Přehled teorií vzniku života

V létě 2016 proběhla médii zpráva, že se našel předchůdce všech živých organismů, kterého vědci nazvali Luca (Last Universal Common Ancestor). Jde o jednobuněčný, baktérii podobný organismus, který žil asi před čtyřmi miliardami let. Tento objev značně posunul odhad, kdy asi mohl na naší planetě vzniknout život. V průběhu času se život rozvinul od základních mikrobů do nepřeberného množství složitých forem. Ale jak vlastně vznikl? Opravdu je třeba nadpřirozeného božského zázraku, aby neživé hmotě vdechl život? Nebo je život logickým a nevyhnutelným následkem vlastností hmoty a fyzikálních zákonů? Přinášíme stručný přehled teorií od „prvotní polévky“, přes elektrický výboj až k panspermii.

Prvotní polévka

Autorem teorie „prvotní polévky“ je ruský vědec Alexandr Ivanovič Oparin. Publikoval ji v roce 1924. Teorie předpokládá vznik organických molekul z jednoduchých anorganických látek přítomných na rané Zemi, např. metanu, amoniaku, oxidu uhličitého, uhelnatého, siřičitého, kyanovodíku atd. Sloučeniny dále pod vlivem tepla, ultrafialového záření a elektrických výbojů reagovaly s vodní párou za vzniku složitějších organických molekul – aminokyselin, lipidů (tuků), sacharidů a nukleotidů. Pokud se dostaly do vody, mohly se zde koncentrovat do „prebiotické polévky“, kde dále reagovaly a polymerovaly. Bílkoviny vytvářejí ve vodě kapičky, koacerváty, oddělené od okolí ostrým rozhraním, jakousi membránou, která mohla dát vznik buněčné bláně. Koacerváty se mohou sdružovat do větších kapiček, které se pak vlastní vahou zase rozdělí – a zde už je možné tušit předchůdce buněčného dělení a rozmnožování. V současnosti již takto život vznikat nemůže, protože přítomnost volného kyslíku v atmosféře takovému slučování organických molekul brání.

Elektrická jiskra

Jiskru potřebnou pro zažehnutí života mohl přinést blesk. Elektrické jiskry mohou generovat aminokyseliny a cukry v atmosféře nasycené vodou, metanem, amoniakem a vodíkem. Ukázal to slavný Millerův-Ureyův experiment již v roce 1953. To naznačuje, že blesk mohl pomoci vytvořit klíčové stavební kameny života na Zemi na samém počátku. Po miliony dalších let se tak mohly tvořit větší a složitější molekuly. Ačkoli výzkum od té doby odhalil, že raná atmosféra Země byla ve skutečnosti na vodík chudá, vědci se domnívají, že vulkanické mraky v tehdejší atmosféře mohly obsahovat metan, čpavek a vodík, a tak mohly organické sloučeniny bleskem stejně vzniknout.

Pokusy chemiků Harolda Ureye a Stanley Millera měly pokračovatele. O půl století později Millerův student Jeffrey Bada, mořský chemik v Ústavu oceánografie v Kalifornii, našel v zaprášené krabici staré vzorky, které Miller z nějakého důvodu neanalyzoval. Navíc měl nyní k dispozici nejmodernější technologie. A našel slibné sloučeniny: 23 aminokyselin a 4 aminy. Potvrdilo se tak, že plyny z vulkanické aktivity iniciované blesky mohly hrát roli ve vytvoření pestrého množství biologicky důležitých molekul. Bada porovnával aminokyseliny z původních experimentů s těmi, které se našly v meteoritech bohatých na uhlík – uhlíkatých chondritech. Některé byly shodné, jiné ne. Protože zkoumané meteority nepocházely ze sluneční soustavy, zdá se, že sirovodík hraje důležitou roli při vzniku života i jinde.

Jílové společenstvo

První molekuly života mohly vzniknout v jílu. Tuto myšlenku rozpracoval organický chemik Alexander Graham Cairns-Smith z University of Glasgow ve Skotsku. Molekuly na povrchu jílu nemusely sloužit jen k zachycení organických sloučenin dohromady, ale také mohly pomoci uspořádat je do vzorů, podobně jako to naše geny dělají teď. Hlavní úlohou DNA je ukládat informace o tom, jak by měly být uspořádané jiné molekuly. Genetické sekvence v DNA jsou v podstatě návodem na to, jak by měly být uspořádány aminokyseliny v bílkovinách. Cairns-Smith naznačuje, že nerostné krystaly v jílu mohly směrovat organické molekuly do uspořádaných vzorů. Po nějaké době organické molekuly převzaly tuto práci a začaly organizovat samy sebe.

Hlubinné „komíny“

Teorie hlubinných podmořských průduchů naznačuje, že život mohl začít v zdánlivě nepřátelském prostředí hydrotermálních průduchů, které chrlí klíčové molekuly bohaté na vodík. Jejich skalní zákoutí by pak umožnila vytvářet tyto molekuly, pokud by byly přítomny vhodné minerální katalyzátory. Otvory průduchů, bohaté na chemickou a tepelnou energii, udržují živé ekosystémy dokonce i teď. Více než 3,5 miliardy let starý mumifikovaný mikrobiální život našli vědci na mořském dně u hydrotermálních průduchů, které jsou dokonce aktivní od doby, kdy se dělila Pangea. Svědectví vydaly vrty do mořského dna u břehů Portugalska a Španělska. Potvrdily se tak teorie, že život mohl vzniknout na místech, kde se narušuje zemská kůra a mořská vody interaguje se zemským pláštěm. Podle vědců jsou na takových místech přítomny všechny potřebné ingredience. A stejné podmínky jsou pravděpodobně i na dalších tělesech, např. na Jupiterově měsíci Europa. První vrty se dělaly v roce 1993 do hloubky 690 metrů pod mořské dno v místech, kde se rozevírá Středoatlantský rift. Chemické reakce mořské vody a hornin bohatých na minerály dávají vznik směsi vodíku, metanu, uhlíku, železa, kyslíku a nitrátů. Vrtná jádra vyzvednutá ze dna moře obsahovala tuky a aminokyseliny – chemické známky života. Vědci odebírali vzorky pečlivě ze středů vrtných jader, aby vyloučili možnost povrchové kontaminace.

Start z ledu

Vědci uvádějí, že před třemi miliardami let pokrýval oceány na Zemi pravděpodobně led, neboť Slunce svítilo asi o třetinu méně než dnes. Desítky metrů silná ledová vrstva pravděpodobně chránila křehké organické komponenty před ultrafialovým a kosmickým zářením. Také chlad možná pomohl těmto molekulám „přežívat“ déle a „dožít se“ tak uskutečnění potřebných reakcí. Vědci prováděly i pokusy s ozařováním ledu intenzivním kosmickým zářením v plynném prostředí, podobném jaké použili Miller a Urey. O tomto se předpokládá, že bylo na tvořící se Zemi přítomné. A opět vznikly podobné aminokyseliny...

RNA

DNA potřebuje ke své stavbě proteiny. Ty, aby se syntetizovaly, potřebují DNA. Je možné, že by jeden existoval bez druhého? Odpovědí může být RNA, ribonukleová kyselina, která může uchovávat informaci podobně jako DNA, sloužit jako protein typu enzymu a stát na počátku tvorby jak DNA, tak jiných proteinů. Roli vývojově starší RNA později mohla převzít DNA, která je účinnější. RNA však stále existuje a provádí v organismech některé důležité procesy, například zapínání a vypínání genů. Stále ovšem přetrvává otázka, kde se vzala RNA. Někteří vědci tuto hypotézu odmítají, jiní navrhují, že roli mohly sehrát i jiné exotické nukleové kyseliny PNA (peptide nucleic acid) nebo TNA (threonukleová kyselina). Přesto, že threosa obsahuje o jeden uhlík méně než ribóza či deoxyribóza, má stejnou „nadstavbovou“ chemii. TNA se skládá z cukerné složky, zbytku kyseliny fosforečné a dusíkaté báze a může také hrát roli genetického kódu. Protože threosa představuje jednodušší molekulu, mohl být genetický kód původně založen na TNA. Proti hypotéze hovoří to, že TNA nebyla v živých organismech dosud nikde nalezena, zatímco RNA přetrvala čtyři miliardy let. Studie z roku 2015 však naznačuje, že záhada RNA může být vyřešena.

Jednoduchý začátek

Místo vývoje komplexních kódovačů života jako je RNA mohl život začít jako cyklická interakce malých jednoduchých molekul. Mohly být obklopené jednoduchou membránou z jiných molekul, která simulovala buněčnou stěnu a později se v ni vyvinula. Průběhem času se molekuly spojovaly do molekul složitějších, které umožňovaly účinnější reakce, atd. Tento scénář tedy předpokládá, že metabolismus (metabolické reakce) předcházel mechanismus kódovací – předávání genetických informací.

Panspermie

Život možná vůbec nevznikl na Zemi, ale byl k nám zanesen z hlubin Vesmíru. Tato představa je podstatou teorie panspermie. Například je dokázáno, že se při úderech asteroidů do povrchu Marsu mohou uvolňovat kusy marťanské horniny a doletět až na Zemi. Že by se k nám život dostal z Marsu? Jiní vědci soudí, že počátky života mohly zanést na Zemi komety dokonce z jiných hvězdných systémů. Pomocí spektrálních analýz byly některé aminokyseliny v hlubinách Vesmíru nalezeny. Kdyby to ovšem byla pravda, pouze by to posunulo otázku dál: jak vznikl život v jiných hvězdných systémech?

Jestli jste dočetli o teoriích vzniku život až sem, pak vězte, že se vědci dodnes neshodnou na tom, co vlastně život je…

Život mohl vzniknout na více místech

Po všech pokusech a analýzách se zdá více než pravděpodobné, že je vesmír naprogramován tak, aby aminokyseliny vznikly. A je jedno kde – v horkých podmořských vývěrech, při blescích nebo jinde. Takže je klidně možné, že život vznikl nezávisle na různých místech.

Podle:

http://www.livescience.com/13363-7-theories-origin-life.html?cmpid=NL_LS_weekly_2016-3-25

http://www.livescience.com/52035-ancient-life-in-deep-sea-rocks.html?cmpid=NL_OAP_weekly_2015-09-01

https://www.nytimes.com/2016/07/26/science/last-universal-ancestor.html?_r=4