Magyar kutató segítségével kerültünk közelebb ahhoz, hogy megértsük az élet keletkezését

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, írta az Mta.hu.

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.

Az evolúcióbiológiai elméletek szerint a hosszan fenntartott autokatalízis, illetve a kompartmentalizáció (vagyis a sejtszerű, elkülönült struktúrák létrejötte, növekedése és szaporodása) az élet létrejöttének egyik kulcsfontosságú lépése lehetett. Ennek ellenére eddig szinte senkinek sem sikerült demonstrálnia, hogy a kismolekulájú autokatalízis és a kompartmentalizáció egy rendszerben is tartósan megvalósulhat. Egy nemzetközi kutatócsoport, amelynek tagja volt Szathmáry Eörs evolúcióbiológus, az MTA rendes tagja is, azonban most létrehozott egy mesterséges kémiai rendszert, amely bizonyítja, hogy a kompartmentumokban (amelyeket nevezhetünk akár „protosejteknek” is) zajló autokatalízis elősegíti az élő sejtek működése szempontjából is alapvető jelentőségű ozmózist és diffúziót, ami a kompartmentumok növekedését eredményezi. A kísérlet eredményei, amelyet a Nature Chemistry folyóiratban publikáltak, Gánti Tibor kémikus évtizedekkel ezelőtti felvetéseit támasztják alá.

„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. 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” – mondta Szathmáry Eörs.

Nagy kérdés, hogy hol váltott át a kémiai evolúció biológiai evolúcióba. „A kettőt az öröklődés természete különbözteti meg egymástól. 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” – mondta Szathmáry.

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.”