Nem mindennapi bejelentést tettek pénteken a NASA munkatársai: a kaliforniai Mono tóban egy eddig ismeretlen baktériumtörzset találtak, amely képes szervezetébe foszfor helyett arzént beépíteni. Ez az első olyan élőlény, amely az élethez nélkülözhetetlennek hitt hat alapelem egyikét részben helyettesíteni tudja. A kutatók szerint az apró baktérium esete jelentősen túlmutat önmagán, hiszen e szerint az élet esetleg más alkotóelemek felhasználásával is létrejöhet, és akár alapjaiban is különbözhet attól, amilyennek eddig képzeltük.
Update: az elmúlt napokban több helyen határozott kritikákat fogalmaztak meg a közölt adatokkal kapcsolatban (például itt és itt). A felfedezést jegyző kutatócsoportnak még nem állt rendelkezésére elegendő idő válaszolni ezekre, de itt a blogon követni fogjuk a fejleményeket.
Pénteken a Felisa Wolfe-Simon és kollégái által bemutatott Halomonas GFAJ-1 jelű baktériumtörzs képes a földi élővilágot alkotó hat elem egyikét, a foszfort részben arzénnal helyettesíteni szervezetében. A bejelentést óriási médiaérdeklődés kísérte, a NASA által élő adásban közvetített tájékoztatóról több médium a hivatalos embargót megtörve idő előtt tájékoztatott. A mostani bejelentés azonban valóban precedens nélküli: hatására újra kell gondolni, hogy milyen anyagok feltétlenül szükségesek az élet kialakulásához, ami nagyban módosíthatja az új élet keresésének módszereit a Földön, és azon kívül is.
Valamennyi élőlény a Földön hat úgynevezett elsődleges biogén elemből áll, ezek a szén (C), oxigén (O), hidrogén (H), nitrogén (N), kén (S) és a foszfor (P). Ezeket minden élőlény kivétel nélkül tartalmazza, kisebb mértékben számos más elemmel, főként fémekkel kiegészítve. A mikroelemek közül több is ismert, melyek képesek egymást kiváltani különböző fajokban, a volfrámot például egyes élőlények molibdénre cserélik, a kadmium helyett pedig néhányan a cinket részesítik előnyben. Vérünkben az oxigénszállításért felelős vas helyett egyes puhatestűek rezet használnak, ez az oka annak, hogy az emberi vér vörös, a csiga vér pedig kék. Azonban olyan eset eddig nem volt ismert, ahol a nagy hat valamelyikét tudta volna egy élőlény mással helyettesíteni. Ezen változtat a GFAJ-1, amely a foszfor helyett képes részben arzént (As) hasznosítani szervezete felépítéséhez.
Arzén a foszfor helyén
A foszfor a 15-ös rendszámú elem a periódusos rendszerben, közvetlenül az arzén fölött foglal helyet. Létfontosságú elem az élő szervezet felépítéséhez, a DNS vázának egyik alkotóeleme, de a sejtek hártyáját alkotó lipidmolekulákban és a sejt energiatermelő rendszerében (pl ATP) is nélkülözhetetlen alkotó. A foszfát szükségessége főként a növényvilágban szembetűnő, ez az egyik legfontosabb eleme a műtrágyáknak.
A 33-as arzén kémiailag nagyon hasonló a foszforhoz, olyannyira, hogy a legtöbb enzim tévesen foszforként ismeri fel, és veszi be a sejtbe. Itt azonban az arzén képtelen a foszfor helyét ellátni, így működésképtelen molekulákat eredményez, melyek ráadásul a foszfornál gyengébb kötések miatt kevésbé stabilak is. Néhány élőlény mégis képes hasznosítani az arzént: tengeri puhatestűek gyakran gyűjtik testükben (köztük több fogyasztható kagylófajta), és nem ritkán növények is felveszik a talajból és magukba raktározzák. Egyes algafajok egyenesen arzenáttal lélegeznek fotoszintetizálnak, azaz oxigén helyett ezt használják anyagcseréjükhöz, azonban testükbe a foszfor helyére nem építik be.
A Halomonas GFAJ-1
A fenti kódot kapta az a baktériumtörzs amely a kaliforniai Mono tóból izolálva foszforszegény, de arzénnal dúsított táptalajon is növekedni volt képes - eddig egyedüliként.
GFAJ-1 kód mindössze egy átmeneti név, az törzs egyelőre pontos besorolásra vár. Az első vizsgálatok alapján viszont bizonyos, hogy a Halomonasok közé tartozik, az is megeshet, hogy egy már ismert faj alfaja. A gram negatív, pálcika alakú Halomonas baktériumok híresek különleges ellenállóképességükről. Elviselik a rendkívül magas sókoncentrációt, sőt, egyesek egyenesen igénylik is. Emellett tág pH tartományokat is kibírnak, savas és lúgos közegben is életképesek egyes fajaik. Extrém tűrőképességüknek köszönhetően mélytengeri vulkánoktól kezdve az antartktisz hideg vizein át a Holt-tengerig szinte mindenhol megtalálhatók.
A mostani vizsgálatok azonban még ezt is felülmúlják, ugyanis az eredmények szerint a GFAJ-1 törzs nemcsak képes rendkívüli körülményeket tolerálni, de akár az arzént is felhasználja. Erre a bravúrra azonban csak foszforhiány esetén hajlandó (ha választhat akkor a foszfort preferálja), és akkor is csak az eredeti növekedésének 60%-át tudja produkálni. A kutatók eredményei szerint azonban mind a DNS-ébe, mind fehérjekomponenseibe (és valószínüleg egyéb molekuláiba) is beépíti az anyagot, miközben működőképes marad. Ez az a tulajdonsága ami egyedülállóvá teszi az élővilágban.
A Science magazinban közölt tanulmány szerint arzénra átállva az élőlények jelentős változáson esnek át: a sejtek mérete megnő, és hatalmas üregek keletkeznek bennük (lásd az első képen). A tudósok egyelőre csak találgatni tudnak, hogy erre miért van szükség, Wolfe-Simon és munkatársai szerint az üregek esetleg valami más folyadékkal teltek, és ebben zajlanak az arzénos reakciók, melyek vizes közegben csak nehezen játszódnak le. A kísérletek mindenesetre kimutatták azt is, hogy a bacik nem teljesen álltak át az arzénre, az akár csak minimális koncentrációban jelen lévő foszfort is felvették, és az még hosszas foszformentes, arzéndús tenyésztés után is kimutatható volt belőlük. Ha azonban a kutatók a foszfort és az arzént is megvonták, az élőlények elpusztultak.
Bár az arzén felhasználása számtalan biokémiai problémához is vezet, egyelőre kevéssé ismert a baktérium működése. Az azonban bizonyos, hogy foszforhiányos, de arzénnal erősen szennyezet tavakban a mások számára mérgező elem felhasználása fontos evolúciós előnnyel járhat.
A felfedezés ugyanakkor az asztrobiológusok számára ennél sokkal többet jelent. A GFAJ-1 ugyanis igazolni látszik azt a feltételezést, miszerint az élet nemcsak az általunk ismert alkotóelemekből tevődhet össze, hanem potenciálisan más elemeket is felhasználhat. Az elképzelés már évtizedek óta foglalkoztatja a kutatókat, azonban eddig semmilyen kézzelfogható bizonyíték nem állt rendelkezésre. A GFAJ-1 egyedülálló metabolizmusa mellett kitárta a kaput a nem szén alapú létformák kutatása felé, melyek akár itt a földön is létezhetnek. Az árnyékbioszféra kutatók szerint ugyanis az élet akár több különböző módon is kialakulhatott a bolygónkon, de eddig nem is gondoltuk, hogy keresni kellene. A jövőben ezért egyre gyakoribbak lehetnek a nem a hagyományos élőlények felkutatását célzó programok.
A Mono tó
A nem evilági szépségű Mono tó (videó) zord körülményei ideálisak lehetnek további extrém élőlények felfedezésére. Lake Mono Kaliforniában hegyekkel körülvéve egy lefolyástalan területen fekszik, a belé ömlő patakok pedig a környező hegyekből igen nagy mennyiségű sót hordanak a 180 négyzetkilométeres állóvízbe. A vidékre jellemző erős párolgás hatására a tó sótartalma különösen magas, összességében átlagosan kétszer sósabb a világtengereknél, hatszor több arzént tartalmaz az ivóvízben megengedettnél, pH-ja pedig 10-es (összehasonlításul maróan lúgos vörösiszapé átlagosan 10-11-es). Bár a környezetet egyes madarak és növények képesek tolerálni, a tóban halak nem képesek megélni, különleges rákfajok, és DNSükbe arzént építő baktériumok azonban igen.
Wolfe-Simon és munkatársai elmondásuk szerint a felfedezés ellenére hatalmas feladat előtt állnak. További mintákat terveznek venni a tóból, amleyből várakozásaik szerint olyan baktériumokat is izolálhatnak, melyek maguktól is az arzént preferálják, nem kell őket kényszeríteni rá. Emellett alaposabban vizsgálni fogják a már ismert törzs egydeinek felépítését, meghatározzák a baktérium genomját és részletesebben vizsgálják metabolizmusukat is. Újabb eredményeiket igéretük szerint februárban teszik majd közzé, Wolfe-Simon azonban hozzátette: "még vagy 30 évnyi munka áll előttünk amíg megértjük mi is történik itt."
Utolsó hozzászólások