Vznikl nakonec život přece jen u 'černých kuřáků'?

- Příroda autor: Jan Toman

S objevy týkajícími se prvních organismů na Zemi se v poslední době roztrhl pytel. Hon za stále staršími fosiliemi ovšem trochu zastírá fakt, že ani po více než 200 letech nemáme zcela jasno jakým způsobem a za jakých podmínek život vznikl.

Hydrotermální vývěr u Nového Zélandu. Ilustrační snímek

Hydrotermální vývěr u Nového Zélandu. Ilustrační snímek,zdroj: NOAA Photo Library/Flickr.com

Otázka vzniku života lidstvo vzrušuje odedávna. Opravdu moderní přístup k jejímu řešení ale můžeme vysledovat až od 19. století. Sám Charles Darwin například uvažoval, že první organismy mohly vzniknout v mělkých prohřátých jezírkách plných živin na povrchu dávné Země.

Za podobných podmínek opravdu mohou s přispěním blesků, dopadů meteoritů, vývěrů lávy a dalších zdrojů energie vznikat ze "zárodečné polévky" i složité organické látky, základní stavební kameny života.

Od "cihel" k "domu" je ovšem dlouhá cesta. Zatímco první výzkumníci považovali nejjednodušší, bakteriální, organismy za pouhé váčky s pár základními součástkami, dnes víme, že jsou jejich buňky neskutečně komplexní a vnitřně sehrané. Představa, že mohly vzniknout více méně náhodným namícháním základních "součástek", je více než naivní.

I z tohoto důvodu většina výzkumníků myšlenku jednoduché "zárodečné polévky" opustila a své úvahy zaměřila na jiná prostředí, zejména kovové a horninové povrchy, led či speciální geologické útvary. Jedni přisuzují větší důležitost nukleovým kyselinám, zejména RNA a DNA, kvůli jejich úloze ve skladování genetické informace a vytváření bílkovin. Další věří v primát bílkovin a látkové přeměny, přičemž DNA a RNA podle nich měly vzniknout až později.

Problémem při těchto úvahách je hlavně časový odstup, který od vzniku života uběhl. I když porovnáme všechny dnešní organismy včetně těch nejjednodušších, můžeme se něco dozvědět maximálně o jejich posledním společném předku. Všechny jednodušší organismy, které tvorové dnešního typu vytlačili, se nám ztrácejí za oponou času.

Přesně v tomto ohledu nám ale mohou pomoci počítačové simulace a přístupy systémové biologie. Ty stojí tak trochu v protikladu ke standardním biologickým postupům, které spočívají v rozdělení problému na menší části. Systémová biologie se naopak zabývá organismy a jejich skupinami ve vší jejich složitosti. V jejím hledáčku jsou komplexní funkce, procesy a jejich interakce uvnitř těl organismů i mezi různými organismy, a to na všech úrovních.

Skupina amerických výzkumníků nasadila systémově-biologický přístup na té nejvyšší úrovni. S pomocí několika biochemických databází badatelé sestavili model "globálního metabolismu" – obrovskou síť zahrnující všechny známé základní reakce látkové přeměny uvnitř všech živých organismů. Následně vytipovali osm jednoduchých látek – vodu, oxid uhličitý, sirovodík, čpavek, dusík, kyselinu mravenčí a kyselinu octovou – které se pravděpodobně běžně vyskytovaly na rané Zemi a mohly se tak stát základními kameny života.

Výzkumníci úmyslně vynechali sloučeniny obsahující fosfor. Jeho sloučeniny hrají v dnešních organismech několik důležitých rolí, zejména ale slouží jako operativní přenašeče energie potřebné k uskutečnění mnoha reakcí. Na rané zemi ale musely být tyto sloučeniny velmi vzácné a pokud nechceme zavádět různé nepravděpodobné hypotézy, první živé organismy se zřejmě musely obejít bez nich.

Ze základního souboru osmi sloučenin následně badatelé nechali počítačový model vypočítat všechny jejich v globálním metabolismu uskutečnitelné reakce, produkty, a reakce těchto produktů. Všechny udivilo, že i z takto omezeného souboru jednoduchých sloučenin došel realistický počítačový model k více než 260 různým organickým látkám a 315 možným reakcím.

Velmi podobně navíc dopadla simulace, kde výzkumníci nahradili dvě organické kyseliny jinými podobnými sloučeninami. Kromě toho se v této základní síti prokazatelně vyskytují častěji základní a nejdůležitější reakce látkové přeměny, a to často dokonce ve verzích, které bývají často považovány za nejpůvodnější. Regulace reakcí, které jsou součástí této starobylé sítě, také probíhá přednostně jednoduššími, rozšířenějšími a pravděpodobně starobylejšími enzymy.

Co je ale ještě zajímavější, dominantní zastoupení mezi nimi mají látky obsahující kovové – zinkové, nebo sírovo-železité – jadérko. Ty jsou už dlouho podezřelé, že mohou představovat jakousi "molekulární fosilii" či dávnou vzpomínku na původní stav, kdy průběh reakcí usměrňovaly přímo sloučeniny zinku, síry či železa přítomné v prostředí.

Naopak složitějších a pokročilejších enzymů objevená síť obsahovala daleko méně. Skupina organických látek s obsahem síry, thioestery, navíc zřejmě mohla do značné míry zastávat roli dnes rozšířených látek s obsahem fosforu.

Zdá se tak velmi pravděpodobné, že objevená síť reakcí není čistě náhodným "mišmašem", ale do značné míry odráží nejstarší reakce látkové přeměny u prvních organismů, které dnes zůstaly zachovány mezi různými liniemi už jen útržkovitě.

Důležitá role sloučenin zinku, síry a železa je důležitá ještě z jiného hlediska. Předpokládá ji totiž skupina teorií, které umisťují vznik života do blízkosti hlubokomořských vývěrů horkých, rozpuštěnými látkami nasycených vod – známých "černých kuřáků". Není bez zajímavosti, že v podobném prostředí zřejmě vznikaly nedávno objevené "nejstarší fosilie".

Stejné teorie rovněž předpokládají primát látkové přeměny nad "informační" stránkou organismu reprezentovanou nukleovými kyselinami. Blížíme se k vyřešení záhady obestírající vznik života? Možná. Na definitivní odpověď si ale ještě musíme počkat.

Zdroj: Goldford JE, Hartman H, Smith TF & Segrè D (2017): Remnants of an Ancient Metabolism without Phosphate. Cell 168.

Tagy: biologie zvířata a příroda věda a poznání černí kuřáci evoluční biologie mikrobiologie

Zdroje: Vlastní