DNA z Marsu  
O hledání života na Marsu se sice hodně mluví, vážně míněné pokusy v tomto směru by ale spočítal na prstech jedné ruky i tyrannosaurus. Dva význační podnikatelé v oboru biotechnologií se nyní rozhodli, že to tak nenechají. Přinese soukromý kapitál průlom v astrobiologii stejně, jako tomu bylo v dopravě na oběžnou dráhu? Anebo půjde jen o laciné marketingové gesto?


 

Zvětšit obrázek
J. Craig Venter (vlevo) a Jonathan Rothberg. Dva velikáni moderní genetiky jejichž rivalita by při zjišťování života na Marsu mohla být ku prospěchu. (Kredit: JCVI, Wikipedia)

Se smělým plánem hledat život podle DNA nepřišel nikdo jiný než Craig Venter, přední americký biolog a podnikatel v biotechnologiích, který si udělal jméno prací na přečtení genomu člověka, a v současné době se věnuje zejména syntetické biologii, tedy konstrukci modifikovaných organismů navržených „na míru“ pro biotechnologické účely. Výzkumné týmy z JCVI (J. Craig Venter Institute, Maryland) a společnosti Synthetic Genomics, založené rovněž Venterem, by měly vyvinout přístroj schopný na Marsu nalézt stopy DNA (pokud tam jsou), přečíst jejich sekvence a poslat je zpět na Zemi. Venter svůj úmysl poprvé veřejně prezentoval tento týden, v úterý 16. října, na Wired Health Conference v New Yorku.
Není ale sám. Podobné plány má i Jonathan Rothberg, zakladatel biotechnologické společnosti Ion Torrent. Oba biologové věří, že hledání (a sekvenování) DNA je ten nejjednodušší způsob, jak dokázat, že na Marsu existuje život.
„Budou tam životní formy na bázi DNA,“ deklaroval Venter své přesvědčení o správnosti tohoto přístupu.

 

Zvětšit obrázek
Sonda Viking 2 na povrchu Marsu, pokrytém jinovatkou – první z vážnějších pokusů nalézt život na Rudé planetě. (Kredit: NASA/JPL/Ted Stryk)


Venterův tým již začal s experimenty v Mohavské poušti, aby ověřil, zda jeho přístroje dokážou autonomně izolovat mikroby a následně i jejich DNA z půdy v drsných, téměř marsovských podmínkách. Plně automatický provoz, který bude na Marsu nutností, však zatím jejich prototyp nezvládl, jak připustila Venterova mluvčí.
Rothberg zatím vyvíjí „osobní genomový přístroj“ (Personal Genome Machine) adaptovaný pro marťanské podmínky v kooperaci s NASA a MIT, v projektu nazvaném SET-G (searching for extraterrestrial genomes, analogicky k SETI). Tým odborníků z MIT usiluje hlavně o to, aby se neskladný sekvenátor o váze 30 kg podařilo odlehčit na jednu desetinu, což by umožnilo jej „nacpat“ do některého z budoucích marsovských vozítek.
Nejbližší rover se ale na Mars nepodívá před rokem 2018, a genomový sekvenátor nemá ani zdaleka „rezervovanou letenku“, takže je možné, že na první přečtené Marťany si ještě hezkých pár let počkáme. NASA ale nemá na Mars patent - třeba se přístroje hledačů DNA nakonec svezou s někým úplně jiným, například SpaceX, která se meziplanetárními ambicemi nijak netají.


„Nejtěžší na tom dostat se na Mars je splnit kritéria zadaná NASA,“ konstatoval George Church z Harvardovy university, jeden z vedoucích týmu SET-G. „Ani Venter v tom nemá žádný náskok.“

Zvětšit obrázek
Snímek přistávací vzpěry modulu Phoenix ukazuje, že je pokryta podivnými zaoblenými útvary. Dva z nich (žlutě zvýrazněno) se dokonce slily dohromady. Podle všeho se jedná o kapičky kapalné vody bohaté na minerální soli, které ji udržují kapalnou i v teplotách pod bodem mrazu a brání i jejímu vypaření. Kov, na kterém spočívají, nebyl nikdy sterilizován. Kapalina se mohla přímo hemžit pozemskými bakteriemi, které se potom vydaly kolonizovat Mars... Ano, tyto kapičky byly patrně nasyceny žíravými chloristany, vystaveny škodlivému UV záření a mrazivé teplotě, takže by v nich přežít neměly. Podrobnosti zde.

Je ale nutné dodat, že vývoj takového přístroje má nutně i jiná úskalí: molekulárně-biologické experimenty jsou značně citlivé na okolní podmínky. Dopravit křehkou aparaturu a všechny potřebné enzymy a roztoky bez úhony na Mars a zajistit podmínky pro jejich fungování rozhodně nebude jednoduché. Pokud máme mít reálnou naději na nalezení marsovského života, nesmíme pátrat v povrchovém písku promořeném žíravinami a spáleném UV paprsky, ale musíme pátrat pod povrchem kamenů nebo nejlépe v hlubokém podzemí - vytipovat vhodnou lokalitu a dostat se k zajímavým vzorkům tak bude vyžadovat značnou dávku vynalézavosti i štěstí (a peněz). Plán se může pokazit v kterémkoli bodě... Prakticky totéž ale platí i pro dopravu vzorků na Zemi - a ta má navíc mnoho svých vlastních úskalí.
„Důvodem, proč je lepší vozit přístroje na Mars, namísto dopravy vzorků na Zemi, je kontaminace,“ objasňuje Tessi Kanavarioti, odbornice na chemii, která se zabývala rozborem vzorků z Měsíce a teoretickými studiemi o možné biologii na Marsu. Do vzorků přivezených na Zemi by se snadno mohla dostat DNA místních mikrobů, což by výsledky navždy zpochybnilo a prakticky znehodnotilo. S mikroby je to prostě horší než s trpaslíky – ty potvory vám vlezou všude...


Mnozí astrobiologové však mají k plánům Ventera a Rothberga výhrady: „Fungovalo by to, jenom kdyby DNA na Marsu měla stejnou základní strukturu jako na Zemi. Je přitom velmi nepravděpodobné, že by pozemská DNA byla jedinou možnou strukturou schopnou podporovat darwinovskou evoluci.,“ nabádá k opatrnosti Steve Benner, autor řady prací o možných mimozemských biochemiích, a mimo jiné i jeden z prvních vědců, kteří vnesli pochyby do případu „arsenobakterií“, který se nakonec skutečně ukázal jako blamáž.
Také Seth Shostak z Institutu SETI kritizuje úzké zaměření na život našeho typu: „Obdivuji jejich troufalost, ale používají velmi omezené předpoklady, které úplně opomíjejí možnost, že život na Marsu vznikl úplně nezávisle.“


Benner a Shostak mají samozřejmě pravdu: Marťané klidně mohou být pro navrhované přístroje „neviditelní“ a „nečitelní“, pokud by byli od "nás" příliš odlišní. To ale není argument, proč DNA na Marsu nehledat. Jakákoli myslitelná metoda koneckonců nebude schopná najít to, po čem nepátrá a s čím nepočítá, a nebude tedy ani moci prokázat, že na Marsu život není. Když se s tím smíříme, není pro začátek vůbec špatné zkusit hledat to, co známe a co umíme hledat a zkoumat velice dobře. Zejména tehdy, když alternativou je dosavadní stav, kdy nehledáme žádný život. Navíc Mars je Zemi tak blízko, že je tu poměrně velká pravděpodobnost, že život mohl mezi planetami cestovat. Pokud by Marťané byli naši vzdálení příbuzní či předkové, genomický přístup k jejich hledání by uspěl. Je tady ještě jedna výhoda: obecnější a méně „geocentrické“ stopy života, jako jsou organické polymery, izotopové anomálie nebo metabolické produkty (např. metan), jsou většinou dosti mnohoznačné a neurčité – většinou se dají vysvětlit i abioticky. Detekce DNA je naopak jasný a neoddiskutovatelný biomarker.

 

Zvětšit obrázek
Jenže! Po pokusu provedeném německými vědci odpověď na otázku zda existuje na Marsu život s fascinující a možná i trochu zneklidňující odpovědí "ano!" se jeví jako stále reálnější. Měsíční pobyt na simulovaném povrchu Marsu totiž přežilo hned několik druhů pozemských organismů. Nejenom primitivních bakterií, ale i mnohobuněčných lišejníků. Experiment provedl vědecký tým z Německého centra pro letectví a kosmonautiku (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR). Podrobnosti zde.


Problémem je tu spíš skutečnost, že tato iniciativa jde „proti proudu“ dosavadního přístupu NASA. Její sondy zatím hledaly stopy vody a zmizelého života, staré miliardy let. To se týká i pátrání po organických látkách, které má v popisu práce Curiosity – organické látky mohou vydržet miliony a miliardy let po smrti samotného organismu, jak nám na Zemi každodenně dokazuje uhlí a ropa. DNA je naopak záležitostí spíše pomíjivou, po smrti se záhy rozpadne. Hledání DNA tedy není pátráním po fosíliích, nýbrž po živých organismech. Ne že by existoval sebemenší důvod si myslet, že by na Marsu organismy žít nemohly – spíše by bylo divné, kdyby tam byly a vymřely, život obecně vydrží ledacos, včetně podmínek na Marsu.   Jenže nechat fosílie fosíliemi a vydat se do „jurského parku“, kde objekty našeho zájmu mohou stále vesele vegetovat, chce jistou odvahu, kterou NASA dlouhodobě nemá. Riziko, že by nás Marťané fyzicky ohrožovali, je mizivé (zvláště pokud je nebudeme vozit sem, ale osekvenujeme je v jejich domovině), ale je dost možné, že objev živého marsovského mikroba by některým "taky vědcům" rozboural jejich milované teorie, což může být z jejich pohledu důvod více než dostatečný. A tak NASA raději stále znovu a znovu „objevuje“ vodu na Marsu a chodí kolem horké kaše, než aby zamířila přímo k věci. A samozřejmě tu máme marťanskou Hlavu 22! „Současný přístup NASA je hledat vymřelý život,“ shrnuje Christopher Carr z MIT. „Mnoho lidí se zdráhá o stále existujícím životě vůbec mluvit. My jdeme tak trochu s kůží na trh, ale jsme odhodlaní tenhle krok udělat.“ Považuje plánovaný experiment za podnik, který má sice velké riziko, že žádné výsledky nepřinese, ale pokud ano, vyhrajeme rovnou jackpot v podobě jasného a nezpochybnitelného důkazu života na Marsu, a nejen to – získáme i sekvenci jeho genomu, která nám odhalí, o jaký organismus jde a zda je nám příbuzný.

 

Zvětšit obrázek
Metagenomika dovoluje odhalit stopy života v podobě extremofilních mikrobů i v tak kyselém a jedovatém prostředí, jakým jsou drenáže dolů. Pokud by se na Marsu jednalo o život na bázi DNA a RNA, metagenomika by jej odhalila. (Kredit: D. Hardesty, USGS Columbia Environmental Research Center)


Do karet hledačům života hrají i marťanské meteority. V kamenech ALH84001 a Nakhla se našly nepochybné stopy po kapalné vodě – v prvním případě staré přes 3,5 miliardy let, ve druhém kolem 600 miliónů let, což není geologicky zase tak dávno. Oba také nesou některé možné biomarkery. V ALH84001 najdeme zejména možné mikrofosílie, magnetitová zrna podobná těm, která některé bakterie vytvářejí jako miniaturní kompasy, a stopy marťanských organických molekul. Minerální zrna v Nakhle jsou provrtána miniaturními tunely, jaké si v pozemských horninách hloubí bakterie. Nelze bohužel nade vší pochybnost prokázat, že všechny tyto indicie jsou skutečně stopami života z Marsu. Mohly vzniknout jiným procesem, a v některých případech je mohli vytvořit pozemští mikrobi, kteří se do meteoritů bez prodlení nastěhovali. Jako celek ale působí docela sugestivně. Nepozemská DNA v meteoritech sice nalezena nebyla, ale po miliardách či stamilionech let není vlastně ani divu, po takové době už by z této křehké molekuly nezbylo vůbec nic.


Před více než 3,5 miliardou let se ALH84001 ještě koupal na své domovské planetě ve vodě, a také na Zemi už byly oceány. Mezi oběma planetami probíhala čilá výměna meteoritů v rámci Velkého bombardování. Přitom v té době už byl život na Zemi v základních molekulárních rysech podobný tomu, který známe – u tehdejších mikrobů bychom nalezli asi pět stovek základních genů, které sdílejí i dnešní živé bytosti, včetně genů pro 16S ribozomální RNA, jejichž sekvence se často používají jako indikátor vývojové příbuznosti různých linií. Tento gen je všem známým organismům společný, ale u každého druhu má trochu odlišnou sekvenci, což je důvod, proč představuje užitečné univerzální měřítko pro posuzování vývojových vztahů. Pokud život na Zemi a Marsu sdílel společné předky spadající do tohoto období, měli by i Marťané nějakou verzi 16S ribozomální RNA, a mohli bychom je tak snadno detekovat stejnými metodami, jaké se osvědčují i na Zemi. Nejen to - sekvence tohoto genu by nám prozradila, kdy se jejich evoluční cesta oddělila od pozemské větve života. Pomocí sekvenování dokážeme jasně(?) oddělit „černé pasažéry“ vezoucí se se sondami, dávné panspermické poutníky a nefalšované Marťany. Pokud už se nám už povedlo Mars úspěšně kontaminovat, může nás tato rozlišovací schopnost ušetřit nejednoho přehmatu!
Postup, který chtějí Venter a Rothberg aplikovat na Marsu, se nazývá metagenomika. Velmi zjednodušeně jde o to, že ke vzorku půdy přidáme DNA polymerázu (enzym vytvářející kopie molekul DNA) a vše, co tento molekulární „stroj“ potřebuje ke své činnosti. Pokud je ve vzorku nějaká DNA, polymeráza ji mnohonásobně zmnoží, a to natolik, abychom ji byli schopni detekovat a případně osekvenovat (přečíst pořadí bazí – „písmen“ – v DNA). Polymeráze dodáváme primery, což jsou kratičké kousky DNA, které se vážou na původní molekuly DNA a „navedou“ polymerázu na místo, kde má začít se svou prací. (Samotné primery jsou tak krátké, že je polymeráza nezmnoží a nevyvolají falešně pozitivní výsledek). Můžeme například zvolit primery, které se vážou na gen pro 16S RNA, takže z veškeré DNA, která v původním vzorku byla, se namnoží právě jen tento gen. Anebo můžeme použít náhodné, neselektivní primery, takže polymeráza namnoží prakticky cokoli, na co narazí. Obě metody se široce uplatňují při studiu diverzity pozemských mikrobů – dokonce i organismy, které není možné udržet v laboratoři při životě, protože jsou v nějakém smyslu choulostivé (takových je drtivá většina!) je tak možné odhalit a dokonce přečíst jejich genom a porovnat jej s genomem známých druhů.


Co říci závěrem? Pátrání po mimozemské DNA určitě smysl má. Venter a Rothberg rozhodně disponují schopnostmi, nadšením i prostředky k tomu, aby se o to pokusili, a jejich vzájemná rivalita to může jedině urychlit. U osobností jejich formátu snad nehrozí, že by jim šlo jen o lacinou publicitu a slova nebyla následována také činy. Nezbývá než držet palce, aby tato pozoruhodná iniciativa nevyšuměla do ztracena nebo neztroskotala na "úsporných opatřeních" v NASA.

Psáno pro: Osel.cz  a  Vzdálené světy
Prameny:
"The Mars" Strain" -- Searching for Martian DNA (Daily Galaxy)
Genome Hunters Go After Martian DNA (Technology Review)

Autor: Tomáš Petrásek
Datum: 22.10.2012 07:17
Tisk článku

Médium Michaela Vesmírné návštěvy - Steckerová Libuše
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 248 Kč
cena: 196 Kč
Médium Michaela Vesmírné návštěvy
Steckerová Libuše

Diskuze:

Noha Phoenixu

Vít Výmola,2012-10-22 10:47:36

K popisu obrázku nohy Phoenixu: Nechce se mi věřit, že by vzpěra nebyla sterilizována. Sondy, a speciálně ty na Mars, jsou důkladně sterilizovány. Proč by vynechali ošetření kusu sondy, navíc kusu, který se na rozdíl od citlivých přístrojů dá sterilizovat poměrně jednoduše?

Odpovědět


Phoenix

Tomáš Petrásek,2012-10-22 11:21:51

Moc smysl to nedává, ale podle informací které mám (časopis Nature), se landery následující po Vikingu nesterilizovaly, jen se pracovalo v co nejčistším prostředí a otíraly se alkoholem (alkohol nesterilizuje, přinejlepším dezinfikuje). Sterilizovaly se případně jen některé části, na nohy se v tomto případě nějak "zapomnělo".

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni