ALAN WOODS, TED GRANT
Překlad: M.Matejovský
„Čo nevieme dnes, budeme vedieť zajtra.“ Toto prosté konštatovanie je podstatou záveru vedeckej práce O pôvode života ruského biológa Alexandra Ivanoviča Oparina z roku 1924. Prvýkrát bol predmet zhodnotený moderným spôsobom a otvorila sa nová kapitola v chápaní života. Oparin, ako materialista a dialektik, nie náhodou priblížil túto problematiku originálnym spôsobom. Bol to odvážny začiatok na samom úsvite biochémie a molekulárnej biológie a v roku 1929 ho nezávisle podporila práca britského biológa J.B.S.Haldanea – taktiež materialistu.
2 AKO VZNIKOL ŽIVOT
OPARIN A ENGELS
„Čo nevieme dnes, budeme vedieť zajtra.“ Toto prosté konštatovanie je podstatou záveru vedeckej práce O pôvode života ruského biológa Alexandra Ivanoviča Oparina z roku 1924. Prvýkrát bol predmet zhodnotený moderným spôsobom a otvorila sa nová kapitola v chápaní života. Oparin, ako materialista a dialektik, nie náhodou priblížil túto problematiku originálnym spôsobom. Bol to odvážny začiatok na samom úsvite biochémie a molekulárnej biológie a v roku 1929 ho nezávisle podporila práca britského biológa J.B.S.Haldanea – taktiež materialistu. Tieto práce priniesli Oparin-Haldaneovu hypotézu, na ktorej je založené následné chápanie vzniku života. „Tu,“ píše Asimov, „sa po prvýkrát detailne riešili otázky pôvodu života z úplne materialistického hľadiska. Neprekvapuje to, keďže v Sovietskom zväze neprevládajú náboženské zábrany, ktorými sa západné národy cítia viazané.“ (Asimov, cit.d., str.592)
Oparin vždy uznával svoj dlh voči Engelsovi a netajil svoje filozofické pozície:
„Tento problém (o pôvode života) bol však vždy predmetom ostrého stretu ideí medzi dvoma nezmieriteľnými filozofickými školami - medzi idealizmom a materializmom,“ píše Oparin.
„Keď sa k riešeniu problému nesnažíme pristupovať metafyzicky, ale dialekticky, štúdiom postupných zmien v hmote, ktorá predchádzala objaveniu sa života a viedla k jeho vzniku, otvára sa pred nami úplne iná perspektíva. Hmota nikdy neostáva v pokoji, je neustále v pohybe a vývoji a v tomto vývoji sa mení z jednej formy pohybu na ďalšiu a potom ďalšiu, z ktorých každá je zložitejšia a harmonickejšia, ako tá predchádzajúca. Život sa teda javí ako veľmi zložitá forma pohybu hmoty, ktorá vzniká ako nová vlastnosť na určitom stupni všeobecného vývoja hmoty.
Friedrich Engels už na konci minulého storočia uviedol, že štúdium histórie vývoja hmoty je najviac nádejnou cestou prístupu k riešeniu problému vzniku života. Tieto Engelsove myšlienky však vedecké myslenie jeho doby nereflektovalo v dostatočnej miere.“
Engels, keď opísal život ako spôsob pohybu proteínov, mal v podstate pravdu. Avšak dnes môžeme pridať, že život je funkcia vzájomných reakcií proteínov a nukleových kyselín. Ako vysvetľuje Oparin: „F. Engels, spolu s biológmi svojej doby, často používal názov protoplazma‘ a ‚bielkovinové tela Engelsove ‘proteíny sa preto nesmú stotožňovať s chemicky odlišnými látkami, ktoré sa nám dnes postupne podarilo zo živých organizmov izolovať, ani s rafinovanými proteínovými preparátmi pozostávajúcimi zo zmesí čistých proteínov. Napriek tomu bol Engels značne v predstihu pred myšlienkami svojej doby, keď, hovoriac o proteínoch, zvlášť zdôrazňoval chemické aspekty hmoty a podčiarkoval dôležitosť proteínov v metabolizme, tej forme pohybu hmoty, ktorá je charakteristická pre život.
Až dnes môžeme oceniť hodnotu Engelsovho pozoruhodného vedeckého dôvtipu. Súčasné pokroky v chémii proteínov nám umožnili charakterizovať proteíny ako jednotlivé chemické zlúčeniny, ako polyméry aminokyselín, ktoré majú veľmi špecifické štruktúry.“ (A. I. Oparin, The Origin of Life on Earth, str. xii a 230-231) J.D. Bernal ponúka k Engelsovej definícii života alternatívu, život ako „parciálny, súvislý, progresívny, mnohotvárny a podmienečne interaktívny, samouvedomujúci si možnosti stavov atómových elektrónov“. (J. D. Bernal, The Origin of Life, str. xv.)
Hoci Oparin-Haldaneova hypotéza položila základy pre štúdium pôvodu života, ako vedný odbor vzniklo až revolúciou v biológii v polovici 20. storočia. Teórie o vzniku života sú do značnej miery špekulatívne. Z tohto obdobia sa nedochovali žiadne fosílie. Zaoberáme sa tu najjednoduchšími a najzákladnejšími formami života, aké si možno predstaviť, prechodnými formami, ktoré sa odlišovali od organizmov, aké žijú dnes, ale ktoré napriek tomu predstavujú rozhodujúci krok z anorganickej do organickej hmoty. Možno, ako komentuje Bernal, je oveľa správnejšie hovoriť nie o pôvode života, ale o pôvode procesov života.
Engels vysvetľuje, že Darwinova revolúcia „priepasť medzi anorganickou a organickou prírodou redukovala na minimum a súčasne ostránila jednu z najvážnejších prekážok, ktoré dovtedy stáli v ceste teórii o pôvode organizmov. Nové nazeranie na prírodu bolo v základných črtách hotové: všetko strnulé sa uvoľnilo, všetko pevné sa rozplynulo, všetko to zvláštne, čo sa pokladalo za večné, sa stalo pominuteľným, dokázalo sa, že celá príroda sa pohybuje vo večnom toku a kolobehu.“ (Engels, Dialektika prírody, str.27) Nové vedecké objavy od napísania tohto textu len posilnili túto revolučnú teóriu.
Oparin došiel k záveru, že pôvodná atmosféra Zeme sa radikálne líšila od dnešnej. Podľa neho bol charakter atmosféry skôr redukčný, bez prítomnosti kyslíka. Oparin predpokladal, že organické chemické látky, od ktorých závisí život, sa v takejto atmosfére spontánne formovali pod vplyvom ultrafialového žiarenia zo Slnka. Podobné závery urobil nezávisle aj J.B.S. Haldane:
„Slnko bolo pravdepodobne o niečo jasnejšie ako dnes, a keďže v atmosfére nebol prítomný žiadny kyslík, na rozdiel od dneška, ozón (modifikovaná forma kyslíka) v najvyššej vrstve atmosféry ani kyslík v nižších vrstvách nezastavili chemicky aktívne ultrafialové lúče zo Slnka. Prenikali na povrch zeme a mora, alebo aspoň do mrakov. Keď ultrafialové svetlo pôsobí na zmes vody, oxidu uhličitého a amoniaku, vytvára sa obrovské množstvo organických látok, vrátane cukrov a taktiež niektoré z látok, z ktorých sú zostavené proteíny.“ (J. B. S. Haldane, The Rationalist Annual, 1929)
Engels už o päťdesiat rokov skôr ukázal v tej všeobecnejšej forme správny smer: „Keď sa napokon teplota vyrovná natoľko, že – aspoň na značnej časti povrchu – neprekračuje hranice, v ktorých je bielkovina schopná života, vytvára sa, ak sú, pravda, aj inak priaznivé chemické podmienky, živá protoplazma.“ A ďalej pokračuje: „Trvalo azda tisíročia, kým vznikli podmienky pre ďalší pokrok a kým z tejto beztvárnej bielkoviny vývinom jadra a bunkovej blany vznikla prvá bunka. Ale touto prvou bunkou sa už položil základ pre vznik foriem celého organického sveta; najprv sa vyvinuli, ako môžeme predpokladať na základe analógie celého paleontologického archívu, nesčíselné druhy nebunkových a bunkových prvokov...“ (F.Engels, Dialektika prírody, str. 29-30) Hoci tento proces prebiehal v oveľa dlhšom časovom horizonte, je to všeobecne správna prognóza.
Tak, ako boli v Engelsovej dobe vedeckou komunitou ignorované Engelsove myšlienky, boli ignorované aj Oparinove a Haldaneove. Až v poslednej dobe sa týmto teóriám dostáva uznania, ktoré si zaslúžia. Richard Dickerson píše:
„Haldaneove myšlienky sa objavili v Rationalist Annual v roku 1929, ale nevyvolali takmer žiadnu reakciu. Päť rokov predtým vydal Oparin malú monografiu uvádzajúcu dosť podobné myšlienky o pôvode života, rovnako s malým účinkom. Ortodoxní biochemici boli až príliš presvedčení, že Louis Pasteur raz a navždy vyvrátil možnosť spontánneho zrodu života (samoplodenie), a tým otázka pôvodu života nemohla byť legitímnym vedeckým problémom. Nedokázali pochopiť, že Haldane a Oparin načrtli niečo výrazne odlišné: nie to, že život sa vyvíja z neživej hmoty dnes (klasická teória samoplodenia, ktorá po Pasteurovi nebola udržateľná), ale skôr to, že život sa vyvinul kedysi z neživej hmoty za podmienok panujúcich na primitívnej Zemi a pri absencii konkurencie iných živých organizmov.“ (Scientific American, 239 [1978])
AKO VZNIKOL ŽIVOT?
Neexistuje pre nás tak dôležitá otázka ako tá, ako sa živé, vnímajúce, mysliace bytosti zrodili z anorganickej hmoty. Táto hádanka okupovala ľudskú myseľ od najstarších čias a má niekoľko rôznych odpovedí. Môžeme všeobecne určiť tri trendy:
1. teória - boh stvoril všetko živé, vrátane človeka.
2. teória - život vznikol z anorganickej hmoty, samoplodením, ako červy z rozkladajúceho sa mäsa, alebo chrobáky z hnoja (Aristoteles).
3. teória - život prišiel z vesmíru v meteorite, ktorý spadol na zem, a potom sa vyvíjal.
Táto predstava premeny anorganickej hmoty na organickú nie je veľmi stará. Naproti tomu teória spontánneho vzniku (tzv.samoplodenia) - že život vznikol z ničoho - má dlhú históriu. Viera v spontánny vznik pochádza zo starovekého Egypta, Číny, Indie a Babylonu. Nachádza sa v prácach starovekých Grékov. „Tu vznikajú z hnoja a hnijúceho mäsa červy, tu sa z ľudského potu formujú vši, tu sa z iskry pohrebnej hranice rodia svetlušky, a konečne, žaby a myši pochádzajú z rosy a vlhkej zeme ... Pre nich bolo samoplodenia jednoducho zjavnou, empiricky nepopierateľnou skutočnosťou, ktorej teoretický základ mal druhoradý význam,“ hovorí Oparin. (Oparin, cit.d., str.2) Bol tu súvis s náboženskými legendami a mýtmi. Naproti tomu prístup prvých gréckych filozofov mal materialistický charakter.
Bol to Platónov idealistický názor (vyjadrený i Aristotelom), ktorý prepožičal samoplodeniu nadprirodzenosť a neskôr dal základ stredovekej vedeckej kultúre a na celé stáročia ovládol myseľ ľudí. Hmota neobsahuje život, ale je ním naplnená. Z gréckej a rímskej filozofickej školy to prevzala raná kresťanská cirkev a rozvinula na svoju mystickú predstavu o vzniku života. Sv.Augustín videl v samoplodení prejav božskej vôle – oživenie nehybnej hmoty „duchom-tvorcom života“. Ako upozorňuje Lenin, scholastika a kňazi sa chopili toho, čo bolo u Aristotela mŕtve, a nie toho, čo bolo živé. Neskôr to Tomáš Akvinský rozvinul v súlade s učením katolíckej cirkvi. Podobné stanovisko majú aj východné cirkvi. Rostovský biskup Dimitrij vysvetľoval v roku 1708, že Noe nevzal do svojej archy zvieratá schopné samoplodenia: „Tieto pri potope zahynuli a po potope sa takto znovu zrodili.“ Táto viera dominovala západnej spoločnosti až do polovice 19. storočia.
Veľký T.H. Huxley ako prvý vo svojej prednáške v Edinburghu v roku 1868 jasne vysvetlil, že život má jeden spoločný hmotný základ: protoplazmu. Zdôraznil, že je funkčne, formálne a v podstate rovnaká pre celú škálu živých organizmov. Čo sa týka svojej funkcie, všetky organizmy prejavujú pohyb, rast, metabolizmus a reprodukciu. Čo sa týka formy, skladajú sa z jadrových buniek, a v podstate všetky pozostávajú z proteínov, chemickej zlúčeniny uhlíka, vodíka, kyslíka a dusíka. Toto graficky odhaľuje základnú jednotu života.
Francúzsky vedec Louis Pasteur, otec mikrobiológie, nakoniec sériou experimentov spochybnil teóriu samoplodenia. „Život môže pochádzať iba zo života,“ povedal Pasteur. Pasteurove objavy dali zdrvujúcu ranu ortodoxnému poňatiu samoplodenia. Nasledovný triumf Darwinovej teórie evolúcie donútil vitalistov (idea „životnej sily“) pozrieť sa na vznik života novým spôsobom. Od tejto chvíle ich obrana idealizmu používala argument, že tento jav nemožno pochopiť na základe materializmu.
V roku 1907 predniesol švédsky chemik Svente Arrhenius v knihe s názvom Worlds in the Making teóriu panspermie, ktorá konštatovala, že ak život nemôže vzniknúť spontánne na Zemi, potom tu musel byť zavlečený z iných planét. Opísoval, ako spóry cestujú vesmírom, aby „zasiali“ život na iných planétach. Akékoľvek živé spóry, ktoré by vstúpili do našej atmosféry, napr. s meteoritmi, by zhoreli. Aby zabránil tejto kritike, argumentoval Arrhenius tým, že život je preto večný a nemá žiaden počiatok. Ale dôkazy boli v rozpore s jeho teóriou. Bolo preukázané, že ultrafialové lúče vo vesmíre by rýchlo zničili všetky spóry baktérií. Napríklad na vesmírnej lodi Gemini 9 v roku 1966 boli mikroorganizmy, vybrané pre ich húževnatosť, vystavené žiareniu z vesmíru. Prežili šesť hodín. Nedávno sa Fred Hoyle domnieval, že život by mohol prísť na Zem na chvoste komét. Túto myšlienku prepracovali Francis Crick a Leslie Orgel, ktorí predniesli, že život na Zemi mohol byť úmyselne nasadený z vesmíru! Takéto teórie však v podstate nič neriešia. Aj keď prijmeme, že život prišiel na Zem z inej planéty, ešte to nie je odpoveď na otázku, ako vzniká život, ale iba ju presúva inam - k hypotetickej planéte pôvodu.
Pre racionálne vysvetlenie vzniku života nie je potrebné ísť do kozmického priestoru. Pôvod života môžeme nájsť v procesoch, ku ktorým dochádzalo na našej planéte pred viac ako tri a pol miliardami rokov, za veľmi špecifických podmienok. Tento proces sa už nemôže opakovať, pretože všetky takéto organizmy by boli vystavené na milosť sučasným formám života, ktoré by ich ľahko zničili. Mohol vzniknúť len na planéte, kde neexistoval žiadny život a keď v atmosfére bolo málo kyslíka, pretože kyslík by sa spojil s chemickými látkami, ktoré sú potrebné na vytvorenie života, a rozložil ich. Atmosféru Zeme v tej dobe tvoril hlavne metán, amoniak a vodná para. Experimenty v laboratóriách preukázali, že zmes vody, amoniaku, metánu a vodíka vystavená ultrafialovému žiareniu produkuje dve jednoduché aminokyseliny a stopy zložitejších aminokyselín. Koncom šesťdesiatych rokov 20.storočia boli v oblakoch plynu vo vesmíre objavené zložité molekuly. Je teda možné, že už vo veľmi ranom štádiu formovania Zeme boli prvky potrebné pre vznik života, alebo praživota, prítomné vo forme aminokyselín. Nedávne experimenty nadovšetku pochybnosť dokázali, že z bežných chemických a fyzikálnych zmien prebiehajúcich v „prebiotickej polievke“ sa mohli vynoriť proteíny a nukleové kyseliny, ktoré sú základom všetkého života.
Podľa Bernala je jednota života časťou dejín života a, v dôsledku toho, sa podieľa na jeho pôvode. Všetky biologické javy sa rodia, rozvíjajú a hynú v súlade s prírodnými zákonmi. Biochémia preukázala, že všetok život na Zemi je na chemickej úrovni rovnaký. A všade sa objavuje základný mechanizmus enzýmov, koenzýmov a nukleových kyselín, napriek enormnej rozdielnosti medzi druhmi. Zároveň tvorí sadu identických častíc, ktoré držia pohromade princípami samousporiadania sa do tých najzložitejších štruktúr.