Život na Zemi možno nevznikol len raz

Obyvatelia našej planéty tak mohli mať rôznych predkov. Pritom posledný spoločný predok všetkých živých bytostí možno vôbec nebol živým organizmom. Predpokladá sa, že život na Zemi vznikol z prapôvodného bujónu pred približne štyrmi miliardami rokov. V novej senzačnej štúdii sa však predkladá hypotéza, že tento „zázračný“ prechod od chémie k biológii sa neodohral len raz, ale aspoň dvakrát.

Podľa štúdie uverejnenej v časopise Science Advances sa baktérie a archea – prvé dve vetvy stromu života – vyvinuli nezávisle od seba. Ich posledný spoločný predok, známy ako LUCA (skratka pre „last universal common ancestor“ – „posledný univerzálny spoločný predok“), v skutočnosti nebol úplne živým organizmom. Svoj metabolizmus udržiaval vďaka usadeninám kovov v termálnych prameňoch. Ako uviedol hlavný autor štúdie a evolučný biológ z Univerzity Heinricha Heineho v Düsseldorfe (Nemecko) William Martin, v priebehu času vďaka nespočetným chemickým zlúčeninám baktérie a archey, ktoré pochádzajú z LUCA, našli spôsoby, ako produkovať vlastné vnútorné enzýmy na katalýzu chemických reakcií potrebných pre život.

„Získali sme prehľad o fáze evolúcie, keď tieto veľmi primitívne protoorganizmy vytvárali enzýmy, ktoré im umožnili oddeliť sa od zemskej kôry a stať sa voľne žijúcimi bunkami,“ povedal Martin.

Genetické dôkazy naznačujú, že LUCA existoval približne pred 4,2 miliardami rokov, počas obdobia, keď bol zemský povrch ešte horúci. Do tohto obdobia v dejinách Zeme možno datovať iba jeden kanadský skalný komplex, ale jeho pôvod bol predmetom ostrých debát. Zostávajúce geologické dôkazy sú nedostatočné. Najstaršími nespornými príkladmi fosílneho života sú 3,5 miliardy rokov staré mikrobiálne filmy nazývané stromatolity, ktoré sa pravdepodobne vyvinuli z jednoduchších organizmov.

Niektorí výskumníci predpokladajú, že LUCA bol komplexnou bunkou s primitívnym imunitným systémom, ktorý ju chránil pred vírusmi. Podľa Martina však genetické metódy, ktoré používajú, môžu byť nepresné pri riešení evolúcie, ktorá prebiehala štyri miliardy rokov. Pred rokmi William Martin a jeho kolegovia pristupovali k tejto otázke z metabolického hľadiska a zameriavali sa na to, ktoré gény mohli byť potrebné na premenu zložiek v ranom štádiu života na Zemi – ako je vodík, amoniak, oxid uhličitý, voda, sírovodík a fosfáty – na 20 aminokyselín, päť prirodzených nukleotidových báz a 20 ďalších faktorov, ktoré podporujú bunkový život. „To je len 420 chemických reakcií,“ vysvetlil Martin.

Porovnaním genómov reprezentujúcich všetky skupiny baktérií a archeí Martin a jeho kolegovia zistili, že tieto dve vetvy života zdieľajú gény kódujúce približne polovicu enzýmov potrebných pre tieto základné reakcie. Zvyšné enzýmy boli jedinečné buď pre baktérie, alebo archei. To naznačuje, že tieto dve formy života „sa vyvinuli cestu k voľne žijúcim bunkám, aspoň čiastočne, nezávisle od seba,“ povedala Natalia Mrnjavac, doktorandka v Martinovom laboratóriu a hlavná autorka štúdie.

Inými slovami, baktérie a archea sa neoddelili od LUCA, aby sa vyvinuli vlastnými cestami. Namiesto toho sa zdá, že LUCA bol súborom RNA, DNA a enzýmov obsiahnutých v hydrotermálnej hornine a závislých od kovov z týchto otvorov na syntézu aminokyselín. Gény z týchto rôznych súborov mohli preniknúť do horniny a spustiť jedinečný evolučný experiment, ktorý nakoniec viedol k vzniku života, pretože tieto súbory nahradili procesy katalyzované kovmi vlastnými enzymatickými dráhami.

Laboratórium Martina preukázalo, že kovy môžu nahradiť biologické enzýmy v mnohých základných metabolických procesoch, čím túto hypotézu podporujú. V novej štúdii výskumníci zistili, že paládium môže katalyzovať kľúčovú reakciu, ktorá premieňa fosfit (hojný v hydrotermálnych otvoroch) na fosfát (nevyhnutný pre bunkové procesy), čo uvoľňuje energiu a mohlo takúto energiu poskytnúť spoločnému predkovi LUCA. „Je celkom možné, že ekológia a geochémia môžu poskytnúť poznatky, ktoré biológii v súčasnosti chýbajú,“ povedala Betül Kaçarová, riaditeľka Astrobiologického centra NASA a docentka na University of Wisconsin-Madison. Kaçarová varovala, že posledný spoločný predok moderného života nie je to isté ako pôvod života. Ako sa chemické a geologické procesy zmenili na biologické procesy, zostáva podľa nej stále neznáme. Na potvrdenie myšlienok predložených v tejto štúdii budú potrebné ďalšie experimenty.

„Biológovia čelia náročnej úlohe,“ povedala Betül Kaçarová. „Máme pred sebou obrovské množstvo práce, aby sme pochopili podstatu posledného spoločného predka a úlohu baktérií a archeí.“