Az elmúlt napokban már többször hírt adtunk a hvg.hu-n arról a várható bejelentésről, amely végül idő előtt kiszivárgott, és amely a földi élet új formáját jelenti. Eszerint olyan baktériumra bukkantak amerikai tudósok egy mérgező vizű kaliforniai tóban, pontosabban sóstóban, amely arzénnal "táplálkozik". Az arzén rendkívül mérgező kémiai elem, ezért is furcsa első hallásra a mostani bejelentés – jóllehet az elmúlt években már egyre több nyom utalt arra, hogy bizonyos élőlények képesek hasznosítani bolygónkon ezt az anyagot.

A mostani felfedezésről a NASA honlapján élő közvetítésben is beszámoltak. Az élő adásban Mary Voytek, a NASA mikrobiológusa elmondta, hogy a most felfedezett életforma "földi" ugyan, de nem a bolygónkon megszokott fajtájú létforma. Felisa Wolfe-Simon, a NASA asztrobiológusa ezután arról beszélt, hogy miként épül be a mikroorganizmus DNS-szerkezetébe az arzén - méghozzá a foszfor helyére. (A DNS-molekulák külső cukor-foszfátváza – amely kettős spirál alakban csavarodik a genetikai információt hordozó bázispárok körül – rendkívül fontos a magasabbrendű élőlényekben és az eddig ismert földi mikroorganizmusokban. E cukor-foszfátvázban képes az arzén pótolni a foszfort a GFAJ-1 elnevezésű, újonnan felfedezett baktériumok tanúsága szerint.)

A Titánon az élet egyik alapja lehet az arzénvegyület?

Steven Benner kémikus ezután arról beszélt, hogy az arzénnal kicserélt foszfátváz földi körülmények között nem elég stabil – ezért nem fordul elő túl gyakran –, ugyanakkor rendkívüli hidegben, ami a világűrben általánosabb jelenség, stabilabb kémiaiai kötéseket alkothat. Éppen ezért például a Titánon, a Szaturnusz egyik holdján, igen alacsony hőmérsékleten, fagyos környezetben előfordulhat, hogy az arzénvegyületek stabilabbak a földi foszfátoknál, és így nem kizárható, hogy az ottani esetleges élet alapjai ilyen vegyületek lehetnek – derült ki szavaiból.

Az arzén a magasabbrendű szervezetekben, így az emberben azért is mérgező, mert foszfor helyett képes beépülni az élet legfontosabb alkotótelemeibe. A most a Mono sóstóban megtalált kaliforniai baktériumok azonban eleve arra képesek, hogy arzént használjanak fel foszfor helyett. A mostani felfedezés során kiderült, hogy az újonnan megtalált baktériumok nemcsak az örökítőanyagukba, a DNS-be, hanem az energiaforrásként szolgáló biomolekulába, az ATP-be is arzént építenek be. (Az ATP rövidítésben a "P" a foszfort jelöli, tehát e baktériumokban jelenlévő anyag nyilvánvalóan csak hasonlít az ATP-re.)

Felisa Wolfe-Simon felvetette annak a lehetőségét is, hogy eseteg más kémiai elemeket is találnak a jövőben, amelyek helyettesíthetik a ma ismert hat, illetve immár hét – az élethez alapvetően szükséges – elemet. James Elser, az Arizona Állami Egyetem kutatója arról beszélt, hogy a foszfort helyettesítő arzén azt jelentheti – ha a kutatások folytatódnak –, hogy esetleg olyan energianövények termesztése kezdődhet meg, amelyek a foszforműtrágyák helyett arzénnal "működnek", abból épülnek fel.

A sajtótájékoztatóvá átalakult prezentáció végén a kutatók egy amerikai bulvárlap újságírójának kérdésére azt fejtegették, hogy – bár ki kell ábrándítaniuk a nagyközönséget, és nem tudnak bemutatni egy E.T.-t, vagyis egy földönkívülit –, ám olyan alapvető felfedezést tettek, ami az élet kutatásában nagy jelentőségű. A felfedezés lényege az ugyanis, hogy – természetesen laboratóriumi, kísérleti körülmények között - sikerült "rávenniük" egy baktériumot, hogy építsen be a szervezetébe, méghozzá a DNS-ébe egy olyan kémiai elemet, amelyet eddig nem úgy ismertek, mint az élethez szükséges alapvető elemet. (Azért tegyük hozzá: nem a DNS legfontosabb részébe, a genetikai információt hordozó bázispárokba épül be az arzén, hanem a szerkezeti vázba, de azért valóban fontos a mostani felfedezés.)

Túlzottan hasonlít az arzén és a foszfor

Az arzén és a foszfor hasonlósága magyarázza az arzén mérgező mivoltát is: az anyagcsere-rendszer nem tudja megkülönbözteti a két elemet biológiailag aktív formájában. Ha a foszfor helyére arzén kerül, leállnak a központi biokémiai folyamatok – írja az MTI. A Science című tudományos folyóiratban közölt tanulmány szerint első alkalommal nyert bizonyosságot, hogy minden ismert földi élet egyik alapvető építőkövét egy másik elem helyettesítheti.

Hat elemről tudtunk eddig

A foszfor a szénnel, a hidrogénnel, a nitrogénnel, a kénnel, valamint az oxigénnel együtt ahhoz a hat elemhez tartozik, amely – eddig ismert formájában – alapvető az élethez. A Wolfe-Simon által vezetett kutatók azt akarták feltárni, hogy az élet vajon más anyagokkal is működhet-e. A tudósok vizsgálataik során az arzénre összpontosítottak, mert az kémiailag nagyon hasonlít a foszforra. A kutatók laboratóriumi körülmények között tenyésztettek a Mono-tó üledékéből származó magas arzéntartalmú baktériumot. A kísérlet során a fejlődési szakaszban fokozatosan növelték az arzénkoncentrációt, foszforhoz viszont nem juttatták a táptalajt.

A végén olyan baktériumféle maradt, amely ilyen körülmények között is életben maradt, sőt növekedni tudott. A tudósok GFAJ-1 néven azonosították. Az asztrobiológiai intézet csapata azt is bizonyítani tudta, hogy a baktérium anyagcseréje során valóban felhasználja az arzént, és ezzel helyettesíti a hiányzó foszfort.

A Mono-tó tufatornyai

Wikipedia

Korábbi felfedezések "arzénes" baktériumokkal kapcsolatban

A Wikipedia szerint vannak olyan földi élőlények, amelyek képesek az arzénnal "dolgozni". Így például a Penicillum brevicaule egysejtű gombafaj az arzént mérgező trimetil-arzénné alakítja. A meleg tengerek táplálékláncában az arzén a faunára veszélytelen arzén-betainné alakul át, és az további biotranszformáció nélkül kiürül a szervezetből. Éppen ezért a tengervízben élő halak, rákok és kagylók hihetetlenül sok – akár 10 mg/kg – arzént is képesek felhalmozni a legcsekélyebb károsodás nélkül.

A Wikipedia angol oldala szerint néhány baktériumfaj képes oxidációval (elektronleadással) energiát nyerni, miközben az arzenát enzimeket arzenitté alakítják át redukció (elektronfelvétel) útján. Ilyenkor az arzenát reduktáz enzim működik közre a folyamatban. (Az oxidáció köznapi értelemben az oxigénnel való egyesülést jelenti, a vas oxidációjakor keletkezik például a vas-oxid, vagyis a rozsda. Ám általános kémiai értelemben az oxidáció elektronleadást jelent.)

A Mono-tó távlati képe

Wikipedia

2008-ban olyan baktériumokat fedeztek fel, amelyek a fotoszintézis egyik verziójaként oxigén hiányában arzeniteket használtak fel elektronleadóként, így termeltek arzenátokat. (A normál fotoszintézis során a víz az elektronleadó, amely molekuláris oxigént termel.) Egy PHS-1 elnevezésű baktériumtörzsről van szó, amely a gamma-proteobaktériumok közé tartozó Ectothiorhodospira shaposhnikovii-hoz hasonló tulajdonságokat mutatnak. (A gamma-proteobaktériumok igen hasznosak lehetnek, például velük igyekeztek idén a Mexikói-öbölben felrobbant olajfúrótorony után a szennyzést eltávolítani a vízből.)