Nema još čvrstih dokaza da se sav složeni život na kugli zemaljskoj razvio iz mikroba kakav je pronađen na dnu Atlantskog oceana između Norveške i Grenlanda, ali zahvaljujući razvoju tehnologije sekvenciranja gena i metagenomici nove spoznaje upućuju na to da bi se knjige iz biologije mogli pisati iznova ili barem prepravljati. Nova etapa u dugotrajnoj utrci za dokazima kojima bi se znanstveno objasnio nastanak složenoga višestaničnog života službeno je započela 2015. kad je švedski mikrobiolog Thijs Ettema sa Sveučilišta u Uppsali u časopisu Nature predstavio otkriće svog istraživačkog tima. Veliko otkriće bio je sićušni mikrob tragovi čijeg su DNK-a sastrugani s oceanskog dna na dubini od 2352 metra na području Srednjoatlantske brazde nedaleko od hidrotermalnog izvora poznatog kao Lokijev dvorac. Zbog mjesta pronalaska po Lokiju je, tom nordijskom božanstvu trikova i spletki, ime dobila i možebitna karika koja je nedostajala u evoluciji kompleksnih stanica.

Skandinavski su znanstvenici zaključili da je mikrob Loki iz skupine arheja, za koju se pokazalo da je zasebna granu drva života, mikroorganizama jednostavnih poput bakterija, ali srodnijih kompleksnijim organizmima iz velike porodice eukariota u kojoj su biljke, životinje, gljive i protisti. Novu skupinu arheja nazvali su Lokiarchaeota i identificirali je kao kariku koja nedostaje u podrijetlu eukariota. Proučavajući genom tog mikroorganizma, utvrdili su da sadržava mnoge gene koji su isključivo prisutni kod eukariota i nazvali ga prijelaznim oblikom između jednostavnih stanica mikroba i kompleksnih stanica eukariota, odnosno točkom iz koje su poslije evoluirali svi složeni organizmi, među njima i ljudi. Vjeruju da bi u mikrobnoj tamnoj tvari iz područja u kojem vladaju ekstremni uvjeti, kao što su hidrotermalni izvori na dnu Atlantika, s pomoć novih genetičkih tehnika mogli pronaći još više tragova o tome kako su, zapravo, jednostavni organizmi evoluirali i postali kompleksni.

Dosadašnje tri grane

Otkriće mikroba sekvenciranjem DNK-a iz sedimenta pokraj Lokijeva dvorca potaknuo je struku da iznova promisli o jednom od najvećih događaja u povijesti života na zemlji – pojavi eukariota. Ta je spoznaja, odnosno pronalazak arheje genski slične eukariotu, uzdrmala četiri desetljeća staru ideju o grananju drva života na tri glavne grane – bakterije, arheje i eukariote. Ako, dakle, novootkrivene arheje imaju gene koji se smatraju obilježjima eukariota, otkriće sugerira da su se eukarioti, odnosno sav složeni ovozemaljski život, od zelenih algi do ljudskih bića, jednom davno razvili iz arheja. Još do prije četrdesetak godina zemaljski je život za znanstvenike bio podijeljen na eukariote, dakle složena živa bića sa stanicama koje sadržavaju jezgre, unutarnje strukture umotane u membranu, te prokariote, jednostanične organizme koji uglavnom nemaju ni jezgre ni membrane. Jedini prokarioti o kojima su znali bile su bakterije, dok 1977. evolucijski biolog Carl Woese nije opisao arheje kao poseban oblik života.

Tko je komu rođak

Od pronalaska Lokija u Srednjoatlantskoj brazdi ne jenja rasprava odakle su, zapravo, došli eukarioti, tko je tu komu i kakav rođak te tko je tu od koga nastao. Novije spoznaje upućuju na to da je slavna biologinja Lynn Margulis, koja je teoriju evolucije svojedobno nadogradila teorijom da podrijetlo eukariota uključuje endosimbiozu u kojoj je jednostanični organizam progutao bakteriju i s njom uspostavio obostrano koristan odnos, možda imala pravo.
Godinu dana nakon otkrića Lokija indijski znanstvenik Mukund Thattai i britanski mu kolege Buzz Baum i Gautam Dey objavili su rad u kojem dokazuju da je za nastanak prvog eukariota zaslužna simbioza između mikroba Lokija i neke pradavne bakterije. Ti su znanstvenici ustvrdili da su se zbog preuzimanja korisnih svojstava, po svemu sudeći enzima, dva jednostanična mikroorganizma bez jezgre sve više međusobno povezivala, a onda se na kraju bakterija pretvorila u jezgru jednostaničnog organizma koji je postao prvi eukariot.

Darwinove rupe

Znanstvenu raspravu potaknuo je razvoj tehnologije sekvenciranja gena. Mikrobnu raznolikost u uzorku vode ili tla moguće je danas procijeniti sekvenciranjem DNK-a i analizom s pomoću matematičkih alata, tehnike zvane metagenomika. Koristeći se najnovijim tehnikama, znanstvenici su stvorili cijelu šumu evolucijskih stabala s nizom pojedinosti o odnosima među arhejama, a težina dokaza znatno se pomaknula prema tezi da su eukarioti doista nastali iz redova arheja. Mnogi istraživači sada primjenjuju podatke iz tih arheja kako bi rasvijetlili što se i kako dogodilo u tome ključnom evolucijskom trenutku. Prema analizi objavljenoj ove godine, Lokijevi suvremenici, po staništu nordijskih bogova nazvani Asgardove arheje, vjerojatno su se hranili molekulama na bazi ugljika i stvarali nusprodukte koji su mogli nahraniti partnerske bakterije koje su pak s Asgardovim arhejama dijelile hranjive tvari dok nisu postali jedno. Sve je, međutim, još klimavo, a ukupna slika nejasna.
Traže se i druge karike koje nedostaju Darwinovoj teoriji. Zahvaljujući novih tehnikama najnovije spoznaje daju precizniji uvid u još jedan ključni evolucijski trenutak u kojemu su kralježnjaci ispuzali na kopno iz morskih dubina, odnosno objašnjavaju kako su plivaće peraje morskih organizama postali udovi koji su im omogućili život na kopnu.

Prije hodanja

Iako su paleontolozi do sada skupili mnoge fosilne dokaze o toj promjeni, jasni su se uzorci pojavili tek zahvaljujući inovativnoj tehnici anatomske analize mreže, stvorene 2015. za biološka i biomedicinska istraživanja. Stephanie E. Pierce, evolucijska biologinja sa Sveučilišta Harvard, sa svojim je timom, služeći se tom inovativnom tehnikom na temelju teorije grafova koja uspoređuje veze i odnose među objektima, u konkretnom slučaju fosiliziranih ostataka peraja i kostiju udova, došla do uzorka. Zaključila je, uz ostalo, da pri izlasku iz mora presudna bila anatomska fleksibilnost koja je omogućila tetrapodima koji su izašli na kopno da se prilagode novim i neistraženim uvjetima koji su ondje vladali, zbog čega su se udovi odnosno njihovi dijelovi kod različitih organizama evolucijski drukčije razvijali. Kad su tetrapodi izronili, kostur im je postao pojednostavnjen, a muskulatura složenija kako bi se bolje nosili s gravitacijom. Znanstvenicima sada slijedi razumjeti kako su te promjene omogućile hodanje, a upravo se radi na izgradnji računalnih simulacijskih modela koji bi objasnili kako su se kostur i mišići riba promijenili te kako je to utjecalo na kretanje.

Odgovorni za odluke

Najnovija znanstvena otkrića vode i u smjeru pronalaska još jedne evolucijske karike koja nedostaje, one koja bi objasnila postanak ljudske vrste odnosno njezinu različitost u odnosu na slične joj sisavce. Istraživači sa Sveučilišta u Torontu otkrili su da su transkripcijski faktori, za koje se prije mislilo da imaju slične uloge u različitim organizmima, zapravo jedinstveni za ljude. Studija se usredotočila na transkripcijske faktore, proteine odgovorne za pretvaranje DNK-a u RNK koji prepoznaju opetovane uzorke u DNK-u, poznate kao motivi sekvencije DNK-a, a za koje se do jučer smatralo da imaju jednaku ulogu kod različitih životinjskih vrsta. Koristeći se novom računalnom metodom, znanstvenici su bolje predvidjeli motive sekvencija s kojima se veže svaki transkripcijski faktor i zaključili da su im funkcije mnogo raznovrsnije nego što se mislilo. Čak i između blisko povezanih vrsta, utvrđeno je da postoji nemali dio transkripcijskih faktora koji vežu nove sekvencije DNK, što znači da, vjerojatno, imaju nove funkcije reguliranjem različitih gena, što može biti itekako važno za razlike među vrstama. Ta je studija ekipe profesora Timothyja Hughesa pokazala da čak i između ljudi i čimpanzi, koji dijele 99 posto istoga genskog sklopa, postoje deseci transkripcijskih faktora koji mogu stotine gena izraziti na različite načine i tako omogućiti bitne razlike između čimpanza i ljudi. Neki od tih transkripcijskih faktora mogli bi biti odgovorni za jedinstvene značajke ljudskog mozga i imunosnog sustava te rasvijetliti spolni dimorfizam, odnosno razlike između spolova koje upućuju na odabir partnera i odluke koje utječu na reproduktivni uspjeh.

Genski kôd

U međuvremenu znanost je uspjela stvoriti novi oblik života – organizam čiji je DNK potpuno umjetno stvoren. Istraživači iz Laboratorija za molekularnu biologiju Sveučilišta Cambridge izvijestili su prije neki dan da su promijenili DNK bakterije Escherichia coli i stvorili sintetički genom četiri puta veći i mnogo složeniji od bilo kojega prije stvorenoga. Bakterije se polako razmnožavaju, a njihove stanice proizvode poznate proteine s rekonstruiranim genskim kodom. Studiju je vodio molekularni biolog Jason Chin koji je želio razumjeti zašto sva živa bića enkodiraju genske informacije jednako, zbog čega je genski kôd pun viškova kodona, jesu li svi ti dijelovi DNK-a bitni za život, može li se ukloniti višak kodona i još više komprimirati genski kôd te osmislio modificiranu verziju. To bi postignuće moglo ponuditi nove dokaze o nastanku genskoga koda i omogućiti stvaranja novih genetički modificiranih mikroba za proizvodnju lijekova ili korisnih kemikalija.