A tudósok rávilágítottak a vasnak a földi élet evolúciójában játszott kulcsszerepére.
Az Oxfordi Egyetem két kutatója – Hal Drakesmith, a vas biológiájának professzora és Jon Wade, a bolygók anyagainak docense – azt az elképzelést vetette fel, hogy ha megnézzük a vas mennyiségét más bolygókon, az jelezheti az ottani bonyolult élet lehetőségét.
A vérünk tele van vassal. Vasra van szükségünk a növekedéshez és az immunitáshoz. Még az élelmiszerekhez, például a gabonafélékhez is adnak belőle, hogy a vashiány megelőzése érdekében elegendő mennyiséget kapjunk ebből a tápanyagból az étrendünkben.
Egészen más léptékben azonban, a Föld bolygón az élet évmilliárdok során végbement fejlődése során a vashiány serkenthette az evolúciót. A Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) című folyóiratban közzétett új kutatásunk szerint a bolygónkon tapasztalható emelkedő és csökkenő vasszintek lehetővé tehették, hogy az egyszerűbb elődökből komplex élőlények fejlődjenek ki.
Naprendszerünk földi bolygói – a Merkúr, a Vénusz, a Föld és a Mars – különböző mennyiségű vasat tartalmaznak kőzetköpenyükben, a legkülső bolygókéreg alatti rétegben. A Merkúr köpenye tartalmazza a legkevesebb vasat, a Marsé pedig a legtöbbet. Ez az eltérés a Naptól való távolságbeli különbségeknek köszönhető. Ez annak is köszönhető, hogy a bolygók eredetileg eltérő körülmények között alakították ki fémes, vasban gazdag magjukat.
A köpenyben lévő vas mennyisége számos bolygói folyamatot szabályoz, többek között a felszíni víz megtartását. Víz nélkül pedig az általunk ismert élet nem létezhet. Más naprendszerek csillagászati megfigyelései lehetővé tehetik a bolygók köpenyének vasmennyiségére vonatkozó becsléseket, ami segíthet az élet befogadására alkalmas bolygók keresésének szűkítésében.
A vas nem csak a bolygók lakhatóságához járul hozzá, hanem az életet lehetővé tevő biokémia szempontjából is alapvető fontosságú. A vas tulajdonságainak egyedülálló kombinációjával rendelkezik, többek között azzal a képességgel, hogy többféle irányban képes kémiai kötéseket kialakítani, és viszonylag könnyen tud egy elektront felvenni vagy elveszíteni. Ennek eredményeképpen a vas számos biokémiai folyamatot közvetít a sejtekben, különösen a katalízis – a kémiai reakciókat felgyorsító folyamat – lehetővé tétele révén. Az élet szempontjából létfontosságú anyagcsere-folyamatok, mint például a DNS-szintézis és a sejtek energiatermelése, a vasra támaszkodnak.
Vas a korszakok során
Az élet kifejlődésének kezdete több mint 4 milliárd évvel ezelőtt történt. Abban egyetértés van, hogy a vas kulcsfontosságú elem volt ebben a folyamatban. A korai Föld körülményei nagyon eltérőek voltak a mostaniaktól. Különösen, hogy a légkörben szinte egyáltalán nem volt oxigén, ami azt jelentette, hogy a vas könnyen oldódott a vízben. A tápláló vas bősége a Föld korai tengereiben segítette az élet kialakulását. Ez a vasparadicsom azonban nem volt tartós.
A nagy oxigénesedés eseménye az oxigén megjelenését eredményezte a Föld légkörében. Ez körülbelül 2,43 milliárd évvel ezelőtt történt. Ez megváltoztatta a Föld felszínét, és a bolygó felső óceáni és felszíni vizeiből mélyrehatóan elvesztette az oldható vasat. Egy második, újabb oxigénesedési esemény, a neoproterozoikum, 800 és 500 millió évvel ezelőtt következett be. Ez még magasabbra emelte az oxigénkoncentrációt. E két esemény következményeként az oxigén egyesült a vassal, és gigatonnányi oxidált, oldhatatlan, vas jött ki az óceánok vizéből, amely így a legtöbb élőlény számára elérhetetlenné vált.
Az élet kialakította – és fenntartja – a vassal szembeni elkerülhetetlen függőségét. Az oldható vashoz való hozzáférés elvesztése jelentős következményekkel járt a földi élet evolúciójára nézve. A vas megszerzéséhez bizonyos viselkedési forma szükséges, melyet az evolció alakított ki, szelekciós előnyként. Ezt ma is láthatjuk a fertőzések genetikai elemzésében: a gazdaszervezetükből hatékonyan vasat elszívni képes baktériumváltozatok néhány rövid generáción keresztül jobban teljesítenek, mint a kevésbé jó képességű versenytársak.
A vasért folytatott harc egyik kulcsfegyvere a sziderofór volt – egy sok baktérium által termelt kis molekula, amely az oxidált vasat köti meg. A sziderofórok az oxigénnel való telítés után látványosan hasznosabbá váltak, lehetővé téve az szervezetek számára, hogy oxidált vasat tartalmazó ásványi anyagokból vasat nyerjenek. A sziderofórok azonban segítettek abban is, hogy más szervezetektől, köztük a baktériumoktól is ellopják a vasat. Ez a váltás – a vas ellopása életformák által új viszonyokat hozott létre a kórokozók és gazdaszervezeteik közötti versenyszerű kölcsönhatásban. Ennek a folyamatnak köszönhetően mindkét fél folyamatosan fejlődött, hogy megtámadja és megvédje vasforrásait. Évmilliók során ez az erőteljes versenyszellem egyre összetettebb viselkedéshez vezetett, ami egyre fejlettebb organizmusokat eredményezett.
A rabláson kívül azonban más módszerek is segíthetnek a ritka tápanyagtól való függőség kezelésében. Az egyik ilyen példa a szimbiózis, az erőforrások megosztását célzó kooperatív kapcsolatok. A mitokondriumok vasban gazdag, energiatermelő természetes kisgépek, amelyek eredetileg baktériumok voltak, de ma már a sejtjeinkben laknak. Az összetett organizmusokká összeálló több sejt a ritka tápanyagok hatékonyabb felhasználását teszi lehetővé, mint az egysejtűek, például a baktériumok. Az emberek például naponta 25-ször annyi vasat hasznosítanak újra, mint amennyit a táplálékkal bevesznek. A vas-biológia szempontjából a fertőzés, a szimbiózis és a többsejtűség különböző, de elegáns eszközöket biztosított az életformák számára a vaskorlátozás ellensúlyozására. A vas iránti igény alakíthatta az evolúciót – beleértve az életet is, ahogyan ma ismerjük.
A Föld a vas fontosságát mutatja be. A biológiailag hozzáférhető vasat tartalmazó korai Föld és a felszíni oxidáció során a vas későbbi eltávolítása egyedülálló környezeti nyomást jelentett, amely elősegítette a komplex élet egyszerűbb előfutárokból történő evolúcióját.
A körülmények és változások ilyen hosszú időn át tartó ilyen különleges együttesei valószínűleg nem jellemzőek más bolygókon. Ezért kicsi a valószínűsége annak, hogy más fejlett életformákat találunk kozmikus szomszédságunkban. A más világok vasbőségének vizsgálata azonban segíthet nekünk abban, hogy ilyen ritka világokat találjunk.
mike lacoste képe a Pixabay -en