KAPITOLA 10

Protobuňky

Teorie chemické evoluce je všeobecně shrnuta v kapitole 2. Stadium 4 biochemické evoluce (viz obr. 2-1) představuje vývoj protobuněk. Protobuňky jsou spojujícím článkem mezi syntézou makromolekul a prvními živými buňkami, a přemosťují tedy propast mezi neživým a živým světem. Evoluční teorie se obvykle shodují v tom, že toto přemostění tvoří v procesech vedoucích ke vzniku života nejméně srozumitelné místo. William Day uvedl k tomuto problému následující:

Nějakým způsobem se makromolekuly, které vznikly kondenzací základních stavebních kamenů, spojily, a přešly tak přes práh života. Vytvořily uspořádanou strukturu, která vypadala a chovala se jako buňka. To byl zásadní skok v událostech směřujících ke zformování života, který si pro svůj značně neobvyklý charakter vysloužil zvláštní pozornost.¹

Typy protobuněk

Naše velmi mlhavé znalosti o přechodu od molekuly k buňce dovolují, aby se naše spekulace na toto téma svobodně ubíraly mnoha různými směry. Není udivující, že lze nalézt široké spektrum různých kandidátů na protobuňky. Uvedeme některé z nich:

1. mikrosféry (Fox a Dose²)
2. koacerváty (Oparin³)
3. "jeewanu" (Bahadur⁴)
4. mikrosferuly NH₄CN (Labadie a spol.⁵)
5. "sulfóby" (Herrere⁶) nebo "plasmogeny" (Herrera⁷)
6. mikrostruktury NH₄SCN-HCHO (Smith a spol.⁸)
7. organické mikrostruktury (Folsome a spol.⁹)
8. melanoidinové a aldokyanoinové mikrosféry (Kenyon a Nissenbaum¹⁰)
9. lipidní váčky (Deamer a Oro,¹¹ Stillwell¹²).

V roce 1976 utvořili Kenyon a Nissenbaum ¹³ přehled do té doby známých protobuněk (viz číslo 1-7) a uvádějí k němu:

Ačkoliv každý z navrhovaných modelových systémů vykazuje určité základní vlastnosti, které vyhovují zájmům chemické evoluce, je nezbytné zdůraznit, že i ten nejsložitější modelový systém je oddělen od nejjednodušších současných živých buněk obrovskou propastí. Nadto je geochemická hodnověrnost mnoha z těchto "protobuněk" značně sporná.¹⁴

Geochemická hodnověrnost

Kenyonův a Nissenbaumův komentář je přiměřený zejména vzhledem k důkazům uvedeným v předchozích kapitolách. V kapitole 4 jsme poznali, že pravděpodobně docházelo k nesmírnému snížení koncentrací nezbytných chemických prekurzorů. Tento závěr je zvláště důležitý v případě protobuněk, jejichž tvorba ve všech devíti uvedených systémech vyžadovala dosti koncentrované roztoky organických látek. Navrhované systémy protobuněk představují v podstatě enkapsulační mechanismy, které vyžadují existenci podstatného množství makromolekul v těsné blízkosti tak, aby mohly být obklopeny primitivní membránou. Přítomnost dostatečných koncentrací látek je pochybná a nedostatek geologických důkazů existence chemické polévky nebo nádrží organických sloučenin ještě podporuje tento pesimistický obraz.

Rozpor mezi nízkými koncentracemi organických látek v předpokládané chemické polévce a používáním vysokých koncentrací vybraných organických látek při laboratorních pokusech při přípravě protobuněk přivedlo Kenyona a Nissenbauma k poznámce, že "... geochemická hodnověrnost mnoha těchto modelů 'protobuněk' je stále vážným problémem."¹⁵ Pro ilustraci této nehodnověrnosti pokud jde o koncentrace nezbytné pro tvorbu protobuněk uvedeme několik příkladů.

Folsome¹⁶ poukazuje na to, že Fox použil k přípravě proteinoidních mikrosfér celkem 15 gramů aminokyselin ve 375 ml uměle připravené mořské vody. Koncentrace aminokyselin by tedy byla zhruba 0,4 M. Výpočty uvažující rychlosti tvorby a koncentrace a rychlosti tepelného a fotochemického rozkladu ukazují, že koncentrace aminokyselin v oceánu nebyla větší než 10^-7 M (viz kapitola 4). Fox při svých syntézách pracoval s takovým molárním poměrem aminokyselin a solí, "že v geologicky hodnověrném světě je takový poměr 10milionkrát menší."¹⁷

V pozdějších pokusech používal Fox koncentrace proteinoidu v reakční směsi 6,0 mg/ml.¹⁸ Výsledkem syntézy by byla koncentrace proteinoidu kolem 10^-3 M, což odpovídá koncentraci aminokyselin kolem 0,05 M, což je stále 10tisíckrát větší než přijatelná hodnota.

Deamer a Oro tvrdí, že váčky z jednořetězcových amfifilů "... potřebují ke svému vzniku relativně vysoké koncentrace [řádově milimolární] substrátu."¹⁹ Podle Daye "může koacervace probíhat v extrémně zředěných roztocích - v koncentracích až 0,001 %..."²⁰ Koacerváty vznikají obvykle ze sloučenin o poměrně velké molekulové hmotnosti (např. arabská guma a histon), jejich molární koncetrace je tedy také neobyčejně nízká. Odpovídající koncentrace jednotlivých aminokyselin by byly přibližně 10^-4 M pro 0,001 % roztok. Podle Folsoma však "tvorba koacervátů v laboratoři vyžaduje poměrně vysoké koncentrace polymerů."²¹ Ve srovnání s dávnými nádržemi "zředěné polévky malých organických molekul", musí být podle Folsoma překonána "koncentrační propast" aby byly dosaženy koncentrace polymerů nezbytné pro tvorbu koacervátů.²²

Výše uvedené koncentrace aminokyselin jsou obvyklé v různých navrhovaných modelech protobuněk. Přestože používané koncentrace pokrývají značně široký interval (od 1 do 10^-4 M), musí být všechny organické molekuly dosti koncentrované vzhledem ke geologicky hodnověrným hodnotám.

Vezmeme-li v úvahu závěry, které vyplynuly z předchozích kapitol, je obtížné si představit, že na dávné Zemi existovaly všechny potřebné chemické látky a předpoklady pro tvorbu protobuněk. I kdyby byly chemikálie k dispozici, bylo by potřeba dodat velké množství konfigurační entropické práce pro vznik biopolymerů a jejich seskupení do funkční buňky. V kapitolách 8 a 9 jsme ukázali, že pokud nepůsobil ještě nějaký dosud neznámý princip, byla tato práce v podstatě nedostupná.

Skupiny protobuněk

Dva nejznámější modely protobuněk byly původně Oparinovy koacerváty a Foxovy proteinoidní mikrosféry. Později si získaly značnou pozornost Folsomovy mikrostruktury a Stillwellovy lipidní váčky. O těchto modelech se tedy zmíníme podrobněji.

Stillwell²³ před nedávnem rozdělil modely protobuněk do tří skupin:

1. Anorganická tělíska (Herrera,²⁴ 1942; Smith a spol.,²⁵ 1968; Grossenbacher a Knight, ²⁶ 1965).

2. Fázově oddělené polyanionty a kationty, například Jeewanu (Bahadur,²⁷ 1972; Bahadur,²⁸ 1973), koacerváty (Oparin,²⁹ 1968), proteinoidní mikrosféry (Fox a Dose,³⁰ 1972) a nejnovější melanoidin (Kenyon a Nissenbaum,³¹ 1976).

3. Lipidní váčky (Goldacre,³² 1958; Hargreaves a Deamer,³³ 1978).

Stillwellova klasifikace zdůrazňuje podobnost mnoha navrhovaných modelů protobuněk. I když se tedy nebudeme detailně zabývat všemi modely, platí komentáře týkající se určitého modelu pro celou skupinu. Stillwellovo třídění zahrnuje, jak také zdůrazňuje následující diskuze, mechanismy tvorby koacervátů, mikrosfér, lipidních váčků a organických mikrostruktur. Pochopení těchto procesů tvorby umožňuje důkladnější kritickou analýzu modelů protobuněk a lepší chápání vztahů v rámci jedné skupiny a mezi více skupinami. Následující diskuze se zaměří na skupiny 2 a 3, protože zahrnují systémy protobuněk, které byly nejvíce zkoumány.

Koacerváty

Koacerváty, o kterých se poprvé zmínil H.G. Bungenberg de Jong v roce 1932,³⁴ vznikají za určitých podmínek ve vodném roztoku nukleových kyselin, bílkovin a dalších molekul jako kulovité kapénky o průměru 2 - 670 µm. Tyto kapénky obsahují ve srovnání s okolním vodným prostřením vyšší koncentraci bílkovin a nukleových kyselin. Oparin si uvědomil, že tvorba koacervátů představuje potenciální metodu, kterou lze získat společně bílkoviny a nukleové kyseliny v koncentrovaném stavu.

Bílkoviny a nukleové kyseliny obsahují hydrofilní i hydrofobní části. V roztoku mohou také v závislosti na pH nést jak kladný, tak i záporný náboj. Bílkoviny přitahují molekuly vody stejně jako nukleové kyseliny. Jsou-li k roztoku přidány ionty (Na⁺, Cl^- atd.), přitahují také ony molekuly vody. Interakce mezi molekulami vody a ionty je obvykle silnější než interakce mezi bílkovinou a vodou. Následkem toho je voda odstraněna z povrchu bílkovin a nukleových kyselin, čímž se sníží jejich rozpustnost. Opačné náboje na povrchu nukleových kyselin a bílkovin společně s dalšími slabšími kohezními silami k sobě přitahují nukleové kyseliny a bílkoviny za vzniku koacervátů. Proto řadí Stillwell koacerváty mezi "fázově oddělené" polyanionty a kationty.³⁵ Tento děj se někdy označuje jako "vysolování", protože probíhá po přidání solí (Na⁺Cl^- atd.). Podstatou tohoto procesu jsou fyzikální přitažlivé a odpudivé síly.

K podobnostem mezi koacerváty a buňkami, které uvedli Oparin³⁶ a další, patří jejich tendence tvořit kulovité struktury s povrchovou hraniční vrstvou a schopnost selektivní absorpce. Koacerváty však nejsou samoorganizující se jednotky a neobsahují strukturní pravidelnosti nebo selektivní metabolické procesy živých buněk. Bez ohledu na to, jak obsáhlý je soubor vlastností, kterými se koacerváty podobají buňkám, vznikají jednoduše vlivem fyzikálních přitažlivých sil^* a jejich podobnost se složitými živými buňkami je jen povrchní. Je také nezbytné uvést, že koacerváty vznikají za přísně definovaných podmínek pH, teploty a iontové síly. Dají se snadno rozpustit ředěním, změnou pH nebo tepla a snadno se rozpadají při míchání. Fox a spol.³⁷ a Fox a Dose³⁸ uvádějí tuto nestabilitu jako důkaz, že koacerváty nemohly sehrát hlavní roli protobuněk. Koacerváty pravděpodobně v prebiotickém prostředí vůbec neexistovaly.

Wilder Smith při hodnocení schopnosti koacervátů absorbovat molekuly, a zvyšovat tak svou hmotnost, uvádí:

Podstatným bodem celé této záležitosti je, zda jsme pomocí tvorby koacervátů nalezli jakoukoliv podobnost nebo dokonce pochopení tvorby biologické buňky nebo mechanismu, jakým buňka zvyšuje svou hmotnost. Tedy, zda nám tvorba koacervátů umožňuje nahlédnout do abiogeneze nebo do buněčného metabolismu, který umožňuje růst. Podle našeho názoru neexistuje podobnost mezi tvorbou koacervátů a protobuněk. Dovolujeme si toto kategorické tvrzení, protože neexistuje důkaz, že vysolováním by mohlo vzniknout cokoliv podobného vnitřní struktuře skutečné biologické buňky. Ta je podle našich zkušeností tak členitá a složitá, že ji lze téměř považovat za jednu velkou šifru vzhledem k jejím sekvencím a specifitám. Teoreticky vzato, nevidíme možnost vzniku takové struktury pouhým vysolováním.³⁹

A dále pokračuje k závěru, že:

Je zřejmé, že hmotnost koacervátů nevzrůstá vlivem metabolických dějů, ale pouhou fyzikální absorpcí... Ve skutečnosti neexistují žádné podstatné podobnosti mezi nejjednoduššími živými buňkami a koacerváty.⁴⁰

Jak bylo právě uvedeno, zaměřil se Wilder Smith na schopnost koacervátů absorbovat molekuly, a zvyšovat tak svou hmotnost (tedy růst). V následující části budou podrobně probrány mnohé buňkám podobné vlastnosti přisuzované proteinoidním mikrosférám. Přesvědčíme se o tom, že mnohé z právě uvedených Wilder Smithových kritických poznámek bychom mohli použít i v případě proteinoidních mikrosfér.

^*Pojmem fyzikální přitažlivé síly rozumíme následující slabé vazebné interakce:

1. Vodíková vazba.
2. Interakce dipól - dipól, jejichž podstatou jsou slabé elektrostatické přitažlivé síly.
3. Laterární kohezní síly (slabé síly mezi podobnými molekulami, jejichž podstatou jsou pravděpodobně Van der Waalsovy síly).
4. Hydrofilicita a hydrofobicita (výsledek předchozích tří sil).

Tyto fyzikální přitažlivé síly se odlišují od sil, které odpovídají za chemické vazby:

1. Sdílení elektronů (kovalentní vazba).
2. Přenos elektronů (iontové vazby).
3. Kovová vazba.

Chemické síly jsou mnohem silnější než fyzikální a zpravidla vyžadují chemickou reakci, při níž jedna vazba zaniká a jiná se tvoří. Fyzikální síly však nepotřebují ke svému vzniku žádnou chemickou reakci.

Mikrosféry

Mikrosféry vznikají při ochlazení roztoku proteinoidů. Fox a Dose⁴¹ a Fox a spol.⁴² a později také Fox a Nakashima⁴³ vytvořili "významný" seznam vlastností, kterými se tyto mikrosféry podobají buňkám (viz tab. 10-1). Některé mikrosféry jsou ukázány na obrázku 10-1.

Protože mikrosféry mají mnoho vlastností společných se současnými buňkami, byly přesvědčivě označovány jako protobuňky, tedy spojovací článek evoluce mezi živým a neživým. Podobné struktury byly také nazývány plasmogeny⁴⁴ (plasma života) a Jeewanu⁴⁵ (v sanskrtu výraz pro "částice života").

Mikrosféry vznikají po přidání malých "proteinům podobných" látek (proteinoidů) do vody. Jak již bylo uvedeno, obsahují proteinoidy hydrofilní i hydrofobní části. Při zvyšování koncentrace proteinoidů dochází působením laterárních kohezních sil mezi jejich molekulami ke vzniku sférických částic (technicky označováno jako shlukování koloidu). Tyto částice mohou také tvořit micely, což jsou strukturní agregáty, v nichž je hydrofilní část proteinu orientována vně směrem do vody a hydrofobní část směrem dovnitř.

Kenyon a Steinman zdůrazňují také úlohu micel:

Velké molekuly s polárními a nepolárními oblastmi mají schopnost tvořit ve vodném roztoku micely. Tento jev je výsledkem těsného semknutí nepolárních oblastí několika takových molekul, které tak vypudí většinu vody ze svého bezprostředního okolí. Polární konce se současně orientují směrem do vodného prostředí.⁴⁶

Podobně mikrosféry vznikají v důsledku působení fyzikálních přitažlivých sil proteinoidů, které tak vytvářejí určitým způsobem uspořádané kulovité struktury. Tyto struktury vznikají rovněž vlivem přitažlivých sil mezi hydrofilními částmi proteinoidu a molekulami vody a vzájemným přitahováním hydrofobních částí.

Prozkoumejme nyní podrobně některé "buňkám podobné" vlastnosti mikrosfér. Fox a spol. tvrdí, že "mikročástice vykazují značné zvýšení aktivity polymeru, z něhož se skládají."⁴⁷ To představuje "katalytické aktivity" mikrosfér uvedené v tabulce 10-1. Jestliže má samotný protein katalytickou schopnost, zdá se zcela logické, že si tuto schopnost zachová i v rámci micely. Katalytická aktivita mikrosféry nevzniká vlivem žádné její zvláštní struktury. Vzrůst reakční rychlosti pozorovaný u mikrosfér je velmi malý ve srovnání se vzrůstem rychlosti pozorovaným u skutečných enzymů, který je řádově v miliardách. Nadto je tento vzrůst rychlosti pozorovaný u proteinoidů způsoben často samotnými aminokyselinami a ne proteinoidy.

Další uvedenou "buňce podobnou" vlastností je selektivní průchod určitých molekul. Fox a spol. vysvětlují: "Polymery, které mají podobné složení jako polymery vnitřku mikrosfér, mohou selektivně difundovat povrchem mikrosféry."⁴⁸ Lze jistě očekávat, že se podobné hydrofobní molekuly začlení do micely působením přítomných fyzikálních přitažlivých sil.

Mikrosféry také "rostou, zvětšují se"⁴⁹ (viz obr. 10-1). Podstatou je však přitahování podobných molekul k micele jednoduchými fyzikálními silami. "Růst" mikrosfér se jen vzdáleně podobá procesu růstu současných buněk. Skutečné buňky rostou vlivem metabolických procesů, které zahrnují množství chemických reakcí. V mikrosférách neprobíhají žádné chemické reakce, dochází pouze k akumulaci vlivem fyzikálních přitažlivých sil.

"Rozmnožování mikrosfér pučením"⁵⁰ (viz obr. 10-1) také nemá žádný vztah k současným procesům buněčné reprodukce, které vyžadují enzymy, DNA, energii a mnoho reakcí, to vše velmi přesně spojeno. "Pučení" mikrosfér je naproti tomu pouhým rozpadem vlivem změn tepla nebo pH.

Oparin dále kritizuje mikrosféry tvrzením:

Vzhledem k tomu, že Foxovy mikrosféry vznikají vlivem tepelné změny, nedávají v tomto směru [tj. vyvinutí metabolických procesů] slibné výsledky. Jejich struktura je statická. To přináší potíže při pochopení jejich změny na dynamický systém, který by mohl být použit pro modelování evoluce metabolismu.⁵¹

Miller a Orgel také kritizují Foxova tvrzení o vztahu mikrosfér k živým buňkám. Uvádějí, že membránové dvojné vrstvy mikrosfér "... nejsou podobné biologickým membránám, protože neobsahují lipidy a neplní žádné funkce biologických membrán."⁵² Uzavírají, že "se zdá nepravděpodobné... že se dělení mikrosfér vztahuje k počátku buněčného cyklu."⁵³

Jedním z nejdůležitějších rysů libovolné buňky je její chemické složení. Jak je uvedeno v kapitole 9, mají proteinoidy, z nichž jsou utvořené mikrosféry, mnoho nebiologických rysů. Temussi připisuje proteinoidům "přednostní tvorbu nepřirozených peptidových vazeb."⁵⁴

Folsome kritizuje mikrosféry v tom, že mají "viditelně tlustou" hraniční vrstvu, která připomíná mnohem spíše téměř nepropustnou buněčnou stěnu nebo plášť spóry než buněčnou membránu.⁵⁵

V dnešních buňkách probíhají tisíce různých reakcí. V mikrosférách neprobíhá ani jediná. Probíhají v nich pouze mechanické a fyzikální děje vlivem jednoduchých přitažlivých sil. Pokládáme za sporné připodobňovat tyto čistě fyzikální síly k dějům v opravdových buňkách. Mikrosféry mají skutečně jen vnější podobu a nikoliv vnitřní strukturu a funkci pravé buňky. Nemají žádný informační obsah, žádný systém využívající energii, žádné enzymy, žádnou nukleovou kyselinu, žádný genetický kód a žádný replikační systém. Obsahují pouze směs polymerů aminokyselin, tzv. proteinoidů. O mikrosférách nemůžeme hovořit jako o živých v žádném smyslu toho slova a je velmi sporné, zda by vůbec měly být označovány za "protobuňky". Jako pouhé agregáty polymerů nepomohou přemostit propast mezi živým a neživým.

Bylo též uvedeno, že vznik mikrosfér vyžaduje nepravděpodobné geologické podmínky. Nutnost nevěrohodných podmínek zdůraznili Miller a Urey⁵⁶ a Miller a Orgel⁵⁷. V odkazu na Foxovu metodu přípravy mikrosfér se Folsome ptá : "Hlavním problémem je, odkud se ve skutečném, abiologickém světě vzaly všechny tyto čisté, suché, koncentrované a opticky aktivní aminokyseliny?"⁵⁸

William Day má podobný názor na mikrosféry, koacerváty a Jeewanu když říká: "Vždy bylo vyvinuto podobné úsilí vytvořit modely primární buňky, ale větší pozornost byla vždy věnována hrubé morfologii než chemické funkčnosti."⁵⁹ "Ale", říká Day, "ať to vezmete, z jakéhokoli konce, je to vědecký omyl."⁶⁰ Závěrem Day uvádí:

Tyto pseudobuněčné modely nemají, podobně jako hlína, mýdlové bubliny nebo jiné neživé objekty, ani mechanizmus, ani potenciál na to, aby se staly něčím jiným, než čím jsou... Ale nejvážnější chybou modelů, které představují částice držené pohromadě iontovými silami, je, že by byly neustále ohrožovány ředěním. Koacerváty jsou nenapravitelně nestabilní a mikrosféry existují pouze v nasycených roztocích. Jejich existence v pravěkých jezerech nebo mořích by měla krátké trvání.⁶¹

Folsome zdůrazňuje ve své kritice mikrosfér a koacervátů, že tyto modely "... trpí týmiž problémy koncentračního rozporu."⁶² To znamená, že tvorba mikrosfér a koacervátů vyžaduje příliš vysoké koncentrace polymerů, které v pravěkých nádržích nebyly dosahovány. Folsome pokračuje tvrzením, že "Hypoteticky existují způsoby, jak obejít koncentrační rozdíl, ale všechny jsou spíše toužebnou myšlenkou než hodnověrnou stránkou skutečnosti."⁶³

Celkem vzato se zdá, že koacerváty, mikrosféry a všechny modely "fázově oddělených polyaniontů a kationtů" ze skupiny 2 mají závažné nedostatky, které jim zabraňují zařadit se mezi systémy protobuněk. Nemohou tedy být považovány za předchůdce současné buňky.

Lipidní váčky

Zájem o lipidy pramení z funkce, jakou plní v současných membránách. Mají v nich primární úlohu a nelze se tedy divit, že byly využity při vytváření systémů protobuněk. Bangham a Horne⁶⁴ jako první dokázali, že se molekuly fosfolipidů samy uspořádají do uzavřených váčků. Fosfolipidy jsou deriváty fosfoglycerové kyseliny substituované mastnými kyselinami. Uhlovodíkový řetězec mastné kyseliny je hydrofobní, kdežto fosfátový konec molekuly je hydrofilní. Fosfolipidy vytvoří tedy samy ve vodném prostředí kulovité útvary. Útvar tvořený jednou vrstvou molekul fosfolipidů se nazývá micela. Jestliže se utvoří bimolekulární vrstva, vzniká liposom nebo váček.

Také jednoduché mastné kyseliny, jejichž uhlovodíkový řetězec má alespoň osm či více uhlíků, mohou v závislosti na pH roztoku tvořit váčky nebo micely.⁶⁵ Ve srovnání s liposomy jsou však tyto struktury poměrně nestabilní a dosti citlivé vůči teplotě a iontům okolního prostředí. Ke svému vzniku vyžadují také poměrně velké koncentrace (řádově milimolární).⁶⁶ Současné fosfolipidy mohou vytvářet váčky při nízkých koncentracích a nejsou tak citlivé vůči okolí. Tyto váčky byly kritizovány, protože jsou složeny ze značně složitých fosfolipidů.⁶⁷ Stillwell⁶⁸ tvrdí, že se v dávném oceánu fosfolipidy pravděpodobně nevyskytovaly, kdežto Deamer a Oro⁶⁹ prohlašují, že se fosfolipidy mohly tvořit za přijatelných prebiotických podmínek. Podle mínění dalších autorů bylo však při syntézách použito několik negeologických (tj. nevěrohodných) chemických sloučenin, zejména rozpustných sloučenin fosfátu. Vzhledem k precipitaci hořečnatých a vápenatých solí není příliš pravděpodobné, že by koncentrace rozpustného fosfátu v prebiotickém oceánu přesáhla 10^-6 M. Také mastné kyseliny, potřebné pro tvorbu fosfolipidů, byly zřejmě nedostatečně zastoupeny v prebiotickém polévce vlivem precipitace se solemi vápníku a hořčíku (viz kapitola 4).

Syntéza složitých lipidů, jako jsou fosfolipidy, byla pravděpodobně podmíněna také již diskutovaným rozporem v koncentracích. Mezi prekurzory složitých lipidů patří mastné kyseliny, glycerol a glycerolfosfát.⁷⁰ Pokud tyto sloučeniny vůbec existovaly v prebiotické polévce, byly přítomny v nízkých koncentracích, protože by vstupovaly do mnoha vedlejších reakcí. S ohledem na tyto skutečnosti je tvorba složitějších lipidů nezbytných pro stabilní váčky značně nejistá.

Stillwell⁷¹ ve svém přehledu lipidních membrán v protobuňkách kritizuje mikrosféry a koacerváty, protože jsou příliš propustné, než aby mohly plnit funkci protobuněk. To znamená, že molekuly uzavřené do těchto struktur mohou snadno prosakovat hraniční membránou. Je zajímavé, že lipidní váčky mohou být příliš nepropustné. Nemohou snadno transportovat molekuly přes membránu. Současné buňky obsahují ve své membráně lipidy i proteiny, a tím je umožněno působení složitých selektivních transportních mechanismů. Pro protobuňky utvořené z váčků bylo navrženo několik transportních mechanismů.⁷² Jedním z nich je usnadněná difúze přes membránu váčku. Tyto mechanismy se však nedají v ničem srovnávat s transportními mechanismy současných buněk. Stručně řečeno se protobuňky v podobě váčků podobají skutečným buňkám jen povrchně.

Organické mikrostruktury

Folsome⁷³ byl hlavním zastáncem organických mikrostruktur jako systému protobuněk. Mikrostruktury se tvoří během Millerových a Ureyho pokusů s elektrickým výbojem. Morfologicky se podobají mikrofosiliím nalezeným v prastarých horninách a jsou považovány za zesíťované kerogenní* polymerní struktury.

* Pozn. překl.: Kerogen je přírodní polymer prostupující břidličnaté vápence používaný k výrobě organických chemikálií.

Fox kritizoval Folsomovy pokusy jako negeologické - "bez pozemské analogie."⁷⁴ Fox dále tvrdí, že mikrostruktury jako modely protobuněk mají malou hodnotu, protože nevykazují žádnou buněčnou funkci. Mikrostruktury také v podstatě nejsou charakterizovány a zřejmě neobsahují polymery.

Foxova kritika se zdá být přesvědčivá. Je však třeba uznat přínos Folsomových struktur v tom, že jejich příprava neprobíhá v několika stupních, jak je obvyklé u ostatních modelů. Organické mikrostruktury se tvoří přímo při modelových pokusech s jiskrovým výbojem. Tím se odlišují od většiny modelů protobuněk, které vyžadují mezikroky. Například koacerváty se tvoří z polymerů o poměrně vysoké molekulové hmotnosti, jakými jsou histony a arabská guma, kdežto mikrosféry se tvoří z čistých aminokyselin. Se zřetelem na diskusi uvedenou v kapitole 5, která se týká složení prebiotické Země a její atmosféry, jsou Folsomovy pokusy provedené v uzavřené nádobě za vysoce redukujících podmínek z hlediska geologické přijatelnosti zpochybnitelné. Přes omezené množství důkazů (kinetika prvního řádu a samovolný vznik), které Folsome uvádí na podporu biogenity organických mikrostruktur, trpí tyto struktury stejnými problémy jako jiné navrhované systémy protobuněk. To znamená, že pouhé fyzikální a morfologické vlastnosti jsou vydávány za podobnost s procesy v současných buňkách, i když neexistuje žádná skutečná funkční podobnost. Ve skutečnosti je morfologie organických mikrostruktur značně rozmanitá a někdy nepravidelná. Současné buňky jsou charakteristicky kulovité s hladkou a pravidelnou hraniční membránou. Vlastnosti organických mikrostruktur připomínají jen málo vlastnosti současných buněk, a existují tedy závažné pochybnosti o tom, zda mohly tvořit předchůdce skutečných buněk.

Závěr

Ze závěrů předchozích kapitol (zejména kapitol 4, 5, 8 a 9) vyplývá pochybnost o existenci makromolekul nezbytných pro živé buňky na dávné Zemi. I kdyby však tyto molekuly byly přítomny v dostatečném množství, z přehledu uvedeného v této kapitole se zdá, že enkapsulační systémy protobuněk se jen stěží vztahují ke skutečným protobuňkám. Jedinými podobnostmi mezi navrhovanými modely a současnými buňkami jsou ve většině případů jejich velikost a morfologie, tj. kulovitý tvar.

Buněčné funkce přisuzované uvedeným systémům protobuněk jsou výsledkem jednoduchých fyzikálních sil. Podobnosti s procesy v současných buňkách jsou jen povrchní. Ve všech případech jsou systémy protobuněk pouze konglomeráty organických molekul, které nepředstavují žádné skutečné kroky k přemostění propasti mezi živým a neživým. Nadto se většina protobuněk tvoří za negeologických podmínek a jsou velice nestabilní. Stručným shrnutím může být stále aktuální tvzení Greena a Goldbergera:

...přechod od makromolekul k buňkám představuje skok neskutečných rozměrů... Důkazy, které máme k dispozici, nepodporují dostatečně tvrzení, že buňky vznikly na této planetě.⁷⁵

Literatura

Zpět     Dále