Novákoviny

Tajemství vzniku života - zlomového okamžiku, kdy se z mrtvé hmoty stalo něco, co je schopné růst, vyvíjet se a nakonec i myslet - je hádanka, která stále vzdoruje vědeckým snahám o rozluštění. Není to ale jen problém vědy: schopnost porozumět původu organizované hmoty, nebo život dokonce vytvářet uměle, by otřásla náboženstvími i filosofickými systémy.

"A potom řekl Bůh: zploď země trávu a bylinu vydávající símě a strom plodný nesoucí ovoce podle pokolení svého, v němž by bylo símě jeho na zemi," tvrdí o tomto klíčovém momentu biblická kniha Genesis. Jenže vědcům to nestačí, chtějí také vědět, jak to Bůh vlastně udělal. Snaha odhalit tajemství Stvoření přitom přináší jedno šokující odhalení za druhým. Nechybí mezi nimi ani dobře podložený názor, podle kterého život přišel už hotový z vesmíru, takže jsme na své planetě vlastně cosi jako imigranti.

 

 

Pocházíme z virů?

Celkem stranou pozornosti prošla nedávno zpráva, že vědcům z University of Colorado at Boulder vedenými Michalem Yarusem se podařilo v laboratoři uměle vyrobit malou molekulu RNA, která pak dokázala syntetizovat některé bílkoviny - stejně jako to dělá v živých organismech. Přitom šlo o významný krok na cestě k pochopení vzniku nejranějších stádií života. Stále více vědců dnes totiž přijímá názor, že před dnešním životem založeným na DNA tu byly molekuly RNA, které již dokázaly uskutečňovat některé reakce typické pro látkovou výměnu. Teorie, které se říká "RNA World" je tedy založená na tvrzení, že na počátku všeho živého stály právě tyto molekuly.

RNA se velmi podobá DNA, která je dnes základem všech buněčných organismů. Má také spirálovitou strukturu tvořenou opakováním čtyř základních prvků - nukleotidů. Na rozdíl od dvojité šroubovice DNA ji však tvoří jen jednoduchá spirála a nukleotid thymin tu je nahrazen uracylem. I tak ale je schopná plnit stejnou úlohu jako DNA - a v některých nejprimitivnějších virech ji opravdu plní.

Až dosud většina biologů předpokládala, že u těchto virů šlo až o druhotné zjednodušení: jejich životní styl vnitrobuněčného parazita jim umožnil maximálně redukovat svou strukturu. Hypotéza RNA World ale poněkud kacířsky tvrdí pravý opak: jednotlivé nukleotidy volně plovoucí v jakési polévce plné organických látek se samovolně sdružovaly ve spirály RNA a ty (zjednodušeně řečeno) nastartovaly syntézu bílkovin a kopírování sebe samotných.

 

obr: Zjednodušené schéma uspořádání molekuly RNA. P a R je fosfát a cukr ribóza tvořící základní řetězec. U - uracyl, A - adenosin - G - guanin - C cytosin jsou nukleové báze jejichž řazení nese informaci

 

Vznikly jednotky podobné RNA virům. Teprve dalším vývojem se vytvořila DNA a otevřela se cesta ke vzniku nejprimitivnějších buněčných mikroorganismů. Pozůstatkem po "světě RNA" jsou v dnešních buňkách především ribosomy - struktury, které představují jakési továrny, v nichž se syntetizují bílkoviny.

 

I malá molekula stačí

Michael Yaris je už po dvě desetiletí jedním z předních zastánců teorie RNA World. Proto svou práci soustředil na velkou námitku jejích oponentů, podle kterých je samovolná syntéza dlouhých spirál RNA málo pravděpodobná.

"Dokázali jsme, že i krátký úsek RNA skládající se z pouhých pěti nukleotidů dokáže uskutečnit klíčové reakce nutné pro syntézu bílkovin," říká Yaris. A jeho kolega Tom Blumenthal k tomu dodává: "Netušili jsme, že i tak malá a jednoduchá molekula RNA dokáže tak složité věci."

Ne všichni ale věří, že cesta od neživého k živému vedla přes RNA. Jedna z alternativních hypotéz říká, že stejnou úlohu mohly sehrát molekuly peptid-nukleových kyselin, které mají podobné vlastnosti - včetně schopnosti kopírovat sebe sama - jsou však jednodušší. Další teorie zase předpokládá, že první biochemické reakce vedoucí ke vzniku života se odehrály na povrchu minerálů tvořených sirníky železa.

Rozhodnout, který z názorů je ten správný, by pomohlo zjištění, v jakém prostředí ke kroku od neživého k živému vlastně došlo. Možností je ale překvapivě mnoho: mělčiny moří, hydrotermální systémy, dutiny v minerálech, hlubiny Země i vzdálený vesmír...

 

Z ráje do pekla

"Hypotéza" o Stvoření podle knihy Genesis ("strom nesoucí ovoce podle pokolení svého") na svou dobu až geniálně přesně definovala podstatné vlastnosti života - druhovou příslušnost a schopnost množit se. Není to tak samozřejmé, jak by se mohlo zdát: ještě v polovině 19 století vědci věřili, že život může vznikat samovolně, například červi z bahna nebo mouchy ze špíny (tzv. teorie abiogeneze).

Kdyby tomu tak opravdu bylo, pak není důvod po mechanismu vzniku pátrat; prostě se to stále děje. Jenže roku 1864 Louis Pasteur jednoduchým pokusem dokázal, že ze sterilizované špíny se nic nevylíhne. Definoval zásadu "Omnium vivum ex ovo" (Vše živé pochází z vejce), která se pak stala jedním ze základních zákonů biologie - a jaksi mimochodem při tom vynalezl pasterizaci potravin. Především ale vědcům nasadil brouka do hlavy: kde se tedy vzalo to vejce?

 

obr: Vědci se zatím neshodli ani na tom zda život vznikl na Zemi nebo ve vesmíru

 

Ve 20. letech minulého století zformuloval ruský biolog Alexandr Oparin teorii, podle které se na počátku existence Země ve sluncem prohřátých mělkých vodách praoceánu hromadil uhlík a další biogenní prvky, které se slučovaly ve stále složitější molekuly. Vznikl roztok, kterému autor hypotézy říkal prvotní nebo zárodečná polévka. Nejvyšším stádiem vývoje před vznikem života podle něj byly takzvané koacerváty - složité organické polymery, které již byly vůči okolí ohraničeny jakousi membránou, skrz níž některé sloučeniny výběrově procházely dovnitř a jiné ven. Díky tomu byly komplikované organické molekuly kaocervátů chráněné před destruktivním vlivem okolního prostředí. Proměnu koacervátu v první živou buňku (tzv. eobiont) signalizovala schopnost rozmnožování.

Teorii pak propagoval také významný britský vědec John B. S. Haldane. Mimo jiné i proto se po několik desetiletí považovala bezmála za prokázanou. Jenže koncem 20. století se idylická názorová jednota rozpadla. Ukázalo se, že život je i tam, kde by ho nikdo nečekal a že jeho nejjednodušší formy určitě nepocházejí z ráje prosluněných mořských mělčin, ale spíš z něčeho, co nemá daleko do představy pekla.

 

Pojídači síry a jiní labužníci

Vědci dlouho věřili, že život je možný jen tam, kde jsou podmínky, blízké těm, jaké vyhovují nám. Čím víc se od této "normy" liší, tím mělo být života méně a už při poměrně malých odchylkách tlaku, teploty a chemického složení prostředí je nemožný. Dnes už ale víme, že primitivní život má úplně jiné požadavky: najdeme ho v horkých pramenech i pod ledovci, kilometry pod mořskou hladinou, ve vrtných jádrech z velkých hloubek zemské kůry, v jaderných reaktorech... Ještě důležitější je, že jde o ty nejjednodušší mikroorganismy ze skupiny Archea, které mají k aktu Stvoření nejblíže - a že špatně snášejí právě to, co nám vyhovuje. Zjevně tedy pocházejí odjinud. Jenže odkud, když jsou schopné žít prakticky všude?

Znovu to potvrdil objev, který počátkem léta ohlásili vědci z University of Toronto a SETI Institute. Na arktickém ostrově Axela Heiberga našli v extrémně slané vodě minerálního pramene mikroorganismy, které spokojeně žijí v hlubokém mrazu, bez přítomnosti kyslíku a živí se sírou.

 

obr: Památkou na předbuněčný "svět RNA" mohou být mitochondrie - buněčné organely sloužící k syntéze bílkovin

 

"Čekali jsme, že v podchlazeném koncentrovaném roztoku soli najdeme nanejvýš bakterie produkující metan, našli jsme ale naopak něco, co je ještě podivnější," říká vedoucí expedice Lyle White. "Mikroorganismy v tomto prameni metan naopak produkují. Jako náhrada kyslíku jim zřejmě slouží sloučeniny síry. Přitom prostředí tu je ještě drsnější, než v některých oblastech Marsu."

Podobných překvapení zažili biologové v posledních letech mnoho. Například vědci z West Chester University v Pensylvánii objevili mikroorganismy uvnitř krystalů soli ve vrtu do ložiska ležícího v hloubce přes 600 metrů. Přežívaly tu minimálně 250 miliónů let z doby, kdy solná vrstva vznikla.

 

Kosmické polotovary

Všechny tyto nálezy nahrávají teoriím, podle nichž život vznikl v podmínkách, které my lidé považujeme za extrémní a krajně nepřátelské. Mezi největší favority patří hydrotermální vývěry na dně oceánů, nechybí ale ani názory, že se tak stalo v hlubokých vrstvách zemské kůry, v některých minerálech a podobně.

Je tu ale ještě jeden háček: nejstarší mikrofosilie či nepřímé důkazy existence živých buněk jsou tak staré, že se musely objevit na Zemi hned poté, co vychladl její povrch. Za nejstarší stopy života se považují vrstvičky uhlíku v horninách jihozápadního Grónska staré 3,85 miliard let. Přitom se předpokládá, povrch se na přijatelnou teplotu ochladil před asi 4,2 až 4,4 miliardy let. Na přerod mrtvé hmoty v živou tedy bylo jen pár stovek milionů let, což z hlediska evoluce neznamená mnoho - vývoj od jednobuněčných k mnohobuněčným organismům zřejmě trval mnohem déle.

 

obr: Astronomové objevují v mezihvězdném prostoru stále složitější organické látky

 

Existují jen dvě možná vysvětlení - buď se život rodí nečekaně snadno a rychle, nebo přišel už hotový z vesmíru. První možnost popírá už to, že vědcům se ho vyrobit stále nedaří. Druhou variantu pak "opravdoví" vědci dlouho odkazovali do říše fantazií a některým se dodnes nelíbí. Indicií mluvících v její prospěch však stále přibývá.

Jde především o zjištění přítomnosti složitých organických molekul v kosmickém prostoru a v meteoritech. Zatím poslední takový objev přišel v červnu  od skupiny mezinárodního týmu pracujícího v observatoři na kanárském ostrově La Palma a na teleskopu Hobby-Eberly v Texasu. Jeho členové objevili ve vzdálenosti 700 světelných let od nás antracen - složitou organickou molekulu, z nich vznikají aminokyseliny, které jsou základními stavebními složkami bílkovin.

Někteří vědci proto připouštějí, že život na Zemi přišel z vesmíru v podobě jakýchsi polotovarů a zde byl - podobně jako nábytek z Ikei - jen zkompletován. Radikálnější ale zastávají tzv. teorii panspermie. Podle ní vesmírem stále bloudí zárodky života a osídlí každé prostředí, které se k tomu hodí. Nechybí ale ani hypotéza, podle které život vznikl na Marsu a byl na Zemi přenesen meteority. Loni v listopadu například vědci z Johnsonova kosmického střediska zveřejnili studii, podle které jsou útvary nalezené v marsovském meteoritu ALH84001 opravdu spíš biologického původu, než anorganického, jak tvrdí skeptikové. Ani to však problém vzniku života neřeší, jen ho to odsouvá ze Země pryč.

 

Jan A. Novák

Psáno pro Hospodářské noviny

UPOZORNĚNÍ:

Podrobně se záhadámi vzniku života, teorie panspermie, hledání života ve vesmíru  a organismům žijícím v extrémních podmínkách zabývá kniha Život ve vesmíru, kterou vydalo nakladatelství Daranus.

 

You have no rights to post comments