Nové teorie vzniku života

Snaha odhalit tajemství života 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 Michaelem 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 stadií 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, tedy nést genetickou informaci - 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. 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 vytváří bílkoviny, základní stavební kameny živých organismů.

I malá molekula stačí

Michael Yarus 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 Yarus. 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

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 stadiem 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 kaocervátu v první živou buňku (tzv. eobiont) signalizovala schopnost rozmnožování.

Teorie se považovala po několik desetiletí za bezmála 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 víme, že primitivní život najdeme v horkých pramenech i pod ledovci, kilometry pod mořskou hladinou, ve vrtných jádrech z velkých hloubek zemské kůry... 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. "Čekali jsme, že v podchlazeném koncentrovaném roztoku soli najdeme nanejvýš bakterie konzumující 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."

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 miliardy let. Přitom se předpokládá, že 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.

Existují jenom 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 kosmu a meteoritech. Zatím poslední takový objev přišel v červnu z observatoře na kanárském ostrově La Palma a na teleskopu Hobby-Eberly v Texasu. Ve vzdálenosti 700 světelných let od nás byl objeven antracen - složitá organická molekula, z nichž 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 Ikey - 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 ani hypotéza, podle které život vznikl na Marsu a byl na Zemi přenesen meteority.

1. Zrození planet

Planety vznikly před 4,5 miliardy let a podle nových teorií se život na Zemi objevil "jen" pár stovek milionů let poté, ne až za miliardy let, jak se dříve soudilo.

2. Vesmírné polotovary

Teorie pan-spermie tvrdí, že zárodky života jsou všude ve vesmíru a osídlí všechna místa, kde jsou vhodné podmínky.

Kresby: NASA

3. Hledání na obloze

Teleskop Hobby-Eberly v Texasu nalezl organické látky ve vzdáleném vesmíru.

FOTO: HET

Dokázali jsme, že i krátký úsek RNA dokáže uskutečnit klíčové reakce nutné pro syntézu bílkovin.

Michael Yarus,
vědec z University of Colorado