Nejprve trochu skepse: "Myslím, že bychom měli rozlišovat dvě věci: Zda evoluce nějak proběhnout mohla a zda tak skutečně proběhla," říká v rozhovoru o umělých buňkách na Science Worldu biolog Petr Pajer z Ústavu molekulární genetiky AV. Druhá otázka, "jak se to skutečně stalo", je přitom podstatně složitější, protože je od nás oddělena termodynamickým šumem. Samozřejmě, že chceme-li jako evolucionisté po tisíci první vyvracet inteligentního designéra nebo čistý kreacionismus, pak nám stačí ukázat, že vznik života se nějak odehrát MOHL - třeba tím, že celý proces znovu uskutečníme ve zkumavce. A jasné je i to, že taková demonstrace bude mediálně vděčná, při celém projektu se naučíme technologie, které budou k použití i úplně jinde - a tak dále. Ovšem těžko říct, zda půjde o opakování toho, co se na Zemi odehrálo před cca 4 miliardami let. Tady se jistoty dobereme podstatně obtížněji.
Richard Dawkins uvádí hezký příklad se stavbou gotické katedrály. Postavit ji do současné podoby tak, že v každém kroku jenom něco přidáváte, je obtížné. Ejhle, zvolají kreacionisté, vidíte, že nemohla vzniknout krok za krokem. Dnešní stavby ovšem obsahovaly také podpěry, které byly postupně odebírány (viz článek Evoluce do skládačky nejenom přidává ). Před dnešní složitou biochemií živých organismů nejspíš existovala celá řada jednodušších položivých strojků. Problém je v tom, že po nich skoro nezůstaly stopy, protože první organismy "položivý" obsah prapolévky nemilosrdně sežraly. A tak třeba v laboratoři dokážeme připravit jednodušší nukleové kyseliny, které lze replikovat, třeba threonukleovou kyselinu, TNA. DNA polymeráza umí pracovat s TNA, vlákno TNA se dokonce může párovat proti DNA. Dá se z toho ale vyvodit, že zde kdysi existoval nějaký TNA svět? Mohl, nemusel. Pokud existoval, naši předkové stopy po něm, ony podpěry gotické katedrály, každopádně sežrali a molekulární archeologové jsou v hodně těžké pozici.
Teď pojďme trochu konkrétněji k RNA světu. Celá idea vychází z toho, že dnešní živé organismy se vyznačují dualitou genotyp-fenotyp (informace-tělo), které odpovídá na jedné straně DNA, na straně druhé proteiny. DNA se sama nedokáže replikovat (je vlastně sama o sobě docela inertní), potřebuje na to enzymatický aparát, který ovšem sama kóduje. Při úvahách, jak tohle všechno mohlo vzniknout (a nějak to vzniknout muselo), narážíme na známý problém slepice a vejce. RNA svět je snahou tuto dualitu nějak odstranit. Ribonukleová kyselina má totiž katalytické funkce, takže by v nějakém hypotetickém RNA světě mohla být SOUČASNĚ kódem i tělem, replikátorem i katalyzátorem, jakýmsi nahým genem.
Abychom to ještě trochu zamotali, máme zde ale i celou řadu dalších možností.
Na Oslu jsme publikovali článek Jak je to s těmi živými jíly, který předkládá možnost, že původním replikátorem mohla být i anorganická látka, pseudokrystal jílu. Extrémně zajímavý je také objev, že ani DNA nemusí pospávat v podobě populární šroubovice, ale snad by ve skutečnosti mohla mít katalytické funkce také (viz na Oslu článek Vznikl život jinak). Bohužel mi není známo, kam se tyto výzkumy dále ubírají, ovšem DNA jako počáteční nahý gen se jeví mít jednu výhodu - je totiž teplotně stabilnější. Pokud by třeba život vznikal v prostředí horkých pramenů u dna oceánů, pak by zde lépe fungovala DNA.
Zajímavá je i myšlenka, že původní život neměl podobu replikátoru, ale spíše autokatalytické sítě, kde je jedna molekula odpovědná za syntézu jiné látky než sebe sama. Síť se pak kopíruje jako celek. Stuart Kauffman se dokonce pokusil vypočítat, kolik molekul je potřeba na to, aby síť měla potřebné autokatalytické vlastnosti, přičemž vycházel z toho, že s růstem složitosti roste i počet katalyzovaných reakcí. Kauffmanovi primárně šlo o překvapivou myšlenku, že původní živou formou mohly být proteiny, jeho způsob uvažování může být ovšem inspirací i pro úvahy o RNA světě.
Teď něco málo o tom, jak by RNA svět mohl fungovat. Řekli jsme si, že RNA může mít katalytické funkce. Potřebujeme tedy RNA, která bude současně RNA polymerázou, bude tedy skládat jednotlivé nukleotidy do souvislého řetězce. To ale ještě tak docela nestačí. Aby docházelo k replikaci, je třeba, aby RNA složila ne nějaký libovolný řetězec, ale zase sebe sama (musí jít tedy nejen o polymerázu, ale i o replikázu). V opačném případě by totiž první vzniklá katalytická RNA poskládala hromadu dalších molekul, které by už katalytické funkce neměly, a vše by zamrzlo (ledaže by se různé molekuly RNA vytvářely křížem; a jasné je i to, že zamrznutí by nemuselo být úplné, protože jiný proces by ta vlákna zase mohl rozkládat).
V analogii s tím, jak pracují enzymy, bychom si také měli představit spíše dvě molekuly. Jediná molekula RNA může těžko složit opět sebe sama ("nepozná", co má skládat; pak jsou zde i striktně chemické problémy, které vedou k tomu, že když už, pak by se takto mohla skládat pouze vlákna symetrická, palindromy). Funkčnější je situace, v níž máme dvě molekuly RNA - jedna je právě v roli enzymu ("tělo"), druhá v roli informačního vzoru ("kód"). Enzym leze po matrici, čte ji, vybírá z okolí volné nukleotidy a skládá je k původnímu řetězci, a tak vytváří řetězec nový.
Řadu těchto modelových situací se podařilo napodobit i laboratorně, něco málo o tom píše Matt Ridley v knize Genom. V článku "Šlechtíme zkumavkovou RNA" je popsána řada triků, které se takto s RNA dají provádět. Zajímavé přitom je, že když šlechtíme RNA na autokatalytické účinky, dostaneme řetězce podobné těm, které dnes najdeme v RNA virech nebo úsecích ribozomální RNA. Dawkins ve Slepém hodináři (pozor - nejde tedy zrovna o nic aktuálního) uvádí, že samovolnému vzniku řetězců RNA výrazně prospívá zinek. To je důležité, sice tedy potřebujeme ještě další katalyzátory, ale anorganické - výše zmíněného problému slepice a vejce jsme se zbavili.
Myšlenka na RNA, která by sama sobě byla RNA polymerázou i replikázou, ovšem mimochodem naráží na jeden zábavný problém - podle nukleové kyseliny totiž nevzniká původní vlákno, ale jeho zrcadlový otisk, komplementární řetězec. Pokud se neomezíme jen na vlákna, která jsou sama sobě svým otiskem (pozor, jde o něco jiného než výše zmíněné symetrické palindormy), náš enzym by měl umět kopírovat obě zrcadlová vlákna, ideálně však už žádná další vlákna jiná. Ono na tom zase tak přesně nezáleží - selekcí ze směsi různých RNA bychom se měli dostat stále blíže a blíže výsledku. Za nejnadějnější postup, jak něčeho takového dosáhnout, se však pokládá zapomenout na chvíli na replikaci, a selektovat prostě na katalytické schopnosti (viz třeba tento článek). Úplný úspěch dosud zaznamenán nebyl a není jasné ani to, jak taková molekula může být dlouhá (což má opět vztah k úvahám o tom, jak ona sama asi vznikla).
Jak vidno, článek "Vznik života byl jednodušší, než se soudilo" pojednává každopádně už o poměrně pokročilém světě, kde vedle sebe existovala RNA i proteiny a alespoň nějaká (proto)buněčná mašinérie. Žádné nahé geny, s tím to opravdu nemá mnoho společného, ale spíše vznik prvních buněk už dost podobných těm dnešním.
RNA svět (pokud ovšem existoval) výše popsanému modelu (pokud ten ovšem existoval) předcházel. Pravda ale je, že cestu mezi těmito stavy si lze v zásadě představit. DNA by se v takovém případě objevila až v další, relativně pozdní fázi. Protože je stabilnější, snad umožnila lepší fixaci genetické informace. Snad došlo i k nějakému hrdlu lahve, kterým prolezly jen organismy schopné odolávat vyšší teplotě.
Na okraj ještě dodávám, že by mě docela zajímalo, jaká byla struktura bází v řetězcích prvních "živých" nukleových kyselin. Sled bází u dnešních nukleových kyselin totiž není náhodný (normální, gaussovský), ale jeho matematické rozdělení odpovídá Zipfovu zákonu (mocninné rozdělení). Takovýhle matematický popis obvykle indikuje, že máme co do činění se systémem, který má za sebou nějakou historii/evoluci. Jak z tohoto pohledu vypadá RNA polymeráza, jak krátké RNA geny z výše popsaného článku? Těmihle úvahami bychom se však už dostali někam hodně jinam.
Shrnuto, i když máme rámcovou představu o tom, "jak to asi být mohlo", přemýšlení o tom, jak to bylo ve skutečnosti, neztrácí nic ze své přitažlivosti. Jak už bylo poznamenáno výše, je to detektivka, ve které po sobě pachatel (naše prapra...babička) většinu stop zametl opravdu důkladně - své oběti sežral. Výše použitý termín "přemýšlení o původu života" je ovšem trochu nešťastný. Sice vyjadřuje způsob vzniku tohoto textu, ale pokroku samozřejmě dosáhneme spíše v laboratoři než četbou (ne vždy aktuálních pramenů) a přemítáním v pohodlném ušáku.
Diskuze:
