Ígéretes lépésként már az 1950-es években bizonyították, hogy összetett szerves vegyületek, azaz szénalapú molekulák szintetizálhatók egyszerűbb szerves és szervetlen vegyületekből. Víz, metán, ammónia, hidrogéngázok és elektromos szikra segítségével létre is tudtak hozni aminosavakat a vegyészek.

Ebből kiindulva a tudósok úgy vélik, hogy az élet legkorábbi formái, az élő sejtek őseinek tartott protosejtek spontán módon alakultak ki a korai Földön jelenlévő szerves és szervetlen molekulákból. Ezek a sejtszerű struktúrák roppant egyszerűek voltak, valószínűleg két összetevőből álltak, egy szerkezeti keretből és egy genetikai anyagból. Ez utóbbi hordozta az utasításokat a protosejtek működéséhez.

Felvetődött viszont egy érdekes kérdés: hogyan maradhattak stabilak ezek a korai sejtek, hogy azután később jóval kifinomultabbakká váljanak. A tudósok két modellben gondolkoztak, a vezikulákban és a koacervátumokban. Az előbbiek apró, membránnal határolt hólyagocskák, amelyek a sejtekben és a sejtek között találhatók. Gyakran hasonlítják ezeket kis buborékokhoz, amelyek valamilyen anyagot tartalmaznak. Azonban van velük egy kis gond: a modern sejtek membránjaitól eltérően ezekből a protosejtekből hiányoznak a speciális fehérjék, amelyek szelektív módon engedik ki és be a sejtbe a molekulákat, lehetővé téve a sejtek közötti kommunikációt. Enélkül viszont a protosejtek nem tudnának hatékonyan kölcsönhatásba lépni a környezetükkel, ami korlátozza az életképességüket – magyarázza Aman Agrawal, a Chicagói Egyetem vegyészmérnöke a The Conversation hasábjain.

A koacervátumok viszont olyan cseppek, amelyek szerves molekulák felhalmozódásából képződnek. Ezek a szerves molekulák olyan kémiai tulajdonságok miatt tapadnak össze, amelyek vonzzák őket egymáshoz, például az ellentétes töltésű molekulák közötti elektrosztatikus erők miatt. Ezeket a koacervátumokat vízben lévő étolajcseppekként lehet elképzelni: az olajcseppekhez hasonlóan a koacervált protocellákból is hiányzik a membrán. Membrán nélkül viszont a környező víz könnyen kicserélheti az anyagokat a protocellákkal, és éppen ez gyorsíthatja fel a vegyi reakciókat, megfelelő környezetet teremtve az élet építőkövei számára.

A koacervátumcseppek vízben szuszpendált olajhoz hasonlítanak.

Aman Agrawal

A membrán hiánya azonban egy jelentős hátránnyal is jár: a genetikai anyag kiszivárgásának lehetőségével. Ráadásul lehetővé teheti az önreplikálódó molekulák legkorábbi formájának tartott genetikai anyagnak, az RNS-nek a protosejtek közötti gyors cseréjét. Ez viszont megnehezítené a stabil és önálló genetikai szekvenciák kialakulását. Lehet, hogy mégsem ezek a protosejtek az igaziak?

Persze a természet valahogy mégis csak megoldotta a fentiekben vázolt problémát, és hogy miként, arra 2022-ben bukkantak rá. Ekkor ugyanis sikerült kimutatni, hogy amennyiben ionmentesített vízbe merítik a koacervátumcseppeket, akkor azok stabilizálhatók. Kialakul rajtuk egy hálós „fal”, ami meggátolja a cseppek összeolvadását. A kutatók ionmentesített vízzel kezelt és kezeletlen protosejteket vizsgáltak, és kiderült, hogy azoknál, amelyeket nem merítettek ionmentesített vízbe, az RNS pillanatok alatt átdiffundált egyik sejtből a másikba.

A hálós falú cseppek ellenállnak a fúziónak, és megakadályozzák az RNS kiszivárgását. Ezen a képen minden szín más-más típusú RNS-t képvisel

Aman Agrawal

Ezután szinte már magától adódott az ötlet: vajon védené-e a sejteket az esővíz, amely köztudottan ionmentes. A kísérletekből kiderült az elgondolás helyessége, ugyanis a kutatók azt tapasztalták, hogy az esővíz valóban megvédte a protosejteket a fúziótól. A Chicagói Egyetem és a Houstoni Egyetem szakemberei így végül kimondhatták, nagy a valószínűsége annak, hogy az esővíz döntő szerepet játszhatott a korai sejtek stabilizálásában, és ezzel megnyithatta az utat az élet összetettsége felé.

Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.