Hodiny biologů a geologů se rozcházejí

Kdy došlo k prvnímu druhovému větvení? Podle soudobých analýz proteinových sekvencí různých organizmů biologové odhadují, že všechny druhy, které byly takto zkoumány, mají společného předka, jenž žil před 2 miliardami let. Jinými slovy, první větev na prakmeni prapůvodního hypotetického pradruhu vypučela před 2 miliardami let. Fosilní záznamy geologů se však tomuto odhadu zpěčují, tvrdí, že úplné buňky existovaly již před 3,5 miliardy let.

Začátkem sedmdesátých let se první větvení kmene života umísťovalo do doby před 1,3 až 2,6 miliardy let. Biologové (studující rozmanitosti života) i geologové (studující fosilní záznamy a geochemické procesy) se dříve vzácně shodovali jak na stáří Země (4 až 4,5 miliardy let), tak na počátku větvení živých druhů (3,1 až 3,9 miliardy let).

Techniky molekulární biologie z posledních let využívají znalosti o sledu aminokyselin v bílkovinách dnes již mnoha organizmů. R. F. Doolittle s kolegy je použili k určení doby, kdy došlo k prvnímu větvení organizmů. Jejich výsledek – 2 miliardy let – je však doba kratší, než se původně předpokládalo.

Fylogenetické analýzy se pokoušejí rekonstruovat sled větvení druhů a skupin organizmů, která vedla k dnešnímu stavu. Není však snadné dobře umístit na tomto stromu života skutečné časové měřítko. To velmi ztěžuje změť časových period, spleť (nových) větví v nich a naši neznalost toho, jak k evolučním změnám docházelo.

Zkamenělý záznam je nejlepší prostředek pro datování druhového větvení, mnoho organizmů se však nezachovává a zkameněliny podstatně starší než půl miliardy let jsou vzácné. Nejstarší zápis o jaderných organizmech je datován do doby před necelými 2 miliardami let, o prokaryontních organizmech, příbuzných dnešním sinicím, do doby před 2 až 3,5 miliardy let. Tyto sinice se zachovaly jako zkamenělé stromatolity, dodnes známé jako živoucí útvary (i když samozřejmě jiného druhového složení) např. ze západního pobřeží Austrálie.

R. F. Doolittle shromáždil sekvence 57 různých enzymů (např. proteinu tepelného šoku o molekulové hmotnosti 70 000, ATPázy aj.) z jaderných organizmů, sinic a bakterií a pro všechny tyto sekvence vypočetl druhovou „vzdálenost“ danou rozdíly ve sledu jejich aminokyselin. Výsledky korigoval a dospěl k závěru, že savčí řády vznikaly před 100 miliony let, placentálové a vačnatci se oddělili před 130 miliony, ostnokožci a strunatci před 560 miliony. Houby a živočichové se rozdělili před 965 miliony let, rostliny a houby se odštěpily od živočichů před 1000 miliony, archebakterie od eukaryont a eubakterií před 2156 miliony let. K oddělení bakterií Escherichia coli a Salmonella typhimurium došlo před 100 miliony let.

Dosud se předpokládalo, že eukaryonta, archebakterie a eubakterie existovaly odděleně vzápětí poté, co život na Zemi povstal, již před 3,5 miliardy let. Překvapivé jsou i další Doolittlovy výsledky: hlenku Dictyostelium odděluje od prvoků a domnívá se, že grampozitivní, gramnegativní bakterie a sinice se rozdělily až před 1459 miliony let.

Pokud je stáří fosilií určeno chybně, budeme muset přehodnotit podstatu geologických dějů, které vedly k zachování nejstarších mikrofosilií, a vysvětlit, proč život vznikl až 1,5 miliardy let po zformování Země. Pokud je však správné, stejně jako Doolittlův odhad větvení, a život na Zemi existoval již skutečně před 3,5 miliardy let, budeme muset vysvětlovat nejstarší fosilie. Jestliže je totiž divergence stará jen 2 miliardy let, znamená to, že skoro 2 miliardy let existoval na Zemi život v nezměněné podobě. Proč ale jsou jeho zkamenělé otisky různé?

Tento způsob datování má však mnohá úskalí. Jiný výsledek skýtá proměnlivá rychlost divergence organizmů, jiný stále stejná (Doolittlův předpoklad), jiný zpomalující se, jiný zrychlující se (že tomu tak je, nasvědčují některá pozorování z poslední doby); nejspíš bude u různých druhů a skupin různá v různou dobu. J. R. Vanfleteren a jeho kolegové pracovali na stejném problému. Použili sledu aminokyselin cytochromu c a dospěli k závěru, že nematodi se od ostatních živočichů oddělili před 1,04 až 1,14 miliardy let, tedy před oddělením hub a živočichů podle Doolittlových výsledků. (Current Biology 6, 679, 1996)