Odpovedať na komentár

Vznik života

Z Darwinovho evolučného paradigmatu a z faktu, že sa podľa znakov dajú organizmy zoradiť do vývojového stromu vyplýva vcelku logický záver, že všetky organizmy tohoto sveta majú jediného spoločného predka, nazývaného LUCA (last universal common ancestor). Ono,  prísne vzaté by bolo možné aby vývoj organizmov mohol začať z viacerých nezávisle vyvinutých predkov, ale niekto vypočítal, že táto možnosťč je 10 2860  krát menej pravdepodobná ako z jedného predka.
Od formulovania evolučnej teórie prirodzene vyvstáva otázka čo to LUCA vlastne bolo a ako sa vyvinulo. Kým za čias Darwina bola táto otázka čisto hypotetická, vývoj vedeckého poznania v dvadsiatom storočí dospel k síce stále ešte rámcovému, ale predsa len konkrétnejšiemu pohľadu na možnosti vývoja živých foriem z neživých. Dnes vzájomne súperí viacero teórií vzniku života, v tomto článku sa budem opierať hlavne o ribotypovú teóriu Marcella Barbieriho, a to preto, že je mi z rôznych dôvodov sympatická, ale aj preto, že sa dá v prístupnej forme o nej dočítať v jeho knihe „Organické kódy“, piata kapitola. Prípadný záujemca sa v nej dozvie viac podrobností.
Kým sa pokúsim načrtnúť súčasný stav poznania, nemôžem inak ako trocha odbočiť k otázke definície toho, čo to je život. Táto zdanlivo ľahká otázka nemá (a nebude nikdy mať) jednoznačnú odpoveď. V súčasnosti je najuznávanejšia definícia, podľa ktorej je živé to, čo sa dokáže rozmnožiť a súčasne to je schopné vykonávať látkovú premenu (metabolizmus). Podľa tejto definície napríklad nie sú živé vírusy, pretože sa síce dokážu rozmnožiť, ale nedokážu si k tomu vytvoriť patričný aparát, teda nedokážu metabolizmus. Na druhej strane síce celý rad procesov v anorganickom svete vykonáva látkovú premenu, ale nedokáťe svoju vnútornú štruktúru opakovať  — nespĺňa teda prvú časť definície. Jednoznačný záver potom je, že živé je iba to, čo je založené na bunkách.
Master princípom každej bunky je génovo-proteínový dualizmus (GP dualizmus). V molekule DNA je vo forme molekulárneho kódu zapísaný konštrukčný návod na stavbu  základných stavebných kameňov života  — proteínov . Pre účely tohoto článku môžeme vec zjednodušiť tak, že budeme predpokladať rovnicu jeden gén na molekule DNA = jeden výsledný proteín. Všetko živé na tomto svete je vlastne akási lego-skladačka z proteínov. Problémom ovšem je, že samotná DNA nedokáže syntetizovať proteíny, ale potrebuje k tomu už hotový proteínový aparát v podobe molekuly ribozómu , ktorá je z dvoch tretín tvorená molekulami RNA (ribonukleová kyselina, o ktorých bude ešte reč) a jednou tretinou rôznych proteínov. Inými slovami: DNA molekula sama seba nedokáže bez pomoci proteínov rozmnožiť a proteíny sa nedokážu samé seba syntetizovať bez molekúl DNA, teda bez génov.
Vysvetlenie vzniku života naráža na problém vzniku dvoch na sebe závislých molekulových štruktúr, čo významne znižuje pravdepodobnosť ich súčasného spontánneho vzniku. Ako vždy, keď v prírode nemôže nejaká štruktúra vzniknúť spontánne, neostáva nič iné, ako sa opäť obrátiť na darwinistický mechanizmus vývoja zložitejšej formy postupnými malými zmenami z jednoduchších foriem. Máme tu teda ponúkajúce sa dve paradigmy:
  • paradigma prvotného metabolizmu z protoproteínov, neskôr proteínov a následného syntetizovania DNA alebo
  • paradigma prvotného samokatalyzujúceho sa molekulového replikátora, ktorý od istého momentu katalyzoval aj proteíny.
Na to aby sa mohol vyvinút z anorganickej organická forma molekulového života musíme preskúmať možnosti, ktoré nazývame chemická evolúcia . V jej procese by sa mali vyvinúť základné organické molekuly,z ktorých je život na Zemi poskladaný. Podstatný pokus v tomto smere v roku 1953 vykonal Stanley Miller. V aparáte, kde simuloval podmienky panujúce na Zemi pred 3,8 miliardou rokov (ako o nich svedčia najstaršie nájdené sedimenty z lokality Isua). Tento a mnohé následné experimety jasne potvrdili, že na Zemi v praoceáne vznikali všetky potrebné základné molekuly potrebné pre život základnými chemickými postupmi. Najzaujímavejší výsledok je, že vo vtedajších podmienkach nesporne vznikali základné genetické molekuly ( nukleobázy ) adenín, guanín cytozín a uracil. Rovnako vznikali aj hlavné molekuly pre zásobovanie energiou  — fosfáty a tiež prekurzory amínokyselín, čo je dôležité, pretože z amínokyselín sa pomocou kódu RNA syntetizujú proteíny. Pokusy však súčasne poukázali na rad prekážok pre vznik zložitejších štruktúr. Napríklad veľkou prekážkou je spontánny vznik pravo- a ľavotočivých molekúl s rovnakou frekvenciou, čo znemožňuje ich ďalšiu syntézu. Faktom však zostáva, že základné stavebné látky života s vysokou pravdepodobnosťou vznikali v obrovských množstvách a tvarovej variabilite, čo je nevyhnutný predpoklad darwinistickej evolúcie.
Aby sme sa dostali k spomínanému GP-dualizmu nevyhnutne potrebujeme zložitejšie molekuly ako sú prosté amínokyseliny a nukleobázy. Potrebujeme aby sa amínokyseliny spontánne za určitých podmienok samé skladali do jednoduchých proteínov. Tomu ovšem bráni vodné prostredie, preto musíme predpokladať, že prvé abioticky (neživo) skladané proteíny vznikali na suchých a veľmi teplých miestach. Takých miest ovšem bolo v rannom období Zeme veľa, pretože prevládala masívna sopečná činnosť. Úspešné pokusy s danými predpokladmi robil v 60. rokoch Sidney Fox. Podarilo sa mu prudkým zahrievaním a ochladzovaním syntetizovať z amínokyselín obrovské makromolekuly, ktoré nazval protenoidmi . Fox dokonca ukázal, že protenoidy dokážu jednoducho vytvárať zložitejšie štruktúry, určité komôrky, ktoré nazval mikrosférami . Z pohľadu vývoja života je podstatné, že si mikrosféry udržujú slabú katalytickú schopnosť, takže môže sa na ich povrchu syntetizovať ďalšie štruktúry a navyše sú to membrány, ktoré mohli byť predkami dnešných bunkových membrán (tie dnešné sú však založené na tukovej platforme). Mikrosféry dokážu absorbovať z okolia proteíny, rásť, a potom sa deliť na menšie sféry, ktoré sú termodynamicky stabilnejšie. Je to ovšem iba jedna z viacerých možností. Rozbor ďalších možností si prípadný záujemca môže prečítať v spomínanej knihe.
Problémom proteínového sveta však je, že nedokáže uchovať dedičnú informáciu. Od objavu DNA molekuly ako nositeľa dedičnej informácie a RNA molekuly ako „prekladateľa“ génov do stavby proteínov sa pochopiteľne pozornosť vedcov obrátila k možnosti nejakého prechodného samoreplikujúceho sa systému s vnútornou pamäťou. DNA, ako som už uviedol síce túto dedičnú pamäť má, ale nemá schopnosť na jej základe syntetizovať proteíny. RNA tiež obsahuje dedičnú informáciu, ale aby sa táto premenila na proteín, teda aby sa „slovo telom stalo“, potrebuje už hotový kúsok toho „tela“, teda ribozóm, ako som vyššie uviedol.
Spočiatku bola RNA chápaná iba ako prenášač genetického kódu z DNA do ribozómu. Predsa však jej významná jednoduchosť oproti DNA ponúkala otázku, či prechodnou formou medzi prostými molekulami chemickej evolúcie a evolúcie bunečnej nemohli byť práve molekuly RNA. Ak vložíme molekulu RNA do roztoku s nukleotidami a ribozómovými molekulami, RNA sa spontánne replikuje, kým nevyčerpá zásobu nukleotidov, ako dokázal v roku 1967 Sol Spiegelman.
V roku 1971 Manfred Eigen preukázal syntézu RNA pomocou roztoku jednoduchých nukleotidov a molekúl ribozómu. Dosiahol však maximálnu dĺžku RNA 120 nukleotidov. Odhliadnúc od toho, že proces bol možný iba s účasťou pomerne zložitej molekuly ribozómu, maximálna dĺžka 120 nukleotidov je vážnou prekážkou predstavy, že by postchemická evolúcia mohla byť na báze čistého RNA replikátora. Dôvodom je hlavne problém nazvaný „ replikačné katastrofy “. Replikácia nejakej informácie prebieha s chybami, čo vyplýva z druhej vety termodynamickej. Dá sa matematicky dokázať, že čím je samostatný replikačný systém zložitejší, tým narastá počet chýb replikácie. Práve pre RNA molekuly sa dá dokázať, že strop replikačnej stability sa pohybuje okolo tých 120 molekúl.
Potrebujeme nejaký molekulárny systém, ktorý by prekonal spomínané (plus tu neuvedené) ťažkosti prechodu od molekulových prekurzorov ku GP-duálne fungujúcemu predkovi dnešnej bunky. V roku 1981 Marcello Barbieri navrhol svoju ribotypovú teóriu vzniku života . Tá je založená na schopnosti RNA replikovať sa a tiež niektorých usporiadaní RNA fungovať ako enzýmy (takéto RNA nazývame ribozymami ), čo umožňuje vytvoriť akýsi molekulový mostík medzi rozmnožovaním a látkovou premenou. Niektoré molekuly RNA majú schopnosť viazať sa na jednoduché proteíny, čím vytvárajú tzv ribonukleoproteíny . Molekulu zloženú z jednoduchej molekuly RNA a jednoduchého proteínu Barbieri nazýva ribozoid . Tak ako sa nazýva kompletný súbor znakov organizmu fenotyp , kompletný súbor génov organizmu genotyp , kompletný súbor ribozoidov, RNA molekúl a proteínov nejakej sústavy nazýva Barbieri ribotyp . Svoju predstavu postchemickej evolúcie vedúcej ku vzniku LUCA nazýva autor ribotypovou teóriou .
Scenár ribotypovej teórie vychádza z vyššie popísaného obdobia chemickej evolúcie, ktorá vytvorila nevyhnutný arzenál organických molekúl v dostatočnej variabilite a na túto etapu priamo naväzuje.
Kľúčovou molekulou ribotypovej teórie je ribonukleoproteín  — ribozoid. V dnešných bunkách je najvýznamnejším ribonukleoproteínom ribozóm, v ktorom prebieha syntéza proteínov z amínokyselín podľa genetického kódu obsiahnutého v DNA. Samotný fakt, že ribozóm je spojenie proteínu a RNA ho predurčuje k tomu, že môže byť predkom neskoršej bunky. Dôvodov je niekoľko. V prvom rade ide o to, že ribonukleoproteíny sú schopné spontánnej syntézy  vďaka katalytickej schopnosti niektorých RNA molekúl. Ďalej je tu dôležitá schopnosť RNA uchovávať dedičnú informáciu.
Na základe výnimočných vlastností ribozoidov si vieme predstaviť postchemický evolučný scenár, ktorý na konci viedol k LUCA. V „prapolievke“ ranných plytkých morí, vo vysoko reduktívnej atmosfére, pri vysokom toku energie zo Slnka, z radioaktívneho rozpadu hornín a vulkanickej činnosti vznikali spontánne všetky základné komponenty života: dusíkaté látky, ATP molekuly, nukleotidy, jednoduché RNA a protoproteínové molekuly. Tie sa spontánne skladali do širokej škály tvarov a konformácií, ktoré sa opäť rozkladali kvôli vysokému energetickému prietoku (vysokej teplote). Niektoré konformácie viedli ku vzniku ribozoidov, teda ribonukleoproteínov v jednoduchšej konformácii, ktorá ovšem bola schopná samokatalyzácie. Vznikal tak bazén ribozoidových molekúl, ktoré boli rôzne stabilné, pretože v rôznej miere boli schopné vzdorovať termickému rozkladu. Tie, ktoré boli odolnejšie, alebo tie ktoré boli vďaka dedičnej informácii v RNA časti schopné rýchlejšej replikácie napokon v tomto bazéne spotrebovali dostupné zdroje. Ribozoidy boli schopné zvyšovať svoju odolnosť proti replikačným katastrofám, pretože ich spojenie s proteínmi zvyšovalo prah pre replikačné katastrofy. Vznik rôznych ribozoidov umožňoval vytváranie symbióz, čo umožňovalo vznik ešte zložitejších molekúl s ešte zložitejšími povrchmi. To zase spätne umožňovalo katalyzovať veľmi komplexné proteíny. Vznikajú rôzne ribotypy usporiadaní zhlukov ribozoidov, ktoré súťažia o zdroje. Odtiaľ je už iba nepatrný krôčik k tomu, aby také ribotypy, ktoré dokážu okolo seba syntetizovať ochranné membrány mali väčšiu šancu na prežitie, ako tie nechránené a máme vznik prvej bunky — LUCA.
Samozrejme aj táto teória vyžaduje dôkazy alebo vyvrátenie. Medzi dôkazy patrí vývoj v poznaní vlastností RNA molekúl. Ukazuje sa, že tieto molekuly hrajú vlastne zásadnú úlohu vo všetkých bunečných procesoch. Ukazuje sa stále väčší význam ich katalytických vlastností. Takisto sa vynára ich význam v riadení interpretácie genetického kódu obsiahnutého v DNA. Pri dnešnom pohľade sa vnútorný život bunky podobá skôr na život RNA molekúl, ktoré riadia tvorbu proteínov a informáciu o ich tvare si ukladajú do DNA molekúl. V tomto smere je ribotypová teória pomerne presvedčivá. Má však niekoľko slabín, najmä v otázke veľkosti prvých ribozoidov, pretože aj tie už museli byť dostatočne veľké aby boli schopné aj sebakalyzácie a súčasne sebareplikácie. Nič však zatiaľ takejto predstave neprotirečí. Čas ukáže, či sa ďalším výskumom najmä funkcionality RNA molekúl podarí nájsť stopy po predbunečnej evolúcii v štruktúre dnešných buniek. Mali by tam byť, pretože život je systém s vlastnou historickou pamäťou.


Na záver by som si dovolil dve poznámky.
Prvá sa týka toho, že ak už začneme interpretovať svet darwinisticky, tak vždy, keď z tohoto konceptu vybočíme, dostávame sa do neriešiteľných situácií. Ak sa vývoj organizmov chápal ako vývoj postupných čiastkových krokov, logicky bolo nutné predpokladať jedného spoločného predka. LUCA musel byť v duchu darwinistickej paradigmy zákonite oveľa jednoduchší, ako sú dnešné organizmy. Prirodzene ním musel byť jednobunkový organizmus. Lenže tu nastal zásadný provlém, pretože bunka je príliš zložitá aby mohla vzniknúť spontánne. Všetky pokusy nájsť možnosť spontánneho vzniku bunky boli vopred odsúdené na neúspech, pretože boli nedarwinistické. Až predstava, že aj bunka je iba jednou etapou dlhšieho vývoja čiastkových krokov pomohla nastoliť tie správne koncepty a experimenty. Výsledkom sú vedecky podložené teórie predbunečnej evolúcie, ktoré vyzerajú dostatočne vierohodne.
Ich vierohodnosť v mnohom pripomína vierohodnosť teórie Big Bangu, ktorá panuje v kozmológii. V oboch teóriách môžeme pravdivosť overovať iba skúmaním dôsledkov z dôsledkov, nie priamo. Na priame overenie teórie Big Bangu by sme museli mať všetku energiu Vesmíru, na overenie niektorej predbunečnej evolučnej teórie rovnaké podmienky v rovnakej rozlohe a mase, aká bola na Zemi pred 3,8 miliardou rokov.
Pri každej možnej príležitosti sa snažím zdôrazňovať, že evolučná teória nie je absolútne pravdivá, tak ako každá človečia myšlienková konštrukcia, vrátane náboženských. Navyše evolučná teória striktne vzaté nemôže byť vnímaná ani ako vedecká teória, pretože nie je falzifikovateľná, podobne ako teória Big Bangu. Od istého momentu poznania sa dostávame na jeho hranice, a tam musíme niektoré veci prosto predpokladať, alebo ak chcete  — veriť im. Evolučná teória je taký súbor predpokladov, na základe ktorých sa dajú budovať vedecké teórie, a tie už sú falzifikovateľné. Až stavba týchto overených teórií robí spätne východiskovú teóriu pravdepodobnejšou. Tento proces sa dá nazvať slabým dôkazom evolučnej teórie. Tak je ovšem na tom každá oblasť poznania. No a tu mi nedá, aby som nepoukázal na vyššie uvedené: vždy, ak vo vysvetlení prírody odbočíme z darwinistického výkladu, dostaneme sa do neriešiteľných situácií. Toto sa dá považovať za slabý dôkaz platnosti evolučnej teórie v darwinistickej interpretácii.
Druhá poznámnka je podľa mňa podstatnejšia. Biológovia sa uspokojili tým, že dokážu vytvoriť vierohodný výklad evolúcie od molekúl po dnešnú biosféru. Pred vznikom molekúl predpokladú neevolučný vývoj, veď ten je napokon daný fyzikálnymi zákonmi a to podľa nich stačí. Lenže fyzikálne zákony neobsahujú nijaký teoretický aparát, ktorý by vysvetľoval organizovanie hmoty do štruktúr, nieto ešte vývoj štruktúr od jednoduchších po komplexnejšie. A tak sme tu pred rovnakou situáciou ako v prípade LUCA. Predpokladáme vznik evolučných zákonitostí až od určitej miery komplexnosti hmoty. A to je nedarwinistické.

Odpovedať

By submitting this form, you accept the Mollom privacy policy.