Egy napokban közzétett tanulmány szerint az eső nélkülözhetetlen összetevő lehetett az élet kialakulásához bolygónkon. A földi élet jelenleg sejtek formájában létezik, amelyek gyakorlatilag DNS-sel, RNS-sel, fehérjékkel és más molekulákkal teli zsákok. Amikor azonban nagyjából négymilliárd évvel ezelőtt elkezdett kialakulni, a sejtek sokkal egyszerűbbek voltak. Egyes szakértők pedig azt vizsgálják, hogyan jöttek létre először az úgynevezett protosejtek, és megpróbálták a laboratóriumban is újraalkotni őket.
Sok kutató azt gyanítja, hogy a protosejtek csak RNS-t, a DNS egyszálú változatát tartalmazták. Az RNS és a DNS egyaránt molekuláris „betűk”, vagyis nukleotid bázisok hosszú sorozatai révén tárolja és kódolja a genetikai információt. Az RNS egyúttal bonyolult alakzatokba is képes összecsomagolni magát, és így más molekulák vágására vagy összekapcsolására szolgáló eszközzé tud válni. A protosejtek szaporodásához egyes feltevések szerint fontos lehetett, hogy RNS-molekuláik megragadták a genetikai építőelemeket, hogy összeállítsák saját maguk másolatait.
A csomagolás a lényeg
A protosejtek létrejöttének modellezésekor az egyik nagy kihívás annak eldöntése, hogy mibe kell ezeket csomagolni. A modern sejtek membránokba burkolóznak, olyan gátakba, amelyek szigorúan szabályozzák a molekulák ki- és bejutását. Ez az elrendezés azonban problematikus lett volna a protosejtek számára, hiszen nem tudták volna felvenni azokat a molekulákat, amelyekre a növekedéshez kellettek volna, és nem tudták volna kiüríteni a salakanyagokat, állítják a kutatók.
Néhány szakértő így azt kezdte vizsgálni, hogy a protosejtek membrán nélkül is létrejöhettek-e. Ehhez évszázados kémiai kísérletekből merítettek ihletet, amelyekben a kutatók vegyszereket kevertek folyadékokba. Egyes esetekben a vegyszerek egy része cseppekké kondenzálódott, amelyek a keverékben lebegtek.
Lehetséges, hogy a protosejtek is ilyen membránmentes, lebegő cseppekként kezdték meg létüket?
Az elmúlt években a kutatók pontosan ezt a lehetőséget vizsgálták, amikor olyan cseppeket hoztak létre, amelyek RNS-t tartalmaztak. Az ilyen cseppeknél a rázás is elegendő volt ahhoz, hogy kettéváljanak. Ez egy nagyon egyszerű előfutára lehetett annak, ahogy a sejtek szaporodásuk során osztódnak.
Azonban ezekben a kísérletekben az RNS-cseppek nem voltak képesek különállóak maradni, ahogyan a sejtek a teszik. Az RNS-szálak gyorsan átvándoroltak egyik cseppből a másikba, és idővel a cseppek összeolvadtak, mint az olajcseppek, amelyek a víz tetején filmréteggé állnak össze.
Stabilitás és állandóság
2018-ban Aman Agrawal vegyészmérnök felfedezett egy lehetséges megoldást erre a problémára. De innentől is három évébe telt, mire rájött, hogy mire is talált rá. Agrawal ebben az időszakban a Houstoni Egyetem végzős hallgatója volt, és szintetikus vegyi anyagokból készült cseppeket tanulmányozott. Azt remélte, hogy a cseppeket miniatűr gyárakká alakíthatja, amelyekben fontos vegyületeket, például inzulint állíthatnak elő.
Ehhez azonban először stabilizálni kellett a cseppeket. Agrawalt lenyűgözte egy 2015-ös vizsgálat, amely során svájci kutatóknak sikerült hat napig létező cseppeket létrehozniuk úgy, hogy vegyszereket pumpáltak tisztított vízzel töltött mikroszkopikus csatornákba. Agrawal sikeresen megismételte a kísérletet, de nem tudott rájönni, hogy a csatornák hogyan képesek ilyen stabil cseppeket létrehozni. Négy hónappal később aztán rábukkant egy, a kísérletekből megmaradt fiolára. Előzőleg némi felesleges vegyszert és tisztított vizet öntött az üvegcsébe, majd lezárta és elfelejtette.
Amikor újra felfedezte, és ránézett az üvegcsére, megdöbbenve látta, hogy a folyadék homályos színű, ami azt jelentette, hogy a cseppek még mindig ott úszkáltak benne.
Agrawal ilyen módon sikeresen feltárta, hogy a víz felelős a cseppek stabilitásáért. A víz a cseppek külső rétegében lévő molekulákat arra késztette, hogy összekapcsolódjanak. „Úgy kell elképzelni, hogy egy háló alakul ki a cseppek körül” – mondja Agrawal, aki jelenleg a Chicagói Egyetem Pritzker Molekuláris Mérnöki Karának posztdoktori kutatója.
Az eső életet ad?
2021-ben Agrawal eredményeinek híre eljutott Jack Szostakhoz, a Chicagói Egyetem Nobel-díjas vegyészéhez, aki több mint 20 évig dolgozott a protosejteken. Szostak kíváncsi volt arra, hogy a víz az RNS-cseppeket is stabilabbá teheti-e. A két szakértő és kollégáik összefogtak egy újabb kísérletsorozathoz. Az RNS-t és más vegyszereket tisztított vízzel kombinálták, majd amikor rázogatták az oldatot, abban spontán RNS-cseppek keletkeztek. Ezek a cseppek pedig napokig stabilak maradtak, ahogy arról a Science Advances című folyóiratban megjelent új tanulmányukban beszámolnak a kutatók.
A szakértők ez alapján azt feltételezik, hogy a korai Földön a lehulló eső biztosíthatta az RNS-cseppek előállításához szükséges vizet. Hogy ezt a lehetőséget teszteljék, Anusha Vonteddu, a Houstoni Egyetem végzős hallgatója vihar idején poharakat tett ki a szabadba. Amikor ő és kollégái az esővízzel újra lefuttatták a korábbi kísérleteket, az RNS-cseppek ezekben is stabilnak bizonyultak.
A korai Földön persze az eső valószínűleg eltérő kémiai összetételű volt, mint a mai eső, mivel más gázegyensúlyú légkörben keletkezett. A négymilliárd évvel ezelőtti légkörben feltételezhetően jellemző magas szén-dioxid-szint miatt az esőcseppek savasabbak lehettek. Agrawal és kollégái azonban úgy találták, hogy még az ecethez hasonlóan savas vízzel is stabil RNS-cseppeket lehet képezni.
Neal Devaraj, a Kaliforniai Egyetem kémiai biológusa, aki nem vett részt az új vizsgálatban, elmondta, hogy ez a kutatás valószínűleg fontos információkat tár fel az élet eredetével kapcsolatban, amely talán nem is volt annyira bonyolult, mint gondolnánk. A kutatóknak ugyanis nem kellett túl sokat tenniük ahhoz, hogy stabil RNS-cseppeket hozzanak létre: csak össze kellett keverni a hozzávalókat és megrázni. Ahogy a szakértő mondja:
„Ez olyasmi, ami könnyen elképzelhető, hogy a korai Földön is megtörtént. Az egyszerűség pedig mindig nagyon jó irány, amikor ilyen kérdéseken gondolkodunk.”
