Pokoli körülmények között alakulhatott ki a földi élet

Egy nemrég publikált kutatás szerint minden korábbinál, a Föld kialakulása után alig 400 millió évvel később, a korai hadaikumban jelent meg a minden mai élőlény közös ősének tekintett első organizmus, méghozzá nem is akármilyen környezetben. Pokoli körülmények uralkodtak ekkoriban a frissen megszületett bolygónkon; a sorozatos becsapódási események felszaggatták a szilárd kérget és iszonyatos mennyiségű hőt szabadítottak fel, ami miatt 1000 Celsius fokot meghaladó hőmérsékletű magmatengerré vált a felszín. Amikor az aszteroida becsapódások száma visszaesett, a megszilárduló kéregből rengeteg vízgőz jutott az ősatmoszférába, ami több évezredig kitartó és heves esőzések formájában jutott vissza a felszínre létrehozva az első őstengereket, az élet keletkezésének közegét. Az új kutatás rávilágít, hogy a hadaikum rémálomszerű világában hogyan maradhatott fenn az az organizmus, LUCA, amit a földi élővilág és benne valamennyiünk közös ősének tekintenek.

Pokoli körülmények jellemezték a hadaikum időszalagját Fotó: Wikimedia Commons

Pokoli körülmények között kezdődött el a távoli múltban az élet, olyan környezetben, amit sokáig teljesen alkalmatlannak gondoltunk ehhez. A tudósok az feltételezik, hogy a hadaikum zord környezetében létezett egy olyan prokarióta-szerű organizmus, amit az utolsó egyetemes ősnek (LUCA), az összes élőlény közös felmenőjének tekinthetünk a legegyszerűbb baktériumoktól kezdve egészen a Homo sapiensig bezárólag.

Hadaikumi tájkép. Pokoli körülmények között jelent meg ebben a világban LUCA, az összes sejtes létforma közös őse     Fotó: New Scientist

Pokoli körülmények között jelent meg az élet színpadán mindannyiunk közös őse

Az 530 millió éve történt, kambriumi robbanásként ismert esemény indította el az összetett létformák máig tartó virágzását, de az élet valódi idővonala ennél sokkal távolabbra nyúlik vissza a földtörténeti múltban. Eddig úgy vélték, hogy a közös egyetemes ős, LUCA, a Föld keletkezése után 600 millió évvel jelenthetett meg, elindítva az élővilág fejlődéstörténetét. Egy nemzetközi tudóscsoport azonban az eddig feltételezettekhez képest még távolabbra tolja ki ezt az idővonalat mintegy 4,2 milliárd évvel ezelőttre, miközben néhány lenyűgöző részletet is feltár arról, hogy milyen lehetett LUCA élete a korai hadaikum pokoli viszonyai között.

A hadaikum a földtörténet legelső időszalagja (eon) ami a Föld keletkezésétől, 4,6 milliárd évtől 3,8 milliárd évvel ezelőttig tartott. A hadaikum eseményei a bolygóanyag összeállásától az első ősóceánok kialakulásán át egészen az élet kialakulásáig terjednek, ami miatt a hadaikum a földtörténet egyik legmozgalmasabb eonjának számít. Az ezt követő további eonok az archaikum, a proterozoikum és a fanerozoikum.

A kutatás eredményét, illetve végkövetkeztetéseit a Nature Ecology & Evolution szakfolyóiratban tették közzé. A tudóscsoport konklúziója szerint valamennyi létező sejtélet közös ősére többek között az univerzális genetikai kód, a fehérjeszintézis gépezete és 20 aminosavból álló készlete a legalapvetőbb bizonyíték. Erről a közös ősről alkotott ismereteink alapvetőek lehetnek a földi élet korai evolúciójának megértésében - hangsúlyozzák a kutatók. 

Az egyetemes közös ős, LUCA, alig 400 millió évvel a Föld keletkezése után lépett fel az élet színpadára, extrém zord környezeti körülmények között    Fotó: The Hadean Eon

A tudósoknak rendkívüli távolságra kellett visszadolgozniuk magukat az időben ahhoz, hogy megállapítsák, mikor jelent meg LUCA a Földön. A kutatócsoport először összehasonlította az élő fajok génjeit és megszámolta azokat a mutációkat, amelyek azóta jöhettek létre, hogy közös ős megjelent. A fajok elválasztásának idejére épülő genetikai egyenlet segítségével a csapat arra az eredményre jutott, 

hogy LUCA már a Föld kialakulása után alig 400 millió évvel később jelenhetett meg a hadaikum pokoli, geológiai rémálmában. 

Legtöbben úgy gondolják, hogy az élet szép lassan, csendben fejlődött ki a formálódó ősi óceánok langymeleg vizében. Valójában a közös ős a földtörténet egyik legzordabb és mai fogalmaink szerint szélsőségesen életellenes közegében lépett ki az élet színpadára.

A feltételezések szerint LUCA élőhelye a hadaikum ősóceánjainak hidrotermális kürtőiben lehetett  Fotó: Bizley Art

Ez egyben azt is jelenti, hogy a földi élet története olyan környezeti viszonyok között kezdődött el, amelyeket erre mindeddig alkalmatlannak tartottunk. Önként adódik tehát a kérdés: ha ennyire ellenséges, életellenes volt a hadaikumi környezet, mégis, hogyan maradhatott meg közös ősünk ebben a zord közegben? A tudósok azt feltételezik, hogy LUCA olyan hidrotermális kürtőkben élt, ahol a föld mélyéről feltörő ásványokban gazdag forró víz és gázok megfelelő tápanyagot biztosítottak számára.

Már LUCA is küzdhetett az első primitív ősi vírusokkal

"A gének evolúciós történetét jelentően megbonyolítja a leszármazási vonalak közötti csere" - mondta sajtónyilatkozatában Edmund Moody, a Bristoli Egyetem munkatársa és a tanulmány vezető szerzője, akit a Popular Mechanics portál  idéz. „Komplikált evolúciós modelleket kellett használnunk ahhoz, hogy összeegyeztessük a gének evolúciós történetét a fajok genealógiájával” - fűzte hozzá az evolúcióbiológus. 

A hadaikum idején jöttek létre az első prokarióták    Fotó: New Scientist

A tudósok azonban nem elégedtek meg azzal, hogy meghatározták a legelső közös ős korát, hanem egy lépéssel még tovább mentek és visszakeresték az élő fajok fiziológiai jellemzőit, hogy megértsék, milyen lehetett LUCA 4,2 milliárd évvel ezelőtt - a kapott eredmények pedig nagyon meglepő válaszokat adtak. A tudósok szerint bár LUCA egy egyszerű prokarióta volt, de valószínűleg már rendelkezett egy kezdetleges immunrendszerrel, vagyis harcolt az ősvírusokkal.

A prokarióták körülhatárolt sejtmag nélküli élőlények, az ismert legősibb sejtes szervezetek, egyúttal a legegyszerűbbek is, mivel az eukarióták rendkívül differenciált és fejlett sejtszervecskéket alkotó belső membránrendszere bennük még rendkívül kezdetleges.

Ez egyértelműen arra utal, hogy már akkor is létezhettek olyan primitív ősvírusok, amelyek megpróbálták kihasználni az új életformát, vagyis LUCA nem lehetett egyedül. "Egyértelmű, hogy LUCA megváltoztatta a környezetét, de az nem valószínű, hogy egyedül élt volna" - nyilatkozta ezzel kapcsolatban Tim Lenton, az Exeteri Egyetem munkatársa és a tanulmány társszerzője, hozzátéve, hogy LUCA más mikrobákkal együtt hozzájárulhatott az élet történetében az első újrahasznosító primitív ökoszisztéma kialakításához. Míg LUCA az általunk ismert legrégebbi közös ős, a tudósok azt még mindig nem értik, hogyan fejlődhetett ki az élet a kezdetektől számítva az első olyan korai közösségekig, amelyeknek LUCA is része volt.

A közös ős, LUCA leszármazási vonalai az emberig      Fotó: Al Hakam

Az igazi és még mindig megválaszolatlan kérdés az azonban, hogy miként vált az élettelen anyag az élet hordozójává. 

A kutatás arra is rávilágít, hogy az egyszerű létformák a mindeddig életellenesnek vélt környezeti körülmények között is kifejlődhetnek, ami új megvilágításba helyezi a földönkívüli élet lehetőségeivel kapcsolatos kérdések megválaszolását is. Egy bizonyos: az élet eredete sokkal bonyolultabb és lenyűgözőbb annál, mint ahogy eddig gondoltuk. A további tanulmányoknak mélyebbre kell merülniük ebben a fantasztikus őstörténetben ahhoz, hogy valóban megérthessük létezésünk titkait.

A kutatás legfontosabb megállapításai

• a Földön minden élet egy egyetemes közös ősre vezethető vissza,
• ez a közös ős már 400 millió évvel a Föld kialakulása után létezhetett,
• ez az életforma korai immunrendszerrel rendelkezhetett, ami azt valószínűsíti, hogy küzdött az ősi vírusokkal.