Jak to bylo, jak to je?

Jak se z chaotické směsi organických molekul na mladé Zemi zrodil první život? A jak by mohla vypadat jeho obdoba jinde ve vesmíru? Proč vše živé na naší planetě využívá dvacet aminokyselin? Proč ne méně, proč ne více, proč ne jiné? Nemohl by život fungovat i s jinou molekulární výbavou? Podobné otázky si klade Klára Hlouchová z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze.

Počátky života na Zemi a podoba života na jiných planetách jsou oblíbená témata sci‑fi příběhů. V jednom rozhovoru jste ostatně zmiňovala inspiraci Vetřelcem. Čtete sci-fi? — Moc ráda. Čtu teď sice strašně málo něco jiného než vědecké články, ale tím víc si knížky užívám. Vetřelec, to je vzpomínka z dětství. Vzbuzoval ve mně strach. A strach má těsný příbuzenský vztah se zvídavostí. Koncept mimozemského života mě vždycky zajímal, takže sci-fi příběhy, které se točí kolem tohoto tématu, mi jsou hodně blízké. Zrovna nedávno jsem četla knížku, kterou mi dal jeden můj student k narozeninám: Project Hail Mary¹⁾ od Andyho Weira.

To je ten, co napsal Marťana? — Ano. Ta knížka je vyloženě astrobiologická. Rozebírá přesně to téma, které zkoumáme. Setkávají se tam formy života, které jsou založeny na zdánlivě úplně jiném molekulárním principu. Přesto postupně dojdou k tomu, že zřejmě pocházejí ze společného předka, což je pro mě fascinující představa. Je to přitom napsané velmi realisticky. Podobné otázky si skutečně můžeme klást, pokud jinde ve vesmíru narazíme na život. Je podle mě strašně důležité být na takové setkání připraveni, abychom to nepokazili.

Klára Hlouchová, Ph.D. (*1981)

Pochází z Třebíče, ale střední školu (Prague British School) absolvovala v Praze. Bavila ji astronomie a biologie, chemie už méně. Ale kvůli specifickému charakteru střední školy usoudila, že by u přijímacích zkoušek na biologii nemusela uspět. („Hodně jsme si povídali o evoluci, o souvislostech, ale nebrali jsme skoro vůbec systematiku.“) Na chemické sekci Přírodovědecké fakulty UK proto vystudovala biochemii, což zpětně hodnotí jako šťastnou volbu. Doktorát získala pod vedením Jana Konvalinky z ÚO CHB AV ČR (2009), postdoktorskou praxi absolvovala na University of Colorado v Boulderu. Nyní na katedře buněčné biologie PřF UK vede výzkumnou skupinu, která se zabývá počátky života, evolucí proteinů, (re)konstrukcí minimálních biochemických systémů a dalšími souvisejícími tématy s využitím metod organické chemie, biochemie, buněčné biologie, syntetické biologie a bioinformatiky (viz khlab.org). S manželem (architektem, starostou Tehova u Říčan) vychovává tři děti. O tématech tohoto rozhovoru bude 11. dubna přednášet v rámci cyklu Biologické čtvrtky ve Viničné.

Mimozemský život ne jako agresivní nepřítel, ale jako vzdálený příbuzný? — Představa mimozemského života vzbuzuje v mnoha lidech strach. Přemýšlejí o něm jako o něčem, co nás může napadnout a zničit. Bojíme se mimozemšťanů, kteří budou v něčem podobní nám, jako se já v dětství bála vetřelce. Ale pravděpodobnost, že se setkáme s něčím takovým, je velmi malá. Mnohem pravděpodobnější je, že při průzkumu planet narazíme na život podobný našim bakteriím. Na něco, co třeba vůbec nebudeme schopni jako život rozpoznat. Je dobré přemýšlet o základních principech života, abychom ho vůbec byli schopni detekovat. Myslím, že to lidstvu může dát i určitou pokoru.

Jak to myslíte? — Jsme moc zaměřeni sami na sebe. Kdybychom nalezli život někde jinde, donutilo by nás to více přemýšlet o našem místě ve vesmíru a ostatně i tady na Zemi. Souvisí s tím třeba i přístup ke klimatickým změnám, což je téma, kterému se lidé pořád tak trochu povýšeně posmívají. S touhle antropocentrickou povýšeností by bylo dobré pohnout. Ale pro nás vědce má téma mimozemského života samozřejmě ještě tisíc dalších dimenzí.

Současný život využívá pro stavbu peptidů a proteinů (až na vzácné výjimky) dvacet aminokyselin. V počátcích jich měl k dispozici jistě více, ale pracoval s pouhými deseti. Jak tohle vlastně o nějaké čtyři miliardy let později víme? — Je to tak dávno, že jsme odkázáni na nepřímé důkazy, obrázek si skládáme z několika zdrojů. Z analýzy meteoritů, které v té době dopadaly na Zemi s velkou intenzitou, víme něco o tom, jaké aminokyseliny mohly přiletět z vesmíru. Dále máme nějaké povědomí o chemických procesech, které v té době pravděpodobně probíhaly. Usuzujeme na ně z toho, co víme o tehdejším složení atmosféry, o teplotě a pH, byť se tyto podmínky mohly místo od místa lišit. Napodobováním tehdejších chemických procesů v laboratoři se zabývá řada skupin, ze střední školy všichni známe slavný pokus Stanleyho Millera a Harolda Ureye z padesátých let. Podobné experimenty zjistily, že syntéza jednoduchých aminokyselin byla poměrně jednoduchá. Na rozdíl od těch složitějších, které tehdy na Zemi nejspíš chyběly a nenacházíme je ani v meteoritech.

Takže je jasné, že těch zbývajících deset aminokyselin, které dnes život využívá, vzniklo až později? — Je to všechno trochu složitější. Narážíme i na detekční schopnosti našich přístrojů. V padesátých letech věda s tehdejší instrumentací neodhalila zdaleka vše, co v experimentech vzniklo. Současné přístroje už různých molekul nacházejí mnohem víc, což platí i o meteoritech. Ale je to i otázka množství. Některé složitější molekuly možná už tehdy na Zemi byly, ale třeba v koncentracích o několik řádů nižších než ty běžné. Je to logické – jednoduché molekuly vznikají snadněji než ty komplexnější.

Analýza dnešních živých forem na molekulární úrovni k tomu také může něco říci? — To je další směr. Mapování metabolických cest spolu s analýzou genomů a proteomů také ukazuje na to, že život dříve fungoval s menším počtem aminokyselin. Vidíme, že se proteinová abeceda v čase zřejmě vyvíjela. Dodnes máme v proteomu asi dvě třetiny těch raných jednoduchých aminokyselin. Informace ze všech zmíněných přístupů jsou ve shodě. Téměř s jistotou můžeme říct, že život na počátku využíval mnohem méně aminokyselin než dnes. Ale třeba i to, že tehdejší výběr byl relativně bohatší na kyselé, negativně nabité aminokyseliny. Dnes je složení aminokyselin poměrně vyvážené – mezi těmi dvaceti máme dvě nabité negativně (kyselinu asparagovou a kyselinu glutamovou) a tři pozitivně (lysin, arginin, histidin). A tyto tři zřejmě v počátcích života zastoupeny nebyly. Nejspíš v tehdejším prostředí byly k dispozici jiné kladně nabité aminokyseliny a je možné, že hrály nějakou roli, ale podle toho, co víme, by peptidy s jejich účastí byly dost nestabilní.