élettípussá vált. Ez az elképzelés arra késztette a tudósokat, hogy egy árnyékbioszféra létezésére következtessenek, egy egyedi vagy szokatlan biokémiai felépítésű mikroorganizmusokból álló életfenntartó rendszerre, amely valaha létezhetett, vagy talán még mindig létezik a Földön.

Amint azt a Miller-Urey-kísérlet bebizonyította, a Föld prebiotikus légkörének korlátai között abiogén anyagokból szerves molekulák alakulhatnak ki. Az 1950-es évek óta a kutatók megállapították, hogy az aminosavak spontán módon peptideket (kis fehérjéket) alkothatnak, és hogy az RNS-nukleotidok (cukor- és foszfátcsoportokhoz kötött nitrogéntartalmú vegyületek) szintézisének kulcsfontosságú intermedierjei prebiotikus kiindulási anyagokból is kialakulhatnak. Ez utóbbi bizonyítékok alátámaszthatják az RNS-világ hipotézist, vagyis azt az elképzelést, hogy a korai Földön rengeteg, prebiotikus kémiai reakciók révén létrejött RNS-életforma létezett. Az RNS ugyanis amellett, hogy hordozza és lefordítja a genetikai információt, katalizátor, azaz olyan molekula, amely növeli egy reakció sebességét anélkül, hogy maga is elfogyna, ami azt jelenti, hogy egyetlen RNS-katalizátor több élő formát is létrehozhatott, ami előnyös lehetett a földi élet kialakulása során. Az RNS-világ hipotézis az abiogenezis egyik vezető önreplikáció-első elképzelése.

Az abiogenezis egyes modern, anyagcserén alapuló modelljei tartalmazzák Oparin enzimtartalmú koacervátumait, de az egyszerű szerves molekuláktól a koacervátumokig, pontosabban a protobiontokig, a szerves molekulák aggregátumaiig, amelyek az élet bizonyos jellemzőit mutatják, folyamatos fejlődést feltételeznek. A protobiontákból aztán feltehetően prokarióták alakultak ki, olyan egysejtű szervezetek, amelyeknek a belső membránok hiánya miatt nincs különálló sejtmagjuk és egyéb organelláik, de képesek az anyagcserére és az önreprodukcióra, és fogékonyak a természetes szelekcióra. A Földön ma is megtalálható primitív prokarióták közé tartoznak például az archaea, amely gyakran olyan szélsőséges környezetben él, ahol hasonló körülmények uralkodnak, mint amilyenek több milliárd évvel ezelőtt lehettek, valamint a cianobaktériumok (kék-zöld algák), amelyek szintén barátságtalan környezetben virágoznak, és fotoszintetikus képességeik miatt különösen érdekesek az élet eredetének megértése szempontjából. A sztromatolitok, a kék-zöld algák növekedése által képződött lerakódások a világ legrégebbi, 3,5 milliárd évvel ezelőtti fosszíliái.

Az abiogenezissel kapcsolatban még sok megválaszolatlan kérdés maradt. Kísérletekkel még nem sikerült bizonyítani a szervetlen anyagok teljes átmenetét az olyan struktúrákba, mint a protobionták és a protocellák, és a javasolt RNS-világ esetében még nem sikerült összeegyeztetni a teljes RNS-nukleotidok kialakításához szükséges purin- és pirimidin-bázisok szintézisének mechanizmusai közötti fontos különbségeket. Emellett egyes tudósok azt állítják, hogy az abiogenezisre nem volt szükség, és ehelyett azt feltételezik, hogy az élet egy élő szervezeteket hordozó földönkívüli objektummal – például egy egysejtűeket szállító meteorittal – való ütközés útján került a Földre; az élet feltételezett Földre vándorlását pánspermiának nevezik.

Az abiogenezissel kapcsolatos kutatásoknak jelentős hasznára vált az asztrobiológia, az a tudományterület, amely a földön kívüli élet (a Földön kívüli élet) keresésével és az élet kialakulásához szükséges feltételek megértésével foglalkozik. A szabad oxigént nem tartalmazó légkörrel rendelkező Titán hold asztrobiológiai vizsgálatai például kimutatták, hogy ott komplex szerves molekulák vannak jelen, így a tudósok bepillantást nyerhettek a biológiai anyagok kialakulásába egy olyan prebiotikus élőhelyen, amely hasonlít a korai Földéhez.

Kara Rogers