První na světě

Mladá Země zhruba před čtyřmi miliardami let, nedlouho po svém vzniku. Holý pevný povrch ozařovaný matným červeným sluncem. Jezera, moře, oceány. Vše bez viditelných známek života. Musel to být zvláštní pohled. Díváme-li se dnes na pouště Marsu, nepřekvapuje nás, že jsou nejspíš sterilní. Ale na planetě, kde je voda? A také se to na Zemi poměrně rychle změnilo: stačilo zřejmě nějakých 200 milionů roků.

Nové výzkumy českých vědců publikované v prestižních světových časopisech naznačují, že život nemusel přicestovat z kosmu, mohl se vyvinout na Zemi – byť v tom vesmír hrál podstatnou roli. Pátrání pražských a brněnských laboratoří po jedné z největších záhad vůbec zároveň ukazuje, jak důležité je v současné vědě „prodat“ své výsledky v atraktivním, obecně srozumitelném balení.

Asterix a meteority

Rozlehlou halu v pražských Ďáblicích vyplňuje soustava trubic nejrůznějších barev a průměrů doplněná skly, čočkami a dalšími optickými prvky. Společně vytvářejí a usměrňují laserový paprsek, který urazí celkem 165 metrů, než dopadne na cíl. Asterix, jeden z deseti nejvýkonnějších laserů světa, je v Praze od roku 1996, kdy nám jej darovali Němci. Jeho krátké, méně než miliardtinu vteřiny trvající záblesky umějí vytvořit podmínky, které na Zemi jinak vládnou pouze v centru termojaderného výbuchu. Nebo při nárazu asteroidu.

Nápady, jak využít tuto obrovskou energii ke studiu vzniku života, se ovšem rodily postupně, často daleko od ďáblické laserové „svatyně“. Pražský fyzikální chemik Svatopluk Civiš, který s Asterixem experimentuje, vyslechl v roce 2008 ve Florencii přednášku, v níž Ital Raffaele Saladino popisoval své pokusy s jednoduchou organickou sloučeninou zvanou formamid – běžným laboratorním rozpouštědlem nevábné vůně a zároveň jednou z nejjednodušších molekul, jež spontánně vznikají v kosmu.

Saladina zajímalo, zda se formamid nemůže ve vesmíru měnit v zajímavější chemikálie důležité pro vznik života. Po několik dní jej zahříval v laboratoři s různými přísadami a zjišťoval, jestli se ve směsi spontánně neobjeví základní chemická „písmena“ genetického kódu; ta, z nichž se skládá nukleová kyselina RNA. Právě ona mohla totiž být první živou entitou schopnou kopírovat samu sebe a přenášet své vlastnosti do dalších generací. Je dokonce téměř jisté, že současnému komplikovanému světu živých organismů, založenému kromě RNA též na DNA a proteinech, předcházel jednodušší tzv. RNA svět, v němž tato nukleová kyselina kralovala. Mohla rovněž sehrát významnou roli při vzniku prvních buněk. Jak ale vznikla? Úspěch Saladinova snažení by to pomohl osvětlit.

Italskému vědci se však dařilo jen částečně, zpravidla mu nevznikala současně všechna čtyři „písmena“ kódu RNA (adenin, cytosin, thymin a uracil). Svatopluka Civiše napadlo, že právě Asterix nabízí klíčovou výhodu, která by experimenty posunula dál. Třeba se život nerodil ve vesmíru, ale na Zemi. Infračervené záblesky pražského laseru, z nichž každý po zlomek nanosekundy nese energii stovek atomových elektráren, by pak mohly napodobit tehdy častý jev – dopad komety či asteroidu na zemský povrch, do jezera formamidu rozpuštěného ve vodě.

Po letech dalšího výzkumu a přemýšlení Asterix zajiskřil ve skleněné nádobě zvané kyveta, několik centimetrů nad hladinou formamidu. „Jeho paprsek je schopen – lidově řečeno – zapálit vzduch, ionizovat jej za vzniku plazmové koule,“ vysvětluje Civišův spolupracovník Martin Ferus. Rozpínající se plazma o teplotě více než čtyř tisíc stupňů tak simulovala dopad velkého tělesa na povrch dávné Země.

Obsah kyvety tvořily kromě formamidu také různé katalyzátory, jež mohly hrát roli i při dávném impaktu: například příměsi z meteoritů, které Civiš po večerech kupoval na eBay, nebo jílové minerály z jednoho pražského kamenolomu („dělali jsme si pak legraci, že život vznikl v Praze,“ usmívá se Judit Šponer, spolupracovnice Raffaela Saladina a vedoucí brněnského týmu, který provedl všechny teoretické výpočty týkající se laserového experimentu).

Úspěch se skutečně dostavil: v kyvetě se objevila všechna čtyři zmíněná „písmena“ kódu RNA. Vznikala v jedné nádobě, současně, při poměrně jednoduchém pokusu, který – alespoň pokud víme – věrně simuloval podmínky na rané Zemi. Čeští vědci jsou jedni z prvních, kterým se něco takového povedlo. Před nimi pravděpodobně uspěl jen Saladino, při jednom z jeho experimentů se rovněž zrodila všechna čtyři „písmena“, nevzbudilo to ovšem velkou pozornost.

Neklidná puberta Země

Ani českým vědcům se ovšem uznání nedostalo hned. Práce byla už před rokem publikována v jednom méně známém zahraničním časopise v podobě dlouhého článku, jemuž kromě několika specialistů nikdo nerozuměl a který poněkud zapadl. Cestu na výsluní prorazila výsledkům až náhoda: Civišovo loňské setkání s Davidem Nesvorným, českým astrofyzikem působícím v prestižním výzkumném ústavu v americkém Boulderu. Právě tehdy se spojily různé díly scénáře, který nakonec zaujal svět.

Nesvorný je autorem myšlenky, že kdysi kolem Slunce obíhalo o jednu obří planetu více než dnes. Bylo to zdrojem narůstající nestability, tlačenice, která měla dramatické vyústění: gravitace ostatních velkých planet, především Jupiteru a Saturnu, katapultovala přebytečný svět ven ze sluneční soustavy, takže dnes bloudí kosmem, pravděpodobně navždy ztracený i pro nejsilnější dalekohledy.

Ať už má Nesvorný pravdu či ne, před čtyřmi miliardami let cosi skutečně zamíchalo drahami planet a různých dalších těles sluneční soustavy a mnohé nasměrovalo ke Slunci. Část z nich se začala strefovat do vnitřních planet včetně pozemského Měsíce, který stopy dávných kataklyzmatických událostí uchoval. Právě z nich se dozvídáme o divokém období, jímž procházela i Země. Astronomové jej nazývají pozdním silným bombardováním.

Neklidná puberta Země trvala nějakých 150 milionů roků a na jejím vrcholu na zemský povrch dopadalo řádově desetkrát víc materiálu než v závěru planetárního dětství. A co je nejdůležitější, krátce po konci puberty se v horninách objevují první nepřímé stopy živých organismů. „Docvaklo mi to, uvědomil jsem si, že by to všechno mohlo souviset,“ líčí Civiš. „Kde se vzala energie na syntézu života? Možná ji dodaly asteroidy.“

Právě tato jednoduchá myšlenka se stala klíčem k úspěchu. Čeští vědci ji propojili se svými laserovými experimenty, vše sepsali v podobě krátkého článku a odeslali do prestižního časopisu PNAS. Ten práci nejen přijal, ale také ji označil za mimořádně důležitou. „Konečně si toho v Americe všimli: Češi dali dohromady pozdní silné bombardování se vznikem života. Najednou je tady k dispozici energie, kterou jsme hledali,“ vysvětluje Civiš.

Živé stroje

Bílých míst je ovšem stále dost. I kdyby dopady asteroidů skutečně umožnily zrod klíčových částí genetického kódu, pořád není jasné, jak se z nich zformovala první živá entita – ať už ji tvořila RNA nebo něco jiného. Astrofyzik Fred Hoyle ostatně kdysi řekl, že pravděpodobnost náhodného vzniku života je asi stejná, jako kdyby tornádo prohnavší se smetištěm stvořilo Boeing 747. Je skutečně s podivem, odkud se bere schopnost jednoduchých chemických látek organizovat se do čím dál složitějších struktur, rozdělovat si úkoly a kopírovat vše do dalších generací. Proč příroda s tímhle obtěžuje, proč se vše nerozpadne do bezbřehého chaosu? Odpovědí může být právě zmíněný dostatek energie.

Již ve čtyřicátých letech 20. století přišel slavný fyzik Erwin Schrödinger s tvrzením, že živé entity nejsou než důmyslnými stroji, které těží ze svého okolí neuspořádanost a mění ji ve vnitřní řád. Zatímco uvnitř buňky uspořádanost vzrůstá, vně v odpovídající míře klesá – tak jako jinde v kosmu, v němž od počátku věků roste entropie, míra neuspořádanosti (rozbité vejce se nikdy samo nescelí, tající sněhulák sám neobnoví, dva smíchané plyny se samy od sebe nerozdělí). Když buňka zemře, „těžba“ se zastaví a řád zaniká, podobně jako se začne rozpadat město, z něhož odejdou lidé.

Dnes víme, že Schrödingerova představa je zavádějící. Organismy jsou víc než soubor strojů, které se vzepřely odvěkému chladnutí a promíchávání vesmíru (pozoruhodné ovšem je, že stále neumíme život přesně definovat a říci, v čem jeho výjimečnost spočívá). Jádro myšlenky nicméně platí: Je-li dost energie, mohou vznikat uspořádané systémy. Když budeme ohřívat vodu na čaj, vzniklé proudy mohou na hladině vytvořit pravidelné šestiúhelníkové buňky podobné komůrkám včelího plástu. K životu mají pochopitelně daleko, ukazují však, že se díky průtoku energie systém stane organizovanějším.

Život jako geologický proces

Vznik RNA přesto dál zůstává záhadou, kterou se řada světových laboratoří snaží nepříliš úspěšně objasnit. „Vždy něco chybí,“ podotýká zmíněná Judit Šponer. Buď chemická syntéza vyžaduje látky, jež na rané Zemi pravděpodobně nebyly, nebo vznikají molekuly, které současné RNA neodpovídají. Jak upozorňuje manžel a kolega brněnské badatelky Jiří Šponer, problém může být v tom, že vědě by nestačily ani miliony laboratoří a miliony studentů, aby mohla napodobit možnosti evoluce. Ta měla k dispozici stamiliony let vývoje, celou zeměkouli k experimentování, čas prošlapat nepřeberné množství slepých uliček.

Přesto se brněnskému týmu ve spolupráci se zahraničními vědci možná povedl důležitý průlom – objasnit, jakým způsobem se RNA začala skládat, štěpit a vytvářet nové vlastnosti, což je podmínkou, aby evoluce mohla působit. Jinými slovy, jak tato molekula skutečně „obživla“ v době, kdy nejspíš ještě neexistovaly žádné, ani primitivní buňky. Články, které to popisují, jsou již přijaty k publikaci v předních časopisech.

Zda se na objasnění pochodů, které jednoduchou „pralátku“ – ať už jí byl formamid či něco jiného – změnily v první živý organismus, skutečně budou významně podílet české laboratoře, to se teprve ukáže. Skutečnost, že se díky laseru Asterix podařilo vytvořit klíčové části genetického kódu „v jednom hrnci“, je ale důležitá už nyní. Oslabuje totiž roli náhody: „Naznačili jsme, že vznik života může být za vhodných podmínek nevyhnutelný geologický proces. Není pak moc pravděpodobné, že bychom byli jediní živí tvorové v celém vesmíru,“ uzavírá pražský chemik Martin Ferus.