Az eddigi legkülönlegesebb élőlény: már publikusak a részletes információk

Még soha nem láttunk olyat, hogy egy élőlény az élet szempontjából alapvető kémiai elemek egyikét egy másik elemmel helyettesítse. A felfedezés rávilágít arra, milyen keveset tudunk az életről, és módosíthatja a Földön kívüli élet utáni kutatás stratégiáját is.

Felisa Wolfe-Simon, a kutatások vezetője

Bár a NASA csak csütörtökön este akarta bejelenteni, több internetes oldalon (például itt, de leginkább itt) kiszivárgott a hír: az eddigi talán legkülönlegesebb élőlényt fedezték fel egy tó iszapjában. Mivel a csütörtökön estig meghirdetett embargót ezzel megtörték, mi is megjelentettünk előzetes információkat.

18 óra 18 perckor a Science, a világ egyik vezető tudományos lapja feloldotta kapcsolódó embargós információit, így a cikket jelentősen bővítettük. A NASA sajtótájékoztatójának időpontja nem változott: ez továbbra is csütörtök 20 óra, az eseményt a NASA TV élő adásban közvetíti.

A felfedezés lényege: egy az eddig ismertektől alapvetően eltérő biokémiai megoldást alkalmazó élőlényt fedeztek fel a Földön. Egy olyan baktériumot találtak, amely foszfor helyett arzént is tud használni szerves molekuláinak, például DNS-ének felépítésénél. Ez azért nagyon érdekes, mert a biológusok zöme eddig úgy gondolta: a foszfor - amely úgynevezett elsődleges biogén elem - nélkülözhetetlen az élőlények szervezetében. A felfedezés rávilágít arra, milyen keveset tudunk az életről, és módosíthatja a Földön kívüli élet utáni kutatás stratégiáját is. Ha az élőlények változatossága még az alapvető kémiai szinten is megengedett, akkor a jövőben ennél nagyobb meglepetések is érhetnek bennünket - akár a Földön, akár más égitestek olyan területein, ahol eddig nem gondoltunk az élet keresésére.

Természetesen felvetődik az is, hogy a többi elsődleges biogén elem is cserélhető, akár a szén is. Minden középiskolai biológia tankönyv annak a hat kémiai elemnek a felsorolásával kezdődik, amelyek az élet szempontjából alapvető fontosságúak. Ezek az elsődleges biogén elemek, úgymint a szén (C), nitrogén (N), oxigén (O), hidrogén (H), kén (S) és foszfor (P). Ezeket az elemeket egyetlen élőlény sem nélkülözheti, mert ezekből épülnek fel a fehérjék, a nukleinsavak (DNS, RNS) és a biológiai membránokat alkotó zsírszerű anyagok (lipidek).

Az erre rácáfoló baktériumot (a GFAJ-1 jelű törzs a Halomonadaceae családból, lásd az alábbi képen) a kaliforniai Mono Lake iszapjában találták meg. A Mono Lake szélsőséges élőhely: nagyon sós és lúgos a vize, és magas az arzéntartalma (részletesebben lásd később). A tó vizéből vett baktériumokat úgy tenyésztették, hogy a foszfort fokozatosan arzénre cserélték, és a baktériumok képesek voltak átállni az új elemre, ezt építve be szerves anyagaikba. Azt még nem tudják, hogy ezt hogyan tudták kivitelezni, és azt sem, hogyan működnek a foszfor helyett arzént tartalmazó nagy szerves molekulák.

Sokakat meg fog rázni

"A felfedezést fontosnak tartom, de nem rázott meg a dolog. Viszont sokakat meg fog rázni" - mondta az [origo]-nak Szathmáry Eörs evolúcióbiológus professzor, a Collegium Budapest asztrobiológiai csoportjának vezetője. A szakember szerint további kísérleti megerősítések szükségesek, de a bejelentés ráirányítja a figyelmet arra a vitára, amely egyre intenzívebben zajlik arról, hogy mi szükségszerű és mi esetleges az élethez. A 2009-ben elhunyt Gánti Tibor elméleti munkái (kemoton elmélet) alapján tudjuk: a minimális élet koncepciójához az kell, hogy meghatározzuk az élet szerveződési rendszerét, az alrendszerek egymáshoz kapcsolódásának módját. Hogy utána milyen konkrét anyagokkal töltjük fel a rendszert, az ehhez képest másodlagos kérdés - mondja Szathmáry, és az aminosavakat hozza példának, amelyekből hasonló, de részleteiben más készlet is alkalmas lett volna az élőlények fehérjéinek felépítéséhez.

Meddig lehetne elmenni az élet anyagainak helyettesítésében? Néhány szakember a foszfor-arzén cserénél sokkal komolyabb variációkat is el tud képzelni. "Sokan elgondolkodtak már magának a szénnek a cserélhetőségén, de az sem szükségszerű, hogy feltétlenül a víz legyen az oldószer" - mondja Szathmáry. A kutató szerint az igazán érdekes az lenne, ha meg lehetne határozni, hogy az arzént használó baktérium milyen evolúciós rokonsággal rendelkezik, és az általa használt különleges biokémiai megoldások hogyan viszonyulnak a hagyományos anyagcsereutakhoz.

Árnyékbioszféra

A Science cikkének egyik szerzője, Paul Davies (az asztrobiológia egyik legnagyobb élő népszerűsítője) szerint bizonyos, hogy a felfedezés csak egy jéghegy csúcsa, és egy teljesen új tartományt nyit meg a mikrobiológiában. Korábban Davies vetette fel az árnyékbioszféra fogalmát. Ez olyan élőlények közösségét jelentené, amelyek itt élnek bolygónkon, mégis jelentősen eltérnek az általunk megszokott élőlényektől. Egyelőre az sem zárható ki, hogy bolygónk korai időszakában több alkalommal is megszületett meg az élet, a hasonló környezeti viszonyok miatt hasonló formában.

Az ehhez hasonló életformák keresése és elemzése a Földön kívüli élet utáni kutatásokban is segítene. Ezek egyik fő nehézsége, hogy az életre egyetlen példát, a földit ismerjük. Több, többé-kevésbé eltérő életforma alapján könnyebb lenne olyan műszerparkot és módszert tervezni, amely a földitől erősen eltérő életformát is azonosíthatna.

A cikkben bemutatott élőlényekről nem állítják a szakemberek, hogy Földön kívüli eredetűek lennének, és azt sem, hogy alapvetően térnek el társaiktól - bár a különbség foka még nem egyértelmű. Inkább egy olyan érdekes élőlénycsoportról van szó, amely szokatlan módon alkalmazkodott néhány speciális környezeti paraméterhez.

A foszfor és az arzén

A foszfor a legfontosabb biogén (az élő szervezet felépítésében részt vevő) elemek közé tartozik. Noha mennyisége csak a szervezet tömegének 0,5-1,5 százalékát teszi ki, alig van olyan biokémiai folyamat, amelyben ne játszana nélkülözhetetlen szerepet. Szerves kötésben az örökítőanyagot alkotó nukleinsavaknak (DNS, RNS), illetve egyes fehérjéknek, enzimeknek az építőköve. Fontos szerepet tölt be a fehérje-, a szénhidrát- és a zsíranyagcserében. Gerincesekben a foszfor 80-85 százaléka hidroxiapatit (kalcium-hidroxi-foszfát) mikrokristályok alakjában a csontok, fogak szilárdságáért felelős. Kis mennyiségben ugyan, de a szervezet folyadéktereiben is megtalálható, ahol a kémhatás szabályozásában vesz részt. Az élőlények a tartalékenergia egy részét is foszforvegyületek (például ATP - adenozin-trifoszfát) formájában raktározzák. Szükséges a fehérjeszintézishez, az idegrendszer és az enzimek működéséhez is.

Az élő szervezetekben betöltött számtalan funkciója miatt egészen mostanáig elképzelhetetlennek tűnt, hogy foszfor nélkül létezhet élet. Ezért hat első hallásra megdöbbentőnek, hogy az arzén kiválthatja a foszfort. Kémiailag azonban igen közeli rokon a két elem. A 15-ös rendszámú foszfor és a 33-as rendszámú arzén egymás alatt található a kémiai elemek periódusos rendszerének V/a oszlopában. (A periódusos rendszer egyes oszlopaiba az egymáshoz hasonló tulajdonságú elemeket sorolták.) Mindkét elem mérgező, bár az elemi foszfor nem annyira erős méreg, mint az arzén. Míg azonban a foszfor vegyületei (különösen az élő szervezetekben előforduló foszfátok) már nem mérgezők, az arzénnak a vegyületei (így a foszfátoknak megfelelő arzenátok) is ártalmasak. Ennek ellenére 2008-ban már találtak olyan baktériumokat, amelyek arzenitet használtak elektrondonorként a fotoszintézisükhöz, melynek során arzenát keletkezett. (A "hagyományos" fotoszintézisnél víz az elektrondonor és oxigén szabadul fel.) Olyan élőlényről azonban eddig nem is álmodtak, ahol a foszfort teljesen arzénra lehet kicserélni a létfontosságú vegyületekben.

A Mono Lake

A Mono Lake egy szokatlan kémiai tulajdonságokat mutató állóvíz Észak-Amerikában. A Kaliforniában található 7,5 kilométer átmérőjű tó átlagosan 17 méter mély, és majdnem 2000 méteres tengerszint feletti magasságban helyezkedik el. Az érkező folyók vizének ez a végállomása, tovább nem vezet innen völgy a világtenger fele. Ennek megfelelően a tóba érkező oldott anyagok felhalmozódnak a vízben, és a területen jellemző erős nyári párolgással még töményebbé válnak. A becslések alapján jelenleg közel 280 millió tonnányi só van oldott állapotban a tó vizében, amelynek átlagos sókoncentrációja magasabb a világtengerénél.

A magas sótartalom mellett a Mono Lake vize pH=10 körüli értékkel erősen lúgos kémhatású. Ennek megfelelően speciális élővilág jellemző rá, extrém életformákkal, ugyanakkor például halak egyáltalán nem találhatók benne. A tóban a fotoszintetizáló algák tavaszi elburjánzása miatt a víz átmenetileg élénkzöld színt ölt. A Mono Lake őse közel 750 ezer éve keletkezhetett, a területen zajló szubdukcióval és vulkanikus aktivitással kapcsolatban. Környezete ma sem tekinthető inaktívnak, az utolsó vulkánkitörés 350 éve történt a vidéken.

* * *

A NASA sajtótájékoztatójának fontosabb információi

A sajtótájékoztatón a korábbi információkon túl nagyobb hangsúlyt kapott, hogy még sok ismeretlen elem van a felfedezés hátterében. Nem tudni pontosan, mi az oka annak, hogy bár az arzént tartalmazó vegyületek könnyebben bomlanak le vizes közegben a foszfort tartalmazóknál, ebben a baktériumban mégis stabilak maradnak. Elképzelhető, hogy van valamilyen speciális folyamat, amely ezt lehetővé teszi ezeknél az élőlényeknél. Ennek megismerése kulcsfontosságú annak megállapításához, mennyire tekinthető általánosnak a most azonosított foszfor-arzén helyettesítési lehetőség.

A sajtótájékoztatón elhangzott: a NASA kutatói számára a felfedezés megmutatta, hogy a vizsgálati módszereket és célpontokat, a keresett anyagok és molekulák körét érdemes szélesíteni a Földön kívüli élet utáni (asztrobiológiai) kutatásokban. Hasonló felfedezések a jövőben rámutathatnak, hogy a földitől komolyabban eltérő környezetekben is van értelme az élet lehetőségét vizsgálni.

* * *

Korábbi információk: sajtótájékoztató csütörtökön 20 órakor

További részletek a NASA 20 órakor kezdődő sajtótájékoztatóján lesznek. A bejelentésen részt vevő szakemberek listája, akik az alábbi témakörökkel foglalkoztak az elmúlt években:

Mary Voytek, a NASA asztrobiológiai programjának igazgatója;

Felisa Wolfe-Simon, az USA geológiai szolgálatának munkatársa, geomikrobiológus; az élőlények biokémiai jellemzőivel, ezen belül  különböző enzimek, illetve a mangánnak és az arzénnek, mint elemnek a biológiai szerepével foglalkozik. Emellett Paul Daviessel együtt az úgynevezett "árnyékbioszféra" lehetőségét is kutatja, ami az ismert és "megszokott" élőlényekhez hasonló, de néhány vonatkozásban tőlük alapvetően különböző életformák lehetőségét vizsgálja;

Pamela Conrad, a NASA GSFC intézetében dolgozik asztrobiológusként, főleg biokémiával foglalkozik, illetve sarkvidéki kőzetek belsejében lévő élőlényeket tanulmányoz. Emellett olyan technikai módszerek fejlesztésén dolgozik, amelyek segítenek egy anyagmintáról megállapítani, hogy van-e, illetve volt-e benne valamikor aktív élőlény;

Steven Benner, vegyész, az Alkalmazott Molekuláris Evolúciós Alapítvány (Gainesville) munkatársa, az élet vagy az élet nyomának azonosításához szükséges molekuláris jellemzőket, az enzimeket kódoló géneket vizsgálja;

James Elser, biológus, az Arizona Egyetem (Tempe) munkatársa, biokémiával foglalkozik, az élőlények energiagazdálkodását vizsgálja, különös tekintettel a törzsfejlődés szempontjából előnyöket biztosító kémiai megoldásokkal.

A bejelentést a NASA TV élő adásban közvetíti.

Egy másik hír: szerdán este mérföldkőnek számító eredményt jelentettek be a Naprendszeren kívüli bolygók kutatásában: először vizsgálták egy szuperföld légkörét. Részletek ebben a cikkünkben.