A nanozim-katalizátorok forradalma
A kínai Sencsen Egyetem professzora, Yongdong Jin egy új, merőben szokatlan elmélettel állt elő, amelyet nanozim-hipotézisként fogalmazott meg. Ez alatt azt kell érteni, hogy a Föld ősi időszakában jelen lévő természetes ásványi nanozimák (MN-zimek), majd később szerves molekulákkal kombinált hibrid nanozimák döntő szerepet játszhattak a földi élet létrejöttében és fejlődésében. Ezek a miniatűr katalizátorok képesek voltak az élettelen vegyületeket – például gázokat – bonyolultabb szerves molekulákká alakítani, elsősorban szervetlen fotoszintézis útján.
Többes funkció: hogyan vezérelhettek a nanozimák minden lényeges folyamatot?
A nanozimák elmélete szerint nem pusztán katalizálták a kémiai reakciókat, hanem felszínükhöz kötötték, koncentrálták az anyagokat, védelmet nyújtottak az ultraibolya sugárzás ellen, támogatták a kijelölt molekulák kiválasztódását és segítették az energiahasznosítást. Ezek a nanozimák természetes forrásokból – napfény, hő, villámlás – származó energiát képesek voltak úgy átalakítani, hogy az a létrejövő molekuláris információvá alakuljon, amelyet el lehet olvasni, másolni és megőrizni – ezek pedig alapvető lépések az élet kialakulásához.
A Föld mint hatalmas laboratórium
Ez az új szemléletmód a Föld egészét úgy írja le, mint egy gigászi, természetes kémiai laboratóriumot, ahol az élettelen anyagokból az évmilliárdok alatt szerves világ bontakozhatott ki. A bolygóban található hő- és nyomásváltozások, a vulkánok, valamint a forró vizes gejzírek biztosíthatták a kellően extrém körülményeket az első MN-zimek kialakulásához. Ezek között szerepeltek különféle fémek, nemesfémek, fémoxidok és szulfidos nanorészecskék, amelyek – csakúgy, mint a ma laborban mesterségesen gyártott nanozimák – különleges katalizátorokká válhattak a kezdeti földi kémiában.
Ásványi nanorészecskék: mindenütt jelen vannak
A Föld természetes környezeteiben már ma is tömegesen megtalálhatók ásványi nanorészecskék: évente több ezer teragramm kering az ökoszisztémákban. Ezek egy része természetes módon mutat enzimhez hasonló aktivitást, ezért MN-zimeknek is nevezhetők. Megtalálhatók az óceánokban, édesvizekben, az atmoszférában és a talajban, ahol jelentős szerepet játszanak a környezeti biogeokémiai folyamatokban. Újabb kutatások ráadásul azt mutatják, hogy természetes úton gyakran sokkal könnyebben képződnek ilyen részecskék – akár vízcseppek felületén, akár UV-fény hatására. A napfény és a villámlás is hozzájárulhatott a nanozimák tömeges kialakulásához és a prebiotikus molekulák termeléséhez a Föld felszínén.
„Aranyvilág” (Gold World) – az arany nanorészecskék különös szerepe
Kiemelendő a monoréteg-molekulákkal körülvett arany nanorészecskék (AuNP-k) szerepe, amelyek a szerző szerint különösen hatékony nanozimák voltak, sőt központi helyet foglalhattak el a földi élet születésekor. Bár napjainkban laboratóriumi műtermékeknek számítanak, a földtörténet kezdeti időszakában is viszonylag gyakran létrejöhettek geológiai úton. Stabilitásukhoz azonban szerves molekulák – például tiolok vagy aminok – kellettek, amelyek később más nanozimák révén megjelenhettek. Ilyen körülmények között az AuNP-k aktívan részt vehettek a reakciókban, amelyek elvezettek az első élő rendszerekhez.
Négy feltétel az élethez
Az elmélet szerint négy alapvető feltétel tette lehetővé, hogy az első élethez kapcsolható molekulák kiválasztódjanak és stabilizálódjanak: nedves–száraz ciklusok és amfifilitás; önszerveződés; katalitikus aktivitás; páros szimbiózis és stabilizáció. Ezek együtt teremtették meg az evolúció és a túlélés feltételeit a legkorábbi életformák számára is.
Új megvilágításban az élet eredete
A kutatásból az is következik, hogy a nanozimák mellett számtalan további tényező is fontos szerepet játszott: a víz paradoxonja, a felszínek mikroszerkezete, valamint a nedves–száraz környezetek változásai egyaránt serkentették a prebiotikus kémiát. Az élet kialakulásának folyamatát új fényben értelmezve a nanozimák szerepének vizsgálata segíthet áthidalni a régóta vitatott eredetelméletek között tátongó űrt, és új lehetőségeket nyithat a földi élet legnagyobb rejtélyének megfejtésében.
