REHOVOT, IZRAEL (2000. június 5.) – Az egyik legnagyobb rejtély, amely világszerte sok tudóst folyamatosan lenyűgöz, az a mód, ahogyan az élet keletkezett az ősi Földön. Az elfogadott felfogás az, hogy az élő szervezetek megjelenése előtt volt a kémiai evolúció egy szakasza, amely az élettelen kémiai keverékeken belüli szelekciót jelentette. Úgy gondolják, hogy végül ez vezetett ahhoz a döntő pillanathoz, amikor önreplikálódó molekulák keletkeztek. Mivel az önreplikáció az élőlények legalapvetőbb jellemzője, az ilyen eseményt gyakran az élet születéseként határozzák meg.
A molekuláris rendszerek önreplikációját gyakran az információtartalom összefüggésében tekintik. Sok tudós úgy véli, hogy az élet a biopolimerek, például a fehérjék vagy az RNS spontán megjelenésével kezdődött, ahol az információt a kémiai egységek sorrendjében tárolják. Az évmilliárdokkal ezelőtti földi viszonyokat utánzó kísérletek kimutatták, hogy az ilyen kémiai egységek, pl. a fehérjék és az RNS egyes építőkövei spontán módon megjelenhetnek. Ennek ellenére a fehérjék vagy az önreplikálódó RNS-molekulák megjelenése rejtélyes maradt.
Ezzel indította útjára Doron Lancet professzort, a Weizmann Tudományos Intézet Crown Human Genome Centeréből, valamint tanítványait, Daniel Segrét és Dafna Ben-Elit a fehérjék és RNS alternatíváihoz vezető úton. Kidolgoztak egy modellt, amely lipidmolekulákon alapuló új útvonalat javasol az élet keletkezésére. Ezt a modellt a Proceedings of the National Academy of Science (USA) legutóbbi számában megjelent cikk ismerteti.
A lipidek olajos anyagok, amelyek a sejtmembránok fő összetevőiként ismertek. A lipideknek két különböző aspektusa van – az egyik hidrofil (vízvonzó), a másik hidrofób (víztaszító). Könnyen szintetizálódnak szimulált prebiológiai körülmények között, és bipartit természetük miatt hajlamosak spontán szupramolekuláris struktúrák kialakítására, amelyek több ezer molekulaegységből állnak. Ezt a lipidszerelvények (micellák) szemléltetik, amelyekről kimutatták, hogy képesek a sejtreplikációra emlékeztető módon növekedni és hasadni. Egy kritikus kérdés azonban megválaszolatlanul maradt: hogyan tudnának a lipidszerelvények információt hordozni és terjeszteni?
A Lancet és munkatársai által javasolt modell megoldást kínál. Feltételezik, hogy korán a lipidszerű vegyületek nagyon sokféle formában és formában léteztek. Matematikailag kimutatták, hogy ilyen körülmények között a lipidszerelvények majdnem annyi információt tartalmazhatnak, mint egy RNS-szál vagy egy fehérjelánc.Az információkat az összeállítás összetételében, azaz az egyes vegyületeinek pontos mennyiségében tárolnák, nem pedig egy karakterláncon lévő molekuláris "gyöngyök" sorozatában. Hasznos analógia a parfüm esetében: az információ – az orrban lévő receptorok által érzékelt illat – az egyes összetevők arányától függ a keverékben, de az aromák hozzáadásának sorrendje nem fontos.
Így a szerzők azt állítják, hogy a heterogén lipidegyüttesek „összetételű genomjuknak” tekinthetők. Bemutatják továbbá, hogy egy cseppszerű lipidegyüttes növekedése és felosztása során hogyan nyilvánulhat meg egyfajta öröklődés. Számítógépes szimulációik azt mutatják meg, hogy a kompozíciós genomot miként adják át bizonyos hűséggel az utódok számára. A modell kulcsfontosságú aspektusa az, hogy az ilyen molekuláris öröklődés hogyan lehetséges. A mai sejtekben az információtartalmú DNS replikációját fehérje enzimkatalizátorok segítik elő. A korai prebiológiai korszakban a katalízist ugyanazok a lipidszerű anyagok végezhették, amelyek az információt hordozzák.A cseppekben már jelenlévő molekulák molekuláris szelekciós bizottságként működnének, egyeseknél fokozva a bejutási arányt, míg másokat elutasítva.
Lancet, Segre és Ben-Eli egy számítógépes szimulációt tervezett, amely megmutatja, hogy a sajátos összetételű lipidcseppek pusztán fizikokémiai elveken alapulva miként akkumulálódnak, növekednek, hasadnak, replikálódnak, halmozzák fel a kompozíciós mutációkat, és hogyan vesznek részt összetett evolúciós játék. Fontos, hogy teljes szerelvények, viszonylag kis molekulák összetett keverékei replikálódnak.
Ez eltér a régebbi modellektől, amelyekben egyetlen, hosszú RNS polimert másolnak. A tudósok modellje nagyon kevés kémiai feltételezést tesz, és az életfolyamatokra emlékeztető gazdag molekuláris viselkedést vezet le. Emiatt megvan a lehetősége arra, hogy megteremtse a régóta keresett hidat, amely az élettelen világból az élő szervezetek világába vezet.
Ez a kutatás már jelentős érdeklődést váltott ki, és Freeman Dyson, a Princeton Institute of Advanced Study munkatársa, az Élet eredete című klasszikus könyvének nemrég megjelent új kiadása idézte.A következő fontos megválaszolandó kérdés: hogyan mehettek keresztül a lipidcseppek a számos átmeneten, amelyek ahhoz szükségesek, hogy az általunk ismert élő sejtekhez jussanak? Ebben az értelemben a tanulmány az első lépést jelenti egy hosszú út során.
Lancet professzor a Ralph és Lois Silver Neurogenomics professzori katedrája. Lancet professzor kutatásait az izraeli Ebner Family Biomedical Research Foundation támogatja; Henri és Francoise Glasberg Alapítvány, Franciaország; Alfried Krupp von Bohlen und Halbach Stiftung, Németország; La Foundation Raphael et Regina Levy, Franciaország; Dr. Ernst Nathan Orvosbiológiai Kutatási Alap, USA; A Kalman és Ida Wolens Alapítvány, Korzikána, Texas és a The Wolfson Family Charitable Trust, Anglia.
