Ako môže život vzniknúť z neživej hmoty? To bolo dlho nevysvetliteľným problémom vedy, a to napriek tomu, že vedci, keď našli vysvetlenie, boli veľmi prekvapení, že kľúč k tomuto tajomstvu bol veľmi jednoduchý a zároveň ale aj veľmi fascinujúci !!!

Ako vzniká život? Nedávno publikovaná štúdia sa zaoberá otázkou, ako sa systémy schopné ukladať informácie, dokážu replikovať a nakoniec vykonávať funkcie, a ako sa môžu vyvinúť z jednoduchých stavebných blokov prostredníctvom série medzikrokov.

Toto skúmanie vrhá nové svetlo na evolučný prechod z neživej do živej prírody. 

Mnohé vlastnosti molekúl nemožno predpovedať iba z vlastností atómov, z ktorých sú zložené; tieto vlastnosti sa objavia až vtedy, keď sa atómy spoja – ide o jav známy vo vede ako „emergencia“.

Publikácia z Goetheho univerzity vo Frankfurte skúma z chemického, biologického a filozofického hľadiska vzťah medzi emergenciou a komplexnosťou. 

Výskumníci demonštrujú, ako jednoduché stavebné bloky prostredníctvom mnohých medzistupňov vedú k systémom schopným ukladať informácie, sebareplikovať sa a vykonávať špecifické funkcie.

Ich práca ponúka úplne nový pohľad na prechod z neživého do živého sveta.

Baktérie sú živé organizmy pozostávajúce z jednej bunky a spočiatku riadia iba samy seba. Baktérie mnohých druhov sa však môžu spojiť a vytvoriť kolónie, ktoré sa správajú ako komplexný organizmus. 

V rámci takýchto kolónií jednotlivé mikróby zrazu preberajú odlišné úlohy: niektoré produkujú sliz, ktorý kolóniu spája; iné zásobujú svojich „súrodencov“ živinami a energiou; zatiaľ čo ďalšie sú obzvlášť pohyblivé, čím uľahčujú rozširovanie kolónie. Spoločne teda dosahujú niečo, čo by žiadny jednotlivec nedokázal sám.

Náhly objav novej, nepredvídateľnej vlastnosti v rámci kolektívnej entity je jav, ktorý výskumníci nazývajú „emergencia“.

Emergencia samozrejme existuje aj v molekulárnej oblasti.

Vezmime si napríklad vodu, ktorá sa skladá z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka.

Keď sa tieto atómy spoja a vytvoria tak vodu, vznikne molekula s úplne novými vlastnosťami – vlastnosťami, ktoré nemožno odvodiť z charakteristík jednotlivých atómov.

Bez tohto fascinujúceho prírodného zázraku by život na Zemi v tej forme, ako ho poznáme, v žiadnom prípade nebol vznikol:

Dva atómy plynu sa spoja s jednym atómom iného plynu a odrazu sa v tomto spojení zmenia na niečo, čo má celkom inú kvalitu, ako ju majú plyny!  Vznikne  z toho voda – životodárna tekutina, voda H2O !!!

Chémia v tomto prípade hovorí, že voda je polárna štruktúra  a znamená to nasledovné:

Atóm kyslíka nesie mierne záporný náboj, zatiaľ čo atómy vodíka nesú mierne kladný náboj. Bez kombinácie týchto vlastností vo vode by život – aspoň v jeho súčasnej forme – neexistoval.

A práve táto polarita zabezpečuje skutočnosť, že sa dve molekuly vody priťahujú, podobne ako slabé magnety.

V každom prípade len táto súdržná sila je dôvodom, prečo voda zostáva kvapalná – a nie plynná – medzi 0 a 100 stupňami Celzia !!!

To zodpovedá teplotnému rozsahu nachádzajúcemu sa na Zemi – podmienke určenej jej vzdialenosťou od Slnka.

 Za fyzikálnych podmienok prevládajúcich na Zemi slúži voda ako kvapalné médium, v ktorom môžu vznikať molekuly života a v ktorom sa urýchľujú chemické reakcie vo vnútri organizmov.

To je zase predpokladom pre to, aby DNA mohla ukladať informácie a aby proteíny prijali špecifickú štruktúru. DNA sa v skutočnosti skladá z rôznych molekulárnych stavebných blokov – niektoré z nich vznikli ešte pred vznikom života – a niektoré sú polárne, zatiaľ čo iné sú nepolárne.

Polárne zložky sú vo vode „pohodlné“; z toho dôvodu  sa vo vodnom prostredí orientujú smerom von. V dôsledku toho sa nepolárne zložky ocitnú vo vnútri.

To je jeden z dôvodov, prečo DNA v prirodzených podmienkach prijíma štruktúru dvojitej špirály – podobne ako točité schodisko, kde sú polárne zábradlia umiestnené zvonku, zatiaľ čo nepolárne schody sú stočené v skrútenom usporiadaní vo vnútri.

„Vynárajúce“ sa vlastnosti vody teda vnucujú týmto zložitejším molekulám špecifický poriadok. Je to veľmi podobné dirigentovi, ktorý zabezpečuje, aby hudobníci nehrali jednoducho náhodne, ale usporiadane, synchrónne!

Toto usporiadanie zase slúži ako jeden zo základov, ktoré umožňujú týmto komplexným molekulám rozvíjať špecifické, nepredvídateľné vlastnosti.

Napríklad je čiastočne zodpovedné za to, že DNA pozostáva z dvoch vlákien obtočených okolo seba. Tieto vlákna sa zvyčajne správajú komplementárne – podobne ako dva prepojené dieliky skladačky.

V dôsledku toho má DNA schopnosť replikovať sa – teda vytvárať svoje kópie.

Aby sa to dosiahlo, vlákna DNA sa oddelia a zodpovedajúce „dieliky skladačky“ sa nanovo pripoja ku každému jednotlivému vláknu. Schopnosť replikácie je kľúčová pre vznik života.

Nedávno publikovaná štúdia identifikuje celkovo 13 charakteristík komplexných systémov. Jednou z nich je jav, pri ktorom tieto systémy občas dosiahnu kritické stavy, v ktorých ich vlastnosti prechádzajú zásadnými zmenami v procese vzniku.

V dôsledku toho sa zrazu stanú možnými úplne nové funkcie. Presný čas, kedy sa to stane, sa však nedá predpovedať. Tieto náhle skoky často predstavovali kľúčové kroky na ceste k vzniku života.

Aby sa takéto skoky uskutočnili, systémy vyžadujú neustály prísun energie – na Zemi je táto energia odvodená zo Slnka.

Jednou z hnacích síl tohto vývoja sú evolučné mechanizmy – mechanizmy, ktoré fungovali už v evolúcii molekúl ešte pred vznikom komplexných foriem  života.

Tieto mechanizmy, ktoré pôsobili v súlade s procesom vzniku, zabezpečili, že sa život vyvinul do rozmanitých foriem, s ktorými sa dnes na Zemi stretávame.

Napriek vplyvu týchto síl však presná trajektória tohto vývoja nebola v žiadnom prípade vopred určená!

Ak by sme dokázali vrátiť čas o štyri miliardy rokov späť, tak formy života, ktoré by vznikli, by boli úplne odlišné od tých, ktoré poznáme dnes.

To znamená, že evolúcia je nesmierne kreatívna a  je schopná vytvárať rôzne cesty vývojov života !!!