Az élet kialakulása

AZ ÉLŐVILÁG KIALAKULÁSA A FÖLDÖN

Kékesi Árpád

Budapest, 2007. április 7.

Nem sokkal az után, hogy kialakult a mai alakjához hasonlatos Föld, megjelentek rajta az élet legkezdetlegesebb formái is. Ha a szilárd, geoid alakú földfelszínt, és a felszíni hőmérséklet 100 ° C alá süllyedését tekintjük a Föld kialakulásának, akkor ezzel egyidőben adottak voltak a feltételek az élet kialakulásához is. Legfontosabb feltétel a folyékony halmazállapotú víz jelenléte volt.

Az élőlények teste számottevően csupán négyféle elemet tartalmaz (H, O, C, N). Vegyületeik közül legfontosabbak a folyékony halmazállapotú víz és a szerves vegyületek, közülük is elsősorban a fehérjék. A víz és sok szerves vegyület is (pl. szénhidrogének) megtalálhatók voltak a korabeli földfelszínen, a fehérjék azonban nem. Az élet kialakulása a fehérjék kialakulásának története is.

Elvileg elképzelhető más alapokon álló élet is a világegyetem távoli térségeiben, de a mi galaxisunkban nagy valószínűséggel ezek az elemek fordulnak elő. Ezekből csak ilyen élet keletkezhetett és alakulhatott ki a továbbiak folyamán. Abban biztosak lehetünk, hogy az evolúció az összes matematikailag lehetséges variációt létrehozta, kipróbálta, és minősítette is életképesség szempontjából.

Bárhol az univerzumban, ahol adottak a feltételek, szükségszerűen megjelennek rajta a legegyszerűbb életformák, elkezdenek fejlődni, és igyekeznek fennmaradni. Reálisak tehát a Földön kívüli élet utáni kutatások, létezhetett, és talán létezik ma is élet más bolygókon, vagy holdjaikon. Matematikai valószínűsége azonban csak a legegyszerűbb élőlények kialakulásának van, emberszerű lények kialakulásának nincsen.

AZ EVOLÚCIÓ MÉRFÖLDKÖVEI

I.

SEJTMAG NÉLKÜLI, EGYSEJTŰ ÉLŐLÉNYEK

(baktériumok)

A folyékony víz megjelenésével minden feltétel adva volt a Földön, hogy megjelenjen rajta az anyagnak egy új, csodálatos szerveződése, az élet. Ez egy véletlen folyamat volt, és későbbi fennmaradása is ilyen véletlenek sorozata, de mivel fennmaradt, ez a folyamatot visszafelé szükségszerűvé teszi.

Az élet első jeleiként kialakuló élőlények utódai közül ma már csak a baktériumok utódai élnek. A baktériumok a legegyszerűbb, de nem a legősibb élőlények voltak. Noha ma ők állnak a táplálkozási lánc legalján, előttük azonban létezniük kellett olyan szervezeteknek is, amelyek csupán szervetlen anyagokból építkeztek, majd olyanoknak is, amelyek képesek voltak szerves anyagokat is létrehozni, és ezek után alakulhattak ki a szerves anyagokat is felhasználó élőlények.

Megjelenésük után az élővilág rögtön két részre is szakadt, valódi élőlényekre és parazitákra. Annak ellenére, hogy az ekkor induló evolúció alatt elsősorban a valódi élőlények lassú fejlődését értjük, látnunk kell, hogy ezt árnyékként szüntelenül nyomon követte a parazitáknak egy hasonló, lassú fejlődése, amely végig az evolúció ellen dolgozott, és amit az evolúció létrehozott, azt megsemmisíteni igyekezett.

Mint látni fogjuk, az evolúció a gének fejlődésének története. Ennek során csupán jó gének születtek. Ezeknek túlélést segítő szerepük volt. De a parazitákban léteznek rossz gének is, melyeknek bomlasztó, dezorganizáló, tönkretevő, megsemmisítő, az evolúció eredményeit visszavető szerepük van.

Már a legelső élőlények, majd a baktériumok és a gombák is, két táborra szakadtak, és két táborban találhatók mind a mai napig is, vannak kórokozók, és vannak az életet segítők, sőt a későbbi életformák számára nélkülözhetetlenek.

A baktériumokat megelőzően kialakuló formációk (vírusok, bakteriofágok) pedig soha nem is jelennek meg az élet oldalán, ezek, még ha később az életjelenségeket mutatják is, nem életformák, hanem mérgek. Elszaporodásuk mérgezések kiindulópontjai. (1.)

II.

SEJTMAGGAL RENDELKEZŐ, EGYSEJTŰ ÉLŐLÉNYEK

(gombák, moszatok, algák)

Az élet kialakulása a világegyetem bármely pontján, egy – a természeti törvények (elsősorban a kémia) alapján álló – valamilyen módon rögzült program ciklikus ismétlődésének beindulását jelenti.

A legegyszerűbb élőlények esetében csupán bizonyos anyagok, bizonyos mennyiségű jelenléte szükséges, egy bennük – csupán mennyiségi és minőségi összetételükben – rejlő program szükségszerű lefutásához, és a ciklus ismétlődéséhez. Ezek az életformák és életjelenségek a kémia törvényszerűségei alapján beláthatóak, és a folyamatok átláthatóak az élőlények születésétől megszűnésükig.

Az életciklus tulajdonképpen egy korábban rögzült speciális program lefutása. A sejtmag nélküli élőlényeknél ez a program kémiai folyamatokból, a kémia törvényszerűségei alapján van megírva.

A sejtmaggal rendelkező egysejtű élőlények úgy alakultak ki, hogy ez a program helyileg a sejt centrumába került, az ott lévő anyag mennyiségi és minőségi összetétele formájában rögzült. A sejtmag központi helyzeténél fogva fokozatosan átvette az életfolyamatok irányítását, meghatározta az élőlény jellegét és életfolyamatait. Az élőlény olyan, amilyen a sejtmagja. A lényeg a sejtmagban koncentrálódott. Elkülönült a centrum és a periféria.

A sejtmag központi irányító szerepe a későbbiek során is megmaradt, amikor az élőlény már nem egysejtű, hanem esetleg több százmillió sejtből álló rendszer, de ezek az élőlények is egyetlen egy sejt osztódása nyomán, ezen egyetlen megtermékenyült sejt sejtmagjában rögzült

(1.)    Dolgozatomban az élet kialakulásával foglalkozom, a „napos oldal”-lal, de utalnom kellett az árnyékos oldalra is, mivel éppen az  élet fennmaradása érdekében mikrobiológusok és toxikológusok százai kénytelenek vizsgálni az élettel szembenálló másik oldal változásait is.

program alapján fejlődnek ki, és élik le életüket. A többsejtű élőlényeknél ezt a programot kezdetben talán az RNS, majd a későbbiek során teljes bizonyossággal a DNS molekula hordozta.

Az élet későbbi főszereplőjének, a DNS-nek a szerkezetét még le tudja ugyan írni a kémia, de működése már nem mondható vegyi folyamatoknak. Ezek már magasabb rendű, biológiai folyamatok, életfolyamatok. Vele egyértelműen átléptük már az élettelen és az élő határát.

III.

TÖBBSEJTŰ ÉLŐLÉNYEK KIALAKULÁSA

A több- itt legalább három nagyságrend átugrását jelenti, hiszen nyilvánvalóan nem voltak     2, 3, 4, 5… stb. sejtű élőlények. A legegyszerűbb többsejtűnek legalább ezer sejtje lehetett. Ez nem jelentett ugyan nagy ugrást külső méretei szempontjából (mintegy hatszoros külső méretnövekedést csupán), de annál nagyobb ugrást jelentett az életformák fejlődése szempontjából. Ez az ugrás az első mérföldkőhöz (élettelenből élő) mérhető jelentőségű. Kellett is hozzá több mint egymilliárd év. Ennyi idő alatt alakult ki a Földön a DNS molekula. (2.)

Ez nem spontán folyamat volt, az addig kialakult (egysejtű) életformák aktív részvételével történt. Szerepük volt benne a szervetlen anyagokból szerves anyagokat előállítani képes úgynevezett autotróf szervezeteknek, és azoknak a heterotróf szervezeteknek is, amelyek szerves anyag szintézisre képtelenek ugyan, de megfelelő táptalajon, spontánul, szerves anyagokból is építkeznek.

Először talán nem is a DNS világ alakult ki a Földön, ezt megelőzhette egy RNS világ, amelyben nagyszámú többsejtű életforma kialakulhatott, de ezek fejlődése az élet fennmaradását csak nagyon rövidtávon tették lehetővé. Az RNS világ élőlényeinek ma már nyoma sincs, ez csupán egy elméletileg feltételezhető lehetőség. Az életformák fejlődését, elterjedését és máig tartó fennmaradását a DNS megjelenése tette lehetővé.

Csodák halmozódtak akkoriban a Földön. A sejtmaggal rendelkező egysejtű élőlények kialakulását követően megjelent a DNS molekula. A DNS is, mint minden molekula, a kémiai világból eredt, de átvezet egy sokkal bonyolultabba, a többsejtű élőlények csodavilágába. A kettő együtt alaposan megváltoztatta az addig sivár Földet. A földfelszín kizöldült, az égbolt megkékült, és az emberléptékű sávban olyan élőlények jelentek meg, amelyek mindegyike külön-külön is kész csoda.

Ha ma 30 millió különféle fajú élőlény él a Földön, akkor biztos, hogy nagyságrendekkel nagyobb a száma a kihalt fajoknak, amelyekről semmit sem tudhatunk, amelyek nyomtalanul tűntek el az elmúlt 4,6 milliárd év során.

Mikor történt meg a fajoknak ez a hihetetlen mértékű differenciálódása? Ez történt meg a DNS-nek, akár csak egy parányi szakasznak is a sejtmagba kerülésével. A sejtmag már korábban is képes volt arra, hogy produkálja az életjelenségeket, és reprodukálja önmagát. A DNS pedig olymódon képes a fehérjeszintézis irányítására, hogy információtartalma nem vész

(2.)      A tudomány ma 3,5 milliárd évvel ezelőttre teszi az első DNS megjelenését a Földön.

el, hanem a ciklus végén reprodukálódik.

Olyan programcsomag került ezzel az ezt követően kialakuló minden egyes sejt sejtmagjába, amely nem csak az újjászülető sejtek kialakulásának programját, hanem az együtt maradó sejtekből kialakuló élőlénytest felépülésének, szaporodásának, majd leépülésének teljes programját is tartalmazza az új élőlény minden egyes sejtjének mindenegyes sejtmagjában.

A parányi DNS szakasz rendkívüli fejlődésre tette képessé azt az ősi őssejtet, amelynek sejtmagjába belekerült, alkalmassá tette arra, hogy program szerint működve produkálja az életjelenségeket, és akár többmilliárdos nagyságrendben reprodukálja önmagát.

Ez az egyetlenegy DNS molekula ma az ember esetében egy 2 méter hosszú, de a DNS-re jellemzően csupán néhány százezred mm vastagságú, különös szerkezetű fonál, amely 46 kromoszóma hurokba csavarodva, végül is mintegy 35 ezer gént tartalmaz. Ennyi gén szükséges a százezermilliárd sejtből álló emberi test kialakulásának, életfunkciói működésének, az utódok létrehozásának, majd a leépülés emberre jellemző formájának az irányításához, levezényléséhez. Ez az emberi genom, amely a legutóbbi évek fantasztikus kutatási eredményei nyomán ma már ismert.

Még egyszer hangsúlyozom, hogy ez a hihetetlenül bonyolult program egyetlen DNS molekulába van bezárva, és ennek a molekulának hű másolatai az emberi testet alkotó minden sejt sejtmagjában megtalálhatóak, mind a 10¹⁴ db-ban, az ember fogantatásától haláláig. Ennek kialakulásához kellett a 4,6 milliárd év. Ez volt a leghosszabb törzsfejlődési ciklus, amelynek még nincs is vége. Az ember még fejlődni képes.

Ez a bonyolultság a DNS molekula sajátossága. Nem csak az embernél ilyen bonyolult, az egyszerűbb élőlények esetében is. Közöttük csupán mennyiségi különbség van, és a DNS szerkezete szerint nincs is minőségi különbség az emberi, állati, vagy a növényi DNS molekula között.

A lehető legegyszerűbb egysejtű (Mycoplasma genitalium nevű baktérium) teljes génállománya is már 517 gén.

Az egysejtű élesztőnek is van 6 ezer génje.

A gyümölcslégynek:    13601.

Egy 954 sejtből álló féregnek:  18 ezer.

Önmagában a DNS molekula hossza azonban nem határozza meg az élőlény fejlettségét. A szarvasoknak, pl. nem csak 46 kromoszómájuk van, mint az embereknek, hanem 52. Az viszont kétségtelen, hogy a ma is élő fajokra jellemző DNS molekula hosszúság (vagy másként fogalmazva: a gének és a kromoszómák száma) a törzsfejlődés során vált ilyen hosszúvá. Kezdetben minden faj őse egy jóval egyszerűbb genetikai programmal indult, és kűzdötte végig az azóta eltelt 3,5 milliárd évet, már aki az emberhez hasonlóan sikeres volt.

Az ember alkalmazkodóképessége a 46 kromoszóma kialakulásával vált olyanná, mint amilyen ma. De ugyanakkor a hasonló kromoszóma számú főemlős fajokat ma a kihalás veszélye fenyegeti.

„Nem egyszerű összeadással jött tehát létre az élet bolygónkon, hanem genetikailag szabályozott rendszerként.” (3.)

IV.

A TÖRZSFEJLŐDÉS ÚTJAI

Mint említettem, a DNS molekula sejtmagba kerülésének robbanásszerű következményei lettek. Az evolúció hihetetlenül meglódult. Az addig észrevehetetlen lassúsággal fejlődő életformák soha nem látott burjánzásba kezdtek, és igen rövid idő alatt létrejött az egyszerű életformák sokmilliárdféle változata, a későbbi fajok egymástól szignifikánsan különböző ősei. Igen rövid idő alatt lejátszódott az összes variációs lehetőség, és különböző élőlények milliárdjai indultak el, egymástól különböző külön utakon törzsfejlődésük útján.

Már egyetlen baktérium szaporodása is bámulatos jelenség, ha a feltételek adottak, és például mikroszkóp alatt szemügyre vesszük. El sem lehet képzelni milyen lehetett, amikor nem csupán egy ilyen egyszerű fajnak adódott lehetősége arra, hogy kialakulása után elszaporodjon. Azokat az új fajokat, amelyek a kialakulásukat követően rövidebb idő múlva életképteleneknek bizonyultak és kihaltak, nyomban felváltották újonnan kialakuló, életképesebb fajok. Az egyre növekvő számban létrejövő új faj, a heves szaporodási folyamat mellett, nyomban elindult a fejlődés útján is. Azon az úton, amelyet végigjárva közülük a mintegy harmincmillió faj napjainkra a mai világunkba is elérkezik. Jelentősen megváltozva, és nagyon különböző egyszerre együtt élő egyedszámokkal, de genetikailag nyomonkövethető folyamatossággal.

Erre a 3,5 milliárd évig tartó fejlődésre nagyon jó szó az evolúció, hiszen ez egy igen lassú fejlődés, szemben azzal, ami 3,5 milliárd évvel ezelőtt történt, a fajok robbanásszerű differenciálódásakor. Az ekkor keletkezett fajoknak a többsége nem jutott el napjainkig, hanem rövidebb hosszabb törzsfejlődési szakasz után kihalt. De egyenlőtlen volt a ma is élő fajok fejlődése is.

A növények mintegy 3 milliárd év alatt kimerítették fejlődési lehetőségeiket, és megálltak a fejlődésben. Az állatok ugyanerre a sorsra jutottak majdnem 500 millió év múlva. Az utóbbi 5 millió év során csupán az ember volt képes fejlődni, vagyis jobban alkalmazkodni a környezethez és túlélni az összes többi élőlényt, a nálánál jobb fizikai képességekkel rendelkezőket is.

EGY KORÁBBI VITA LEZÁRÓDÁSA

Még igen rangos tudományos műhelyekben is gyakran felmerül a kérdés: közös őstől származnak e az élőlények, vagy külön ágakon, egymástól függetlenül fejlődtek ki. Ez a kérdés roppant fontos az emberfaj kialakulása szempontjából is.

(3.)      Almár Iván: Élet az univerzumban: szabály, vagy kivétel?

                               Előadás a Mindentudás Egyetemén, Budapest, 2002. XI. 4.

Az okozza a zavart, hogy a tudomány még nem tudott egyértelmű választ adni a leszármazás kérdésére. Leginkább elfogadott a monofiletikus származás elmélete, amely szerint az élőlények egyetlen közös őstől származnak. Darwin is úgy gondolta, hogy a fajok egymásból alakultak ki. A másik, a polifiletikus leszármazási elmélet szerint az egyes rendszertani csoportok (pl. gombák, mélytengeri halak, stb.) különféle ősi formákból jöttek létre. Ebben az elméletben is van azonban „közös ős” és elágazás a fejlődés során.

Az egységes elmélet hiánya miatt zavar támadt Haeckel biogenetikai alaptörvényének fenntartások nélküli elfogadása körül is.

Az élővilág kialakulásával kapcsolatosan eddig elmondottak szerint mindkét elmélet csak részigazságokat tartalmaz, mert az egyes fajok származnak, úgy 3,5 milliárd évvel ezelőtt kialakult, egymástól szignifikáns genetikai eltérést mutató közös ősöktől.

Ezekhez a már kezdetben is meglévő különbségekhez hozzáadódtak a ma is élő fajok esetében az azóta eltelt 3,5 milliárd év törzsfejlődésének változásai is, hiszen minden faj a törzsfejlődés útját egyedül, külön utakon járta. Az egyes fajok egymás útjait genetikailag sem kezdetben, sem a későbbiek során nem keresztezték.

Az emberi faj tehát nem az állatvilágból emelkedett ki. Az ember elődje mindig is emberi volt, akkor is, amikor még nem állt a fejlődésnek azon a fokán, hogy embernek lehetett volna nevezni. Mindezeket a legújabb genetikai kutatások egyértelműen alátámasztják. (4.)

Ezekből a kutatásokból kiderül, hogy a mai ember egy ősanyára és egy ősapára vezethető vissza, akik Afrikában éltek 160 – 200 ezer évvel ezelőtt. Innen származott el úgy 60 ezer évvel ezelőtt mintegy 10 – 20 ezer ősünk, és ment át a Közel-Keletre, Ázsiába, Európába, majd Amerikába is.

Amikor, úgy 40 ezer évvel ezelőtt Európába értek, akkor itt már éltek emberszerű lények, a neandervölgyiek. A genetikai vizsgálatok kétséget kizáróan azt mutatják, hogy a neandervölgyi egy külön faj, és ennek a fajnak a genetikai öröksége nem található meg a mai emberek genomjában.

Nem párhuzamosan alakult tehát ki az ember a föld különböző pontjain, és nem az állatvilágból emelkedett ki. Annak soha nem is volt része. Az ember is, és minden más faj is egy-egy külön őstől származó, külön utas fejlődés eredménye.

A Föld benépesítésének más irányaiban viszont kimutatható volt pl. az is, hogy Izland benépesítése anyai ágon az angliai skót, ír lakosságra, apai ágon viszont a szigetet meghódító bősz viking harcosokra vezethető vissza.

A vizsgálatok meggyőzően bizonyítják azt is, hogy a fehér vagy fekete bőrszín nem genetikailag adott, hanem környezeti hatásra jött létre.

Az élőlények egyedfejlődése és törzsfejlődése közötti viszonyt kifejező biogenetikai alaptörvényt E. Haeckel (1834 – 1919) így fogalmazta meg: „Az egyedfejlődés rövid és gyors megismétlődése a törzsfejlődésnek.” Ezt később sokan vitatták.

(4.)      Lsd. Raskó István: Genetikai időutazás – Az emberi populációk eredetének nyomában.

                                          Előadás a Mindentudás Egyetemén, Budapest, 2004. III. 8.

Az élőlények kialakulása a Földön, és mai napig tartó fejlődése azt mutatja, hogy minden faj egyedei egyedfejlődésük során saját fajuk törzsfejlődési folyamatát teljesítik be, célirányosan, lerövidített formában. Ezt az adott faj egyívű törzsfejlődése során kialakuló génkészlet (minden faj sajátos genomja) teszi lehetővé számukra.

A haeckeli megfogalmazás, tehát fenntartás nélkül igaz. Igazságát az is alátámasztja, hogy reálisan sokkal hosszabb ideig tart az embergyerek egyedfejlődésének folyamata felnőtté válásáig, mint bármely más faj kicsinyeié, annak megfelelően, hogy az emberfaj kialakulása (az emberfaj törzsfejlődése) tartott a legtovább.

Ha a Föld történetének legutóbbi 4,6 milliárd évét 1 naptári évnek tekintjük, akkor eszerint az életfejlődési (evolúciós) naptár szerint (5.) :

A Föld keletkezése 4.6 milliárd évvel ezelőtt                                                            január 1-én,

az élet 3,8 milliárd évvel ezelőtti megjelenése                                                        március 4-én,

a 2,5 milliárd évvel ezelőtti oxigén szintemelkedés                                                 június 15-én,

a többsejtűek 1 milliárd évvel ezelőtti megjelenése                                              október 13-án,

a szilárdvázas élőlények 570 millió évvel ezelőtti megjelenése                        november 16-án,

a szárazföldi növények 440 millió évvel ezelőtti megjelenése                          november 26-án,

a szárazföldi gerincesek 400 millió évvel ezelőtti megjelenése                        november 29-én,

a dinoszauruszok 65 millió évvel ezelőtti kihalása                                            december 26-án,

az emberszabásúak 4 millió évvel ezelőtti megjelenése               december 31-én,16:19 órakor,

a mai ember 100 ezer évvel ezelőtti megjelenése                 december 31-én, 23:45-kor történt.

(5.)      Mészáros Ernő: A lakható bolygó

                                     Előadás a Mindentudás Egyetemén

                                     Veszprém, 2003. május 14.