Student World

Obsáhlý článek o jedné teorii vzniku života vyšel na New Scientistu. Autor článku Nick Lane se odvolává na Petera Mitchella, který v úvahách o vzniku kladl důraz života na energetický metabolismus. (Na toto téma viz zde na ScienceWorldu také odkazy na knihu Stuarta Kauffmana, např. Život jako větrný mlýn a korouhvička, kde jsou organismy přirovnávány právě k zařízením pro přeměnu energie z gradientů, tj. k tepelným strojům). Mitchell před půlstoletím mnoho příznivců pro své (z pohledu biologů značně kontraintuitivní) teorie nezískal, i když naopak v roce 1978 získal Nobelovu cenu.

Geochemik Mike Russell z NASA Jet Propulsion Laboratory nyní řadu Mitchellových myšlenek oprášil. Za klíčovou pokládá nikoliv pouze chemii, ale i vlastní prostorové uspořádání prvních buněk, které by umožnilo s uvolněnou energií pracovat a použít ji na růst a rozmnožování.

Mitchell za princip života v podstatě nepokládal „chemii“, ale spíše „baterii“. ATP (nebo podobné molekuly) totiž podle něj původně vznikaly nikoliv klasickou (bio)chemickou reakcí, ale elektrochemicky. Gradientem v tomto článku měl být rozdíl koncentrace protonů (respektive vodíkových kationtů H+) na membráně. Tento gradient slouží třeba k pohonu bakteriálních bičíků, k transportu látek dovnitř a ven z buněk, uplatňuje se v procesu fotosyntézy – a nakonec zčásti i pro syntézu ATP.

Pokud vezmeme dnes žijící organismy (viry nepočítáme), první větvení života se odehrálo mezi „pravé“ bakterie a archea. Bakterie i archea mají podobné protonové pumpy a podobně generují i ATP z gradientu H+. Nic zase tak divného, dá se logicky počítat, že zde byl i společně sdílený genetický kód apod. V článku uváděný Eugene Koonin ovšem upozorňuje, že třeba mechanismy pro replikaci DNA a příslušné enzymy se už mezi archea a pravými bakteriemi liší. Liší se dokonce i enzymy pro anaerobní metabolismus, „kvašení/fermentaci“. Z toho by dokonce mohlo vyplývat, že vodíkové pumpy jsou ještě starším společným evolučním dědictvím, snad až z RNA světa.

(Poznámka: V článku je zmíněna i výměna genů mezi bakteriemi. Funguje to i mezi bakteriemi a archea, tedy míněno nikoliv splynutí do eukaryotické buňky?)

Takže, jak navrhuje článek, původním zdrojem energie nebylo něco na způsob současného anaerobního metabolismu, ale prostě protonová pumpa. Kde se ale vzala? Jistě ne z fotosyntézy, ta je mnohem pozdějším vynálezem jen některých organismů. Čímž se dostáváme k úvodu tohoto článku: zásadité vývěry, kyselý oceán, a mezi tím někde sedí první organismy…

Zásadité vývěry dodnes vytvářejí skalní věže z uhličitanů (logicky – kyselé vývěry by ho naopak „vybublaly“). Tehdy však byla biochemie oceánů odlišná, byl plný oxidu uhličitého (významné zastoupení v atmosféře) a tudíž kyselý. Dokud v něm nebyl rozpuštěný kyslík, bylo zde naopak přítomné dvojmocné alkalické železo se všemi svými katalytickými vlastnostmi. No a na rozhraní se mohly odehrávat první reakce – kyselý oceán, alkalické vývěry, mezi oběma prostředími je gradient pH/vodíkových kationtů… Navíc jde o rozhraní povrch (skály) vs. kapalina se všemi možnostmi katalýzy, koncentrace organických látek či vzniku membrán.

Podrobnosti viz New Scientist

Poznámka: Výklad je značně „geochemický“,tj. lehce souzní např. s teorií jílů (Jsou jíly opravdu živé), byť ta nepopisuje procesy u dna oceánů. Ostatně už název původního článku na New Scientistu: byla prvním organismem opravdu skála s protonovým gradientem? (Was our oldest ancestor a proton-powered rock?)

autor Pavel Houser