Miért bal- vagy jobbkezesek az élet molekulái?

Azóta kiderült, hogy az aminosavak és a fehérjék mind balkezesek, a DNS és az RNS pedig jobbkezes, és csakis ilyen lehet. Azt azonban egészen eddig nem tudtuk, mi okozza ezt a különleges elkülönülést, bár Pasteur úgy gondolta, talán a mágnességnek lehet hozzá köze.

Mint arra egy újonnan, három külön tanulmányban bemutatott kutatási eredmény utal, nem állt messze a valóságtól a francia tudós elképzelése. A kutatást a Science ismertette.

Kiralitásnak nevezzük azt a jelenséget, amikor egy molekula kémiailag teljesen azonos összetételű, ám a felépítésében létezik egy jobb- és egy balkezes változat (lásd nyitóképünkön). Ezt úgy képzeljük el, ahogy a két kezünk is egymás tükörképei, úgy ezek a királis molekulák is. Azonban a kétféle változat közt igen jelentős különbségek lehetnek, például ha illatról van szó, más jellegűnek érezzük őket: egy molekula egyik változata menta-, a másik köményillat érzetét kelti bennünk. Számos gyógyszer hatóanyaga is királis, és csak az egyik változat gyógyhatású, a másik lehet szerencsés esetben semleges, de akár káros is.

A kutatók arra jutottak, hogy a fiatal Föld mágneses ásványai szolgáltak vázként az élethez szükséges molekulák kialakulásánál, amelyek az egyik, illetve a másik kezes változatnak kedveztek csupán. Amikor a mágneses ásványi felszínen csak az egyik változat volt képes kirakódni, ez serkentette azt, hogy csak ez a változat jöjjön létre.

A kémiai reakciók vegyesen hozzák létre a jobb- és a balkezes molekulákat, azonban a biológia csak egyiknek kedvez. Számos elképzelés volt az elmúlt másfél száz évben arra, hogy miért különültek el a biomolekulák, ám egyik se magyarázta meg, miként halmozódhattak fel akkora mennyiségben, hogy aztán az első sejtek csak azokból használhassanak.

Az első gyanús felfedezést mintegy negyedszázada tette egy kutató, amikor észrevette, hogy a királis molekulákban lévő elektronok eltérően reagálnak a mágnességre. (A mágnesség az elektronok spinjével függ össze: ha egyfelé forognak az elektronok, akkor alakul ki mágneses tér.) Ennek az egyik következménye az volt, hogy míg a jobbkezes peptidek rátapadtak egy mágneses felületre, a balkezeseket ugyanez taszította. A felfedezés ugyan fontos és izgalmas is volt, ám ez se magyarázta meg, miként tudtak felhalmozódni a királis biomolekulák.

2009-ben egy következő felfedezés azt állapította meg, hogy az RNS molekulák kialakulásának egyik feltételezett alapját jelentő RAO nevű molekula, ha ez jobbkezes, akkor csak jobbkezes molekulákkal tud kapcsolódni. Ha a RAO balkezes, akkor pedig csak balkezes további molekulák épülhetnek rá. Ez azt jelentette, hogy egy kiinduláskor fennálló véletlen egyensúly-eltolódás már képes volt tovább halmozódni.

E két felfedezést persze össze is kellett illeszteni, és megvizsgálni, hogy a RAO miként viselkedik mágneses ásványok környezetében. Ezt egy olyan ásvánnyal mérték fel, ami a korai Földön igen gyakori volt: ez a magnetit. A kísérletből az sült ki, hogy a magnetitre 60 százalékban az egyik típusú RAO molekula rakódott csak ki egy, a kétféle kiralitásút fele-fele arányban tartalmazó oldatból. A mágnesség irányának felcserélésével a másik kiralitású RAO-nak kedvezett a magnetit.

Bár a kísérletben a földi mágneses térnél nagyságrendekkel erősebbet használtak, az is kiderült, hogy a valós földmágnesség is képes némiképp kedvezni az egyik vagy a másik kiralitású molekulának, egy pozitív visszacsatolás hatására. Ez az önerősítő folyamat pedig már képes lehetett arra, hogy az RNS-en keresztül kialakítsa az élet számos molekulájának kizárólagos kiralitását.

Van persze még számos kérdés, azonban a most feltárt összefüggések kiváló alapot jelenthetnek arra, hogy beigazolódjon, a mágnességnek tényleg köze lehet az élet számára fontos molekulák kiralitásához.