Az élet közel 4 milliárd éve jelent meg a Földön. Ahhoz, hogy megértsük, mi vezetett a kialakulásához, ismernünk kell nélkülözhetetlen építőköveinek, a bonyolult szerves molekuláknak az eredetét. Ilyen molekulák az aminosavak is, melyekről évek óta tudjuk, hogy a világűr mostoha körülményei közt is létre tudnak jönni, még a naprendszerek keletkezése előtt.

Egy új, hétfő délután a Nature Astronomy tudományos folyóiratban közzétett kutatás azt vizsgálta, hogy milyen feltételek szükségesek egyszerűbb aminosavak keletkezéséhez. Meglepő módon kiderült, hogy ultraibolya vagy kozmikus sugárzás nélkül is létre tud jönni a legegyszerűbb aminosav, a glicin (NH2-CH2-COOH), legalábbis vízben gazdag jégszemcsék felszínén.

Sergio Ioppolo és kutatótársainak áttörő felfedezése arra utal, hogy bizonyos aminosavak a csillagközi tér egyes, molekulafelhőknek nevezett régióiban, még a csillagok formálódása előtt létrejöhetnek. A molekulafelhők a csillagközi tér olyan régiói, ahol a szokásosnál több gáz, porszemcse és egyszerű molekula, például hidrogén halmozódik fel. Ezeknek a molekulafelhőknek a sűrűbb régióiban jönnek létre a csillagok is.

Az európai űrügynökség, az ESA Rosetta űrszondája és az amerikai űrhivatal, a NASA Stardust űrszondája korábban már megerősítette, hogy üstökösökön is megtalálható a glicin, más, egyszerűbb szerves molekulákkal együtt. További vizsgálatok arra utalnak, hogy legalábbis a Rosetta által vizsgált 67P üstökös nem sokat változott a Naprendszer keletkezése óta, és az sem kizárt, hogy a megtalált szerves molekulák még a Napunk keletkezése előtt jöttek létre.

A korábbi kutatások arra utaltak, hogy a molekulafelhőkben aminosavak parányi jégszemcséken való keletkezéséhez külső energiára van szükség, például UV-sugárzásra vagy hősugárzásra. Emiatt az volt a vélekedés, hogy aminosavak csak a csillagkeletkezés előrehaladott stádiumában jöhetnek létre, az új csillagot körülvevő régióban. Az új kutatásban laboratóriumi kísérletekkel és asztrokémiai modellek segítségével a szakemberek arra keresték a választ, hogy vajon milyen más folyamatok vezethetnek még egyszerű aminosavak létrejöttéhez. Arra is szerettek volna választ kapni, hogy mindez megtörténhet-e még a csillag kialakulását megelőzően, egy ilyen sűrű, hideg és sötét molekulafelhőben.

A szakembereknek sikerült igazolni, hogy glicin létrejöhet a világűrben uralkodó körülmények között, egy olyan, vízben gazdag jégszemcsén, amelyen szén-dioxid, ammónia és metánjég is jelen van. Ehhez csak két dolgot kellett feltételezniük. Egyrészt azt, hogy az apró metán-ammónia-jégréteg felszínén kialakulhat egy metilamin (NH2CH3) molekula. Emellett az is ismert, hogy egy hidrogén és oxigén atomból álló hidroxilgyök (OH) is ki tud alakulni a jégszemcsék felszínén. A szabad gyökök olyan atomok, molekulák vagy ionok, melyek párosítatlan vegyértékelektronnal rendelkeznek, ami kémiailag erősen reaktívvá teszi őket.

A kísérletben az említett metilamint, illetve szén-monoxid- molekulákat helyeztek el, illetve hidrogénatomok és oxigénmolekulákból hidroxilgyökök formálódását idézték elő jégszemcséken, mindössze 13 Kelvin (-260 Celsius-fok) hőmérsékleten. A hidroxilgyökök képesek reagálni a szén-monoxiddal, amelynek során HO-CO, illetve a metilaminnal, amivel az NH2CH2 szabad gyök formálódik. Az NH2CH2 és a HO-CO ezután probléma nélkül képes egyesülni, és ez a glicin létrejöttéhez vezet, -260 Celsius-fokos hőmérsékleten. A reakció melléktermékeként vízmolekulák, hidrogén-peroxid-molekulák, illetve egy kevés formaldehid és metanol képződik. Ez azért is lényeges, mert ezáltal a jégréteg összetétele jobban hasonlít a csillagközi térben lévő jégszemcsékére. A molekulák - így a glicin - jelenlétét is az anyagok összetételét vizsgálni hivatott infravörös és tömegspektrométerekkel és további kontrollkísérletekkel igazolták.

A laborkísérletek alapján tehát a glicin képes létrejönni csupán felszíni kémiai reakciók útján, alacsony hőmérsékleten. Mindezt azonban a kutatók meg szerették volna erősíteni, két olyan, eltérő asztrokémiai modell segítségével, amely kifejezetten a kémiai reakciók mechanizmusát és időbeni lefolyását (reakciókinetika) modellezi. Az első modell szerint glicin valóban létrejöhet sűrű molekulafelhőkben, mennyisége pedig a vízhez viszonyítva elérheti a 0,04-0,07 százalékot. A második modell alapján a glicin létrejötte a molekulafelhők erős sűrűsödése után kezdődik, és megerősíti azt, hogy a glicin kialakulásához szükség van metilaminra, legalábbis a csillagformálódás előtti molekulafelhőben. A hosszú csúszás után várhatóan jövő ősszel elinduló James Webb űrteleszkóp lehet az első, amely mindezt bebizonyítja, és kimutatja a glicin és akár más aminosavak jelenlétét a csillagközi molekulafelhőkben.

Összességében a kutatók következtetése az, hogy a legegyszerűbb aminosav, a glicin létrejöhet sűrű molekulafelhőkben található, vízben gazdag jégszemcséken. Ez arra mutathat, hogy a glicin sokkal elterjedtebb a világűrben a korábban gondoltnál. és jégszemcsékben meg tud őrződni, amíg üstökösökbe és más kisebb objektumokba nem kerül. Valószínűsíthető az is, hogy olyan egyszerűbb aminosavak, mint az alanin és a szerin szintén létrejöhetnek vízben gazdag környezetekben a világűrben. Ezek az aminosavak nem sokkal a Föld keletkezése és az első óceánok megjelenése után bolygónkra juthattak, ahol már az itt kialakult társaikkal együtt kulcsfontosságú szerepet játszhattak az élet létrejöttében.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten:

Szintetikusan már létezik az az enzim, amely beindíthatta az életet a Földön

Vajna Tamás tudomány 2017. november 15.

Bár a diamidofoszfátnak még nem bukkantak a nyomára a Föld őskorának kutatói, egy a Nature-ben megjelent tanulmány mégis azt állítja, hogy ennek az élettelenből élőt kreáló primitív enzimnek az alkotóelemei már ott rotyogtak a 4 milliárd évvel ezelőtti őslevesben.

Rácáfoltak Darwin elméletére a földi élet kialakulásáról

Bodnár Zsolt tudomány 2019. november 6.

Darwin szerint az élet egy meleg pocsolyában jött létre, de a legfrissebb kísérletek szerint az óceán legmélyén létezhetett ideális környezet a protosejtek kialakulására.

Ha az élet keletkezéséről van szó, a legkreatívabb fantázia sem tud versenyre kelni több százmillió év kémiai kísérleteivel

Vajna Tamás tudomány 2020. szeptember 21.

Az evolúciós átmenetek néven ismertté vált elméletet továbbfejlesztő budapesti iskola tagjai az elmúlt három évtized hazai eredményeit foglalták össze a Nature Reviews Chemistry-ben megjelent cikkükben. A tanulmány társszerzőjét, Szilágyi András biofizikust kérdeztük az élet eredetét firtató kutatásokról.