Az élet eredete

Sokan félnek a biológiától, mert azt gondolják, túl bonyolult és nehéz megérteni. Tarts velem egy utazásra, ahol megmutatom neked, mennyire szerethető és mennyire csodálatos mindaz, amit mi, emberek biológiának nevezünk.

A köztudatban van egy mondásunk: „az élet írja a legjobb történeteket”. Bebizonyítom neked, hogy ez az állítás igaz. Ebben a néhány megállóban lesz szó szerelemről, horrorfilmbe illő történetekről, amelyekhez foghatót talán még Stephen King sem tudna írni, és megismerkedünk a biológia olyan oldalával, amelyről az iskolában általában alig esik szó.

Az első megállónkhoz speciális járműre lesz szükségünk. Egy időgépre, amely nem roppan össze a hatalmas nyomás alatt, ugyanis a tengerek és óceánok mélyére utazunk. Négyezer méter mélyre. Itt a nyomás nagyjából négyszázszorosa a felszíni légnyomásnak. Odalent vaksötét van. A napfény már régen eltűnt fölöttünk. Nincs napfelkelte és napnyugta, csak az örök sötétség, a hideg víz és az elképesztő nyomás.
Üdv a Föld egyik legdurvább helyén, ahol egész ökoszisztémák léteznek anélkül, hogy közvetlenül a Nap energiájára támaszkodnának.

Amikor leérsz, az első dolog, ami megüt: a sötétség.
Nem olyan sötétség, mint amikor éjszaka lekapcsolod a lámpát. Ez más. Teljes sötétség. Olyan világ, ahová soha nem jut el egyetlen napsugár sem.
Leérkezünk az óceánfenékre, és az időgépünkön megnyomjuk a világítás gombját.

És meglátjuk őket.

Füstölgő kéményeket. Feketéket, fehéreket.
Ezek a mélytengeri hidrotermális kürtők.

A fekete füstölők belsejéből akár 350–400 °C körüli, ásványi anyagokban gazdag víz is feltörhet. Normális légköri nyomáson ilyen hőmérsékleten a víz természetesen már régen gőzzé változna. Több kilométerrel az óceán felszíne alatt azonban akkora a nyomás, hogy egészen más fizikai körülmények uralkodnak.

A feltörő folyadék ráadásul tele van oldott ásványi anyagokkal és fémvegyületekkel. Amikor találkozik a néhány Celsius-fokos tengervízzel, ezek egy része kicsapódik. Ettől látszik úgy, mintha a kémény fekete füstöt okádna.
Mintha egy víz alatti sárkány lélegezne.

Mit tanultál az iskolában?
Azt, hogy a földi élet energiaforrása a Nap. A növények fotoszintetizálnak, az állatok megeszik a növényeket vagy más állatokat, és végső soron szinte minden tápláléklánc visszavezethető a napfényhez.

Ez többnyire igaz, de nem mindig! Itt lent, négyezer méter mélyen nincs napfény. Soha nincs, mégis hemzseg az élet. Hatalmas csőférgek, kagylók, rákok, csigák és mikroorganizmusok élnek a hidrotermális kürtők környezetében. Ennek az ökoszisztémának az alapját nem a fotoszintézis, hanem nagyrészt a kemoszintézis jelenti.

Bizonyos baktériumok és archeák a környezetükben található szervetlen vegyületek – például hidrogén-szulfid vagy hidrogén – kémiai reakcióiból nyernek energiát. Ezt az energiát használják arra, hogy szén-dioxidból szerves anyagokat építsenek fel.

Nincs fény, nincs fotoszintézis. Van viszont kémia. És van élet.

És itt válik igazán érdekessé a történet. A kutatók ma sem tudják biztosan, hol és pontosan hogyan alakult ki az első élet a Földön. Több komoly hipotézis létezik. Az egyik szerint az élet kialakulásának fontos helyszínei lehettek a mélytengeri hidrotermális rendszerek.

Nem feltétlenül maguk a 400 °C-os fekete füstölők. Az ilyen hőmérséklet a ma ismert élet számára túlságosan magas. Sokkal érdekesebbek lehettek azok a környezetek, ahol a forró, ásványi anyagokban és hidrogénben gazdag hidrotermális folyadék találkozott a hidegebb óceánvízzel.
Itt természetes kémiai gradiensek, ásványi felületek és folyamatos energiaforrás állhatott rendelkezésre – vagyis több olyan feltétel egyszerre, amelyre az élet kialakulásához szükség lehetett.

A hidrotermális eredet ezért az élet keletkezésének egyik fontos tudományos hipotézise, de egyelőre nem bizonyított tény.
Lehetséges tehát, hogy az első élet nem egy kellemes, napsütötte sekély tengerben született.
Talán egy sötét, kőzetekkel körbezárt világban kezdődött.
Víz, szén-dioxid, hidrogén, ásványok, hőmérséklet-különbségek és rengeteg idő.

Nem tudjuk biztosan.De az biztos, hogy az élet történetének nagyon korai szakaszában már léteztek olyan élőlények, amelyeknek egyáltalán nem volt szükségük oxigénre vagy napfényre.És ez önmagában elképesztő.

Nézz körül. Nincs növény. Nincs fű. Nincsenek fák.
Mégis egy egész ökoszisztéma vesz körül.

Az egyik legismertebb lakó a Riftia pachyptila, az óriás csőféreg, amely akár két méternél is hosszabbra nőhet.
És itt jön a történet egyik legbizarrabb része. A kifejlett állatnak nincs szája.
Nincs gyomra.
Nincs bele.
Mégis táplálkozik.

A testében található egy speciális szerv, a trofoszóma, amelyben elképesztő mennyiségű baktérium él. A féreg a kopoltyúszerű vörös tollkoronáján keresztül oxigént, szén-dioxidot és hidrogén-szulfidot vesz fel a környezetéből. A keringési rendszere ezeket eljuttatja a benne élő baktériumokhoz.
A baktériumok pedig kemoszintézissel szerves anyagokat állítanak elő.
A féreg szállást és nyersanyagokat ad.
A baktériumok táplálják a férget.
Ezt nevezzük szimbiózisnak.
Ha nagyon romantikusan akarjuk megfogalmazni: ez a biológia egyik legfurcsább szerelmi története.
Nem azért vannak együtt, mert kedvelik egymást.
Az evolúció kötötte össze a sorsukat.

A hidrotermális kürtők környékén különleges rákfajokat is találunk.
Egyes mélytengeri garnélák, például a Rimicaris exoculata, felnőttként nem rendelkeznek a számunkra megszokott szemekkel. Ehelyett különleges, fényérzékeny szervük van a hátukon.

Ez nem valódi „hőkamera”, ahogyan néha leegyszerűsítve mondják, de segíthet érzékelni a hidrotermális kürtők környezetében kibocsátott gyenge sugárzást, és így eligazodni ebben a teljesen szokatlan világban.

Más fajok pedig a kürtők körül tenyésző baktériumtelepeket fogyasztják vagy baktériumokat tenyésztenek saját testük felszínén.
Mintha valaki egy étterem helyett magán hordozná a saját kertjét.
Mindenütt fehér, fekete, vöröses vagy sárgás ásványi lerakódások vesznek körül bennünket.
Nincs zöld növénytakaró.
Itt a látványt nem a klorofill uralja.
Hanem a vas.
A kén.
A különböző ásványok.
És a kémia.

Most valószínűleg egy szobában ülsz.
Van világítás.
Talán meleg van.
Van internet.
Netflix.

Könnyű elfelejteni, hogy közben te magad is egy elképesztően összetett kémiai rendszer vagy.
Minden másodpercben sejtek milliárdjai mozgatnak elektronokat, bontanak le molekulákat és építenek fel újakat.
A mitokondriumaidban működő energiatermelés első látásra nagyon messze áll a hidrotermális kürtők baktériumainak világától.
De van egy érdekes közös alapelv.
Az elektronok mozgatása.

A sejtlégzés során elektronok haladnak végig egy fehérjékből álló rendszeren. Ennek során protonkülönbség jön létre a mitokondrium membránjának két oldala között, amelyet a sejt végül ATP – vagyis közvetlenül felhasználható kémiai energia – előállítására használ.
A rendszer egyes fehérjéiben még vas-kén központok is találhatók.
Nem azért, mert a mitokondrium „kénből él”, hanem azért, mert az élet nagyon ősi kémiai megoldásokat használ még ma is.
Milliárd évek választanak el bennünket a legkorábbi élőlényektől.
De az alapvető biokémiai trükkök egy része elképesztően régi.

Talán ez az egész történet egyik legszebb része.
Nem tudjuk pontosan, milyen volt az első élőlény.
Nem tudjuk biztosan, hol alakult ki.
De ha ma élsz, akkor minden egyes ősödnek sikerült életben maradnia és legalább egyszer továbbadnia az örökítőanyagát.

Baktériumok.
Ősi egysejtűek.
Az első összetettebb sejtek.
Többsejtű élőlények.
Állatok.
Az első gerincesek.
Emlősök.
Főemlősök.
Emberek.
És végül te, aki ezt olvasod.

A lánc több milliárd éve nem szakadt meg.

Vegyél egy levegőt.
Az oxigén, amelyet most belélegzel, nélkülözhetetlen számodra.
De a korai Föld légkörében gyakorlatilag nem volt szabad oxigén.
Az első élőlények anaerobok voltak: olyan környezetben éltek, amelyben nem volt szükségük oxigénre. Sokuk számára az oxigén ráadásul kifejezetten mérgező lehetett.

Aztán megjelent az evolúció egyik legfontosabb találmánya: az oxigéntermelő fotoszintézis.
Ősi fotoszintetizáló mikroorganizmusok – a mai cianobaktériumok elődei – a napfény energiáját használva vizet és szén-dioxidot kezdtek felhasználni, miközben melléktermékként oxigént bocsátottak ki.
Eleinte ez az oxigén reakcióba lépett az óceánokban és a kőzetekben található anyagokkal, különösen a vassal.
De idővel már több oxigén keletkezett, mint amennyit ezek a folyamatok el tudtak nyelni.
Körülbelül 2,4 milliárd évvel ezelőtt az oxigén tartósan felhalmozódni kezdett a légkörben.
Ezt nevezzük nagy oxidációs eseménynek, vagy angolul Great Oxidation Eventnek.

A korábbi változatokban gyakran olvasható, hogy ekkor „a földi élet 90%-a kipusztult”. Erre azonban nincs megbízható bizonyíték. Az oxigén megjelenése biztosan óriási evolúciós nyomást gyakorolt az anaerob élővilágra, de nem tudjuk százalékosan megmondani, mekkora kihalással járt.
Egy biztos.
Ami egyes élőlények számára méreg volt, mások számára később fantasztikusan hatékony energiaforrássá vált.
És több mint kétmilliárd évvel később te minden egyes lélegzetvételeddel ennek a történetnek a következményét használod.

A fekete füstölők környékének lakói soha nem látják a Napot.
Nem tudják, mi az a kék ég.
Mi az a Hold.
Mi az a csillag.
Persze valójában azt sem „tudják”, hogy ezek hiányoznak nekik.
Egyszerűen élnek.
Táplálkoznak.
Szaporodnak.
Versengenek.
Alkalmazkodnak.
Ugyanazt teszik, amit az élet évmilliárdok óta mindenhol.
Megpróbálják folytatni.
Néha mi is úgy gondoljuk, hogy a boldogsághoz szükségünk van valamilyen „Napra”. Valami nagy dologra. Valami fényre.
Pedig talán néha elég megtalálni a saját környezetünket. A saját helyünket. Azt, ahol abból is tudunk valamit építeni, amit más csak méregnek lát.
A hidrotermális kürtők világa egy dolgot biztosan megtanít:
az élet elképesztően makacs.
Olyan helyeken is utat talál magának, amelyekről néhány évtizeddel ezelőtt még azt gondoltuk, szinte teljesen élettelenek.

Felszállunk.
A merülőhajó reflektorának fényében lassan eltűnik alattunk a fekete füstölő.
Körülötte fehér rákok, csőférgek és baktériumtelepek.
Egy egész világ, amely mit sem tud arról, hogy négyezer méterrel fölötte süt a Nap.
Mögöttünk marad egy olyan hely, amely talán hasonlít ahhoz a környezethez, amelyben az élet történetének legelső fejezetei játszódhattak.
Biztosan innen indultunk?
Nem tudjuk.
A tudomány ritkán olyan romantikus, hogy biztos választ adjon egy négymilliárd éves rejtélyre.
De a lehetőség önmagában lenyűgöző.
A navigátor pittyeg.
Következő állomás: több mint hárommilliárd évvel ezelőtt.
Elindulunk felfelé.
A napfény felé.
Ott pedig hamarosan megjelenik valami apró, első látásra jelentéktelen élőlény.
Egy mikroba, amely megtanulja felhasználni a Nap energiáját.
És közben előállít egy anyagot, amely az akkori világ jelentős része számára méreg.
Oxigént.
Kösd be magad.
A következő részben jönnek a cianobaktériumok.
Az élőlények, amelyek hozzájárultak ahhoz, hogy gyökeresen átalakuljon az egész bolygó légköre.
És amelyek nélkül te sem lennél itt.