Az élet keletkezésének magyar kutatója volt, mégis keveset hallunk róla

Amikor Gánti Tibor magyar biológus 2009. április 15-én elhunyt, neve igen távol volt a világhírtől. Élete Kelet-Európában telt, a vasfüggöny mögött, amely nemcsak az emberek, hanem az eszmék, elméletek szabad mozgását is megakadályozta. Ha Gánti elméleteit szélesebb körben megismerték volna még a szocializmus időszakában, akkor talán a 20. század egyik leginnovatívabb biológusaként tartották volna számon. Ő dolgozta ki ugyanis a lehető legegyszerűbb, általa chemotonnak nevezett élőlénymodellt, amely az élet kezdetének magyarázatául szolgálhat – számolt be a nationalgeographic.com.

Az élet eredete számos rejtély összességéből áll össze, így sok kérdést is felvet. Milyen volt a Föld, amikor az élet született? Milyen légköri gázok voltak jelen? Mik azok az építőkövek, az élő sejt által használt sok ezerből, amelyek nélkülözhetetlenek, s ezek mikor, miként jöttek létre?

Talán a legnehezebb és egyben legegyszerűbb kérdés: mi volt az első élőlény?

Azoknak a szakembereknek, akik az élet szikráját szeretnék újra létrehozni, remek kísérleti alapot jelenthet a chemoton. Ha az élettelen vegyületeket önszerveződés révén össze lehet állítani chemotonná, akkor az élet kialakulásában is lejátszódhatott ilyen a folyamat. Néhány kutatócsoport jelen pillanatban is foglalkozik ezzel.

Az asztrobiológusok számára, akik a Földön kívüli élet lehetőségeit kutatják, a chemoton az élet univerzális meghatározását jelentheti, ami nem kötődik olyan speciális molekulákhoz, mint a DNS, hanem inkább csak általánosan a szerveződési modellhez.

„Meggyőződésem, hogy néhány évtized múlva életművét – ha életét nem is – diadalmasnak fogja tekinteni az utókor” írta róla Szathmáry Eörs evolúcióbiológus professzor Gántiról szóló írásában.

Az élet kezdete

Jelenleg sincs egységes álláspont szerinti tudományos meghatározása magának az életnek, egy 2012-es tanulmányban összesen 123 különböző, már publikált definíciót gyűjtöttek össze. Rendkívül nehéz olyan meghatározást létrehozni, amely magában foglal mindenféle életet, ám nem csúsznak bele olyan élettelen, de életszerűen viselkedő dolgok, mint például a tűz vagy az autó. Számos meghatározásban szerepel, hogy az élőlények képesek reprodukcióra, azonban egyetlen nyúl, egyetlen ember vagy egyetlen bálna önmagában képtelen rá. 1994-ben a NASA egyik bizottsága azt a meghatározást alkotta, hogy az élet olyan önfenntartó kémiai rendszer, amely képes a darwini evolúcióra. A „rendszer” szó jelenthet egyedi élőlényt, populációt, vagy egész ökoszisztémát is, ez a definíció ugyan megkerüli a reprodukció problémáját, ám helyette bizonytalanná válik.

Amit kevesen tudnak: két évtizeddel korábban Gánti egy másik meghatározással szolgált.

Gánti Tibor 1933. szeptember 10-én született Vácott, fiatalsága konfliktusok közt telt el. Magyarország a náci Németország mellett kötelezte el magát a II. világháborúban, viszont a háború végén a Szovjetunió legyőzte hazánk hadseregét. Az Európa keleti felét évtizedeken át uraló totalitárius rendszeren belül Magyarország szatellitállam lett a többi kelet-európai országhoz hasonlóan.

Az élővilág iránt rajongó Gánti először vegyészmérnöki végzettséget szerzett, majd ipari biokémikus lett. 1966-ban megjelent első könyve, a Forradalom az élet kutatásában címmel, amely éveken át elsődleges egyetemi tananyag volt, részint azért, mert más nem nagyon volt elérhető. Ebben feltette a kérdést: vajon a tudomány tisztában van-e azzal, hogy miként szerveződött az élet, majd azzal a következtetéssel válaszolt saját kérdésére, hogy nem.

1971-ben Gánti tovább elemezte a kérdést az Élet princípiuma című könyvében; ebben tette közzé a chemoton első modelljét, amelyben leírta, milyennek gondolja az élet alapvető egységét. Ez a modell azonban még hiányos volt, s újabb 3 évnek kellett eltelnie, mire publikálta a végleges modellt.

Csodálatos év

1971 globálisan is sikerévnek számít az élet eredetének kutatásában. A nemzetközileg esélytelen Gánti munkája mellett két másik fontos elméleti modell is megkezdte ekkor a tudományos életútját. Az első modellt Stuart Kauffman amerikai elméleti biológus dolgozta ki, és a lényegi eleme az volt, hogy az élőlénynek képesnek kell lennie önmaga másolására. Amikor azon gondolkodott, hogy az első sejtek megjelenése előtti élőlényeknél ez miként működhetett, a különböző vegyületek keverékén járt az esze.

Így gondolkodott: egy A vegyület egy B vegyület előállítását serkenti, a B vegyület egy C vegyületét, és így tovább, mígnem ebben az előállítási láncban valami miatt ismét egy friss A vegyületet keletkezik, és a ciklus újraindul. Egy ciklus befejeztével ugyanabból a vegyületsorból két másolat áll már rendelkezésre, megfelelő mennyiségű alapanyag megléte esetén ez a ciklus exponenciálisan folytatódhat tovább.

Kauffman autokatalitikus készletnek nevezte el az így létrejött vegyületcsoportokat, és úgy gondolta, hogy az élet kialakulásában az ilyen vegyületcsoportok jelenthették az alapokat, a készletek aztán egyre összetettebbé váltak, mígnem végül a DNS-hez hasonló, bonyolult molekulákat használt és állított elő a ciklus.

Egy második elméletben a német kémikus, Manfred Eigen leírta az általa hiperciklusnak nevezett folyamatot, amelyben számos autokatalitikus készlet egy-egy nagyobbat alkot. Eigen bevezetett egy újdonságot is: a hiperciklusban részt vevő sorozatok némelyike DNS vagy egyéb nukleinsav, míg másokat fehérjék alkotnak, amelyek a génekben lévő információk alapján jönnek létre. Egy ilyen rendszer a génekben bekövetkező változások, mutációk révén fejlődni is képes – ez az összetevő hiányzott Kauffman elméletéből.

Gánti önállóan eljutott ehhez a modellhez, ám még tovább is fejlesztette. Úgy érvelt, hogy két kulcsfontosságú folyamatnak jelen kell lennie minden élőlényben. Egyrészt meg kell építenie és fenn kell tartania a saját testét, azaz szüksége van anyagcserére. Másrészt kell lennie valamiféle információtároló eszköznek, mint pl. a gén, amelyet az utódainak továbbadhat.

Gánti modelljének első változatában két, eltérő célt szolgáló autokatalitikus készlet volt, amelyek aztán egy nagyobb készletté egyesültek – ez nem sokban különbözött Eigen hiperciklusától. Azonban egy évvel később Gántit egy újságírói kérdés rávezette egy fontos hiányosságra. A kutató úgy képzelte el, hogy ezeket a rendszereket vízben úszó vegyületek hozzák létre. Azonban, ha magukra maradnak, akkor a vegyületek egyszerűen elsodródnak egymástól, s a chemoton elpusztul.

Az egyetlen megoldást egy harmadik rendszer bevezetése jelenthette: valamiféle külső határvonalra volt szükség, ami együtt tartja a vegyületeket. A mai sejtekben ez a zsírszerű vegyületekből, lipidekből álló membrán. A chemotonnak tehát szüksége volt valami hasonló kerítésre, hogy az alkotóelemei együtt maradjanak, s Gánti arra jutott, hogy ennek is autokatalitikusnak kell lennie, hogy képes legyen fenntartani s gyarapítani saját magát.

Így jött létre végre a teljes chemoton, a Gánti által elképzelt, lehető legegyszerűbb élőlény: gének, anyagcsere és membrán, amelyek összekapcsolt rendszerként léteznek. Az anyagcsere alkotja meg a gének és a membrán építőelemeit, a gének pedig befolyást gyakorolnak a membrán működésére. Ezek együttesen egy önsokszorozó egységet alkotnak: sejtet, amely olyan egyszerű, hogy nemcsak viszonylag könnyedén kialakulhatott a Földön, hanem még másféle biokémiai környezetben is megszülethetett, más égitesteken.

Elfeledett modell

„Gánti remekül megragadta, mit jelent az élet” – mondta Nediljko Budisa, a kanadai Winnipegben lévő Manitobai Egyetem szintetikus biológiával foglalkozó kutatója. „Felemelő volt olvasni.” Azonban Budisa csak 2005 körül fedezte fel Gánti munkásságát. Kelet-Európán kívül évtizedekig ismeretlen maradt, csupán néhány angol fordításával lehetett találkozni.

A chemoton 1987-ben, eléggé felületes angol nyelvű fordításban egy papírkötésű kiadványban jelent meg először – ez a kiadvány csak keveseknek tűnt fel.

Szathmáry 1995-ben, egy John Maynard Smith-szel közösen írt könyvében, Az evolúció főbb átmeneteiben büszkén említette a chemotont, ennek következtében egy új fordítás született Gánti 1971-es könyvéről, 2003-ban további kiegészítések láttak napvilágot. Azonban a chemoton továbbra is alig volt ismert, hat évvel később pedig Gánti már elhunyt.

Gánti maga sem segítette elő az elmélete terjesztését, nehéz természetű kollégának ismerték őt. Szathmáry szerint makacsul ragaszkodott a modelljéhez.
A legnagyobb kerékkötőnek azonban talán az a 20. század végi kutatási trend bizonyult, amely szerint az élet összetett voltának elméletét egyre inkább túlegyszerűsített modellekkel váltották fel. A legjelentősebb ilyen elmélet még ma is divatos: az élet kizárólag RNS-sel, a DNS közeli rokonával kezdődhetett.

Az RNS, a DNS-hez hasonlóan képes géneket hordozni, ám emellett enzimként is működhet és felgyorsíthatja a kémiai reakciókat, ezek alapján számos szakértő úgy véli, az élet kezdetéhez egyedül az RNS-re volt szükség. Azonban az RNS-világ elmélete visszaszorult, mivel az RNS nem képes önmagát külső segítség nélkül megsokszorozni – gondoljunk csak az RNS-vírusokra, amelyek önmagukban nem, kizárólag csak a sejtekben, azok segítségével tudnak szaporodni.

Más kutatók azzal érvelnek, hogy az élet születésében kizárólag fehérjék vettek rész, vagy lipidekre volt csak szükség hozzá, ez azonban igen távol áll az összekapcsolt rendszer elképzelésétől, amelyet Gánti elmélete is képvisel.

Valódi chemoton?

A 21. században azonban megváltozott a kutatók véleménye. A tudósok most arra fektetik a hangsúlyt, hogy miként működnek együtt az élethez szükséges vegyületek, s arra, hogy miként alakulhattak ki ezek a kooperáción alapuló hálózatok.

2003 óta Jack Szostak, a Harvard Orvostudományi Egyetemről a kollégáival egyre életszerűbb kezdetleges protosejteket építettek, a sejtek olyan végtelenül egyszerű változatait, amelyek vegyületeket tartalmaznak, képesek növekedni és osztódni, vagyis képesek az önsokszorozásra.

2013-ban Szostak és egy akkori tanítványa, Kate Adamala rávettek egy RNS-t, hogy egy ilyen protosejtben sokszorozza meg magát. Ráadásul a gének és a sejtmembrán működése is összekapcsolható: ahogy RNS halmozódik fel a sejt belsejében, ez nyomást gyakorol a sejtmembránra, így elősegíti a sejt méretének növekedését.

„Szostak kutatásai meglehetősen Gánti-szerűek” – mondta Petra Schwille szintetikus biológus, a német Max Planck Biokémiai Intézet szakembere. Emellett kiemelte Taro Toyota munkásságát is, aki a Tokiói Egyetemen lipideket gyártatott le egy protosejt belsejében, s ezzel a protosejt képessé vált a saját sejtmembránja előállítására.

Az élet kezdetének chemoton-elméletével szembeni fő érv az, hogy sokféle vegyületnek kellett ehhez egyszerre jelen lennie, mint pl. a nukleinsavak, a fehérjék, a lipidek. Sok szakember úgy véli, valószínűtlen, hogy mindezek egyszerre, egyazon helyen jelen legyenek, s ezért is népszerűek az RNS-világ jellegű elméletek.

Azonban a biokémikusok nemrégiben bizonyítékokat találtak arra, hogy minden, az élethez szükséges alkotó vegyület kialakulhatott ugyanabból a kiindulási anyagból. Egy 2020 szeptemberében közzé tett kutatásban a Lengyel Tudományos Akadémia szakembere, Sara Szymkuć vezette csoport összeállított egy adatbázist, amelyben az élet építőköveinek létrehozását megcélzó, sok évtizednyi kísérletezés eredményei szerepeltek. Ezek alapján Szymkuć úgy találta, hogy hat olyan egészen egyszerű anyagból kiindulva, mint a víz vagy a metán, több tízezernyi különféle molekulát lehet létrehozni, köztük a fehérjék vagy épp az RNS alapvető összetevőit.

Eddig azonban egy kísérletben sem született még működő chemoton. Ez lehet azért, mert túl trükkös a folyamat, vagy pedig azért, mert Gánti meghatározása nem teljesen fedi le azt, ahogy a kezdetleges élet működhetett. Ennek ellenére a chemoton alapján elgondolkodhatunk azon, miként működnek együtt az élet összetevői, s egyre inkább ez az elképzelés irányítja az élet keletkezéséről alkotott elméleteinket.

Beszédes, teszi hozzá Szathmáry Eörs, hogy Gánti munkáira egyre többen hivatkoznak. Még ha el is térnek a pontos részletek, az, ahogy az élet eredetéről most gondolkodunk, sokkal közelebb áll Gánti elméletéhez, ahhoz az integrált rendszerhez, ami nem csupán egyes összetevőkre koncentrál.

„Az élet nem fehérje, nem RNS és nem kétrétegű lipid membrán” – mondta Griesemer – Hanem akkor micsoda? Ezek megfelelően szervezett módon összekapcsolt formája.”