“Az élet eredete a kémia nagy megválaszolatlan kérdése.” - mondta el George M. Whitesides, a Harvard kémiaprofesszora - “A kérdés, hogy hogyan alakultak ki a nukleinsavak, a fehérjék és a metabolitok alapvető építőkövei, még mindig válaszra vár.”

A Harvard kutatói 2024-ben egy népszerű elméletet teszteltek az élet eredetével kapcsolatban: az RNS-világ hipotézist, ami szerint az első biomolekulák olyan egyszerű elemi összetevőkből jöttek létre, mint a víz, az oldódó elektrolitok és bizonyos gázok, és ami szerint a ribonukleinsav (RNS) a biológiai makromolekulák, a DNS és a fehérje előfutára volt. Az RNS a sejten belüli információátadásban játszik szerepet, és létfontosságú a DNS-ben kódolt, öröklődő információk (tulajdonságok) kifejeződésében - az RNS-világ, a hipotézis alapján, már akkor létezett a Földön, mikor a “modern” sejteknek még nyoma sem volt.

A Harvard kutatói azt vizsgálták, hogy milyen körülmények között tudtak megjelenni a bolygón a nitrogén és a szén azon formái, amelyekből az első biomolekulák formálódhattak, és arra jutottak, hogy a villámok hatása kulcsszerepet játszhatott a folyamatban. A villámok a stabil szén-dioxidot és nitrogént rendkívül reaktív elemekké alakították, például hangyasavvá, ammóniumionokká és nitritté, és ezekből a komponensekből, vagy nyersanyagokból az élet kifejlődéséhez alkalmas terep jött (jöhetett) létre a körülbelül 4,3 milliárd éves Földön, ami változatos utakat biztosított az első biomolekulák megjelenéséhez. Az elképzelés szerint a felhőkből a felszínre jutó villámok, azaz elektromos kisülések többféle érintkezési felületen keresztül tudtak magasfeszültségű elektrokémiai jelenségeket kreálni, összekötve a légkört, az óceánt és a földfelszínt, emiatt jelentősebb befolyást gyakoroltak az élet kialakulása tekintetében releváns biológiai molekulák felbukkanására, mint a többi potenciális energiaforrás, például az ultraibolya sugárzás, a vulkánok, a mélytengeri kürtők vagy aszteroida becsapódások.

A kísérlet újabb demonstrációja volt annak a régi elgondolásnak, ami szerint a villámlás nélkülözhetetlen eleme volt az élet felé vezető út kikövezésének

- ezt a teóriát már korábban is számos alkalommal próbára tették, többek között 2021-ben is, mikor a Yale és a Leedsi Egyetem kutatói bizonyították, hogy a villámlás létre tudja hozni az RNS (és a DNS) fontos alkotórészét, a foszfort. Egy újabb kutatás szerint azonban nem csak az égből jövő, intenzív villámok, hanem az elektromos kisüléseknek sokkal rejtettebb formái is főszereplővé válhattak az élet kezdetének színpadán.

A Stanford Egyetem munkatársai annak jártak utána egy laboratóriumi kísérletben, hogy az úgynevezett mikrovillámlások hogyan tudnak azokból a gázokból, amelyek az elképzelések szerint a korai Földön jelen voltak, organikus molekulákat létrehozni. A mikrovillámok akkor alakulnak ki, mikor az egymással szomszédos, de különváló vízcseppek különböző töltést hordoznak: némelyikük, főként a nagyobb méretű cseppek, pozitív töltésűek, míg a kisebbek negatív töltésűek, az eltérő töltések miatt pedig létrejön a cseppek között a kisülés. A mikrovillámok a vízpermetben is megjelenhetnek, és, bár szabad szemmel alig lehet látni őket, elegendő energiát hordoznak ahhoz, hogy különféle kémiai folyamatok katalizátorként működjenek. A mikroszkopikus kisülések a kísérlet során szén-nitrogén kötéssel rendelkező organikus molekulákat tudtak előállítani egy speciális gázkeverékből, amely nitrogént, metánt, szén-dioxidot és ammóniát tartalmazott, vagyis azokat a gázokat, amelyek a Föld légkörét alkották sok milliárd évvel ezelőtt. A molekulák között megtalálható volt többek között a glicin, ami egy fontos fehérjealkotó aminosav, valamint az uracil, ami az RNS négy alapvető nukleobázisának egyike az adenin, a citozin és a guanin mellett. A kutatók szerint az eredmény bizonyítékként szolgál arra, hogy az élet építőköveinek létrejöttéhez még csak villámcsapásokra sem volt szükség, a mikrovillámok is elég energiát hordoztak a folyamatok beindításához.

“A korai Földön a vízpermet mindent beborított, a réseket és sziklákat, ahol felgyülemlettek, és beindították ezt a kémiai reakciót”

- magyarázta Richard Zare, a Stanford kémiaprofesszora - “Ez megold sok problémát, ami a Miller-Urey hipotézissel kapcsolatban felmerült” - tette hozzá Zare, az 1952-es híres kísérletre utalva, amelynek során Stanley Miller és Harold Urey kimutatta, hogy a korai Földön uralkodó körülmények lehetővé tették a szerves elemek szintézisét szervetlen összetevőkből. Miller és Urey metánból, ammóniából, hidrogénből és vízből aminosavakat állított elő elektromos kisülés segítségével, vagyis a villámlás hatását imitálva. A gond a Miller-Urey hipotézissel Zare és más kutatók szerint az, hogy nehezen elképzelhető a villámok lokalizált hatását tekintve, hogy a viszonylag ritka villámok lettek volna a felelősek egy ilyen áttörő folyamat beindulásáért, a mikrovillámok viszont lényegében bárhol megjelenhetnek, ahol a víz valamilyen módon szétszóródik, és a cseppekben eltérő töltések alakulnak ki, és a jelenséghez semmilyen külső forrásból származó elektromos feszültségre nincs szükség.

“A tanulmány megfigyelései alapján úgy gondoljuk, hogy ez az általános energiaforrás utat nyithatott a szén-nitrogén kötések kialakulásához a korai Földön jelen lévőnek feltételezett abiotikus gázokból.” - összegzik a kutatók a tanulmányban.

(Fotó: ELG21/Pixabay, DALL-E3)

A kirakós fontos darabja került a helyére az élet kialakulásának kutatásában A Purdue Egyetem kutatóinak sikerült bizonyítaniuk, hogy mikorvízcseppek felületén spontán kialakulhatnak a fehérjék keletkezéséhez szükséges peptidek. Ezt a tudomány mindeddig lehetetlennek tartotta.