Az élet eredetével kapcsolatos kérdésekre nincs válasz
EVOLÚCIÓ
A Nature elismeri, hogy az élet eredetével kapcsolatos kérdésekre nincs válasz, feltárva ezzel az intelligens tervezés ellenzőinek megszegett ígéreteit
Casey Luskin
2021. február 15.
Fordította: Dr. Hecker Kristóf, zoológus
Forrás: Evolution News: Nature elismeri
Fotó: Hidrotermális kürtők, NOAA, nyilvános tartalom.
Forrás: Wikimedia Commons.
Peter Ward evolucionista paleontológus 2006-ban, egy Stephen Meyerrel folytatott vitában megjegyezte, hogy „a Harvard Egyetem százmillió dollárt fektetett az élet keletkezését kutató központjába”, és azt jósolta, hogy mivel az életeredet-kutatás „az egyik legfontosabb tudományterület a világon, egy évtizeden belül mesterséges életet fogunk előállítani”. Tíz évvel később, 2016-ban, szintén Steve Meyerrel (és Denis Lamoureux-szal) folytatott vitában Lawrence Krauss fizikus megígérte, hogy „nagyon közel járunk” ahhoz, hogy az élet eredetét kémiai evolúciós modellekkel magyarázzuk. 15 év telt el a Meyer-Ward vita és közel öt év a Meyer-Krauss-Lamoureux beszélgetés óta. Mégis hogyan teljesülnek ezek az életeredet-kutatással kapcsolatos ígéretek?
Az elmúlt év végén a Nature „A víz paradoxonja és az élet eredete” című cikke elismerte, hogy az élet keletkezésének egyik legalapvetőbb lépése előtt még mindig vannak nagy kihívások: elmagyarázzák, hogyan keletkeztek az első biomolekulák egy prebiotikus világban. A cikk így indít: „A víz elengedhetetlen az élet számára, de lebontja a DNS-t és más kulcsmolekulákat. Tehát hogyan kezelték az első sejtek ezt a szükséges, de veszélyes anyagot?” A cikk ezután az életeredet-kutatók álláspontjait mutatja be, akik különböző megközelítéseket vallanak: egyesek úgy vélik, hogy az élet az óceánból származik, mások pedig azt vallják, hogy az élet a föld felszínén alakult ki. Ami egyértelműen kiderül, az az, hogy a szakemberek még abban sem tudnak megegyezni, hogy az élet milyen környezetben keletkezett. Ez a nézeteltérés közvetlenül az egyes megközelítések mögött rejlő komoly nehézségekből fakad.
Elvesztett bizalom
Stanley Miller 1950-es évekbeli prebiotikus szintézis kísérletei óta az életeredet teoretikusai általában azt vallották, hogy az élet óceáni környezetben keletkezett. A cikk azonban elmagyarázza, hogy ez a modell mára már több szempontból is érvényét vesztette:
Manapság azonban számos tudós szerint alapvető probléma van ezzel az elképzeléssel: az élet kulcsfontosságú molekulái lebomlanak a vízben. Ennek oka, hogy a fehérjék és a nukleinsavak, mint például a DNS és az RNS, kötései sérülékenyek. A fehérjék aminosavláncokból, a nukleinsavak pedig nukleotidláncokból állnak. Ha a láncokat vízbe teszik, az megtámadja az egyes láncszemeket, és végül megtöri őket. A szén-kémia területén „a víz olyan ellenség, amelyet a lehető legszigorúbban ki kell zárni” – írta a néhai biokémikus, Robert Shapiro 1986-os ikonikus „Origins” (Eredet) című könyvében, amely kritizálta az ősóceán hipotézisét.
Ez a vízi paradoxon.
A „paradoxon” kifejtéséhez tegyük fel egy pillanatra, hogy a korai földön volt valamilyen módszer egyszerű szerves molekulák (monomerek) előállítására. Talán ezek a molekulák egy óceáni „levesben” képződtek, talán az óceánban néhány nagy energiájú hidrotermális kürtő közelében. Bármi legyen is a kiindulás, a következő lépés az, hogy ezeket a molekulákat láncokba kapcsoljuk, úgynevezett polimerekké. Kémiai szempontból azonban a legkevésbé sem javasolt az aminosavakat vagy más monomereket láncokba rendezni egy hatalmas vízalapú környezetben, mint amilyen az ősleves, vagy az óceánban egy hidrotermális kürtő közelében. Ahogy azt az Amerikai Tudományos Akadémia megjegyzi: „Két aminosav spontán nem kapcsolódik össze a vízben. Termodinamikai szempontból inkább az ellenkező reakciót részesítik előnyben.” Hasonlóképpen, az életeredet teoretikusai, Stanley Miller és szellemi örököse, Jeffrey Bada elismerték, hogy az aminosavak peptidekké történő polimerizációja „minden hőmérsékleten folyékony víz jelenlétében kedvezőtlen”. Más szavakkal, a víz a monomerek fehérje-láncait aminosavakká (vagy más alkotórészekké) bontja, ami nagyon megnehezíti hosszabb peptidek (vagy más polimerek, például RNS) előállítását az őslevesben. Így a legutóbbi Nature cikk elismeri:
A kémikusok még nem tudtak ezt a sokféle biológiai molekulát szintetizálni olyan körülmények között, amelyek a tengervizet utánozták.
A felbukkanó bizonyítékok alapján sok kutató elvetette azt a gondolatot, hogy az élet az óceánokban alakult ki, és inkább a szárazföldi környezetre összpontosítottak, olyan területeken, ahol nedves és száraz közeg is előfordul…
A nyílt óceán elmélet életképtelen, mondja Frenkel-Pinter, mert a vegyületek koncentrálódására nincs mód. „Ez valóban probléma” – ért egyet Bonfio.
Kerülő út
Egyesek szerint ennek megkerülése egy kevésbé nedves környezet megtalálása, ahol a primitív szerves monomerek kisebb víztömegekben koncentrálódhatnak, de aztán a víz kiszárad, lehetővé téve a polimerek „dehidrációs szintézisét”. Így a Nature cikk elmagyarázza, hogy az életeredet-kutatók egy másik tábora azt a nézetet részesíti előnyben, hogy „az élet kulcsmolekulái és magfolyamatai” a felszíni vizekben képződtek, például „viszonylag sekély, patakok által táplált víztestekben”. Ez a javaslat nem örvend népszerűségnek számos életeredet teoretikusnál, akik az óceáni környezetet vagy a tenger alatti hidrotermális kürtőket gondolják inkább az élet keletkezésének helyszíneként:
A szemléletváltás [az élet eredete szempontjából az óceántól a földfelszín irányába] nem igazán nevezhető egyöntetűnek, de a szárazföldi eredet gondolatát támogató tudósok szerint ez megoldást kínál egy régóta felismert paradoxonra: hogy bár a víz elengedhetetlen az élethez, az élet alapvető elemeire mégis romboló hatású.
A cikk tehát két 22-es csapdáját is bemutat az élet eredetével kapcsolatban:
az élet alapvető vegyületei napfényből eredő ultraibolya sugárzást igényelnek a formálódáshoz, és a vizes környezetnek erősen koncentrálttá kell válnia, vagy időnként teljesen ki kell száradnia.
Az érthetőség kedvéért, a 22-es csapdája a következő:
• UV sugárzásra van szükség bizonyos létfontosságú építőelemek kialakulásához, de a túl sok UV sugárzás elpusztítja ezeket a vegyületeket.
• Bizonyos építőelemek kialakulásához vízre van szükség, de ha a vizet nem távolítják el, akkor az élet keletkezésének következő lépése nem haladhat tovább, vagyis, hogy a monomerek polimereket képezhessenek.
Az arany középút
Részleges megoldásként a cikk azt javasolja, hogy amikor az élet keletkezéséhez szükséges korai lépésekben engedélyezzük az „időszakos száradás” speciális ciklusait, akkor összetettebb molekulák képződhetnek. De ez úgy hangzik, mint egy finoman hangolt eseménysorozat, melynek célja az élet kialakulásához „éppen megfelelő” feltételek megteremtése. A cikk pedig elismeri, hogy egy ilyen megoldás „arany középút” feltételeket igényel:
Más szavakkal, lehet, hogy éppen megfelelő mennyiségű víz van: nem túl sok, hogy a biológiai molekulák túl gyorsan pusztuljanak el, de nem is túl kevés, hogy semmi se változzon.
De van egy sokkal nagyobb probléma – még akkor is, ha ezek a szerencsés forgatókönyvek működnek: mégpedig az, hogy e molekulák előállítása nem egyenlő az élet kialakulásával:
A cikk írója szerint a száraz körülmények lehetőséget teremtettek a láncmolekulák, például a fehérjék és az RNS kialakulására.
De csupán az RNS és más molekulák előállítása még nem élet. Önfenntartó, dinamikus rendszernek kell kialakulnia.
Ilyen komplex rendszerek létrehozásához azonban kémiai energiára van szükség – ennek köszönhetik a kémiai energiában gazdag hidrotermális kürtők a népszerűségüket. A fentiekben említett okokból azonban a hidrotermális kürtők (és más vizes közegek) sem problémamentesek. Ennek ellenére a hidrotermális eseményeknek még mindig vannak támogatói:
Az alternatív tengeri kialakulás fő szószólója az 1980-as évek óta Michael Russell geológus, a kaliforniai pasadenai Jet Propulsion Laboratory független kutatója. Russell szerint az élet a tengerfenék kürtőiben kezdődött, ahol a meleg lúgos víz felszivárog az alatta lévő geológiai képződményekből. A meleg víz és a kőzetek közötti kölcsönhatások szolgáltatnák a kémiai energiát, amely először egyszerű anyagcsere-ciklusokat irányítana, amelyek később megkezdenék olyan vegyületek, mint az RNS, előállítását és használatát.
Russell bírálja Sutherland megközelítését. „Ő a kémia látványos részeit mutogatja” – mondja, de Russell számára egyik sem releváns. Ennek oka, hogy a modern organizmusok teljesen más kémiai folyamatokat használnak olyan anyagok előállításához, mint az RNS. Azt állítja, hogy előbb ezeknek a folyamatoknak kell létrejönniük, mint maguknak az anyagoknak. „Az élet nagyon sajátos molekulákat válogat ki. De nem lehet őket a kispadról kiválasztani. A semmiből kell elkészíteni őket, és ez az élet.”
Vegyük észre az utolsó bekezdésben szereplő kritikát: Az élet keletkezésének szárazföldi modelljével az a probléma, hogy az csak vegyületeket hoz létre, de nem hozható összefüggésbe az élethez szükséges biokémiai folyamatokkal. De persze van egy ellenérv a szárazföldi modell szószólóitól – nevezetesen, hogy nem lehet az élethez szükséges vegyületeket a víz alatt előállítani:
„E szintézisek egyike sem létezik a mélytengeri hidrotermális kürtő hipotézisben. Egyszerűen nem történt meg, és valószínűleg azért, mert nem megvalósítható” – mondja Catling.
Frenkel-Pinter szintén kritikus a kürtő ötletét illetően, mert azok a molekulák, amelyekkel számol, ilyen körülmények között nem maradnának fenn sokáig. „Ezeknek a protopeptideknek a képződése nem igazán kompatibilis a hidrotermális kürtőkkel” – mondja Frenkel-Pinter.
Egy újabb 22-es csapdája: legjobb esetben vagy előállíthatja az élethez szükséges vegyületeket, vagy hozzáférhet a biokémiai reakciók működtetéséhez szükséges kémiai energiához. De nem tudja mindkettőt egyszerre.
Legyünk kreatívak
Itt kell az életeredet kutatóinak nagyon kreatívnak lenniük – de minél kreatívabbak lesznek, annál inkább hasonlítanak a megoldásaik a teleológiára. Az egyik kutató egy végsőkig „aranyközéputas” megoldást javasolt, ahol a tenger alatti hidrotermális kürtőben valahogy „száraz terek” voltak, ahol a víz kiszáradhat. John Sutherland egy még bonyolultabb javaslattal állt elő, amely szerint egy meteorit találta el a földet, majd… de álljon itt inkább az eredeti szöveg:
egy meteorit ütközési kráter, amelyet a Nap és a becsapódás maradék energiája melegít, és több vízfolyás csorog le a lejtős oldalakon, és végül a kráter alján lévő medencében egyesül. Ez egy összetett, 3D-s környezet lehetett ásványi felületekkel, amelyek katalizátorként működhettek, ahol a szénalapú vegyületek felváltva feloldódhattak a vízben és kiszáradhattak a Napon.
Emlékezzünk James Tour analógiájára, amely az életeredet legkorszerűbb elgondolását ahhoz a történethez hasonlította, mikor egy földrengés közben a sütemény összes összetevője épp megfelelő sorrendben ömlik ki a szekrényekből, és így megsülhetett a sütemény.
A nagy szakadás
Akárhogy is, a lényeg: a Nature cikk elismeri, hogy az életeredet kezdeti lépéseinek helyszínéről folytatott vita jelentős szakadáshoz vezetett az életeredet-kutatás területén, amelynek megválaszolásához további kutatásokra van szükség:
Hol történhetett mindez? Ezen a ponton generációs megosztottság is megfigyelhető. Sok idősebb kutató elkötelezett egyik vagy másik forgatókönyv mellett, míg a fiatalabb kutatók gyakran azzal érvelnek, hogy a kérdés teljesen nyitott…
Az életkezdet helyszínének megismeréséhez meg kell érteni a prebiotikus kémia teljes képét: hogyan illeszkedik egymáshoz a számtalan reakció, és milyen változatos körülmények között tudnak előfordulni.
Mire juthatunk ezek alapján? Évek óta azt ígérik nekünk, hogy az élet keletkezésének megoldása már csak egy lépés. Mégis, 2021-ben, a teoretikusok nem tudnak megállapodni az élet keletkezése kapcsán már a kezdeti folyamatok helyszínét illető alapvető kérdésekben sem. Ennek az az oka, hogy mindegyik elmélet problémás: A vizes környezet nem képes koncentrálni a molekulákat vagy polimereket alkotni, és a tenger alatti hidrotermális kürtők hajlamosak elpusztítani a prebiotikus szerves molekulákat. A föld felszínén viszont nincs működő kémiai energiaforrás az élethez szükséges kémiai reakciók kiváltására, ami arra kényszeríti a kutatókat, hogy aranyközépút-elméleteket gyártsanak, ahol a víz, a hő és az UV sugárzás mennyisége „épp megfelelő”, és a szükséges molekulák a folyamat során anélkül alakulhatnak ki, hogy közben megsemmisülnének.
Talán a következő években történhet valós előrelépés. De egyelőre, ha bármit megállapíthatunk, az a következő:
Az életeredet teoretikusok nem „közelednek” az élet eredetének magyarázatához, és az ígéretek, amiket kaptunk, üres blöffnek tűnnek, amelyek célja az emberek megtartása azon a bizonytalan úton, amely végül reményeik szerint a materialista megoldások felé vezet.
A Center for Science and Culture társigazgatója
Casey Luskin geológus és jogász, így az evolúcióról folytatott vitában mind a tudományos, mind a jogi kérdésekben otthonosan mozog. Földtudományokból a Kaliforniai Egyetemen (San Diego) szerzett diplomát, ahol tanulmányai során mindvégig széleskörűen kutatta az evolúciót. Geológiai doktori fokozatát a Johannesburgi Egyetemen szerezte. Jogi végzettséget a San Diego Egyetemen szerzett, ahol alkotmányjoggal, ill. az oktatási- és a környezetvédelmi törvénnyel foglalkozott.
Előző cikk:
Dr. Farkas Ferenc vegyészmérnök: A Miller-Urey kísérletek hibái
Következő cikk:
Bővebben:
Prof. John R. Baumgardner, geofizikus:
Képes-e a véletlen molekuláris kölcsönhatás életet létrehozni?
Az Evolúció Akhilleusz sarkai (halálos pontjai) című könyv 3. fejezet: Az élet eredete