Hoci nesporne ide o jednu z najdôležitejších a najzaujímavejších udalostí, mnohé aspekty vzniku života nie sú doposiaľ úplne vyjasnené. Je to dlhodobo diskutovaná téma. So vznikom života sú spojené tri hlavné otázky: kedy, ako a kde sa život začal. Otázku, prečo sa začal, môžeme pokojne prenechať aj teológom a filozofom.
Aby sme mohli položiť otázku, ako sa začal život, musíme najskôr zadefinovať, čo v biológii pojmom život vôbec označujeme – to platí aj o hľadaní života mimo našej planéty (napr. pod povrchom Saturnovho mesiaca Enceladus). Keby sme totiž mali stroj času a mohli sa vrátiť o niekoľko miliárd rokov, aby sme videli, ako sa život začal, čo by sme hľadali?
Boj s entropiou
Odpovedať na to je oveľa ťažšie, ako by sa mohlo zdať. Mnohí významní evoluční biológovia kedysi doslova rezignovali na poučku, ktorá by zodpovedala celej šírke definície života z hľadiska biológie. Najčastejšia klasická definícia zahŕňala pojmy ako pohyb, respirácia (oxidácia), rast, metabolizmus a reprodukcia. To je však chybné (takto by ste sem mohli zaradiť napr. aj oheň).
A tak sa hľadali nové definície a táto téma zaujala dokonca vedcov mimo odboru biológie – fyzikov. Rakúsky fyzik Erwin Schrödinger, ktorý je slávny najmä pre svoju povestnú, súčasne živú aj mŕtvu mačku, definoval život ako sústavu pracujúcu proti entropii, čiže miere neusporiadanosti. Jeden z najdôležitejších zákonov termodynamiky, druhá termodynamická veta, hovorí, že entropia v izolovanej sústave s časom rastie. Podľa E. Schrödingera je teda živý organizmus sústava, ktorá zvádza neustály boj s entropiou (až do svojej smrti). Áno, to znie presne ako niečo, čo by povedal fyzik pozerajúci sa cez plece biológovi. No niečo na tom predsa len je.
Čo bolo skôr
V súčasnosti definujeme život z hľadiska evolučnej biológie a jej zákonitostí. Začiatok života ohraničuje moment, kedy sa molekuly nesúce informáciu začali replikovať (reprodukovať) a ich vývoj podliehal prírodnému výberu. Živé organizmy musia pracovať proti entropii (Bravo, pán Schrödinger!), teda vyhnúť sa rozpadu a zvyšovaniu neusporiadanosti. Na to potrebujú vytvárať uzavretý systém (bunky). Majú nejaké molekuly, ktoré nesú informáciu, ako postaviť tieto systémy, a táto informácia sa musela vyvinúť prírodným výberom.
Je tu však menší problém. Niečo ako známa otázka, či bola skôr sliepka alebo vajíčko (mimochodom vajíčko je spočiatku bunka; až taký hlavolam táto stará hádanka zasa nie je). DNA (kyselina deoxyribonukleová) je nositeľom genetickej informácie bunky, riadi jej rast, delenie a regeneráciu. DNA potrebuje bielkoviny, aby mohla tvoriť viac DNA. Lenže bunky potrebujú DNA a v nej zakódované inštrukcie na tvorbu bielkovín. Čo teda bolo skôr?
Tento paradox môžeme ľahko vyriešiť jednoduchým spôsobom. V ranej histórii života skúsme neuvažovať a nenechať všetko na DNA, ale nechajme to na jej molekulárneho bratranca, RNA (obe patria medzi nukleové, čiže jadrové kyseliny). RNA (kyselina ribonukleová) má v zásade rovnakú štruktúru ako DNA. Podobným spôsobom je vlákno RNA zložené z nukleotidov a rovnako ako DNA obsahuje adenín a guanín, teda purínové bázy, cytozín a tymín, ktorý je v prípade RNA nahradený uracilom, teda pyrimidínové bázy. DNA vytvára dlhú dvojzávitnicovú špirálu (helix) a RNA vytvára relatívne kratšie jednovláknové reťazce.
Svet RNA
RNA je teda v určitom zmysle špeciálna. Dokáže niesť informáciu zakódovanú v štyroch písmenách (bázy nukleotidov) a vytvárať zaujímavé funkčné tvary. Rovnako ako enzýmy bielkovín, enzýmy RNA zvané ribozýmy (kyselina ribonukleová + enzým; molekuly RNA, ktoré majú schopnosť katalyzovať špecifické biochemické reakcie) tiež dokážu riadiť továreň života. Preto sa predpokladá, že prvý život vznikol vo svete RNA. Takže predtým, ako DNA začala byť dominantnou formou zapisovania informácií, rôzne reťazce RNA mohli byť nositeľmi informácie a zabezpečovať všetky životne dôležité chemické procesy.
Nanešťastie pre RNA, celý tento svet RNA vymrel pred viac ako tromi miliardami rokov. Vedci však dokážu tieto enzýmy RNA opäť vyrobiť – skonštruovali ribozýmy, ktoré sa dokážu kopírovať rovnako ako DNA. Hlavné a pre nás zaujímavé je, že tieto kópie majú občas zmeny alebo chyby. To znamená, že RNA sa dokáže tiež vyvíjať. V súčasnosti vidíme vnútri buniek zaujímavý jav – štruktúry zvané ribozómy, ktoré premieňajú aminokyseliny na bielkoviny, sú tvorené najmä RNA. Nukleotidy, molekulárne jednotky RNA, je tiež možné nájsť ako súčasť mnohých iných molekúl, ktoré bunky potrebujú na metabolizmus. Toto dáva zmysel iba pri pohľade na evolúciu – je to odkaz histórie, keď v raných etapách RNA dominovala chémii života. Keď sa vrátime k našej poučke toho, čo je život z biologického hľadiska, RNA spĺňa minimálne dve podmienky. Vytvára molekuly, ktoré nesú informácie, a vie sa vyvíjať. A to už je niečo!
Najstaršie zachované horniny
Teraz, keď už vieme, čo teda chceme pojmom život (živý organizmus) označovať, môžeme sa pustiť do jeho hľadania. Z troch otázok, ktoré sme si položili na začiatku, sa tá prvá, teda kedy sa začal, zdá byť zdanlivo najľahšie zodpovedateľná. No odpoveď vôbec nie je taká jednoduchá. Je to z dôvodu nedostatku hornín z hadeánu (obdobie od vzniku Zeme do 4 miliárd rokov) a tiež z archaika (asi 4 až 2,5 miliardy rokov). Mnohé takto staré horniny už jednoducho nejestvujú, prípadne sú veľmi hlboko pochované alebo na nepoznanie metamorfované.
Jedna z najstarších hornín na Zemi je Acasta Gneiss – tonalit (hlbinná magmatická hornina – granitoid), ktorá sa nachádza v Kanade a má 4,03 miliardy rokov (hadeán). Život na Zemi určite nemohol vzniknúť skôr ako samotná Zem a jej vznik datujeme do obdobia pred asi 4,6 miliardy rokov. Vznik Zeme a jej raná história však predstavujú veľmi dynamické obdobie, keď povrch planéty tvoril oceán lávy s teplotou až 1 200 °C a bol neustále bombardovaný meteoritmi s priemerom až 100 km. Môžeme teda uvažovať o tom, že život mohol vzniknúť na Zemi až vtedy, keď nastali vhodné podmienky. Na časovej škále sa úsek, kedy hypoteticky mohol vzniknúť, označuje ako obývateľná hranica. Zvyčajne je spájaná so vznikom oceánov pred štyrmi miliardami rokov.
Živé z neživého
Zaujímavý je v tomto prípade objav zirkónu z pohoria Jack Hills v Austrálii. Zirkóny sú nesmierne odolné a tak sa neraz stáva, že odolajú zvetrávaniu pôvodnej horniny a sú uložené následne pri sedimentácii ako časť novej mladšej horniny. Sú zaujímavé, pretože nesú informáciu o prostredí, v ktorom vznikali.
Zirkón z Austrálie má vek 4,375 miliardy rokov. Jeho chemická analýza indikuje, že vznikol pravdepodobne v tekutej vode. To by znamenalo, že Zem sa ochladila oveľa skôr, ako sa predpokladalo, a skôr začali vznikať aj oceány. Tým by sa hypoteticky posúvala aj obývateľná hranica. Rozsah a podmienky takýchto prvotných oceánov však nepoznáme. Je možné, že šlo o malé oblasti s tekutou vodou, ktoré sa udržali iba po určitý čas. Nasledujúce pomerne dlhé obdobie totiž naša planéta prešla mohutným bombardovaním vesmírnymi telesami, čo pravdepodobne opakovane tavilo zemskú kôru. Teda nebolo to práve ideálne prostredie, kde by ste hľadali život.
Najstaršie nepopierateľné dôkazy života – fosílne aj chemické – pochádzajú z doby pred 3,8 miliardy rokov (tzv. hranica biosignálu). V tomto čase sa neživá hmota stala živou, čo označujeme ako abiogenéza.
V súvislosti s vekom a prostredím, v ktorom sa spomínaný zirkón tvoril, treba spomenúť potenciálne fosílie opísané v roku 2022. Tieto najstaršie predpokladané fosílie sa vyskytujú ako hematitové vlákna a rúrky v jaspisovo-karbonátových pásikových železných formáciách starých 3,75 až 4,28 miliardy rokov z Kanady. Ak sú biologického pôvodu, tieto vlákna môžu mať príbuznosť s modernými potomkami. Keby boli abiotické, mohli by naznačovať zložité prebiotické formy na ranej Zemi. To by však mohlo znamenať, že život sa mohol začať už približne 300 miliónov rokov po vzniku Zeme. To je naozaj relatívne rýchlo. Ak je to tak, zvyšuje to šance, že život vzniká pomerne jednoducho aj na iných planétach vo vesmíre.
Mgr. Andrej Čerňanský, PhD.
Katedra ekológie
Prírodovedecká fakulta
Univerzita Komenského v Bratislave
