Kronika Vesmíru (17) – První prokaryota, metanogeny a strom života

V dílu 16 jsme probrali hypotézu vzniku života (RNA svět, minerály). Teď se podíváme na první skutečné organismy, které z těchto systémů vzešly — a na strom života, který z nich vyrostl.

První prokaryota

Nejstarší známé formy života byly prokaryota – jednoduché buňky bez buněčného jádra. Patřily mezi ně bakterie a archea (dříve archebakterie). Tyto organismy byly mikroskopické, jednobuněčné a extrémně odolné.

Žily v prostředí, které by pro dnešní většinu organismů bylo smrtelné:

• extrémně horká voda u hydrotermálních průduchů
• vysoce kyselé nebo zásadité podmínky
• absence kyslíku

Metanogeny – průkopníci života

Jedny z nejstarších a nejdůležitějších organismů této doby byly metanogeny (archea, které produkují metan). Živily se vodíkem a oxidem uhličitým a jako odpad produkovaly metan (CH₄).

Proč jsou tak důležité?

• Dokázaly přežít v naprosto anoxickém prostředí (bez kyslíku).
• Pomáhaly regulovat složení rané atmosféry.
• Patří mezi nejstarší větve stromu života.

Stromatolity – živé fosilie

Nejstarší viditelné stopy života tvoří stromatolity — vrstvené vápencové útvary budované komunitami mikrobů (viz díl 14). Dodnes rostou v extrémních prostředích (např. Shark Bay v Austrálii). Jsou důkazem, že prokaryota dokázala kolonizovat celé oceány už před miliardami let.

Horizontální přenos genů

Na rozdíl od větších organismů si bakterie a archea „půjčují“ geny navzájem — horizontální přenos genů (HGT). Díky tomu se rychle šíří užitečné vlastnosti (odolnost vůči antibiotikům, nové metabolické dráhy). Raný strom života proto nevypadal jako jednoduchý strom, ale spíš jako síť.

Strom života

Všechny organismy, které dnes žijí na Zemi (bakterie, archea i eukaryota), mají společného předka – tzv. LUCA (Last Universal Common Ancestor).

Podle současných poznatků LUCA žil přibližně před 4,0 až 3,5 miliardami let. Byl to už poměrně složitý prokaryotický organismus, který měl:

• buněčnou membránu
• základní metabolismus
• mechanismus přenosu genetické informace (RNA/DNA)
• ribozomy pro tvorbu bílkovin

Z LUCA se brzy rozdělily tři hlavní domény života:

1. Bakterie
2. Archea (mezi které patří i metanogeny)
3. Eukarya (později se z nich vyvinou všechny složitější organismy včetně nás)

Jaký byl tehdejší život?

První život byl:

• výhradně anaerobní (nevyužíval kyslík)
• většinou chemotrofní (získával energii z chemických reakcí, nikoliv ze slunce)
• extrémofilní (miloval extrémní podmínky)
• velmi pomalý (doba generace se mohla počítat na dny až týdny)

Přesto dokázal během stovek milionů let kolonizovat téměř všechna dostupná prostředí na Zemi – od hlubin oceánů přes horké průduchy až po mělké pobřežní oblasti.

Význam této epochy

Právě v tomto období se život pevně usadil na Zemi. Z jednoduchých sebe-replikujících se molekul se stal systém, který dokázal:

• získávat energii
• rozmnožovat se
• přizpůsobovat se prostředí
• postupně měnit planetu (vyvrcholí to až Velkou oxidační událostí v dílu 19)

V dalším díle přijde největší metabolická revoluce raného života — oxygenní fotosyntéza cyanobakterií.