Neviditelný čert

Dlouho předtím, než kolem roku 1830 jeden ze zakladatelů geologie Charles Leyll jasně zformuloval představu postupné transformace Země, byl rozšířen takzvaný uniformitarianismus (také princip uniformity či aktualismus). Podle něj se Země během velice dlouhých období, mnohem delších, než si člověk dokáže představit, mění pomalu a postupně. Jenže ono se to má přece jenom poněkud jinak. Na scénu přicházejí mutace.

Lucifer

Charles Darwin si již v mladém věku uvědomil, že historie života a historie celé planety Země, její geologická minulost, jsou spolu nerozlučně spjaty. Geologové zkoumají horniny a rekonstruují z nich dějiny Země. Paleontologové by měli podobně pátrat po fosilních záznamech a hledat v nich důkazy o postupném přechodu od jednoho biologického druhu ke druhému. Jak ale Darwin ve svém díle O vzniku druhů poznamenává, věc není tak jednoduchá. Fosilní záznamy nesvědčí o spojitém přechodu daném "nekonečně mnoha přechodovými články". Hledal proto pomoc v geologii a našel argumenty, proč i tam nacházíme mezery:

Proč nejsou každý geologický útvar a každá jeho vrstva plné těchto mezičlánků? Geologie bezpochyby neodhaluje tyto jemně odstupňované řetězce organismů... Geologické záznamy jsou velmi nedokonalé a tento fakt do značné míry vysvětluje, proč v něm nenacházíme přechodné druhy, jež by do těch nejdrobnějších krůčků spojovaly všechny vymřelé i existující formy života. Ten, kdo odmítne tento pohled na povahu geologického záznamu, právem odmítne i celou moji teorii.

Darwinův přístup k evoluci odráží metamorfózy znázorněné ve starých hororových filmech: nejlepší sekvence člověka měnícího se ve vlkodlaka byly ty, jež měly co nejméně skoků. Šlo o plynulé transformace s co možná největším počtem mezistupňů. Darwin věřil, že ony "nejdrobnější krůčky" se vyskytly třeba při přeměně dinosaurů v ptáky (jak to demonstruje slavná zkamenělina archeopteryxe), nebo když se lidoopi změnili v lidi. Postupné transformace se kumulovaly, až posléze dosáhly bodu, v němž se už jedinci jisté populace nemohli křížit se svými příbuznými, z nichž vzešli. V tomto okamžiku se zrodil nový živočišný druh. Fosilní záznamy by měly tyto postupné proměny dokládat, ve skutečnosti však nutně obsahují mezery.

V protikladu k tomuto gradualistickému přístupu stojí katastrofická škola, podle níž historii Země, a tudíž i života silně ovlivnily kataklyzmatické události. Dopad obrovského meteoritu, řada silných vulkanických erupcí, náhlé změny klimatu, zemětřesení a tsunami jsou jevy, které mohly výraznou měrou narušit poklidnou evoluci života, a to lokálně i globálně na časových škálách, jež jsou neporovnatelně kratší, než s jakými pracuje tradiční geologie. Desetiletí odborných debat a shromažďování velkého množství dat nyní vyústilo v nalezení vzájemné shody, jež oba pohledy integruje: geologická historie Země je pomalý a postupný proces, jenž je čas od času narušen násilnými událostmi.

Hlavní ingrediencí, jež v Darwinově evoluční teorii dlouho chyběla, byl konkrétní mechanismus, kterým se druhy mění. Darwin neměl tušení o genech a mutacích, ani o replikaci DNA. Každá živá bytost má svůj vlastní genetický kód neboli genotyp, jenž detailně popisuje molekulární vyjádření jeho fyzických charakteristik, fenotyp. Během reprodukce tato soustava instrukcí pomocí série složitých molekulárních interakcí vytváří potomstvo. Je-li konstrukce stoprocentně úspěšná, zdědí potomci geny svých rodičů. Nedokonalý výsledek procesu genetické stavby potomstva se nazývá mutace.

Jak se život na Zemi vyvíjel, stával se proces genetického kopírování určitě mnohem efektivnější a sofistikovanější. Duplikace prvních forem života nejspíš obsahovaly spoustu chyb. Dá se očekávat, že tehdy existovalo více mutantů než druhů jako takových. Jak ale plynul čas a život pokračoval, reprodukční mechanismus se vyvíjel. Tvorové se více adaptovali na své specifická prostředí, a proto se od jiných tvorů v jiných prostředích začali odlišovat. Nastoupila fáze vzniku různých druhů mikroorganismů. Naši jednobuněční předci museli vyvinout genetický jazyk, který dnes nacházíme ve všech formách života. Je založen na čtyřech nukleových bázích a na konstrukci bílkovin z dvaceti aminokyselin. Před třemi miliardami let, po mnoha pokusech a omylech, dosáhl jednobuněčný organismus reprodukčních schopností v dnes známé podobě, založených na duplikaci DNA. Tato pradávná forma života je naším posledním univerzálním společným předkem, označovaným zkratkou LUCA (last universal common ancestor).

Molekulu DNA si můžeme představit jako zip, jehož obě části jsou navzájem spojeny zoubky. Existují pouze čtyři druhy zoubků, nukleových bází, jež mají velmi specifický způsob párování: adenin (A) se páruje pouze s thyminem (T), zatímco guanin (G) pouze s cytosinem (C). Jestliže na jedné straně zipu je třeba posloupnost A-C-A-T-G, pak na druhé straně zipu musí být T-G-T-A-C. Gen je prostě jen posloupnost bází, jež obsahují instrukci pro jistou funkci. Kompletní sada genů živé bytosti vytváří jeho genom.

Během reprodukce se molekula DNA rozzipuje a vytvoří se dvě nové kopie, každá z jedné její strany. Aby se tak stalo, je nutné gen ve správném pořadí přečíst. Když dojde při přepisování genu k chybě, zrodí se mutant. Ve většině případů je mutace neutrální a nemá žádný zjevný vliv na schopnost jedince přežít. Mutace, které takové důsledky mají, hrají ústřední roli v přírodním výběru, protože jsou často smrtelné anebo ohromující. Mutace jsou hnacím motorem genetické různorodosti a neuvěřitelné rozmanitosti života. Kdyby byla reprodukce zcela dokonalá, živočišné druhy by nemutovaly a nepřežily by spoustu krátkodobých nebo dlouhodobých změn životního prostředí, jimž musely čelit. Jinak řečeno, bez mutací by strom života nebyl tak košatý, vůbec by se nevětvil. Ze života by se dříve či později stal jenom nepodařený experiment.

Nedokonalosti genetické reprodukce tedy vděčíme za vlastní existenci. Jak zdůraznil velký evoluční biolog Ernst Mayr, dokážeme pochopit, proč se druhy žijící v geografické izolaci od svých předků v průběhu časů mění. Adaptivní mutace zůstaly omezeny na danou oblast a pomalu (zpočátku třeba i rychle) přetransformovaly celý druh. Když pak po nějaké době geografická bariéra zmizí anebo ji lze překonat, mohou se zmutované druhy vrátit do krajiny svých předků. Po milionech let pak budou paleontologové odkrývat fosilní záznamy obsahující pozůstatky obou druhů, aniž by mezi nimi našli spojité a postupné přechody.

I když uplynulo již několik miliard let a díky mutacím se strom života rozrostl do obrovského množství směrů, my všichni v našich genech neseme kořeny našeho prapůvodu, až k poslednímu univerzálnímu společnému předkovi LUCA. Historie života na Zemi je skvělou ukázkou toho, jak mohou být nedokonalosti zdrojem tvořivosti a diverzity. Od chirálních páteří bílkovin a DNA v prebiotické polévce až takřka k nekonečnému počtu nádherných forem života na dnešní Zemi jsme tu všichni jen díky malým, ale nezbytným nepřesnostem v procesu genetické reprodukce. Kdybychom dokázali znova spustit celou historii, jako bohové hrající si se svým výtvorem, život na Zemi by se ubíral úplně jinou cestou.

Zdroj: Marcelo Gleiser, Trhlina ve stvoření světa - Nová vize života v nedokonalém vesmíru

A to je konec této série.

Předchozí části:

Asymetrie života I - Jiskra života
Asymetrie života II - První život na Zemi
Asymetrie života III - Stavební kameny prvotního života
Asymetrie života IV - Chiralita života
Asymetrie života V - Z tak asymetrického počátku...

25.02.2013, 00:00:27   Publikoval Luciferkomentářů: 2