Jak chemiĂŞ zamieniĂŚ na biologiĂŞ prof. Jack Szostak

Prof. Jack Szostak pracuje na Harvardzie. Jest jednym z trojga tegorocznych laureatĂłw Nagrody Nobla z medycyny i fizjologii
Pojawienie siĂŞ Âżycia na Ziemi to byÂł przymus. Pojmiemy to dopiero wtedy, gdy zrozumiemy etapy jego narodzin. JeÂśli nie wierzymy w cuda, jest to jedyne moÂżliwe podejÂście - mĂłwi "Gazecie" tegoroczny noblista prof. Jack Szostak
Tomasz Ulanowski: MĂłwi siĂŞ - przynajmniej w Âśrodowisku dziennikarzy naukowych - Âże Nobel to pierwszy i szybki krok do naukowej emerytury.

Prof. Jack Szostak*: (Âśmiech) No rzeczywiÂście, gdybym tylko chciaÂł, mĂłgÂłbym resztĂŞ Âżycia spĂŞdziĂŚ na podrĂłÂżach po Âświecie i wygÂłaszaniu odczytĂłw, mam tyle zaproszeĂą. Ale nie mogĂŞ jeszcze przejÂśĂŚ na emeryturĂŞ! Nie teraz, kiedy razem z zespoÂłem prowadzimy najciekawsze badania w caÂłej mojej karierze i jesteÂśmy w przededniu odkrycia prawdy o poczÂątkach Âżycia.

PrĂłbujemy dowiedzieĂŚ siĂŞ, jak to siĂŞ staÂło, Âże proste zwiÂązki organiczne na mÂłodej Ziemi zaczĂŞÂły siĂŞ ÂłÂączyĂŚ i zmieniaĂŚ. Innymi sÂłowy, jak z chemii zrodziÂła siĂŞ biologia.

Czy potrafimy ostro zarysowaĂŚ tĂŞ granicĂŞ? Co juÂż Âżyje, a co jest tylko chemiÂą?

- Tu odpowiedÂź zaleÂży czĂŞsto od dziedziny, ktĂłrÂą zajmuje siĂŞ pytany naukowiec. Ja jestem biologiem i dla mnie tĂŞ granicĂŞ bardzo ostro wyznacza ewolucja darwinowska. ZwiÂązki chemiczne, ktĂłre ulegajÂą zmianom, rozmnaÂżajÂą siĂŞ i przekazujÂą te zmiany nastĂŞpnym pokoleniom, to juÂż biologia, a wiĂŞc Âżycie.

W naszych badaniach zakÂładamy, Âże chemiczne cegieÂłki, z ktĂłrych powstaliÂśmy wszyscy, a takÂże wszystkie inne ziemskie gatunki - a wiĂŞc kwasy tÂłuszczowe, aminokwasy, nukleotydy - juÂż sÂą (skÂąd siĂŞ wziĂŞÂły - tym zajmujÂą siĂŞ inni naukowcy). W laboratorium prĂłbujemy sprawdziĂŚ, czego potrzebowaÂły, Âżeby przeksztaÂłciĂŚ siĂŞ w pierwsze komĂłrki.
Czy poddajecie je takim samym warunkom Âśrodowiskowym, jakie panowaÂły na mÂłodej Ziemi?

- Z tym jest kÂłopot, bo za bardzo nie wiemy, jakie to mogÂły byĂŚ warunki. PrĂłbujemy wiĂŞc zabraĂŚ siĂŞ do sprawy od strony chemicznej. Szukamy czÂąsteczek, ktĂłre, jak sÂądzimy, miaÂły wszelkie wÂłasnoÂści potrzebne do przemiany w biologiĂŞ.

CzÂąsteczek czego?

- KwasĂłw tÂłuszczowych, bo one Âłatwo siĂŞ ÂłÂączÂą. TworzÂą w ten sposĂłb warstwy czÂąsteczek, zwane bÂłonami. A kiedy taka bÂłona siĂŞ zwinie i zamknie, powstaje pĂŞcherzyk podobny do komĂłrki. To Âżadna nowoÂśĂŚ, wiemy o tym od dawna. To, co jest naprawdĂŞ ciekawe, to fakt, Âże te pĂŞcherzyki moÂżna zachĂŞciĂŚ do tego, by rosÂły i zaczĂŞÂły siĂŞ dzieliĂŚ, a wiĂŞc, niejako, rozmnaÂżaĂŚ. UdaÂło nam siĂŞ to osiÂągnÂąĂŚ juÂż w 2003 r., ale sposĂłb, w jaki wtedy do tego doprowadziliÂśmy, byÂł czysto laboratoryjny i nie mĂłgÂłby siĂŞ wydarzyĂŚ na mÂłodej Ziemi. Teraz udaÂło siĂŞ nam, jak sÂądzimy, znaleÂźĂŚ proces, ktĂłry mĂłgÂł doprowadziĂŚ do narodzin pierwszych pĂŞcherzykĂłw tÂłuszczu, ktĂłre potem przeksztaÂłciÂły siĂŞ w protokomĂłrki.

WyhodowaliÂśmy wiĂŞksze bÂłony, niektĂłre ciasno upakowane jedna obok drugiej. ZaskoczyÂło nas, jak zaczĂŞÂły siĂŞ wtedy zachowywaĂŚ. NiektĂłre zwinĂŞÂły siĂŞ w dÂługie, cienkie i bardzo delikatne tuby. WystarczyÂło nimi lekko wstrzÂąsnÂąĂŚ, a kruszyÂły siĂŞ i dzieliÂły. KawaÂłki rosÂły i rozciÂągaÂły siĂŞ w nowe tuby, a te znowu dzieliÂły siĂŞ na kolejne i tak dalej.

Co mogÂło w naturze potrzÂąsaĂŚ tubami?

- Na przykÂład fala na powierzchni maÂłego stawu - prazupy wypeÂłnionej zwiÂązkami organicznymi.

To jednak za maÂło, byÂśmy juÂż mogli mĂłwiĂŚ o narodzinach Âżycia. Potrzebujemy jeszcze materiaÂłu genetycznego, czegoÂś "w Âśrodku", co takÂże by siĂŞ dzieliÂło, ale jednoczeÂśnie podlegaÂło zmianom przekazywanym dalej "potomkom". I to jest duÂży problem, nad ktĂłrym wÂłaÂśnie pracujemy.

Czym mĂłgÂł byĂŚ ten pierwszy materiaÂł genetyczny?

- Tego nikt nie wie. NajproÂściej byÂłoby, gdyby okazaÂło siĂŞ, Âże pierwszym noÂśnikiem pamiĂŞci i zmian byÂły kwasy rybonukleinowe, a wiĂŞc RNA. Wiemy bowiem, Âże odgrywaÂły one waÂżnÂą rolĂŞ w poczÂątkach ewolucji Âżycia na Ziemi. Pytanie jednak brzmi - skÂąd siĂŞ wziĂŞÂło RNA? Czy byÂło pierwszym materiaÂłem genetycznym, czy najpierw powstaÂły inne, prostsze zwiÂązki? To wciÂąÂż zagadka. ChoĂŚ mam nadziejĂŞ, Âże uda nam siĂŞ jÂą rozwiÂązaĂŚ.

Na razie eksperymentujemy z rĂłÂżnymi polimerami, prĂłbujemy zachĂŞciĂŚ je do podziaÂłu bez obecnoÂści przyspieszajÂących reakcjĂŞ enzymĂłw. MoÂże pierwszymi katalizatorami przemiany chemii w biologiĂŞ byÂły mineraÂły? MoÂże pierwotny materiaÂł genetyczny - albo nawet RNA - dzieliÂł siĂŞ i mutowaÂł na podÂłoÂżu mineralnym, zanim jeszcze znalazÂł siĂŞ w komĂłrce? MoÂże. To bardzo atrakcyjny pomysÂł. Problem w tym, Âże po tylu latach badaĂą ciÂągle nie ma naĂą dowodĂłw.

Wracam do warunkĂłw, ktĂłre panowaÂły na mÂłodej Ziemi, bo to dla mnie ciekawe pytanie. Jakie byÂły?

- Warunki w pewnym stopniu wynikajÂą z naszych badaĂą. Okazuje siĂŞ np., Âże prazupa, w ktĂłrej narodziÂło siĂŞ Âżycie, nie mogÂła byĂŚ sÂłona. Bo w wodzie sÂłonej proste zwiÂązki organiczne rozpadajÂą siĂŞ i krystalizujÂą, a wiĂŞc Âżycie umiera, zanim siĂŞ zdÂąÂży narodziĂŚ. JeÂśli bÂłony zbudowane z kwasĂłw tÂłuszczowych, nad ktĂłrymi pracujemy, daÂły poczÂątek Âżyciu, to staÂło siĂŞ to w Âśrodowisku sÂłodkowodnym.

Inna sprawa - zanim np. ÂłaĂącuch DNA stworzy swojÂą kopiĂŞ, jego podwĂłjna helisa musi ulec rozerwaniu. NajproÂściej rozerwaĂŚ jÂą, podnoszÂąc temperaturĂŞ. Ale Âżeby powstaÂły kopie, temperatura musi znowu spaÂśĂŚ. ByĂŚ moÂże wiĂŞc w prazupie musiaÂł istnieĂŚ jakiÂś mechanizm podnoszÂący i obniÂżajÂący temperaturĂŞ. Raczej nie lato-zima, bo to za dÂługo by trwaÂło. Nawet cykl dzieĂą-noc byÂłby za dÂługi. WyobraÂżam wiĂŞc sobie taki scenariusz, w ktĂłrym mÂłoda Ziemia jest zimna, a jedynymi miejscami gorÂącymi sÂą wulkany wyrzucajÂące rozpalone do biaÂłoÂści skaÂły. I kiedy te odÂłamki wpadajÂą do zimnych bajorek, w wodzie nie tylko zmienia siĂŞ temperatura, ale tworzÂą siĂŞ teÂż prÂądy konwekcyjne, wiry i - pstryk - rodzi siĂŞ Âżycie.
ChoĂŚ, powtarzam, to czyste spekulacje.

Ale wÂłaÂśnie dziĂŞki takim spekulacjom, ktĂłre potem siĂŞ udowadnia, mamy odkrycia naukowe.

- To prawda. Przyjmuje siĂŞ zaÂłoÂżenia, a potem stara siĂŞ je udowodniĂŚ. Niestety, jeÂśli chodzi o poczÂątki Âżycia, ciÂągle wiemy tyle co nic. Co wiĂŞcej, maÂło jest naukowcĂłw, ktĂłrzy je badajÂą.

Dlaczego? To przecieÂż jedno z fundamentalnych pytaĂą.

- Wszyscy tak sÂądzÂą, ale maÂło kto chce takie badania finansowaĂŚ, bo nie przynoszÂą one wymiernych zyskĂłw. Poza wiedzÂą, skÂąd przyszliÂśmy (Âśmiech).
Pan sÂądzi, Âże narodziny Âżycia na Ziemi to byÂł cud czy coÂś, co po prostu musiaÂło siĂŞ zdarzyĂŚ?

- Moim zdaniem Âżycie na Ziemi to przymus. DuÂżo Âłatwiej bĂŞdzie nam to jednak pojÂąĂŚ dopiero wtedy, kiedy zrozumiemy wszystkie etapy jego narodzin. JeÂśli nie wierzy siĂŞ w cuda, jest to jedyne moÂżliwe podejÂście. ChoĂŚ moÂże nie trafiaĂŚ ono do fundamentalistĂłw religijnych.

Religia, choĂŚ daje inne odpowiedzi, stawia jednak te same pytania. M.in. o to, skÂąd jesteÂśmy.

- To prawda, ale jeszcze waÂżniejsze od odpowiedzi jest podejÂście do problemu. Nauka stawia pytania i odpowiada na nie, obserwujÂąc przyrodĂŞ. Wydaje mi siĂŞ, Âże to znacznie lepszy sposĂłb zdobywania wiedzy niÂż zwykÂła wiara w czyjeÂś sÂłowa.

W naszej wiedzy jest jeszcze sporo luk, ale systematycznie je zapeÂłniamy. I za kaÂżdym razem coÂś, o czym nie mieliÂśmy pojĂŞcia, staje siĂŞ oczywiste. Jestem przekonany, Âże prĂŞdzej czy pĂłÂźniej wypeÂłnimy wszystkie luki i odtworzymy prostÂą i logicznÂą ÂścieÂżkĂŞ, po ktĂłrej stÂąpaÂło Âżycie na Ziemi.

Wielu naukowcĂłw, z ktĂłrymi rozmawiaÂłem, mĂłwi, Âże Âżycie musiaÂło siĂŞ na Ziemi zdarzyĂŚ, bo tu jest woda w stanie pÂłynnym. I to wody szukamy, wypatrujÂąc ÂśladĂłw Âżycia na innych planetach.

- To rozsÂądne, ale woda jest tylko jednym z wielu elementĂłw, choĂŚ moÂże i podstawowym, ktĂłre skÂładajÂą siĂŞ na warunki konieczne dla narodzin Âżycia. Innym jest np. odpowiednia atmosfera - z minimalnÂą zawartoÂściÂą tlenu, ale za to z duÂżÂą iloÂściÂą wodoru. Dzisiaj w powietrzu wodoru wÂłaÂściwie nie ma, jest za to ogromna iloÂśĂŚ tlenu. Gaz ten pojawiÂł siĂŞ w atmosferze Ziemi dopiero 2,2 mld lat temu. Jego poziom zdecydowanie wzrĂłsÂł 700-600 mln lat temu. Pierwsze organizmy nie mogÂły korzystaĂŚ z tlenu, by spalaĂŚ energiĂŞ, byÂły wiĂŞc proste i niewielkie. Dopiero kiedy tlen pojawiÂł siĂŞ w atmosferze, a jest on bardzo wydajnym "pomocnikiem" w spalaniu energii, razem z nim mogÂły pojawiĂŚ siĂŞ wiĂŞksze formy Âżycia.

Ma pan pomysÂł, jak to siĂŞ wszystko rozwinie - brak Âżycia, maÂło tlenu, poczÂątki Âżycia, wiĂŞcej tlenu, duÂżo tlenu i duÂżo duÂżego Âżycia. I co dalej?

- Wie pan, jak takie powiedzenie, Âże sztuka przewidywania jest bardzo trudna, szczegĂłlnie jeÂśli chodzi o przyszÂłoÂśĂŚ (Âśmiech). My ciÂągle mamy problem, Âżeby poznaĂŚ naszÂą przeszÂłoÂśĂŚ! Ja nawet nie wiem, do czego doprowadzÂą moje badania.

A czy nie patrzy pan na nie jak na tworzenie sztucznego Âżycia? JeÂśli uda siĂŞ panu przeksztaÂłciĂŚ te niewielkie bÂąbelki tÂłuszczu w Âżywe istoty, bĂŞdzie pan ich Stworzycielem.

- PoniekÂąd ma pan racjĂŞ. Ale czy poczujĂŞ siĂŞ jak Stworzyciel? Raczej pomyÂślĂŞ, Âże udaÂło mi siĂŞ odpowiedzieĂŚ na waÂżne pytanie. Na pewno jednak z ogromnÂą ciekawoÂściÂą bĂŞdĂŞ obserwowaÂł, jak ta odrobina Âżycia siĂŞ dalej potoczy. Kiedy powstanÂą juÂż protokomĂłrki, a my bĂŞdziemy je dalej karmiĂŚ, to nadal powinny siĂŞ dzieliĂŚ i namnaÂżaĂŚ. BĂŞdÂą teÂż pod strasznÂą presjÂą doboru naturalnego. Co potem? Nie wiem

* prof. Jack Szostak pracuje na Harvardzie. Jest jednym z trojga tegorocznych laureatĂłw Nagrody Nobla z medycyny i fizjologii

ÂŹrĂłdÂło: Gazeta Wyborcza