Czy naprawdę to są prapoczątki życia? – ze zdumieniem przypatrywałem się fiolce w laboratorium Jacka Szostaka w bostońskiej szkole medycznej Harvardu. Wszystko wyglądało tak zwyczajnie. Niespodziewanie zwyczajnie. Dotarłem przecież do miejsca, gdzie – jak wielu sądzi – naukowcy są najbliżej rozwiązania zagadki powstania życia na Ziemi. Wiedziałem, jak niezwykłe są dokonane tutaj odkrycia. Rozumiałem, jak wielkie mają znaczenie. Nigdy jednak nie przypuszczałem, że Jack Szostak, Amerykanin od kilku pokoleń, którego polskie pochodzenie zostawiło ślad wyłącznie w nazwisku, okaże się aż tak skromny. Że będzie mówił cicho, uprzejmie wysłuchiwał wszystkich pytań, życzliwie się uśmiechał, nigdy nie przerywał, unikał krytyki swych konkurentów i że najczęstszą odpowiedzią na moje pytania stanie się irytujące: „Właściwie to do końca nie wiadomo”. A kiedy poproszę o więcej wyjaśnień, wykręci się, mówiąc: „Niech pan spyta Kate”.
Na prawo żywi, na lewo martwi
Kate to Katarzyna Adamala, młoda, ledwie 23‑letnia Polka, którą Jack Szostak przyjął do swojego laboratorium, zanim jeszcze ukończyła studia na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. Tej niezwykle zdolnej, pracowitej i oczytanej badaczce szef nakazał oprowadzić mnie po pracowni. Zastałem ją, gdy zajmowała się odwirowywaniem „pierwocin życia”. Prakomórki, których opis dotarł już do najważniejszych czasopism naukowych świata, wyglądały, jak przystało na dzieło Szostaka – niezwykle skromnie. Ot, jakaś zawiesina w wodzie.
– Dobrze, że choć fluoryzują – powiedziałem zadowolony ze swego celnego spostrzeżenia. Szybko jednak zostałem sprowadzony na ziemię. – Fluoryzują, bo dodałam do nich barwnika fluoryzującego – wyjaśniła Kate nieco zdegustowana moją ignorancją. – Jak chcesz je naprawdę zobaczyć, musimy je obejrzeć pod mikroskopem.
Adamala przerwała odwirowywanie, wyjęła fiolkę z maszyny i naniosła kropelkę zawiesiny na szkiełko laboratoryjne. Cenny ładunek włożyła pod nowoczesny mikroskop. Po chwili na podłączonym do niego ekranie komputera wyświetlił się jednobarwny obraz. Jeszcze minuta poszukiwania najlepszej ostrości i wreszcie obiekt badań i fascynacji tutejszych badaczy pojawił się w całej okazałości. Przypominał – jakżeby inaczej! – zwykłe szare kulki. – Kasiu, to one? – spytałem wciąż jeszcze pełen niedowierzania.
– Uhm – potwierdziła. – To są nasze vesicles – dodała, używając ich oryginalnej angielskiej nazwy. I dobrze. Polski odpowiednik „pęcherzyki” brzmi przecież tak nieznośnie banalnie. Choć z drugiej strony powoli się już przyzwyczajałem, że w laboratorium Szostaka wszystko, co niezwykłe, udaje, że jest szare i zwyczajne. Miałem przecież przed sobą najlepiej na świecie odtworzone pierwociny życia. Coś, z czego prawdopodobnie rozwinęły się wszystkie bakterie, grzyby, rośliny oraz zwierzęta.
Jack Szostak to pierwszy człowiek na ziemi, któremu udało się z prostych cegiełek chemii zbudować prototypy prakomórek. Jego skromne szare pęcherzyki tak wiele przecież potrafią. Czy można powiedzieć, że są żywe? Czym w ogóle jest życie?
– Tym się nie przejmuję – odpowiada profesor Szostak z charakterystyczną dla siebie nonszalancją. – Ważne jest, by mieć ciągłą ścieżkę od prostych związków chemicznych do prawdziwych komórek. A w którym miejscu tej linii postawimy granicę i powiemy: na prawo to już życie, a na lewo jeszcze nie, nie ma dla mnie znaczenia.
Od mocznika do rybozymu
Zapewne ma rację. Jednak to, co dziś mówi, dawniej brzmiałoby co najmniej jak herezja. Na początku XIX wieku uważano, że wszystko, co żywe, ma w sobie tajemniczą siłę, vis vitalis. To za jej sprawą miały przebiegać wszystkie procesy życiowe i wyłącznie dzięki niej miały powstawać organiczne związki chemiczne. Można sobie więc tylko wyobrazić, jaką burzę wywołał niemiecki chemik Friedrich Wöhler, który w 1828 roku dokonał sztucznej syntezy substancji organicznej – mocznika. Teoria vis vitalis legła w gruzach, lecz idea o ostrej granicy oddzielającej żywe od nieżywego nadal trzymała się mocno. Sam Darwin , który nie miał skrupułów, by wywodzić człowieka od małpy, zawahał się, gdy przyszło do określania, czy życie powstało samodzielnie. W swym najsłynniejszym dziele „O pochodzeniu gatunków” napisał bowiem: „Wzniosły zaiste jest to pogląd, że Stwórca natchnął życiem kilka form lub jedną tylko i że gdy planeta nasza, podlegając ścisłym prawom ciążenia, dokonywała swych obrotów, z tak prostego początku zdołał się rozwinąć i wciąż się jeszcze rozwija nieskończony szereg form najpiękniejszych i najbardziej godnych podziwu”.
Ale rewolucja w naukach biologicznych, której dokonał Karol Darwin, nie dała się zatrzymać. Jego następcy poszli dalej. W 1953 roku Stanley Miller i Harold Urey, dwaj amerykańscy biochemicy, spróbowali zrekonstruować warunki panujące na ziemi cztery miliardy lat temu. Ku ich najwyższemu zdziwieniu w tak spreparowanym roztworze pojawiły się liczne związki organiczne. To miało dowodzić, że powstawały one niegdyś szybko, spontanicznie i w dużych ilościach. Granica między materią nieorganiczną i organiczną nieco się zatarła.
Tyle że substancje uzyskane przez Millera i Ureya to jeszcze nie było życie. To były dopiero cegiełki, z których mogło powstać życie. Naukowcy rozochoceni wynikami ich eksperymentu rzucili się do kolejnych badań. Szybko jednak zabrnęli w ślepą uliczkę.
– Żeby powstało życie, trzeba mieć jakiś materiał genetyczny – tłumaczy Jack Szostak. A przez niemal cały wiek XX badacze znali tylko jedną substancję o takich właściwościach, czyli DNA. Jest to związek dość skomplikowany, który nie potrafi samodzielnie się powielać. Do kopiowania się potrzebuje białek – enzymów. Z kolei struktura białek jest u dzisiejszych organizmów zapisana na DNA. Razem te związki tworzą niezły tandem. Ale bez siebie nie dają sobie rady. Gdyby to od nich zaczęło się życie, białka i DNA musiałyby powstać jednocześnie, i od razu w skomplikowanych zależnościach. To jest jednak zbyt nieprawdopodobne.
Z pata udało się wybrnąć dopiero na przełomie lat 80. i 90. XX wieku. – Zajmowałem się wówczas genetyką i biologią drożdży – zwierza się profesor Szostak. – Wtedy właśnie rzuciła mi się w oczy praca Thoma Cecha o RNA.
RNA to bliski krewniak DNA. Thomas Cech i Sidney Altmann odkryli, że może on działać na dwa sposoby: zarówno jako materiał genetyczny, jak i enzym. RNA o takich właściwościach nosi nazwę rybozymu. – To odkrycie było fascynujące – mówi Szostak. – Wyjaśniało wiele problemów z pochodzeniem życia. Okazało się, że można mieć bardzo prosty system genetyczny. Zacząłem się tym zajmować. Wkrótce pochłonęło mnie to całkowicie.
Jednak same rybozymy jeszcze nie tworzą prakomórek. – Materiał genetyczny musi być zlokalizowany w konkretnym kawałku przestrzeni – wyjaśnia bostoński naukowiec. – Bo inaczej powielałby się i odpływał. Wszystko musi być razem.
Brutalne podejście do prażycia
W tym momencie zaczyna się historia pęcherzyków. Szostakowi udało się niemal hurtowo tworzyć je w swym laboratorium. Gdy do fiolki dodawał odpowiednie kwasy tłuszczowe, te łączyły się ze sobą w postaci błon otaczających kawałek świata. Ba, bez pomocy jakichkolwiek enzymów pęcherzyki rozwinęły kolejne umiejętności przypisywane dotychczas wyłącznie światu żywemu: rosły i rozmnażały się! Wystarczyło dodać jeszcze trochę kwasów tłuszczowych do roztworu, a pływające tam „kuleczki” wchłaniały je, powiększając swoje błony. Natomiast jeśli przepuszczano je przez filtr imitujący naturalne porowate skały, pęcherzyki dzieliły się na mniejsze struktury. Te zaś znów „pożerały” kwasy tłuszczowe i rosły.
W 2004 roku zespół profesora Szostaka odkrył, że eksperyment przyspiesza, gdy do fiolek dodaje się pospolity na ziemi minerał ilasty uczenie zwany montmorylonitem. Prędkość tworzenia się pęcherzyków rosła stokrotnie. W dodatku banalny minerał pomagał w syntezie RNA. Przyczepiał się też do niego i wspólnie, całkowicie spontanicznie wpadał do środka pęcherzyków. Dzięki montmorylonitowi „kuleczki” jeszcze bardziej przypominały prawdziwe komórki. Miały przecież błony otaczające materiał genetyczny i enzym zarazem. Czy były żywe?
To oczywiście zależy od definicji, którą przyjmiemy, a której podania profesor Szostak tak pracowicie unika. Większość naukowców zgodziłaby się jednak zapewne, że wszystko, co żywe, powinno charakteryzować się trzema umiejętnościami: wzrostu, rozmnażania się i ewolucji. I ten ostatni, trzeci krok jeszcze nie został przez pęcherzyki Szostaka zrobiony. – W następnym roku będziemy mieli bardzo interesujące publikacje, które wykażą większy postęp w tej kwestii – mówi oględnie naukowiec. – Ale nie mogę o tym mówić. Przynajmniej do czasu, aż praca zostanie przyjęta do druku. Zresztą niech pan spyta Kate.
Spytałem. – O, nawet jak bym ci powiedziała, nie mógłbyś nic na ten temat napisać – oznajmiła Katarzyna Adamala. – No, ale dość oglądania vesicles. Chodź, to cię jeszcze oprowadzę po całym laboratorium.
– A co z prażyciem? Z powrotem do
probówki?
– Nie, nie ma potrzeby – Adamala wyjęła pęcherzyki spod obiektywu mikroskopu i jednym ruchem ręki wyrzuciła je do kosza. – Z prażyciem obchodzimy się tu brutalnie.
W sumie miała rację. Skoro pęcherzyki poradziły sobie cztery miliardy lat temu na tyle dobrze, by potem wyewoluować w człowieka, to pewnie nie zginą nawet na śmietniku.
Wojciech Mikołuszko
„Przekrój”, nr 13/2008
