Egy előző posztban Nick Lane "Life ascending", vagyis "Az élet, feltörekvőben" című könyvét méltattam. Jó okom van rá, hiszen nagyszerűen összeszedte azokat az okokat, gondolatokat és elméleteket, amelyek az ő Top10-es listájára felkerültek.
Nézzük az első ötöt részletesebben.
Az élet kezdete
A nagy mumus kérdésre, miszerint hogyan is kezdődött az élet, amely kérdés megválaszolását Darwin és a darwinisták szisztematikusan próbálják meg elkerülni, talán nem is olyan bonyolult a válasz. Legalább is Lane szerint nem, aki összeszedte az elmúlt évek kutatásainak eredményét, és ötletekkel felspécézve ki meri jelenteni, hogy az élet az törvényszerűen jelentkezik, ha van víz, van só és van kémhatásbeli különbség.
S míg régebben azt hitték, hogy a mélytengeri füstölők, a kénben gazdag termális kürtők, lehetnek az élet kialakulásának alapjai, addigra mára már világosabb, hogy nem ezek, hanem a lúgosabb kémhatású változatai azok, ahol az élet kialakulhatott. Ahogy Lane azt felvezeti, ezekben a kürtőkben egyszerre vannak jelen a falakkal elhatárolt mikrokapszulák, a megfelelő cellaméret. amelyet a hőmérséklet gradiens alakít ki, a megújuló kémiai energiaforrás, amely egy kémhatásbeli különbség (pH gradiens) formájában jelentkezik, és a katalitikusan aktív felület (alkáli és könnyűfémsó karbonátok és foszfátok, amelyek az aminosav és nukleotidok szintéziséhez kellenek). Innentől kezdve nem az a kérdés, hogy hogyan is kezdődött az élet, hanem az, hogy mikor.
A DNS
A DNS, mint információ rögzítő molekula is a fent említett gondolatsort folytatja. Vagyis azt, hogy míg a lúgos kürtőkben lezajlódó reakciókban a ribonukletidok (RNS-t felépítő molekulák) vesznek részt, ezek túlságosan is aktívak, és túl könnyen reagálnak az aminosavakkal. Ha valaki a kialakult "információcsomagot" meg akarja őrizni úgy, hogy az ne, vagy csak energiabefektetés árán reagáljon, akkor DNS-re van szüksége.
De itt sincs nagy titok, hiszen kémiailag az RNS és a DNS közel áll egymáshoz, és a kettőt felépítő molekulákat ugyanúgy lehetséges előállítani a lúgos kémhatású kürtőkben. Vagyis megjelenésük nem feltételezi az isteni vagy külső behatást. Sőt azt sem, hogy ki kelljen találni, hiszen egy nagyon gyorsan változó kémiájú közegben csak olyan rendszer maradhatott fenn hosszabb ideig, amelynek volt DNS-szerű információ tároló alrendszere. Hiszen míg egy RNS alapú nukletid gyorsan reagál, és gyorsan átalakul, addig egy DNS alapú nukleotid bázissor megmarad, és újratermeli magát. Vagyis a lassabb reagálás következménye a "szaporodás", vagyis az, hogy a DNS nem bomlik le, hanem inkább multiplikálódik egy ilyen közegben.
A fotoszintézis
Lane úgyanúgy tekint a fotoszintézisre, mint az élet keletkezésére és a DNS-re. Vagyis, hogy nem csoda folytán, hanem lépésenként, és teljesen érthető és magától értetődő módon alakult ki. Két fontos dolgot állapít meg Lane, mindkettő alapvető köve a "szinte magától értetődő, hogy a fotoszintézis kialakult" hozzáállásnak.
Az első szerint a mostani, összetett, két lépcsőből (photosystem I és II) álló fotoszintézis, a sajátos Z, vagy inkább N alakú energiarendszerével, nem egycsapásra jelent meg. Mindkét alrendszer megtalálható önmagában, és mindkét alrendszer teljesen logikus okok és szerkezet alapján alakult ki, és mindkettőnél megtalálhatóak és egyértelműen magyarázhatóak a miértek és a hogyanok.
A második fontos meglátás pedig az, hogy a fotoszintézis a mai formájában nem azért alakult ki, mert egy cianobaktérium úgy döntött, hogy átalakítja a világot, hanem egy pontmutézis miatt. Az eredeti baktériumnak megvolt mindkét photosystem-je, csak a kettő nem volt egymással összekötve. Az egyik (photosystem I) képes hidrogén szulfidból széndioxid felhasználással szerves molekulákat gyártani. Ha nincs hidrogén szulfid hajtóanyag, de van napsugárzás, a másik rendszer (photosystem II) képes ATP-t, a sejt belső energiahordozóját előállítani, de ekkor nincs szervesanyag gyártás. Túlélésre áll át a sejt, de van két gondja. Az egyik az erős sugárzás: nem szabad elfelejteni, hogy kezdetben nem volt szabad oxigén a légkörben, vagyis az erős ultraibolya sugárzás elérte a felszínt. A másik, hogy a photosystem kimenete tele van szabad elektronnal, és nem tud vele mit kezdeni, másrészt pedig a fényelnyelő központ fel van oxidálódva, amennyire csak fel lehet, és nincs több elektronja.
A pontmutációnak köszönhetően (semmi más nem kell hozzá, bármilyen nehezen is hihető) az ősi cianobaktérium képes volt a két rendszert összekapcsolni, és hidrogén szulfid helyett a környezetben levő vizet használta fel ahhoz, hogy a második alrendszert visszaredukálja, és a megtermelt elektronokat pedig belepumpálja az első photosystem-be, és szerves anyagot állítson így elő. Az egész surgárzás mentesítő (és a baktérium számára életmentő) akció mellékterméke a vízben levő oxigén, amelytől a sejt aztán kétségbeesetten próbált megszabadulni.
A mi szerencsénkre, hiszen szabad oxigén nélkül nem létezhetnének ragadozók, és mi sem lennénk.
Az összetett (eukarióta) sejt
Bármennyire is lehetetlennek tűnik elsőre, az összetett (eukarióta) sejt sem varázslat, vagy isteni beavatkozás műve. Sőt, amennyire az élet alapjai, a DNS, a fotoszintézis, ez is törvényszerűen kialakul, teljesen magától.
A dolog tárgyalása eléggé körülményes, maradjunk ezen blog keretei között annyinál, hogy az összetett sejt (a legújabb teóriák szerint) egy félresikerült bakteriális fertőzés alapján alakulhatott ki, ahol a fertőzött archaea, és a fertőző baktérium közötti háborút sikerült félúton megállítani. Sem a fertőzött, sem a fertőző nem pusztult ebbe bele.
Az eredmény viszont az lett, hogy a sejt, miután egy részlegesen zárt membránnal megvédte a saját DNS-ét a fertőző baktérium RNS támadása(i) ellen, többé nem kellett, hogy méretben korlátozza magát, hiszen belső energia forrása volt: a fertőző baktérium lassan levedkőzte a genetikai anyagát, és energiagyártásra rendezkedett be (hiszen mást már nem tudott tenni, úgymond "kifogyott" a genetikai munícióból, amellyel a gazda sejtet próbálta meg rávenni a saját maga replikációjára).
Az összetett sejt két dolgot nyert: belső energiaelőállítást, amely megszabadította a méret okozta határoktól, és egy komplikáltabb, de mutációk tolerálására alkalmasabb genetikai továbbítási módszert.
A szex
Akárhogyan is nézzük, első nekifutásra a szex, mint túlélési stratégia nagyon komplikáltnak tűnik. A saját genetikai anyagunkat kell duplán lemásolni, de közben még jól össze is keverni, utána a duplán osztódott sejtteket előállítani, párt kell keresni, azt megnyerni, ami önmagában határtalan sok energiát emészt fel, utána pedig a genetikai örökségünket félig, ha nem nagyrészben feladni, és reménykedni abban (mert erre semmi biztosíték nincs), hogy az új, kombinált szerzemények (a következő generáció) alkalmasabb a környezeti nyomások elviselésére, a túlélésre.
Lane könyve nagyszerűen rávilágít, hogy mindezen gátak ellenére a szex, a genetikai rekombináció hatalmas előnyökkel jár, és nem új találmány. Az előnyök között első helyen szerepel a genetikai hibák kivetésének lehetősége. Míg klónozás esetében (ahol a genetikai információ 100%-a továbbítódik a következő nemzedéknek) a hibák, pontmutációk felhalmozódnak, és hosszútávon a populáció degenerálódásához vezetnek, addig a szex által megkívánt genetikai keveredés nem csak a hasznos genetikai információ felhalmozódását, de a haszontalan kilökődését is lehetővé teszi.
A másik nagyon fontos dolog, amit érdemes megjegyezni, hogy a szex, mint sejten belüli folyamat, amihez nemcsak a kromoszómák másolása, de azok "szétszedése" is szükségeltetik (meózis), valamint ezen felül még a sejtosztódás és összeolvadás összetett feladatának végrehajtása nem új. Minden egyes lépése rendelkezésre állt akkor, amikor a szex, mint génanyag megújítási találmány először napvilágot látott.
De a tényleges ok, ami miatt nagyon valószínűleg a szex létezik, még mindig nem említettem. Lane szerint mindezt a gazda és paraziták közötti evolúciós versenynek köszönhetjük. Annak a sejt szintű nyomásnak, amely arra késztette az ősi eukariótákat, hogy a szokásosnál jobban összezavarják a genetikai információjukat, aminek fő oka az lehetett, hogy csak így tudták kiküszöbölni a parazita, fertőző genetikai információ továbbadását a saját génjeik mellett.
Vagyis a szex, mint öröklődési folyamat nem azért alakult ki, mert jobb dolga nem volt az eukarióta sejtnek, hanem a védekezés, a genetikai fennmaradást szolgálta. Ha már végképp kifogyna valaki a szombat esti szövegből, bedobhatja ezt is...
