A Tudás fája – Az élet keletkezése

Az élet keletkezése

Mintegy 3,8 milliárd évvel ezelőtt különféle vegyületek össze­kapcsolódásával olyan bonyolult anyag jött létre, amely képes volt másolatot készíteni önmagáról, így kezdődött az élet Földünkön.

Az élet keletkezésének rejtélyét igazából máig sem fejtették meg a tudósok. Amióta azonban Charles Darwin elő­ször leírta a növények és állatok evolúciójának folyamatát, a tudósok elfogadták, hogy minden élő szervezet hasonló fejlődési folyamaton ment keresztül.

Az újabb nemzedékekben véletlenszerűen újabb tulajdonságok jelennek meg; az előnyte­lenek eltűnnek, a kedvező tulajdonságokkal bíró élőlények megmaradnak és szaporodnak. Egyetlen ősi típusból különböző új formák jöt­tek létre. Olykor az ősi jellegűek is fennmarad­nak, s az újabbak közül azok szaporodnak to­vább, amelyek meg tudnak felelni sajátos kör­nyezetüknek.

Mindezek eredményeként az élővilág tagjait bonyolult rokonsági rendszer fűzi a ma már ki­halt ősi típusokhoz. Az utóbbiak közül sokat ismerünk ősmaradvány formájában.

o Az élet megjelenése előtt Földünk légköre nagyrészt metánt, hidrogént, ammóniát és vizet tartalmazott (1.). Kémiai reakciók mentek végbe a tenger­ben, az egyszerű cukrok keményítővé és cellulózzá kapcsolódtak össze, az aminosa- vakból pedig fehérjék (2., 3.) keletkeztek. A cukrok és a nitrogénvegyületek reakciójával alakult ki a DNS, egy olyan szerves anyag, amely reprodukálni tudja önmagát (4.).

Az ősmaradványokat üledékes kőzetek­ben találjuk meg. Hogy mikor váltak kövüle­tekké, azt a radioaktív kormeghatározás kifi­nomult módszereivel, elsősorban a radioaktív szén-14 és a közönséges szén-12 izotóp ará­nyát mérő, úgynevezett radiokarbon mód­szerrel lehet megállapítani. így azután az ős­lénytan tudósai ki tudják következtetni nagy­jából, hogy milyen lehetett az élet a földtörté­net egyes szakaszaiban. Ez a kép azért töre­dékes, mert az egykori élővilágnak csak igen kicsiny hányada őrződött meg kövület vagy lenyomat formájában.

Az ősmaradványok vizsgálatából világossá vált, hogy a ma élő és kihalt élőlények vi­szonyrendszere leginkább egy fa formájában ábrázolható, amelyen időről időre új ágak nő­nek. Az ágak egy része - mint például a dino- | szauruszok csoportja - elsorvad, eltűnik. Más <2 ágak növekednek és virágzanak. Ha visszafelé követjük az ágakat, végül eljutunk a közös „tőhöz”, valamennyi élőlény közös őséhez, az élet eredetéhez.

Nyomok a kőzetekben Sajnos ezt az eredetet nem könnyű kinyomoz­ni. Manapság a Föld korát körülbelül 4,5 mil­liárd évre becsülik, de a legősibb olyan kőze­tek, amelyekben kivehető ősmaradványok vannak a kambrium időszakból, legfeljebb 590 évvel ezelőttről valók.

A kövületek között többféle állatcsoport - például férgek, puhatestűek képviselőit talál­ták meg. Ezek nyilván régebben keletkezett ősi élőlények leszármazottai, tehát az említett „törzsfa” magasabb szintjén állnak, őseiket a prekambriumi - kambrium előtti - rétegekben kell keresnünk. Ezekben azonban nem találtak semmiféle ősmaradványt.

Ennek egyszerű a magyarázata. Ezek az ál­latok nem válhattak kövületté, ugyanis amikor elpusztultak, testük nyomtalanul elrothadt, mielőtt a körülöttük lerakódó üledék, homok vagy iszap kőzetté vált volna. A prekambri- umban játszódott le Földünk történetének 80 százaléka, ám az ekkori szervezetek nem vol­tak olyan anyagból, hogy jól látható nyomot <? hagyhattak volna.

Ez azonban nem azt jelenti, hogy egyáltalán § nem hagytak nyomot. Az 1950-es évek eleje tá- = ján két kutató hozzákezdett a 2 milliárd észten- c dős üledékes kőzetek vizsgálatához. Az egye- § sült államokbeli Felső-tó környékén láttak í munkához, tüzetesen kutattak a tűzkő (kova- kő) kőzetekben. Különös, körülbelül 1 méteres | átmérőjű, fehéres gyűrűkre figyeltek föl. f A szerves élet nyomait nem lehetett felismerni bennük, a kutatók mégis nagy felbontású mik­roszkóppal vizsgálták meg a fehér gyűrűk igen vékony metszeteit.

A nagy felfedezés

A mikroszkóp alatt az élet összehasonlíthatat­lan nyomait látták: a mai egysejtű algákhoz, baktériumokhoz hasonló, parányi szervezetek maradványait. Valóságos csoda, ahogy ezek a veszendő, parányi élőlények telítődtek azzal az üvegszerű szilícium-dioxiddal, amelyből a tűzkő kialakult, s amely úgy megőrizte őket, ahogy a borostyán, a megkövesedett fagyanta a legyet. A fehéres gyűrűkről kiderült, hogy parányi lények telepeinek lepusztult nyomai. Hasonló gömbszerű kolóniákat alkotnak a trópusi korallzátonyokban található úgyneve­zett sztromatolitok.



oo A szénhidrátok és fehérjék képződését segíthette a párolgás, $

mint az a sóstó légi felvételén is látható (jobbra) és a fagyás (lent). ő





A felfedezés szenzációként hatott és ter­mészetes, hogy lázba hozta a tudósokat. Világ­szerte újra kutatni kezdték azokat az ősi kőze­teket, amelyekről sokáig azt hitték, hogy sem­miféle ősmaradvány nincs bennük. A kutatá­sok döbbenetes eredménnyel jártak: Ausztrá­lia nyugati részein mintegy 3,5 milliárd éves kőzetekben ősi élőlények nyomait találták. Vizsgálják Földünk legöregebb ismert üledé­kes kőzetét, a Grönland délnyugati részén lé­vő, 3,8 milliárd esztendős „Amitsoq "-gneiszt is - egyelőre nem sok sikerrel.

Meglepetések nélkül

A tudósok nem lepődtek meg azon, hogy a korai egysejtű algák és baktériumok a maiak­ra emlékeztetnek. Az ilyen egysejtűeket min­dig is a legegyszerűbb élőlényeknek tartották;

logikus, hogy egyszersmind ezek a legősibbek. Szervezetük valóban egyszerű, könnyen nyo­mon lehet követni működésükben az alapvető biológiai folyamatokat. A biológusoknak nem kell elemezniük az izmok vagy szervek műkö­dését, hanem a baktériumok vizsgálatával ki­deríthetik, hogyan alakítják át ezek a kezdetle­ges élőlények a „nyersanyagokat” az élethez szükséges fehérjékké, zsírokká, cukrokká.

Egyszerű a sejt?

Az egysejtű élőlények vizsgálata sok szem­pontból képet ad az élet keletkezéséről. A nagy kérdés az, hogy miként lesz az élette­len anyag élő szervezetté; hogyan indult meg az egész folyamat.

A baktérium egyetlen sejt, amely maga ál­lítja elő táplálékát; nyálkás burkán keresztül

és a cukrokról. A fehérjéket húsz különböző aminosavból álló lánc építi fel, ezek sajátságos sorrendekben rendeződhetnek el. A legegy­szerűbbeket is száz tagból álló lánc alkotja, de az aminosavak száma több ezer is lehet. Elren­dezésüket a DNS-ben foglalt genetikai kód határozza meg.

A legegyszerűbb baktérium is tartalmaz fe­hérjéket, szénhidrátokat és DNS-t (vagy egy­szerűbb nukleinsavakat). Minthogy az ilyen sejtek az élet legegyszerűbb ismert formái - és a legkezdetlegesebbek is -, arra kell következ­tetnünk, hogy olyan élettelen struktúrákból keletkeztek, amelyek szintetizálták ezeket az élethez nélkülözhetetlen vegyülctcket, mielőtt még bármi szükségük lett volna rájuk.

A szikra és az ősleves Noha senki nem tudja, hogy milyen volt Föl­dünk mintegy 3,8 milliárd esztendővel ezelőtt, az 1920-as években az orosz Oparin és az an­gol Haldane egymástól függetlenül fölvetette, hogy az élet keletkezésének idején a légkörből szinte teljesen hiányzott az oxigén, sok volt vi­szont az ammónia, a vízgőz, a szén-monoxid, a metán, a hidrogén és sokfele más anyag. Azt is feltételezték, hogy a Föld felszínét nagyrészt óceán borította, amelynek hőmérséklete magas volt, sőt helyenként még forrt is, hiszen az óceáni kéreg veszedelmesen vékony volt, s alatta ott izzott az olvadt kőzet.

A forró vízből és a gázkevcrékből vegyie­tekben gazdag „ősleves” jött létre, s ez éppen megfelelő közeg volt az élő anyag keletkezésé­hez. A kémiai reakciók megindulásához és le­folyásához a vulkáni tevékenység, a gyér lég­körön áthatoló erős ultraibolya-sugárzás és a villámok elektromossága adhatott lökést és energiát; a szén-, nitrogén-, oxigén-, hidrogén­atomokból egyszerűbb szerves vegyületek, köztük aminosavak is keletkezhettek.

Az elmélet próbájára is sor került. 1953-ban egy fiatal amerikai kutató, Stanley Miller két üvegpalack és néhány üvegcső segítségével utá­nozta az ősvilági viszonyokat. Az egyik palack­ba olyan oldatot tett, amely megfelelt a tengervíz összetételének. A víz fölötti teret olyan gázkeve­rékkel (metán, ammónia, hidrogén keverékével) töltötte ki, amely megfelelt az ősvilági légkör­nek. Innen cső vezetett a másik palackba, itt volt két elektróda is, ezek szolgáltatták az elektro­mos szikrákat, parányi méretben a villámokat. A szikrakamrából cső vezetett vissza az első pa­lackhoz, de egy lecsapató elem is közbe volt ik­tatva, továbbá a reakciótermék felfogására való

o A cetfélék (bálnák, delfinek) elődei szárazföldi, négylábú állatok lehettek, és mintegy hatvanmillió évvel ezelőtt alkalmazkodtak a vízi élethez.



Marshall Cavendish

OO A nílusi kro­kodil (fent) a hüllők Archeosauria al­osztályába tartozik, akárcsak a dinoszau­ruszok. A krokodilok mai napig is fennma­radtak, míg a dino­szauruszok (jobbra) mintegy 64 millió esztendővel ezelőtt kihaltak.

U alakú cső. A vizet melegítéssel elgőzölögtet- tc és átáramoltatta a gázkeveréken. Ezután elektromos szikrát üttetett át rajta, majd hűtés­sel cseppfolyósította a keveréket. A vizet innen visszavezette az első lombikba, és a folyamat kezdődött elölről.

A kísérlet meglepő eredménnyel járt. A gáz­keverékben - nyilván a hőhatásra és a szikrá­zás következtében - három fehérjealkotó ami- nosav jelent meg. Sok tudós végzett ezután ha­sonló vizsgálatokat, ellenőrizni is akarták az eredményt. Kiderült, hogy ilyen módon meg­lehetősen sok aminosav keletkezik, de még egyszerű nukleotidok, a DNS építőkövei is megjelentek az U alakú csőben.

Döntő eredmény?

Úgy tűnt, a kísérletek minden jel szerint el­döntötték a kérdést. A fehérjék és egy sereg más anyag szintézise igenis végbemehet né­hány száz millió év alatt. Talán maga a DNS is létrejöhetett ily módon. Ha pedig egyszer - a véletlennek köszönhetően - ez megtörtént, akkor a DNS már reprodukálni tudta önma­gát, felépítette saját fehérjéit meg más, bonyo­lult szerves anyagait, s továbbfejlődve önálló,

önreprodukáló élőlénnyé vált, amilyen például az egy sejtből álló baktérium.

Újabban azonban kételyek merültek fel. Nem lehetetlen, hogy valóban az elmondottak szerint történt minden, ám a tudósok úgy vélik, annak matematikai valószínűsége, hogy a fehérjék - vagy még inkább a DNS - a vegyi anyagok véletlenszerű reakciójával keletkez­tek az ősóceánban, elenyészően csekély.

Ezt az okfejtést gyakran a majom és az író­gép példájával szemléltetik. Azt mondják, hogy ha egy majomnak elegendő papírt adunk, és az vaktában kalimpálni kezd az írógépen, csak idő kérdése, hogy értelmes szó is kerüljön a papír­ra. Az azonban lényegében kizárt, hogy a ma­jom irodalmi remekművet írjon. A hasonlatban az „értelmes szó” felel meg az aminosavnak, a DNS viszont páratlan remekműnek tekinthető.

Ezt a gondolatmenetét ma már általánosan elfogadják a tudósok, és most olyan mechaniz­must keresnek, amely hozzájárult ahhoz, hogy az aminosavak a DNS-ben foglalt utasítások nélkül alkossanak fehérjéket. Ha ezt a mecha­nizmust megtalálják, sokkal jobban megérthe­tik a DNS keletkezését is, végső soron pedig az élet eredetét.

4

HSEH3 Állatok, növények 2 -AZ ÁLLATVILÁG EVOLÚCIÓJA Állatok, növények 4 - DINOSZAURUSZOK