Koho by napadlo, že se ke konci 20. století může podařit objev, který zatřese samými základy biologie. Přesně to totiž Carl Woese udělal. Zjistil, že ne všechny bakterie jsou skutečně bakteriemi a že strom života tedy nemá dvě základní větve, ale tři..

Nedivte se, že vám Woesovo jméno není povědomé, ačkoli je pro biologii stejně podstatné jako Carl Linné nebo Georg Mendel. Jenže oproti práci zmíněných velikánů je jeho objev stále ještě nový, a tak se v učebnicích neusadil.

Woese navíc dlouhé roky vzdoroval ignoraci a výsměchu vědecké obce. Až moderní metody sekvenování potvrdily, že měl pravdu, když zjistil, že na začátku buněčného života nejsou jen bakterie.

Nejdřív fyzika, pak biologie

Jako dítě už od útlého věku vynikal rysy typickými pro mimořádně nadané lidi. Všechno ho zajímalo, měl spoustu nápadů, byl vtipný, ale také brutálně upřímný při hledání odpovědí na otázky. Jakmile se do něčeho zahloubal, jeho zájem se snadno změnil na posedlost a svět kolem něj přestal existovat.

Woese se narodil v Syracuse na americkém severovýchodě, což bylo menší město, ale s vlastní univerzitou. Woesova rodina patřila ke střední vrstvě, otec Carl byl inženýr, matka Gertrude zůstávala v domácnosti, jak bylo tehdy obvyklé.

Malý Carl tak měl ke studiu nejen předpoklady, ale také dobré podmínky. Rozhodl se pro matematiku a fyziku, ale když mu jeden z jeho profesorů poradil, že zajímavější uplatnění může nabízet nově se rozvíjející biofyzika, dal na jeho radu.

Ve 24 letech si pak odnášel z Yaleovy univerzity nejen doktorský titul, ale také hluboký zájem o základy vývoje života na Zemi. Ty ho fascinovaly po celou jeho vědeckou dráhu.

Hledání počátků života

Štěstí se Woese drželo i při hledání uplatnění po studiích. Nejdřív využil nabídku zůstat na univerzitě a zkoumat, jak bakteriální spóry reagují na rentgenové záření, ale brzy se jeho zájem začal stáčet jiným směrem.

Stále více ho zajímaly záhady historického vývoje genetického kódu. A k jejich zkoumání dostal záhy příležitost, když se v 36 letech stal profesorem na Illinoiské univerzitě v Urbana–Champaign. Nebyl jediný, kdo se tehdy tímto tématem intenzivně zaobíral.

Linus Pauling, už tehdy slavný jako nositel Nobelovy ceny za chemii, spolu s evolučním biologem Emilem Zuckerkandlem představili koncept „molekulárních hodin“. Byl to symbol pro evoluční změny v DNA, právě ty posouvaly ručičky molekulárních hodin.

Jakmile se mutace usadila, tiknutí ukázalo evoluční posun. Pauling s Zuckerkandlem z toho usuzovali, že změny RNA a DNA zaznamenávají také postupný vývoj života na Zemi a že tedy jejich porovnání by bylo nejpřesnějším způsobem klasifikace organismů.

To byly přesně ty otázky, o nich už od studií Woese přemýšlel. A dodával si k tomu: Pocházel veškerý život na Zemi ze společného předka? Jejich zodpovězení naráželo na zásadní problém. V 60. letech neexistovala jednoduchá metoda, kterou by se mutace daly zkoumat.

Ribozomy a metoda

A pak tu byl další háček. Kterou část dědičné informace vlastně zkoumat? Musel to být gen společný pro všechny organismy na Zemi a současně odolný vůči mutování, aby se dal sledovat během miliard let evoluce.

Woese se rozhodl pro určitý úsek ribozomální RNA čili rRNA. Měl k tomu pádné důvody. Ribozomy jsou velmi jednoduché výkonné jednotky v každé buňce, jejichž jediným úkolem je vyrábět proteiny. Proto se také velmi málo vyvíjely, a tak mohou fungovat jako ideální molekulární hodiny.

S metodou si nakonec hlavu lámat nemusel, upravil si nápad britského biochemika Fredericka Sangera. Ten ho sice sám během následujících 10 let zdokonalil na moderní sekvenování, ovšem v polovině 60. let šlo ještě o postup velmi těžkopádný a neuvěřitelně zdlouhavý.

Všechno bylo třeba dělat ručně. Bakterie se množily v roztoku radioaktivního fosfátu, pak se jejich RNA rozkouskovala pomocí enzymů. Fragmenty usazené gelu se pak vystavovaly fotografickému papíru, kde se jejich záření jevilo jako neostré chlupaté skvrny.

Chemik George Fox, Woesův nejbližší spolupracovník, vzpomínal, jak vídával Woese celé hodiny shrbeného s lupou nad snímky. Na začátku jim trvalo měsíce, než získali jediný otisk vybraného úseku RNA, a 10 let, než sestavili profil 60 bakterií z různých skupin.

Nečekaný objev

Průlom přišel na jaře 1976. RNA mikrobů produkujících metan se až příliš nápadně lišila. Jenže i podruhé vyšel stejný výsledek. „Když si uvědomil, že to nebyla chyba, prostě se zbláznil. Vletěl do mé laboratoře a řekl mi, že jsme objevili novou formu života,“ vzpomíná Fox.

Tohle nejsou bakterie, byl Woese přesvědčený. Jenže na podporu tak odvážného tvrzení potřebovali víc příkladů. Kde hledat? Jako vodítko si vzali nápadné odlišnosti buněk produkujících metan. Byla to správná stopa a sekvenování jim dalo za pravdu.

Vybrané druhy mikroorganismů, často z extrémních podmínek horkých pramenů nebo slaných jezer, které se metabolismem i materiálem buněčné stěny lišily od bakterií, se také na snímcích rRNA shodovaly s metanovými mikroby.

Woese si byl jistý. Byla to jiná forma života a samostatná větev na stromě vývoje života. Nazval je archea. Lišily nejen od bakterií, ale i od eukaryot, tedy buněk s jádrem a organelami. Woesovi bylo zřejmé, že narazil na třetí samostatnou doménu.

Osudná tiskovka

Woese sepsal své objevy do shrnujícího článku a současně je oznámil NASA, neboť vesmírná agentura jeho výzkum financovala. NASA zorganizovala tiskovku a postarala se, aby se Woese a objev třetí domény života dostali na tituly novin a časopisů.

Vzbudilo to obrovský ohlas, ale jiný než si v NASA představovali. Zaskočení biologové se Woesovi vysmáli, fyzik je bude poučovat o bakteriích. Mikroby se přece vždycky třídily podle tvaru a metabolismu…

Sžíravá kritika a odmítnutí zahnaly plachého Woese do ústraní laboratoře. Následujících 20 let strávil horečnatým výzkumem rRNA dalších mikroorganismů, aby své odpůrce přesvědčil. Narůstala v něm zahořklost, protože věděl, že jeho výzkum byl solidní.

Ale jak se technologie zlepšovaly, vědci začali získávat sekvence rostoucího počtu rRNA z různých organismů. Trvalo to roky, ale jak se data hromadila, bylo čím dál jasnější, že Woese měl pravdu. Ten se ale veřejnosti dál stranil a žil jen svou prací.

Jak manželka Gabriella vzpomínala, ani poštu doma neotvíral. Když ho přesvědčila, aby se probral hromadou, která se nakupila za několik měsíců, vytáhl z ní obálku od Nizozemské královské akademie. Dostal od ní Leeuwenhoekovou medaili, nesmírně prestižní ocenění, jakousi nobelovku v mikrobiologii, která se uděluje jen jednou za 10 let.

Autor: Kateřina Pavelcová