SLIKA 58 “Rađanje” Zemlje nad površinom Mjeseca. Godine 1975, dvije skupine američkih znanstvenika neovisno su za objašnjenje postanka Mjeseca predložile hipotezu udara.211 Oni su postulirali da je neki objekt, veličine Marsa, u svom prolasku tangencijalno zahvatio mladu Zemlju. Ovaj nezamislivo snažan udar izbacio je u orbitu oko Zemlje mješavinu materijala dva tijela koja se ubrzo sažela i formirala Mjesec. E, sad, znanstvenici nerado pribjegavaju kataklizmičnim ili jedinstvenim događajima kako bi objasnili promatranja, ali, bar u ovom slučaju, računalni modeli mogli su simulirati različite varijante mogućeg udara. Iako se o detaljima udara još raspravlja (primjerice, nedavne analize upućuju na zaključak da je udarno tijelo bilo mnogo masivnije nego što se smatralo), hipoteza objašnjava mnoge primijećene činjenice o sustavu Zemlja-Mjesec. Osim toga, postoje i drugi dokazi (nagib osi planeta, na primjer) da snažni sudari nisu bili rijetki u mladom Sunčevom sustavu. Hipoteza udara dobila je veliku podršku među planetolozima.
SLIKA 59 Zemlja i Mjesec: dvojni planet. Ako je naš Mjesec doista posljedica moćnog udara, onda nas ne treba čuditi jedinstvenost dvojnog planeta Zemlja-Mjesec u sustavu našeg Sunca. Iako su sudari objekata Sunčevog sustava česti, takav kataklizmični udar zbog kojeg je formiran Mjesec vjerojatno je bio rijedak. Možda su mladi Merkur, Venera i Mars imali sreće i izbjegli veće projektile. (Iznosila se i teza da je Venera nekad imala velik satelit, formiran na način kao i Mjesec,
koji se, međutim, kretao retrogradno i obilazio Veneru u “pogrešnom” smijeni. Takva orbita mogla se zauzeti ako je satelit formiran udarom nekog tijela. Međutim, dok plimske sile guraju naš Mjesec od Zemlje, u slučaju retrogradne orbite djelovale bi obrnuto. Satelit u retrogradnoj orbiti sve više prilazi planetu i na kraju pada na njega. To je sudbina Tritona, najvećeg Neptunovog satelita.) Osim toga, udar koji je stvorio Mjesec dogodio se u pravo vrijeme. Da je došao mnogo ranije, dok je Zemlja bila manje masivna, većina materijala izbačenog udarom završila bi u svemiru, a Mjesec bi bio mnogo manji od sadašnjeg. Da se dogodio mnogo kasnije, Zemlja bi tada bila masivnija i njena površinska gravitacija spriječila bi izbacivanje u prostor mase dovoljne za formiranje velikog Mjeseca. Dok je po prvotnim scenarijima nastanka Mjeseca to tijelo gotovo prirodni nusproizvod formiranja planeta, hipoteza udara navodi na zaključak da je sustav Zemlja-Mjesec možda jedinstven. Zamislite skup primordijalnih zvjezdanih maglica, potpuno identičnih maglici od koje se formirao Sunčev sustav. Možda bi samo 1 od 10, ili 1 od 100, ili 1 od 1000 maglica proizvela planet sličan Zemlji, s Mjesecom velikim kao naš. Odnos je možda 1 u 1.000.000. To ne znamo, a proći će mnogo vremena prije nego astronomi budu mogli reći imaju li vanzemaljski planeti satelite veličine Mjeseca. Prema onome što sad znamo, sasvim je moguće da je Zemlja posebna po tome što ima tako velik satelit. Utjecaj Mjeseca Čak i ako je Mjesec rijetka pojava, što onda? Kad ga ne bi bilo, pjesnici svih epoha ostali bi bez nadahnuća. Možda bi i znanstveni napredak čovječanstva bio poremećen jer je Mjesec, povijesno, igrao važnu ulogu u astronomiji. Ali, bi li i sam život bio drugačiji?212 Mjesec je naviše načina utjecao (i još utječe) na Zemlju. Na primjer, Mjesec pokreće oceanske plime. Odmah nakon formiranja, Mjesec je bio mnogo bliže Zemlji nego sad, tako da su plime prije četiri milijarde godina bile žestoke - raj za surfere. Iznošeno je mišljenje da su plime faktor koji je započeo život, možda djelujući kao džinovski mikser primordijalne juhe i stvarajući lokvice s hranjivom podlogom u kojima se život mogao začeti. Ova teza nije baš uvjerljiva, jer plime imamo i bez Mjeseca: Sunce ih pokreće sa oko polovicom intenziteta Mjesečevih plima. Izgubili bismo,
međutim, one najslabije i najjače plime koje se javljaju jednom u dva tjedna, jer one ovise o relativnim položajima Sunca i Mjeseca. Teza se, stoga, ne može tek tako otpisati. Međutim, Mjesec suptilnije djeluje na Zemljinu koru. Gravitacijski efekt Mjeseca mogao je pojačati vulkansku aktivnost na Zemlji i intenzivirati pomicanje kontinenata. Dakle, moguće je (iako nije i zasigurno tako) da bi Zemlja bez Mjeseca bila manje geološki aktivna; Zemljinoj atmosferi, koja se formirala od vulkanskih plinova, možda bi trebalo mnogo duže da dođe u stanje prikladno za postanak života. O važnosti tektonike ploča govorili smo u prethodnom odjeljku. Najvažnije je razmotriti kako Mjesec utječe na nagib Zemljine osi. Svi planeti okreću se oko Sunca u jednoj ravnini ili blizu nje. Nagib planetne osi kut je između njene ekvatorijalne ravnine i te orbitalne ravnine. Nagib Zemljine osi od 23,5° omogućuje nam da uživamo u blagodatima godišnjih doba. Drugi planeti nisu te sreće. Merkurov nagib je 0°, pa njegova ekvatorijalna područja podsjećaju na sam pakao. Život kakav mi znamo tamo ne bi opstao. (Zanimljivo je da bi promatrač na jednom od Merkurovih polova stalno vidio Sunce na horizontu. Na polovima može se apsorbirati relativno malo Sunčeve energije i, doista, Merkurovi polovi prekriveni su ledom.) Uran, čiji je nagib 98°, “leži” gotovo na boku. Jedan njegov pol prima svjetlost tijekom polovice Uranove godine, dok je onaj drugi u mraku. A to nikako nisu idealni uvjeti za život. Zemlja, s našeg subjektivnog gledišta, ima “prave” uvjete.
SLIKA 60 Fotomontaža Zemlje i Mjeseca (Mjesec izgleda veći nego u stvarnosti).
SLIKA 61 Nagib Zemljine osi prema ravnini njene orbite oko Sunca (ravnini ekliptike) glavni je krivac za postojanje godišnjih doba. Na planetima sa “umjerenim” nagibom, kao što je Zemlja, najveći dio Sunčeve energije pada u ekvatorijalno područje, gdje je u podne Sunce uvijek visoko. Po šest mjeseci polarna područja naizmjence su konstantno osvijetljena i konstantno zamračena; čak i kad Sunce izađe, ono se nikada ne uzdigne više od 23,5° - što je nagib Zemljine osi, pa praktički nikad ne uspije zagrijati tlo. Zbog toga su polama područja hladna, a ekvatorijalna topla. (Slika nije u razmjeru.) Udar zbog kojeg je nastao Mjesec mogao je i pomaknuti Zemljinu os iz njenog prvobitnog položaja. Kako pokazuju računalne simulacije, još važnija je uloga Mjeseca u stabiliziranju nagiba Zemljine osi tijekom perioda od mnogo milijuna godina. Ovo je važno, jer čak i neznatne promjene nagiba osi planeta mogu izazvati dramatične promjene njegove klime. Na primjer, nagib Zemljine osi oscilira unutar ±1,5° s periodom osciliranja od 41.000 godina. To je mala varijacija, a ipak se čini da je povezana sa sukcesijom ledenih doba kroz koju je Zemlja prošla tijekom nekoliko milijuna godina. Marsovu os nema što stabilizirati jer su njegovi sateliti, Fobos i Deimos, obične gromade male mase. Nagib Marsove osi trenutno iznosi 25°, ali kreće se između 15° i 35°, s periodom od 100.000 godina. Proračuni pokazuju da se u dugom periodu nagib Marsove osi nepredvidljivo mijenja: tijekom zadnjih 10 milijuna godina mogao je imati bilo koju vrijednost između 0° i 60°. Bez Mjeseca kao stabilizatora, Zemljina os također bi se teturala, naginjući se i do 90°. Čak i relativno velik satelit - do polovice mase našeg Mjeseca - ne bi mogao stabilizirati
njen nagib. Zemlji je potreban velik satelit da ukroti njenu os i spriječi klimu da se mijenja iz jedne krajnosti u drugu. Život na Zemlji dobro se prilagodio dosadašnjim klimatskim promjenama, ali da je ovdje na djelu bila marsovska kaotična shema nije jasno kako bi opstale više kopnene životinje. Možda se život na Zemlji ne bi razvio do stupnja na kojem je sad. * * * U prethodnoj raspravi postoje mnoga “ako”, “ali” i “možda”. Ne znamo je li veliki satelit neophodan ako planet treba biti dom složenim oblicima života. Naš stav po definiciji je subjektivan. Vjerujemo da je Mjesec povoljno utjecao na razvoj života ovdje, ali ne znamo je li Mjesečev utjecaj bio i neophodan. Da živimo u nekakvom svijetu bez Mjeseca, možda bismo bili zahvalni što nam nad glavom ne visi ta gromada. Ipak, ostaje crv sumnje. Možda su dvojni planeti, kao što je sustav Zemlja- Mjesec, neophodni za život, no čini se da oni nastaju u rijetkim, slučajnim događajima. Možda je jedinstvenost našeg satelita objašnjenje zašto smo sami. Možda je to tragedija našeg Mjeseca. Rješenje 43: Postanak života je rijetkost Rješenje je problema života u nestajanju toga problema. —Ludwig Wittgenstein, Logičko-filozofski traktat Hartov odgovor na Fermijevo pitanje jest da je rađanje života gotovo čudesno rijedak događaj. Mi smo, u svakom pogledu, sami: inteligentni život postoji samo na Zemlji - to je jedini život u vidljivom dijelu beskonačnog svemira. Ovo čudo gubi nešto od svog sjaja u jednom beskonačnom svemiru: beskonačni broj planeta sigurno sadrži inteligentne oblike života. Međutim, mnogima je teško prihvatiti na pravi način pojam beskonačnog svemira s beskonačnim brojem nastanjivih planeta. Možemo li umjesto toga prihvatiti samo dio Hartove ideje? Možemo li astronomsko shvaćanje beskonačnog svemira ostaviti sa strane i razgovarati samo s gledišta biologije: možda život nije čudo, ali se, usprkos tome, rijetko
pojavljuje. Možda svemir izgleda sterilno zato što, osim jednog ili dva otočića, slična Zemlji, ne sadrži druge tragove života? Kako je uobičajeno sa svakim aspektom Fermijevog paradoksa, i ovdje postoje dva dijametralno suprotna mišljenja. Jedna skupina smatra da je prirodi doista teško stvoriti život, dok je druga mišljenja da će se život gotovo sigurno pojaviti na planetu čim uvjeti to dopuste. Da bismo mogli vrednovati te stavove, moramo krenuti zaobilaznim putem i najprije utvrditi što podrazumijevamo pod životom i kako je on mogao postati. * * * Dok sam bio u školi, nastavnik je uvijek uspijevao pronaći “rupu” u našim nastojanjima da definiramo život. On je isticao da je, po nekim predloženim definicijama, i vatra živa (zato što raste, reproducira se itd). Za potrebe ovog teksta pokušat ću ponuditi jednu drugačiju definiciju zemaljskog života. Moj stari nastavnik vjerojatno bi i nju uspio osporiti, a ona možda u budućnosti više neće odgovarati. (Možda će znanstvenici za desetak godina uspjeti napraviti samosvjesno računalo. Hoće li ono biti živo? Ili će za stotinu godina, možda, znanstvenici na Altairu otkriti smrdljivi ružičasti kristal koji se svakog jutra pretvara u ljepljivu grudu, puže po svemirskom brodu i jede metal. Je li gruda živa? Prema mojoj definiciji, odgovor je u oba slučaja niječan, iako bi vjerojatno trebao biti potvrdan. Ipak, od nečeg moramo početi, a definicija koja slijedi dobra je kao i svaka druga.) Ja definiram da je nešto živo ako ima sljedeća četiri svojstva. Prvo, živi objekt mora biti sastavljen od stanica. Svako živo biće na Zemlji sastoji se ili od jedne stanice ili skupa stanica. Kad bismo znali kako su nastale stanice, možda bismo razumjeli i kako se rodio život. Dvije su različite vrste stanica: prokariotske i eukariotske. Prokariotske stanice nemaju središnju jezgru. One su jednostavne, male i ima ih više vrsta. Prokariotski organizmi iznimno su uspješni, najviše zato što se zbog svoje jednostavnosti mogu brzo razmnožavati. Nedavna detaljna istraživanja pokazuju da postoje dvije sasvim različite vrste prokariota:213 eubakterije, ili “prave” bakterije (jednostavno, bakterije) i arheje. Dvije vrste prokariotskih stanica međusobno se razlikuju isto onoliko koliko i od eukariota. Eukariotske stanice mnogo su složenije od prokariotskih; unutar
vanjske membrane smješten je zastrašujući biokemijski stroj, kao i jezgra, omotana vlastitim membranama. Zbog takve složenosti euokariotska stanica najčešće je 10.000 puta veća od prokariotske. Eukarioti su sposobni udruživati se u složene, višestanične organizme: biljke, gljive i životinje. SLIKA 62: Četiri različita tipa arheja. (a) Thermoprotens tenax. Vrste roda Thermoproteus rastu pri 78-96° C, koriste vodik kao energetski izvor, a CO2 kao izvor ugljika, (b) Pyrococcus furiosus. “Pyrococcus” znači “vatrena lopta”, što opisuje njen oblik i težnju ka visokim temperaturama; “furiosus”znači “užurban” - ova bakterija brzo udvostručuje svoj broj. (c)
Methanococcus igneus. Neke vrste rastu pri 85° C i tlakovima većim od 200 atm; kisik ih truje, (d) Methanopyrus kandleri. Pronađena u morskim dubinama. Podnosi visok tlak i temperaturu 110° C. SLIKA 63 Vrlo pojednostavljena skica stabla života. Stablo sadrži tri domene (nadcarstva): arheje, bakterije i eukarije. Domena arheja sadrži tri carstva: korarheote, krenarheote i euriarheote. Domena eukarija sadrži, između ostalog, poznata carstva životinja i biljaka. Odnosi među pojedinim domenama nisu sasvim jasni i dijagram ne treba uzeti preozbiljno nego samo kao snažnu ilustraciju činjenice da je sav život na Zemlji jedinstven.
Prema tome, unutar živog svijeta postoje tri domene: arheje, bakterije i eukarioti. Po ovoj definiciji, virusi i prioni nisu živa bića. Drugo, živi objekt mora imati metabolizam. Pod metabolizmom podrazumijevamo skup procesa koji stanici ili skupu stanica omogućuju da iz okoliša uzimaju energiju i materijal, da ih koriste prema svojim potrebama i na kraju iz sebe izbace otpadne produkte tih procesa. Drugim riječima, svim živim organizmima potrebna je nekakva hrana i sva živa bića proizvode otpad. (I vatra ima metabolizam, kako je govorio moj stari nastavnik, ali ovdje je ne trebamo uzimati u obzir jer joj nedostaju druga svojstva.) Metabolizam se odvija katalitičkim posredovanjem enzima. Bez njih različite biokemijske reakcije u stanici ne bi se odvijale. S druge strane, enzimi su proteini. Proteini su, prema tome, vitalni sastojak života - bar na Zemlji. Kako ćemo kasnije vidjeti, instrukcije za izgradnju različitih proteina neophodnih za postojanje stanice nalaze se u deoksiribonukleinskoj kiselini (DNK), dok se biokemijski aparat za sintezu proteina temelji na njenoj ribonukleinskoj kiselini (RNK). Ukratko, DNK i RNK stvaraju proteine. Treće, živi objekt može se reproducirati ili nastati od objekata koji se mogu reproducirati. Stanice se mogu reproducirati pojedinačno ili kroz parenje, a mehanizam reprodukcije je DNK. Jasno je onda da DNK igra glavnu ulogu u živim organizmima - koliko glavnu, to ćemo uskoro vidjeti. (Iako se kristalne strukture mogu reproducirati nedostaje im variranje do kojeg dolazi pri reprodukciji živih organizama. Replikacija je možda bolji izraz od reproduciranja kad govorimo o rastu kristala, a sigurno je da kristale ne trebamo smatrati živim. S druge strane, mule i drugi sterilni organizmi dolaze od bića koja se mogu reproducirati; mule ne trebamo svrstavati u nežive objekte.) Četvrto, život evoluira. Darvinistička evolucija - prirodni odabir koji djeluje na nasljedne promjene - suštinski je aspekt života. Ova četiri svojstva: stanice, metabolizam, reproduciranje i evolucija, dovoljna su kao temelj za rasprave o životu, čak i ako bi se definicija mogla dopuniti. Sad smo u poziciji pitati: kako je život počeo? * * *
Na samom početku treba reći da nitko ne zna kako je život počeo. Bez obzira na to, poslednjih godina učinjen je ogroman napredak u dvama područjima: na popunjavanju genealoškog stabla i traganju za prapočecima života, kao i u pokušajima da razumijemo kemijske putove koji su mogli dovesti do najranijih oblika života. (Postoji bar još jedan obećavajući pristup: ideja da je život odmah nastao kao složen, zahvaljujući u potpunosti samoorganizirajućim svojstvima kemijskih sustava. Nedostatak prostora u knjizi sprječava nas da razmotrimo ovaj pristup.)214 Metoda traganja za porijeklom života “odozgo-nadolje” jest traganje za posljednjim univerzalnim zajedničkim pretkom (engl. Last Universal Common Ancestor, LUCA), od kojeg je cjelokupan današnji život morao naslijediti svoje zajedničke biokemijske strukture. (Postoji gotovo zapanjujuće jedinstvo cjelokupnog zemaljskog života: svi organizmi, uz manje iznimke, koriste isti genetski kod koji sekvenci DNK omogućuje da definira polipeptide; svi organizmi koriste DNK za prenošenje genetskih informacija itd.) Ako je LUCA bio dovoljno jednostavan, ako je postojao u vrlo ranoj fazi povijesti Zemlje i ako ga budemo sposobni detaljno shvatiti, možda ćemo zaključiti i kako je nastao. Nažalost, ovaj pristup može se dovesti samo do ovog mjesta. Uobičajena predodžba je da je LUCA već bio složen organizam koji je znatno evoluirao od trenutka postanka života prije nego se razgranao na arheje i bakterije. Kasnije su se, prema takvom objašnjenju, eukarioti odvojili od arheja. Ovakva slika već je prilično komplicirana, ali kako biokemijska istraživanja svakodnevno napreduju, ona postaje kompliciranija. Obično zamišljamo da se genetska informacija prenosi isključivo okomito - od roditelja prema djeci. Međutim, čini se da je u ranoj povijesti života često dolazilo i do vodoravnog prijenosa informacija između organizama različitih vrsta. Taj vodoravni prijenos genetičkih informacija znači da se jednostavne genealoške linije počinju petljati. U razdoblju u kojem se pretpostavlja da je LUCA živio, mogla je postojati genska zaliha (nastala od zajednice stanica koje su bile sposobne gene razmjenjivati vodoravno jer su dijelile isti genetički kod), iz koje su se tri domene izdvojile nezavisno. Drugim riječima, arheje, bakterije i eukarioti mogu biti jednake starosti. (S druge strane, postoji mišljenje da su tijekom perioda Zemlje kao snježne grude od prije 2,5 milijardi godina nastali uvjeti za razvoj eukariota. Stoga bi eukarioti mogli biti relativno
mlađi; a bez Zemlje kao snježne grude možda se nikad ne bi ni pojavili.) Ovakva zanimljiva razmišljanja i dalje su aktivno područje istraživanja. Umjesto da se zakopamo u detalje traganja za prapretkom LUCA, možemo u istom cilju isprobati pristup “odozdo-nagore”. Upitajmo se kako su nastali univerzalni kemijski sastojci života - nukleinske kiseline i proteini. Kad to budemo shvatih, možda ćemo moći popuniti prazninu koja nastaje između dva suprotstavljena pristupa i shvatiti kako oživljava neživa tvar. Nukleinske kiseline Ako ijedna molekula zavređuje da se nazove molekulom života, onda to izvjesno vrijedi za deoksiribonukleinsku kiselinu, ili DNK. Prema ranije iznesenoj definiciji, život karakteriziraju dva ključna aspekta: metabolizam i prenošenje informacija procesom reprodukcije. U oba aspekta najvažnija je molekula DNK. Malo kasnije opisujemo njenu ulogu u sintezi proteina koji sa svoje strane reguliraju metabolizam, a ovdje ćemo se fokusirati na njen aspekt u reprodukciji i kratko razmotriti kako se DNK udvaja, omogućavajući ipak dovoljno varijacija na kojima se temelji prirodni odabir. 215 Molekula DNK polimer je sastavljen od nukleotida. Nukleotidi se sastoje od tri dijela. Prvo, oni sadrže šećer deoksiribozu. Šećer sadrži pet atoma ugljika, uobičajeno označenih “primovima” - od 1’ do 5’ (izgovara se jedan prim”, “dva prim” itd). Šećer je sličan ribozi, ali mu nedostaje hidroksilna grupa u položaju 2’. Drugo, oni imaju fosfatnu grupu. Nukleotidi se mogu međusobno povezivati u dugačke nizove fosfat-estarskom vezom - vezom između fosfatne grupe jednog nukleotida i šećerne komponente sljedećeg nukleotida. Glukofosfatni nizovi okosnica su DNK. U popularnoj predodžbi molekula DNK kao ljestava od konopaca, oni predstavljaju konopce. Nizovi se mogu produžavati u beskraj jednostavnim nadovezivanjem još nukleotida putem estarske veze; molekula DNK može imati između 100 i nekoliko miliona povezanih nukleotida. No, bez obzira na njenu dužinu, niz
uvijek ima dva kraja. Na jednom je slobodna -OH grupa na ugljiku 3’ (3’- kraj), a na drugom je fosfatna grupa na ugljiku 5’ (5-kraj). Treće, oni posjeduju par dušičnih baza. Baze formiraju “prečke” na DNK ljestvicama. Baza je vezana za deoksiribozu preko ugljikovog atoma 1’. Baza može biti purinska - adenin (a) ili gvanin (g) - ili pirimidinska - citozin (c) ili timin (t). Biokemičari predstavljaju sekvencu nukleotida tako što, počinjući od 5’-kraja niza, imenuju baze redosljedom kojim su povezane; tipična sekvenca DNK bi mogla izgledati ovako: -G-C-T-T-A-GG-. Jedno od ključnih znanstvenih otkrića bilo je saznanje da DNK iz stanične jezgre ima dva niza, međusobno umotana u oblik dvostruke zavojnice (spirale), tako da se jedan niz u zavojnici uvijek sreće s komplementarnim dijelom drugog. Baza g uvijek dolazi nasuprot baze c, a baza t nasuprot baze a. Komplementarnost nastaje zato što samo ovi parovi baza mogu formirati međusobne vodikove veze i tako “slijepiti” dva niza DNK. Pojedinačna je vodikova veza slaba, ali normalna molekula DNK sadrži toliko parova baza da se njena dva niza čvrsto drže jedan uz drugi. Komplementarnost znači i da su sve informacije sadržane u svakom od dvaju nizova DNK, što omogućuje repliciranje i reproduciranje.
SLIKA 65 Okosnicu molekule DNK čine dugački nizovi šećera deoksiriboze i fosfatnih grupa. Dušične baze iz dvije zavojnice formiraju međusobne veze, ali moraju se točno uparivati: adenin s timinom, a citozin s gvaninom.
SLIKA 64 Dvostruka zavojnica (heliks), slična molekuli DNK, ovdje je prikazana kao računalni model. Proces repliciranja DNK započinje kada enzim DNK-helikaza djelomično razdvoji dvostruku zavojnicu u području zvanom račva replikacije. U račvi postoje dva niza DNK, od kojih jedan predstavlja niz predloška. Kako su baze sad izložene, račvi prilazi enzim DNK-polimeraza i počinje sintetizirati novi niz DNK, komplementaran predlošku. Enzim očitava sekvencu baza na nizu predloška, od 3’-kraja ka 5’-kraju, i dodaje nuldeotid po nukleotid u komplementarni niz - uvijek g nasuprot c i a nasuprot t. (Tako će sekvenca niza predloška -G-C-T-T-A-G-G postati sekvenca -C-G-A-A-T-C-C sintetiziranog komplementarnog niza koji raste od 5’-kraja ka 3’-kraju.) Naposljetku se formira potpuni komplementarni niz. DNK-polimeraza katalizira formiranje vodikovih veza između nukleotida u dvama nizovima i formira se nova dvostruka zavojnica. Istovremeno s ovim procesom odigrava se i prilično složeniji proces proizvodnje novog niza koji je komplementaran s drugim originalnim nizom, tzv. zaostalim nizom. Konačni rezultat su dvije identične kopije originalne dvostruke zavojnice molekule DNK, a svaka od njih sadrži jedan originalni niz DNK. Dobili smo mehanizam repliciranja. SLIKA 66 Specifično povezivanje baza nukleotida: A sa T, C sa G, omogućuje repliciranje DNK. To je temelj nasljeđivanja. Kada se replicira
molekula DNK, sastavljena od dva niza-blizanca, nizom se razdvajaju u račvi replikacije. Enzimi tada dodaju nove baze svakom od dvaju nizova, poštivajući pritom pravila povezivanja. Rezultat su dvije molekule, obje identične originalu. Opisani proces samo je pojednostavljena verzija onoga što se doista događa. Jedan od aspekata koji sam preskočio jest uloga koju RNK igra u replikaciji DNK. Ribonukleinska kiselina drugi je glavni tip nukleinske kiseline koji također ima ključnu funkciju za postanak života na Zemlji. Postoji nekoliko razlika između RNK i DNK. Strukturna razlika je u tome što se RNK u stanicama obično pojavljuje kao jednostruki niz nukleotida, a ne kao dvostruka zavojnica DNK; molekule RNK obično su kraće od molekula DNK. Postoje i dvije kemijske razlike između ovih molekula. Prvo, nukleotidi RNK ne sadrže šećer deoksiribozu nego ribozu (zbog toga se i drugačije zove). Drugo, u molekuli RNK umjesto timina pojavljuje se baza uracil (U). Tu je i glavna funkcionalna razlika između dvije kiseline: DNK postoji samo da bi skladištila genetske informacije u sekvenci svojih nukleotidnih baza, dok RNK nešto i radi. Postoji više vrsta RNK, od kojih svaka radi nešto drugo, a mi ćemo u nastavku susresti tri vrste: informacijsku ili glasničku RNK (mRNK), ribosomsku RNK (rRNK) i transportnu RNK (tRNK). U sposobnosti DNK da se replicira leži sposobnost života da se reproducira. Ta sposobnost objašnjava zašto potomstvo sliči svojim roditeljima - zmije rađaju zmije; djetlići djetliće, a ljudi - ljude. Ali, da bi život evoluirao, da bi iz vrsta nastale nove vrste, nasljeđivanje ne smije biti savršeno. Moraju nastati neke razlike između potomaka jer prirodni odabir ne može prilagoditi ono što se ne mijenja. Na sreću, pri repliciranju DNK javljaju se varijacije. S vremena na vrijeme dogode se mutacije - promjene redoslijeda nukleotidnih baza. Mutacije se javljaju nepredvidljivo - izazivaju ih zračenje i kemijski agensi, a nastaju i pogreške u samom procesu repliciranja DNK. (Stopa mutiranja iznimno je niska zbog različitih “provjera” tijekom repliciranja DNK. Nakon prve faze repliciranja slijede dvije faze u kojima se ispravljaju pogreške - očitavanje napravljenog i ispravljanje pogrešaka. Ove kasnije faze snižavaju vjerojatnost pojave pogreške na 1:109 .) Ako pogreška nastane u dijelu DNK koji kodira neki
protein (više o tome kasnije), onda će mutirana DNK proizvesti drugačiji protein. Ako protein obavlja zadatak koji mu je namijenjen bolje od originala, mutacija će biti povoljna za organizam (i možda povećati vjerojatnost njegovog preživljavanja, a kroz povećani broj potomaka i njegovo trajno postojanje); vjerojatnije je, međutim, da će mutacija biti štetna ili, u najmanju ruku, neutralna. Naglasak je na tome da mutacije nude prirodnom odabiru nešto na čemu može raditi. Ako se nukleinske kiseline bave jedino repliciranjem, onda bi nam one bile tek malo zanimljivije od samoreplicirajućih kristala. Iako DNK skladišti genetske informacije, one nam ne bi koristile ako ne bi bile upotrijebljene. To bi bilo kao kad bi u knjižnici prepunoj knjiga bilo strogo zabranjeno čitanje. Nukleinske kiseline su posebne zato što kodiraju i grade proteine, a proteini su ono što život čini tako zanimljivim. Proteini životu daju moć da nešto radi. Proteini Proteini su složene makromolekule koje pokazuju iznimnu raznovrsnost. Oni funkcioniraju kao enzimi (omogućavajući stanični metabolizam), kao hormoni (obavljajući regulatornu funkciju; najpoznatiji primjer je inzulin) i grade strukture (naše nokte, kosu, mišiće i očne leće). Proteinska molekula dugačka je sekvenca aminokiselina, smotana u trodimenzionalnu strukturu. Samo određena sekvenca aminokiselina umotava se u određenu strukturu. Promijenite sekvencu i promijenit ćete način uvijanja proteina, a time i njegovu funkciju, jer ona u biti ovisi o njegovom obliku u tri dimenzije. Proteini koriste dvadeset različitih aminokiselina. U prirodi postoji mnogo aminokiselina i neke od njih biološki su važne, ali samo dvadeset ih se koristi za proteine. Sve aminokiseline imaju sličnu strukturu: amino grupa (H2N), rezidualna ili Rgrupa (CHR) i karboksilna grupa (COOH). Njihova opća struktura označava se ovako: H2N-CHR-COOH, a njihov niz formira se tako što se amino grupa jedne aminokiseline povezuje peptidnom vezom s karboksilnom grupom druge. (Lanac aminokiselina stoga se zove polipeptid; protein je jedan polipeptid ih više njih.) Aminokiseline se razlikuju jedna od druge po bočnom lancu R: različite aminokiseline imaju
različite R-grupe i zato imaju različita svojstva. Na primjer, zbog nekih bočnih lanaca aminokiselina postaje hidrofobna. Takve aminokiseline nastoje se okupiti u unutrašnjosti proteina i na taj način sudjeluju u određivanju trodimenzionalne strukture proteina. Drugi bočni nizovi čine aminokiselinu hidrofilnom - spremnom za reakciju s vodom. SLIKA 67 Protein ras ima ulogu molekularnog prekidača koji upravlja rastom stanice. Poznavanje trodimenzionalne strukture ovog proteina može znanstvenicima dati u ruke oružje kojim bi spriječili rast stanica raka. Međutim, računalno modeliranje načina na koje se može smotati sekvenca aminokiselina iznimno je težak problem. Svaka aminokiselina kodirana je skupom tri nukleotidne baze u molekuli RNK, zvanim kodon. Kako su u igri četiri baze (a, c, g, u), postoje 4x4x4=64 kodona. Teoretski, kodoni mogu kodirati 64 aminokiseline, a ipak se u sintezi proteina koristi samo 20 aminokiselina. Genetski kod se,
dakle, degenerira: tri kodona predstavljaju naredbu “kraj niza”, a s preostalim 61 kodonom kodira se 20 aminokiselina. Drugim riječima, gotovo sve aminokiseline mogu se kodirati s više kodona. (Na primjer, aminokiselina cistein kodira se kodonima ugu i ugc; izoleucin se kodira kodonima AUU, AUC i AUA itd.) Genetski kod u biti je univerzalan: uz samo male iznimke, koriste ga svi organizmi na Zemlji. (Implicira li univerzalnost genetskog koda da je to jedini mogući kod? Možda je na početku bilo više različitih kodova, a slučajno se dogodilo da je ovaj prevagnuo? Međutim, ako sadašnja jedinstvenost koda znači da se on pojavio samo jednom u povijesti razvoja života, možda je razvoj učinkovitijeg koda velika prepreka za evoluciju.) Način na koji stanica sintetizira protein istovremeno je čudesno jednostavan i nevjerojatno složen. Vrlo pojednostavljena verzija procesa odvija se ovako. Informacije o tome kako se grade proteini - i čitav organizam - sadržane su u DNK organizma. Kada stanica primi signal sa zahtjevom da proizvede određeni protein (pretpostavimo da je u pitanju jednostavni polipeptid), dvostruka zavojnica DNK razdvoji se u području kodirajućeg dijela niza. To područje slično je već spomenutom nizu predloška i sadrži informacije za taj konkretni protein. Područje DNK koje nosi kod za polipeptid (ili, točnije, za neki oblik RNK) zove se gen. SLIKA 68 Molekula DNK skladišti genetske informacije i replicira ih prilikom diobe stanice. Ekspresija te genetske informacije ne odvija se izravno, već se DNK prvo prepisuje u RNK. Informacija, uskladištena u četveroslovnoj abecedi nukleotida (koji koristi RNK) tada se prevodi u dvadeseteroslovni alfabet aminokiselina (koje se koriste za izgradnju
proteina). Prema središnjoj dogmi biologije, koju je prvi postavio Francis Crick, tok informacija slijedi strelicu na gornjem dijagramu. Konkretno, RNK može sintetizirati proteine translacijom, ali se reverzna translacija nikad ne događa. Procesom transkripcije svaki triplet DNK niza prepisuje se u odgovarajući kodon mRNK, tako da mRNK odnosi potpunu kopiju gena iz jezgre u citoplazmu stanice, zajedno sa informacijama o sekvenci aminokiselina. Organele zvane ribosomi tamo preuzimaju mRNK i koriste informacije sadržane u sekvenci kodona za sintezu proteina, nadovezujući redom aminokiseline, jednu za drugom. Taj proces zove se translacija, jer ribosomi samo prevode sekvencu iz kodona u sekvencu aminokiselina. Ključni igrač ovdje je tRNK, koju čine male molekule od kojih se svaka može vezati samo za određenu aminokiselinu. To povezivanje katalizira cijela šuma enzima; svaki enzim prepoznaje samo jednu određenu molekulu tRNK i odgovarajuću aminokiselinu. Sinteza proteina uvijek započinje metioninom (čiji je kodon AUG) i nastavlja se sve dok ribosom ne naiđe na neki od zaustavnih kodona (UAA, UAG ili UGA), poslije čega se protein oslobađa i sinteza je završena. (Ovo je opisna skica sinteze proteina, bar za prokariotske stanice. Kod eukariota proces je dodatno usložnjen prisustvom sekvence DNK koja ne kodira ništa. Potreban je dodatni korak da se ukloni ova, naizgled nekorisna informacija. Prostor nam ne dopušta da u ovoj knjizi dublje ulazimo u sintezu proteina, ali o toj temi možete naći mnoge odlične izvore,216 a nama, srećom, ne treba više detalja za nastavak razmatranja.) DNK, dakle, skladišti informacije i replicira ih kad se stanica dijeli. To je sve što ona radi. Neugodniji posao ekspresije informacija ostavljen je mnogo elastičnijoj RNK; uz korištenje univerzalnog genetskog koda informacija se prvo prepisuje iz DNK u RNK, a zatim prevodi u sintezu proteina. Kako su se pojavili sastojci života? Pretpostavimo za trenutak da su mnogi komplicirani koraci koji vode od proteina i ranih nukleinskih kiselina do prapretka LUCA, ako ne nužni,
onda bar shvatljivi kroz dobro poznate fizičke i kemijske procese. I dalje nam ostaje pitanje: kako su nastali prvi proteini i nukleinske kiseline? Ako je prijelaz s neorganske kemije na DNK i proteine rijetka pojava, onda imamo rješenje Fermijevog paradoksa, jer bez ovih velikih molekula ne može se učiniti ni prvi korak do prapretka LUCA, a kamoli do raznolikog života koji vidimo oko sebe. Život bez njih, koliko mi znamo, ne može postojati. Osnovni gradivni blokovi vitalnih makromolekula, čini se, lako se sintetiziraju. Aminokiseline, na primjer, nalazimo i u međuzvjezdanom prostoru217 i u eksperimentalnim pokušajima da oponašamo kemiju mlade Zemlje.218 Stanley Miller izveo je 1953. klasičan eksperiment u kojem je propustio električno pražnjenje kroz posudu s mješavinom vode, metana i amonijaka. Eksperiment je bio namijenjen proučavanju efekta električne struje koja prolazi kroz atmosferu mlade Zemlje. Miller je na kraju eksperimenta u posudi našao brojne organske spojeve. Drugi znanstvenici su kritizirali Millerov izbor atmosferskog modela, ali njegovi rezultati bili su neosporivo dramatični. Čini se vjerojatnim da su se aminokiseline mogle formirati na Zemlji ubrzo nakon njenog hlađenja. Aminokiseline su gotovo nezaobilazan dio organske kemije i savršen primjer “druželjubivosti” atoma ugljika. Isto tako, u eksperimentima sličnim Millerovom stvaraju se i šećeri, purini i pirimidini - komponente od kojih nastaju nukleinske kiseline - mada se mora priznati da su prinosi često niski. Iako detalje tek treba utvrditi, ne trebamo pretpostavljati kako su temeljni kemijski gradivni blokovi na kojima život počiva na bilo koji način iznimno rijetki. Manje se trebamo pouzdati u vjerojatnost prirodnih procesa koji bi ove komponente uspješno povezali u molekule života: nukleinske kiseline i proteine. Doista, ovo je pitanje zbog kojeg mnogi kreacionisti (i nekoliko znanstvenika) tvrde da je život na Zemlji jedinstven. Po njima, vjerojatnost da se nukleinske kiseline i proteini stvore slučajnim procesima odviše je niska. Razmotrite, primjerice, albumin seruma (serum-albumin), protein srednje veličine koji se proizvodi u jetri i izlučuje u krvotok, gdje obavlja više važnih funkcija. Serum-albumin je niz od 584 aminokiseline smotan u
sferu. On se u našem tijelu sintetizira po instrukcijama nukleinskih kiselina. Međutim, zamislite vrijeme prije nego je postojala DNK, tako da se molekula serum-albumina morala sintetizirati nadovezivanjem slučajno biranih aminokiselina. Šanse da se protein dobije na takav način doista su zanemarive (1:20584). Takvi su izgledi i za slučajni nastanak “početne DNK” - primitivnog niza nukleotida za koji neki znanstvenici smatraju da je bio neophodan za postanak života.219 Nastanak proteina slučajnim procesom Kako ima 20 aminokiselina, u svakom koraku vjerojatnost je 1:20 da će za nastavak niza biti izabrana prava aminokiselina. Prema tome, za serum-albumin, čiji niz ima 584 aminokiseline, vjerojatnost da će u svakom koraku biti izabrana prava aminokiselina, iznosi 1:20584 , što je isto kao 1:10760 . To je “nevjerojatno” niska vjerojatnost. Šanse su praktično nikakve da se protein sintetizira slučajnim procesom. Čak je i malom proteinu, kao što je citokrom c, sastavljenom od nešto više od 100 aminokiselina, vjerojatnost od samo 1:10130 da bude slučajno sintetiziran. U praksi, ni ovaj broj ne razlikuje se od nule. Početak života kao da pati od paradoksa “kokoš ili jaje”: DNK sadrži instrukcije potrebne za povezivanje aminokiselina u proteine, ali svakoj molekuli DNK potrebna je pomoć enzima (odnosno, proteina) da bi postojala, DNK stvara proteine koji stvaraju DNK koja stvara proteine. Što je bilo prvo? Iako se ove kritike čine fatalnim po tvrdnju da je život nastao slučajno, biokemičari su zadnjih godina postigli znatan napredak u njihovom negiranju. Detalji još nisu potpuni, ali nema razloga za pretpostavku da su problemi nepremostivi. Počnimo sa statističkim argumentom kojim se osporava primordijalna sinteza proteina. Doista nema gotovo nikakvih šansi da se molekula citokroma c, primjerice, slučajno sklopi. Ali, ako dopustimo da postoji prebiotička evolucija molekula, onda proteini mogu biti sintetizirani čistom slučajnošću.
Zamislite jezero na još uvijek mladoj Zemlji. Pretpostavimo da u jezeru ima samo 10 aminokiselina sposobnih za formiranje peptida; i pretpostavimo da peptid sastavljen od 20 aminokiselina pokazuje određena katalitička svojstva zbog kojih ga prirodni odabir podržava. Priroda sad treba isprobati samo 1020 kombinacija da bi čistim slučajem pogodila ovaj peptid - još uvijek veliki broj, ali on se može lako uklopiti u raspoloživi vremenski period. Kad peptid nastane, prirodna selekcija će povećati njegovu količinu u jezeru. Pretpostavimo da se u jezeru stvori 1000 različitih, “korisnih” peptida, svaki sa po 20 aminokiselina. Ako se dva takva peptida mogu povezati u jedinstven niz, formirat će se milijun različitih peptida od po 40 aminokiselina. Ponavljamo, priroda ima dovoljno vremena za isprobavanje svih kombinacija. Na isti način mogu se sintetizirati peptidi sa po 60, 80, 100 aminokiselina… drugim riječima, bilo je dovoljno vremena da u tom drevnom jezeru nastanu proteini. A na mladoj Zemlji bilo je na milijune jezera. (Konkretni proteini koji su nastajali sigurno bi bili povijesne zanimljivosti. Premotajte vrpcu povijesti i vidjet ćete da proteini koje mi koristimo vjerojatno izgledaju sasvim drugačije.) Slična tvrdnja, koja obuhvaća prebiotičku evoluciju molekula, može se upotrijebiti i protiv argumenta da je “početna DNK” nastala rukom proviđenja. Međutim, takvi argumenti možda nisu ni potrebni. Sve se više vjeruje da prvobitna samoreplicirajuća molekula nije bila DNK nego neka varijanta mnogo jednostavnije molekule RNK. Osim toga, RNK pruža i odgovor na paradoks “kokoš ili jaje”. Početkom osamdesetih godina prošlog stoljeća, Sidney Altman i Thomas Cech pokazali su da neke vrste molekule RNK mogu djelovati i kao katalizatori; one mogu igrati ulogu enzima. Ovi RNK enzimi (ili ribosimi) začeli su ideju o postojanju “RNK svijeta” - razdoblja u ranoj povijesti života kad je katalitička RNK omogućavala odvijanje svih kemijskih reakcija neophodnih za primitivne stanične strukture. U biti, prvo nije nastala ni kokoš ni jaje: katalitička je RNK djelovala i kao genetski materijal i kao skup enzima.220 Čini se da nema fundamentalnog razloga zbog kojeg bismo pretpostavili da se temeljne molekule života nisu mogle pojaviti kao rezultat prirodnih procesa koji se odvijaju s umjerenom vjerojatnošću. (Ipak, treba priznati da kemijski putovi koji vode do prve molekule RNK
još uvijek nisu objašnjeni. Daljnja evolucija staničnih struktura do prapretka LUCA također još nije jasna. Postoji više konkurentnih scenarija, svaki sa svojim prednostima i nedostacima. Također ostaje više ključnih pitanja, na primjer, zašto život koristi samo lijeve oblike aminokiselina i je li genetski kod koji vidimo jedinstven i stoga nužan ili je samo jedan od mogućih genetskih kodova. Međutim, napredak je na ovim područjima brz i možemo očekivati da će za nekoliko godina slika biti jasnija. Ako se, čak, pokaže da život ima potpuno drugačije porijeklo od ovog koje sam opisao, a postoji i još nekoliko drugih ideja, još uvijek nismo primorani prihvatiti hipotezu da je život nastao nekakvim bizarnim sretnim slučajem.) Evo, na kraju, i posljednjeg argumenta koji se odnosi na mogućnost da je mlada Zemlja bila mjesto postanka života: paradoksalno je, ali čini se da se život ovdje začeo previše lako!
SLIKA 69 Stromatoliti, slični ovima na slici, najstariji su poznati fosili. Najstariji od njih su stari 3,5 milijardi godina. Kad se život začeo na Zemlji? Život se, čini se, na Zemlji pojavio bez muke. Znamo da je naš planet nastao prije oko 4,55 milijardi godina. Najviše 700 milijuna godina nakon njegovog nastanka, tj. prije 3,85 milijardi godina, čini se da se na njemu razvio i život. Vjerujemo u to, jer neke sedimentne stijene u Isui na Grenlandu, koje spadaju među najstarije na Zemlji, sadrže izotope ugljika u odnosu koji ukazuje na odvijanje bioloških procesa. (Tumačenje ovih nalaza nije prošlo bez rasprave. Može se pokazati kako sličan izotopski odnos ugljika može nastati i kroz nebiološke procese. Ipak, mnogi biolozi prihvaćaju da je u to vrijeme postojao život.) Kako spomenute stijene spadaju u najstarije poznate stijene, možemo reći da je malo izravnih geoloških dokaza da je ikada postojalo vrijeme kad nije bilo života na Zemlji! Najstariji pronađeni fosili nisu mnogo mlađi od stijena iz Isue. Stromatoliti - uzvišenja nastala od slojeva cijanobakterija i zahvaćenog sedimenta - čuvaju se kao fosili u geološkoj skupini Warrawoona u zapadnoj Australiji. Ti stromatoliti su stari 3,5 milijardi godina. Naglost kojom se život pojavio gotovo da izaziva nelagodu. Spomenuti vremenski interval od 700 milijuna godina, nakon kojeg se pojavio život, jest maksimum koji se može sužavati sa oba kraja. Sjedne strane, sigurno je postojao nekakav evolucijski proces koji je doveo do oblika života pronađenih u grenlandskim stijenama; sigurno je da su cijanobakterije u Warrawooni imale jednako složenu biokemiju kao i drugi oblici života. Drugim riječima, ako pronađemo još starije stijene, možemo i u njima naići na tragove nekadašnjeg života - možda jednostavnijeg, ali svakako života. Život se gotovo sigurno pojavio prije nego je Zemlja bila stara 700 milijuna godina. S druge strane, život se nije mogao izboriti s uvjetima koji su vladali na vrlo mladoj Zemlji. (Početni period nakon nastanka Zemlje, negdje prije 4,55 do prije 3,9 milijardi godina, naziva se had. Stijene iz Isue nastale su u ranom arhaiku - prije 3,9 do prije 2,9 milijardi godina.) Kako je opisano na stranici 193, u prvom dijelu hada Zemlja je bila izrešetana udarima velikih tijela. Teško je i zamisliti silinu udara koji je tada dobro
uzdrmao Zemlju i od nje otkinuo materijal koji je kasnije postao Mjesec. Udar je zacjelo sterilizirao čitavu hadsku Zemlju. Ako je prije toga postojao ikakav oblik života, on nije mogao preživjeti udar. Zato je period od 700 milijuna godina koji je postuliran za pojavljivanje života, gornja granica; stvarni period vjerojatno je kraći od toga. Iako više stotina milijuna godina može izgledati dovoljno za razvoj života, treba se sjetiti da je udaljenost koja dijeli neživo od živog velika i da evolucija može biti spora. Poznata je rečenica biologinje Lynn Margulis: “Udaljenost između neživog i bakterije mnogo je veća od udaljenosti između bakterije i čovjeka”. Ipak, ova udaljenost prevaljena je relativno brzo. Nekim znanstvenicima teško je prihvatiti činjenicu da se život na Zemlji razvio tako rano bez vanjske pomoći i zato su spremni prihvatiti hipotezu panspermije (stranica 44). Ako je život doista stigao na zemlju iz svemira, onda tu postoje implikacije za Fermijev paradoks. One, međutim, ovise o točnom mjestu s kojeg su klice života stigle. Ako je život putovao kroz međuzvjezdani prostor i zasijao naš planet, onda bez sumnje u galaksiji postoji još bezbroj takvih planeta. Život bi postojao svugdje. S druge strane, neki astrobiolozi predložili su tezu da je život prvobitno nastao na Marsu, gdje su uvjeti za to bili mnogo povoljniji, a da se odatle prenio na Zemlju nošen stijenama koje su udari svemirskih objekata otkidali od površine Marsa. Kad je Mars izgubio vodu, život je tamo zamro. Kako su se uvjeti na Zemlji u međuvremenu “popravili”, on je procvjetao ovdje. Ako se to doista dogodilo, onda je život doista rijedak, čak i ako se lako začinje. Možda su za procvat života potrebna dva planeta: mali planet na kojem bi se začeo i, u blizini, jedan masivniji, koji bi životu osigurao dom na duže staze, kao i meteoriti koji svojim udarima transportiraju život s jednog planeta na drugi. Takva kombinacija okolnosti bila bi sasvim nevjerojatna. Pronalaženje života na drugim svjetovima Postoji, naravno, izravan način da se utvrdi može li život nastati u prirodnim uvjetima: možemo ga pokušati pronaći na drugim planetima.221 Aktivnost SETI jedan je način da se to učini, ali ima i drugih. Možemo potražiti primitivan život negdje drugdje u Sunčevom sustavu. Ako negdje drugdje pronađemo život, makar to bio i najjednostavniji mikroorganizam,
bar ćemo znati da život nije jedinstven za Zemlju. Pronalaženje života na drugim svjetovima gotovo sigurno bi nam reklo nešto o tome kako je nastao ovdje.222 Ključni sastojak života je voda. Pronađite vodu i ima šansi da ćete pronaći i život. Skoro pouzdano znamo da je na Marsu u prošlosti bilo vode. Dakle, postoji vjerojatnost, ma koliko mala, da se na Marsu pronađu fosilni ostaci marsovskog života. U današnjem Sunčevom sustavu bar tri tijela, pored Zemlje, mogu imati oceane. Dva Jupiterova satelita - Europa i Kalisto - mogu imati oceane vode ispod svoje površine. Ova tijela su, naravno, daleko od topline Sunca i njihova površina je prekrivena ledom, ali geotermalno i plimsko zagrijavanje mogli bi biti dovoljni da vodu duboko ispod površine održe u tekućem stanju. Titan, satelit Saturna, mogao bi ispod površine imati ocean od amonijaka i vode. Ta tri mjesta možda mogu biti dom - doista, samo možda - vanzemaljskom životu. To ne bi bio život s kojim bismo mogli uspostaviti komunikaciju. Ali, ako bismo znali da je život u našem Sunčevom sustavu neovisno nastao više odjednom, kako bismo uopće mogli tvrditi da je rijedak u galaksiji? Naravno, misije na Europu i Kalisto, i kasnije na Titan, trebaju biti prioritet.223
SLIKA 70 Ako ispod leda Europe postoji ocean, onda čega vjerojatno istraživati hidrobot, kao na ovoj umjetnikovoj viziji. NASA trenutno radi na detaljima slanja hidrobota na Europu, koji se treba probiti kroz led do oceana, trudeći se da ga ničim ne kontaminira, te da povratne informacije pošalje na Zemlju. Rješenje 44: Prokarioti rijetko prelaze u eukariote Život se može promijeniti. —Percy Bysshe Shelley, Hellas Brzina kojom su se stanice pojavile na Zemlji za neke biologe znači da je postanak života iz nežive tvari izravan proces. Ako je Zemlja tipična, onda milijuni planeta u galaksiji moraju biti staništa života na nivou
mikroba. Međutim, iako eukarioti mogu biti isto tako stari kao arheje i bakterije, biokemijskom stroju eukariotske stanice trebalo je dugo da dostigne današnji stupanj složenosti. Možda milijun godina ili više. Za razvoj krupnih višestaničnih organizama trebalo je još i duže vremena. To nas ne treba iznenaditi, jer su eukariotske stanice neusporedivo složenije od prokariotskih i moralo je proći više evolucijskih faza prije nego su različite eukariotske stanice naučile surađivati i učinkovito funkcionirati u skupini. Međutim, možda ovo dugo vrijeme znači da je dostizanje eukariotskog stupnja življenja težak i zavojit put. Najvjerojatnije se složeni višestanični život bilo gdje u galaksiji mora razviti iz jednostaničnog života mikroba. Možda se složeni eukariotski život, sposoban za komuniciranje preko međuzvjezdanih prostranstava, još nije razvio na drugim planetima. Možda to objašnjava svemirsku tišinu. Možda je galaksija ispunjena svjetovima na kojima se život zaustavio na prokariotskom stupnju. Kako je nastala promjena prokariotskog načina života koji je tako dugo dominirao Zemljom, u eukariotski način života koji danas vidimo oko sebe? Da bismo odgovorili na to pitanje i pokušali shvatiti je li eukariotski život možda rijedak, trebamo malo objasniti razlike između te dvije vrste stanica. Razlike između prokariotskih i eukariotskih vrsta stanica Kako god gledali na to, bakterije su oduvijek bile najuspešniji oblik života na Zemlji. Njihova jednostavnost, kombinirana s potencijalom da se brzo razmnožavaju, skoro je jamčila uspjeh. One razvijaju biokemijske odgovore na izazove okoline tako da njihove vrste, iako naizgled međusobno slične, imaju različit metabolizam i mogu naseljavati široki spektar niša. One su, također, vrlo otporne i neke vrste ostale su milijardama godina nepromijenjene. Složeni eukariotski oblici života, kao što su biljke i životinje, mnogo su manje robusni. Oni su podložni masovnim izumiranjima i tipični životni vijek životinjskih vrsta čak se i pri uobičajenom stanju stvari mjeri milijunima a ne milijardama godina. Bez obzira na to, eukariotski način života mnogo je zanimljiviji od prokariotskog. Eukarioti razvijaju morfološke odgovore na izazove okoliša - oni razvijaju nove oblike tijela i tjelesnih dijelova, što vodi raznolikosti i osvježavanju, nepoznatim kod prokariota.
Stanica prokariota ima vrlo čvrstu stijenku ili vrlo čvrstu membranu, dok stanica eukariota ili nema stijenku ili je ona vrlo elastična. U tome je glavna razlika između ovih vrsta stanica. Spomenuta fleksibilnost omogućuje eukariotski m stanicama da mijenjaju oblik i koriste citozu - proces u kojem se stanična membrana uvlači stvarajući unutarstaničnu vakuolu. Mnogi stanični procesi koriste citozu, ali je možda najvažnija uloga ovog procesa u fagocitozi. Eukariotska stanica u fagocitozi obuhvati česticu hrane u vakuolu, u kojoj je tada probavljaju enzimi. Takvo je hranjenje “grabljenjem” mnogo efikasnije od načina hranjenja bakterija: lučenja probavnih enzima u okoliš i kasnije apsorbiranje nastalih molekula. Drugo, razlika je to što eukariotske stanice imaju jezgru, od citoplazme odvojenu s dvije membrane, koja sadrži staničnu DNK. Eukariotske stanice imaju i organele (male organe), koje su od citoplazme odvojene membranama. Organele obuhvaćaju mitohondrije (igraju glavnu ulogu u metabolizmu energije) i plastide (sudjeluju u fotosintezi u biljkama i algama). Početkom sedamdesetih godina prošlog stoljeća, Lynn Margulis iznijela je mišljenje da su organele morale nastati kroz simbiozu. Njen argument bio je da su, prije više milijardi godina, primitivne eukariotske stanice koristile fagocitozu da ugrabe manje prokariotske stanice kao hranu. Neke prokariotske stanice možda su bile neprobavljive i ostajale su neko vrijeme u eukariotskoj stanici. Neke od tih prokariota nešto su i radile, primjerice, proizvodile energiju mnogo efikasnije od svojih domaćina. Obje stanice imale su korist od udruživanja i obje su imale prednost pri odabiru kad bi došlo vrijeme da proslijede svoje gene. Ono što je na početku izgledalo kao neprobavljiv komadić hrane, postalo bi nužno za glatko funkcioniranje eukariotske stanice. Podrška ovoj ideji došla je iz proučavanja sekvence DNK. Mitohondriji i plastidi imaju vlastite DNK, drugačije od DNK iz stanične jezgre. Ispostavlja se da su mitohondrijska DNK i DNK plastida mnogo bliže prokariotskoj nego eukariotskoj DNK. Mitohondriji, na primjer, vjerojatno dijele najbližeg zajedničkog pretka s današnjim simbiotskim purpurnim nesumpornim bakterijama. (Izravan dokaz za Margulisinu hipotezu vjerojatno je izbrisan tijekom milijardi godina evolucije, ali hipoteza je toliko uvjerljiva da je najšire prihvaćena.) Između dvije vrste stanica postoji još jedna velika razlika. Nasuprot prokariotima, novi eukarioti mogu nastati spajanjem gameta dvaju roditelja.
To znači da se mogu spolno razmnožavati. Osim toga, količina genetskih informacija koju skladište eukarioti (i prosljeđuju spolnim putem ili partenogenezom) veća je od one koju skladište prokarioti. Naposljetku, eukarioti imaju citoskelet. Citoskelet je izgrađen od aktinskih vlakana koja se suprotstavljaju silama kidanja, i mikrotubula koje se suprotstavljaju smicajnim silama i silama pritiska koje mogu djelovati na stanicu. Na taj način, čak i bez čvrste vanjske stijenke, eukariotske stanice mogu održati svoj oblik i cjelovitost. Međutim, citoskelet može i više: on može razvući stanicu u bilo koji privremeni oblik, rasporediti organele u različite položaje i omogućiti stanici da se poveća. Aktin i tubulin, strukturni proteini koji formiraju citoskelet, pripadaju, dakle, proteinima najvažnijim za razvijanje složenog života. Koliko je vjerojatno da nastane eukariotska stanica? Je li bio nužan ovaj prijelaz od primitivne stanice do impresivne složenosti suvremene eukariotske stanice? Ili je posrijedi samo sretan slučaj? Na ta pitanja teško je odgovoriti i zbog toga što su se mnogi koraci toga prijelaza dogodili tako davno. Jedan od prvih koraka morao je biti gubljenje čvrste stanične stijenke, iako bi to bilo fatalno za većinu organizama. (Penicilin, primjerice, djeluje tako što blokira formiranje stanične stijenke bakterija. Bez čvrste stijenke koja ih štiti, većina jednostaničnih organizama ranjiva je na napade iz okoliša.) Tek se na kraju pokazuje da je oslobađanje od stanične stijenke iznimno korisno, jer omogućuje proces fagocitoze. Ali fagocitoza se razvila tek kasnije i nije mogla ponuditi izravnu korist organizmima koji gube stijenku. Evolucija nema moć predviđanja. Ako organizam može preživjeti ovdje i sada te proslijediti svoje gene potomstvu, svaki potencijal koji možda ima bit će izgubljen. Pojedini organizmi su nekako, a mi još ne razumijemo kako, uspjeli upotrijebiti nove strukturne proteine, aktin i tubulin, i tako razviti citoskelet koji im je pomogao preboljeti gubitak stijenke. Kakva je vjerojatnost da se to dogodi? Ne znamo. Porijeklo organela bolje je objašnjeno. One su nastale simbiozom, kao, vjerojatno, i jezgra. Ali, što je s porijeklom onoga što je možda inovacija važnija od svih - suradnje među stanicama?
Višestanični organizmi Dio prokariota prihvatio je višestanični način života. Stromatoliti se, primjerice, sastoje od bakterijskih kolonija. Ipak, općenito gledajući, prokariotske su stanice samotnjaci (čak i u slučaju stromatolita, upitno je jesu li to stvarno “organizmi”). Tijekom većeg dijela Zemljine povijesti i eukariotske stanice živjele su izolirano, a zatim je došlo do znatne promjene: neke eukariotske stanice otkrile su prednosti udruživanja. Kako stanice nemaju vanjske stijenke koje bi ih odvojile od okoliša i drugih stanica, one su mogle slobodno razmjenjivati informacije i materijal. Posljedica toga je svijet kakav danas vidimo - tri nevjerojatno složena i raznolika carstva organizama: gljive, biljke i, najsloženije od svih, životinje. Ne znamo šta je natjeralo eukariote da ujedine svoje resurse. Nije čak sasvim jasno ni kad se zbio prijelaz na višestanični način života. Ključni događaj u povijesti života bila je kambrijska eksplozija od prije 540 milijuna godina, kad su nastali brojni planovi tjelesne građe. Ta eksplozija, čini se, bila je najvažniji korak na putu razvoja inteligentnog života na Zemlji. U kambrijskoj eksploziji nastali su fosili široke lepeze životinjskih vrsta, pa znamo da su životinje tada sigurno postojale. Međutim, iz pronađenih dokaza možemo zaključiti samo da su u kambrijskoj eri postojale velike životinje s čvrstim dijelovima tijela. Sasvim je moguće da su i prije kambrija postojale životinje mekanog tijela koje nisu mogle ostaviti fosilne tragove. (Nematode su, primjerice, danas najzastupljenija vrsta životinja. One su sigurno postojale barem od kambrijske eksplozije, pa ipak nisu ostavile ni najmanji fosilni trag.) Ispitivanje sekvence gena navelo je neke biologe na mišljenje da su životinje nastale prije milijardu godina, što, ako je istina, znači da se fosili odnose samo na polovicu povijesti životinjskog života na Zemlji. Bez obzira na to jesu li životinje nastale prije milijardu godina, prije pola milijarde godina ili u međuvremenu, ostaje činjenica da su se na Zemlji kasno pojavile. Jednostanična bića bila su tu ubrzo nakon što se Zemlja ohladila. Složenim bićima trebalo je dodatnih tri milijarde godina da se razviju. Zašto se toliko čekalo na višestanični život? Prema jednom (još neprihvaćenom) mišljenju, pokretač kambrijske eksplozije bio je porast koncentracije kisika u atmosferi.224 Na početku Zemljine povijesti slobodni kisik praktično nije postojao. Taj nedostatak
kisika nije bio problem za primitivne prokariote. Za prve žive organizme, čak i za neke današnje bakterije, izlaganje kisiku znači sigurnu smrt. Međutim, organizmi, kao što su cijanobakterije, proizvode kisik kao nusproizvod svog metabolizma. Tijekom dvije milijarde godina (od prije 3,7 do prije 1,7 milijardi godina), ti organizmi ispuštali su kisik u okoliš. Najčešće je postojalo dovoljno načina da se taj kisik zarobi, na primjer, vezivanjem za željezo, rastopljeno u oceanu, ali na kraju su se svi takvi potrošači kisika zasitili i njegov sadržaj u atmosferi počeo je rasti. Za mnoge organizme tako je došao zadnji čas. “Kriza kisika” morala je biti najveće masovno izumiranje, jer se mnoge vrste prokariota nisu mogle prilagoditi sve većim količinama tog otrova. Neki organizmi su, međutim, to iskoristili i razvili metabolizam temeljen na kisiku, razlažući hranu do ugljik-dioksida i vode. Ovaj metabolizam kisika proizvodio je više energije od anaerobnog metabolizma i organizmi su napredovali. Najbolje su napredovali eukarioti. Međutim, čak i u vrijeme prije 550 milijuna godina koncentracija kisika u atmosferi, kao i u oceanima, bila je mnogo niža od današnje. Svaka životinja koja je eventualno živjela prije ovog perioda morala je dobivati kisik u tkivo putem difuzije, što je spor proces. Te hipotetičke životinje nisu imale ni srce (zapravo nikakvu pumpu), ni krvotok. One su morale biti sitna, paučinasta bića, pa ne čudi što nisu mogla ostaviti fosile. Ali tada, zbog razloga koji nije sasvim jasan, u kambrijskom periodu ponovo je porasla koncentracija kisika u atmosferi. Dogodilo se nekoliko bitnih evolucijskih unapređenja: pojavile su se škrge, hemoglobin u krvi, srce - sve što je bilo potrebno morskim životinjama da bolje iskorištavaju kisik i učinkovitije ga dopreme do tkiva. Životinje su postale veće i krupnije i mogle su razvijati različite specijalizirane organe. Možda je pojava grabežljivaca natjerala neke vrste da razviju zaštitu u obliku čvrste ljušture - i tako su životinje konačno mogle postati fosili. Smatra se, dakle, da je kambrijsku eksploziju izazvao porast udjela kisika u atmosferi. A, možda taj događaj baš i nije bio nužan. Možda na drugim planetima ne nastaju veliki višestanični organizmi. * * * Kako smo vidjeli, treba prijeći mnogo koraka od jednostavnih jednostaničnih organizama do složenih organizama, sastavljenih od grupa stanica koje međusobno surađuju. Na Zemlji su trebale proći milijarde
godina da bi se na kraju pojavile životinje. Još uvijek nije jasno koji su od navedenih koraka najvažniji i koliko je vremena bilo potrebno da se svaki izvede, a može se dogoditi da su za neke od njih važnije promjene okoliša nego biološke promjene. Teza da se u galaksiji život zaustavio na jednostaničnom stupnju bar je prihvatljivo rješenje Fermijevog paradoksa. Možda jednog dana posjetimo druge planete i tamo otkrijemo oceane koji vrve od neobičnih, mikroskopskih organizama - sve puno života, ali na niskom stupnju. Možda se nigdje drugdje biološki i ekološki događaji nisu odvijali u nizu koji bi doveo do evolucije životinja a tako i do inteligentnih vrsta s kojima bismo mogli komunicirati. Rješenje 45: Vrste koje izrađuju alate su rijetkost Čovjek je životinja koja pravi alate. —Benjamin Franklin (naveo James Boswell u Johnsonovom životu) Put od prvih eukariotskih stanica do današnjih životinja bio je krivudav i, mnogi bi rekli, nikako nužan. Mnogo je prepreka na tom putu trebalo prijeći da bi životinje postale ono što su sad i možda odgovor na Fermijevo pitanje leži u tim preprekama. Ali, pretpostavimo da kad nastane eukariotska stanica, sve ostalo ide samo od sebe i da će se, uz dovoljno vremena, na planetu sigurno pojaviti napredan životinjski svijet. Slijedi li iz toga da će nastati i neka životinjska vrsta koja može napraviti radioteleskop? Možda i ne. Ljudi oduvijek traže onu jedinstvenu karakteristiku Homo sapiensa po kojoj se on razlikuje od ostalih životinja na Zemlji, a čest kandidat za nju su izrada i upotreba alata. “Čovjek - tvorac alata” moćna je slika. Ako je izrada oruđa jedinstvena za ljude, ako je od milijardi vrsta koje su živjele na Zemlji samo Homo sapiens svladao tu vještinu, onda bismo tako dobili rješenje Fermijevog paradoksa. Možda su sposobnosti izrade i korištenja oruđa rijetke u cijeloj galaksiji, a bez alata ne može se napraviti svemirski brod ili “svjetionik” pomoću kojih bi pretpostavljena biološka vrsta objavila svoju prisutnost u dubinama svemira.
* * * U vezi sa ovom tezom postoji velik problem: mnoge vrste koriste oruđa, a tek malobrojne ih i prave. Na primjer, mnoge vrste ptica koriste grančice da bi ispod kore drveta iščeprkale ličinku. Morska vidra pritišće pljosnat kamen na prsa i koristi ga za razbijanje ljuštura rakova. Ose sitnim šljunkom skrivaju ulaze u humke u kojima legu jaja. Egipatski supovi hvataju kamenje kandžama i ispuštaju ga u nojeva gnijezda da bi razbili jaja. Dugačak je popis alata koje životinje koriste. Naravno, nijedan od ovih primjera nije ono što mi podrazumijevamo pod upotrebom oruđa. Ovakva ponašanja životinja vrlo su stereotipna; to su specifični, ponovljeni odgovori na određene probleme. Promijenite prirodu problema i zbunit ćete životinju. Ni u jednom primjeru ona ne doživljava uvid; svi ti naizgled složeni obrasci ponašanja jesu inteligentna posljedica evolucije koja zaobilazi mozak. Ako želimo bolje primjere upotrebe oruđa, moramo pogledati primate. Sada i Homo sapiens počinje izgledati kao nešto specijalno, ako ne i jedinstveno, jer se čak i među primatima rijetko može naći “pravi” primjer upotrebe oruđa. Ako izuzmemo velike majmune, na koje ćemo se uskoro vratiti, jedini primat koji u divljini spontano koristi oruđe jest kapucin (majmun sa vergla uličnog svirača). Promatrači na terenu primijetili su da kapucini koriste kamenje i štapove u različite svrhe. Između ostalog, koriste ih da bi nabavili hranu i obranili se od grabežljivaca. U laboratorijskim uvjetima kapucini nauče pomoću štapova doći do oraha u različitim eksperimentalnim okruženjima. Međutim, kapucini nisu sposobni stvarno razumjeti načela upotrebe oruđa i shvatiti zašto određena tehnika radi ili ne radi. Promatrajte ih i zaključit ćete da se sve što rade temelji na pokušajima i pogreškama. Od svih životinja, čimpanza najkreativnije koristi oruđe u divljini. Čimpanze u zapadnoj Africi, primjerice, koriste kameni čekić i kameni “nakovanj” za krckanje oraha (i to čine učinkovitije nego ja za Božić). Kamenje prikladno za taj posao često se ne nalazi u blizini i čimpanze ga donose s velike udaljenosti. Te čimpanze planiraju unaprijed. Čimpanze iz Tanzanije koriste različite grane za mnoge svrhe koje, ako treba, prethodno preoblikuju. Ove čimpanze prave oruđe. Uz to, koriste različite dijelove zelenila - listove banana kao suncobrane, manje lišće za uklanjanje
prljavštine, a sažvakano lišće služi im umjesto spužve. Možda su još dojmljivija postignuća Kanzija, majmuna kojeg neki uzdižu do Edisona životinjskog carstva. Kanzi je bonobo (vrsta Pan Paniscus koja je, uz bliskog srodnika čimpanzu, nama najbliža u životinjskom carstvu). Pored mnogih drugih uspješno obavljenih zadaća, Kanzi je svladao i “osnovni tečaj” pravljenja kamenog oruđa. (Ovo ipak ne treba precjenjivati. Kanzi je obučavan da traži odgovarajuće kamenje i od njega odlama kamene listiće kojima može prerezati konopac. Nakon otprilike godinu dana, Kanzi je sam došao do otkrića koja su unaprijedila naučenu tehniku. Međutim, kameni listići koje je pravio bili su mali; Kanzi očito nije razumijevao svojstva kamena i nije mogao shvatiti kako najbolje treba lomiti kamen da bi nastao velik, upotrebljiv listić. Osim toga, bonobi nikad nisu viđeni da oruđe koriste u divljini. Kanzija su intenzivno učili i uvježbavali ljudi.)
SLIKA 71 Ova mezolitska kremena oruđa - male oštrice i strugači - stare su od 9000 do 8500 godina. Njihova izrada je potpuno izvan sposobnosti životinja. Poučak koji treba izvući iz ovih primjera vjerojatno glasi: životinje koriste oruđe zato što to mogu. Upotreba alata manje ukazuje na prirodnu inteligenciju životinje nego na njene manipulative sposobnosti (i evolucijska prilagođavanja koja je konkretna vrsta doživjela da bi se uskladila sa svojom ekološkom nišom). Ptica može koristiti kljun za različite svrhe, slon za to može koristiti surlu, a čimpanza ima sreću što posjeduje šaku koja može manipulirati objektima na različite načine.
Međutim, deva, krava i mačka nikad neće postati spontani korisnici alata, ne zato što su ove životinje inferiorne u odnosu na ptice ili manje inteligentne od čimpanze, već jednostavno zato što im nedostaje potrebna manipulativna sposobnost. Pretpostavljamo da bi one koristile alate, kad bi to mogle. Čovječanstvo ima sreće: naša vrsta ima šaku, sposobnu za zapanjujuće široku lepezu aktivnosti. (Obratite pažnju na sve različite načine na koje koristite šaku tijekom svakodnevnih aktivnosti. Iznenadit ćete se.) Mi odlično pravimo alate jer imamo manipulativne sposobnosti koje nam to dopuštaju, a kad to kombiniramo s našim drugim svojstvima, kao što su govor i društveni život, nije teško razumjeti zašto se naša oruđa razlikuju od onih koja koriste druge vrste. (Stav koji sam opisao dosta se razlikuje od tradicionalnog gledišta, koje drži da smo bolji alatničari od drugih životinja zato što smo inteligentniji od njih. Međutim, može se ozbiljno tvrditi da je korištenje oruđa kod pračovjeka bilo jedan od pokretača razvoja njegove inteligencije - koja je onda iskorištena za druge svrhe. Mreža živčanih putova, potrebnih da se upravlja preciznim pokretima ljudske šake i aktivnostima, kao što je bacanje koplja na plijen u pokretu, apsolutno je jedinstvena - i sasvim neponovljiva kod današnjih robota.)225 U tom slučaju, moramo se zapitati: kakve su šanse da neka vanzemaljska vrsta prođe isti evolucijski put kao čovjek? Naravno, vanzemaljci ne moraju imati šaku s pet prstiju da bi napravili radioteleskop; tok evolucije ne mora biti identičan. Ali, da bi razvili naprednu tehniku, oni bi morali imati neku vrstu sposobnosti preciznog manipuliranja (bez obzira na to koriste li kandže, pipke ili nešto što ne možemo ni pojmiti), kombiniranu možda s nekim drugim osobinama, kao što je, primjerice, stereoskopski vid. Ne možemo prosuđivati o tome koliko je ovakav ishod evolucije vjerojatan ili nevjerojatan, ali teško je povjerovati da baš nijedna druga vrsta nije razvila potrebne manipulativne sposobnosti. Izrada alata možda je još jedna prepreka koju je potrebno prijeći ako vrsta želi komunicirati, pa ipak to je i još jedan način da svijet prepun života ne proizvede civilizaciju sposobnu da komunicira s nama. To, samo po sebi, ipak ne može biti objašnjenje Fermijevog paradoksa.
Rješenje 46: Tehnološki napredak nije nužan Napredak, isključivo čovjekova osobina. —Robert Browning, Smrt u pustinji Čovjek je danas jedina vrsta hominida na Zemlji, ali donedavno, do prije oko 30.000 godina, dijelio je planet s još najmanje jednom ljudskom vrstom. Sigurno je da smo postojali istovremeno s Homo neanderthalensisom, a možda i s Homo erectusom. (Trideset tisuća godina jest dugo, ali to je samo tren univerzalne godine. Čak i u povijesti naše vrste, to je tek trećina našeg postojanja.) Taj uvid, da nekada nismo bili sami, sasvim je novog datuma, jer mnogi antropolozi držali su se uvriježenog mišljenja da je isključivo jedna vrsta hominida živjela u određenom vremenskom periodu. Prema tom mišljenju, mora da su nam neandertalci bili preci. Nedavni nalazi, međutim, isključuju tu mogućnost. Proučavanja mitohondrijske DNK Homo sapiensa i Homo neanderthalensisa pokazuju da se radi o dvjema genetski udaljenim vrstama. Nalazi su poduprti nedavnim računalnim rekonstrukcijama lubanja neandertalaca i ranih suvremenih ljudi: lubanja im se razvijala sasvim drugačije. Dakle, Homo sapiens i Homo neanderthalensis dvije su posebne vrste koje su dijelile zajedničkog pretka u dalekoj prošlosti - možda prije 500.000 godina, prije nego su krenule svaka na svoju stranu. Također je, čini se, jasno da neandertalci nisu bitno pridonijeli zalihi gena suvremenog čovjeka, iako je u prošlosti bilo određenog miješanja vrsta.226 Zemlju je možda u razna vremena naseljavalo 20 i više vrsta hominida, a neke od njih postojale su istovremeno. Pogrešna je ona jednostavna predodžba o evoluciji hominida prema kojoj je čovjekoliki majmun postepeno evoluirao u “naprednije” vrste, kako bi evoluciju naposljetku završio s čovjekom. Točnije je da je Homo sapiens jedina preostala grančica na izuvijanoj grani stabla evolucije. Različite vrste hominida zauzimale su svoje niše, a svaka je imala svoje vještine i karakteristike. Mi tek površno poznajemo ranije vrste hominida, ali zato znamo mnogo više o našim najbližim rođacima, neandertalcima. (Naši najbliži, još živi rođaci jesu veliki čovjekoliki majmuni; s njima dijelimo zajedničkog pretka koji je živio prije otprilike pet milijuna godina.) Poučno je podsjetiti
se sposobnosti i postignuća naše sestrinske vrste. Neandertalci su živjeli teško i kratko, ali kao vrsta opstali su dugo - mnogo duže nego što čovječanstvo postoji na Zemlji. Oni su naseljavali veliki dio Zemljine površine i borili se s ozbiljnim klimatskim promjenama - uspješno su ispunjavali svoju biološku nišu. Ima određenih dokaza o tome da su neandertalci sahranjivali svoje mrtve (mada je pod znakom pitanja je li ova praksa povezana s ritualom suvremenog sahranjivanja ljudi). Ima i nešto dokaza, na temelju analiza lubanja neandertalaca, da su oni možda fizički bili sposobni za govor (iako je vjerojatnije da nisu imali mogućnost komuniciranja na naš način). Posebno je zanimljivo da su donekle znali kako se pravi oruđe musterijen (prema francuskoj pećini Le Moustier u kojoj je takvo oruđe prvi put pronađeno). Musterijensko oruđe bilo je od kamena i raznih oblika. Musterijenski obrtnici su, dakle, istovremeno držali u glavi više planova za izradu oruđa i, detaljno poznajući svojstva kamena, izrađivali prekrasno konstruirane elemente za ugradnju. Neandertalci možda nisu mogli parirati ljudskim postignućima, ali sigurno nisu bili tupavi.227 Međutim, tijekom svog postojanja na Zemlji, neandertalci su pokazali vrlo malo kreativnosti i želje za inovacijama. Ako su upražnjavali umjetnost, ona nije preživjela; ako su poznavali glazbu, ni njihovi instrumenti nisu preživjeli. Njihove tehničke vještine, iako prilično učinkovite, nisu napredovale onako nužno kako bismo mi očekivali. Kasniji musterijenski alati nisu bili ništa bolji od onih prvih. Neandertalci su brzo naučili obrađivati kamen, ali to je bilo sve - kosti i rogove, primjerice, nisu vidjeli kao materijal za izradu oruđa. Stoga, ako prihvatimo da su neandertalci bili inteligentni, onda tu imamo primjer inteligentne vrste koja pravi oruđe i preživljava 100.000 godina, a da pritom nije postigla znatan tehnički napredak. Oni su, zbog razloga koji još nisu sasvim jasni, samo nestali, a da za sobom nisu ostavili ni zupčanik, a kamoli radio-teleskop. Možda takva slika postoji i na drugim svjetovima. Možda zbog nekog razloga (nepostojanja jezika, nedostatka “stvaralačke iskre”, nedostatka koordinacije oko-ruka, nedostatka nečeg trećeg) vanzemaljske vrste dostižu razinu izrade oruđa, a zatim tu stanu. Možda galaksija vrvi vrstama koje majstorski obrađuju drvo, kamen ili kost, ali dalje se ne razvijaju. Mi ne
čujemo o IZC zato što nijedna od njih nema potrebnu tehniku. Drugim riječima, ne postoje IZC koje su sposobne da komuniciraju. Slabost tog prijedloga u tome je što je po njemu nužno da se sve vrste koje su naučile izrađivati oruđe razvijaju na isti način. Neuvjerljiv je isto kao i neka sociološka objašnjenja prema kojima se sve IZC moraju ponašati na isti način. Naposljetku, čak i ako se pokazalo da su vrste hominida, u načelu, neuspješni tehnički inovatori, jedan član porodice hominida u tome je iznimno uspješan. Jedna od oko 20 vrsta hominida otkrila je koristi od neprestanog napredovanja. Ako ovakav odnos vlada i na drugim mjestima, šanse da pronađemo IZC i nisu tako slabe. Međutim, prije nego sasvim odbacimo prijedlog, treba istaknuti da tijekom većeg dijela svoje povijesti nismo bili nimalo tehnički inventivniji od neandertalaca. Naša tehnologija i naša umjetnost zablistale su tek u zadnjih 40.000 godina.228 (Špiljska kromanjonska umjetnost doista je fascinantna. Ona je prepoznatljivo ljudska i prenosi nam poruke davnih milenija. S njom se ne može usporediti ništa što je ranije pronađeno.) Sve do te eksplozije kreativnosti, čini se da su dvije paralelne vrste hominida bile u istom stanju stagnacije. Otkud ta iznenadna promjena? Nudi se više objašnjenja. Možda ju je iniciralo otkriće jezika. Možda se eksplozija dogodila mnogo ranije, ali njeni tragovi, stariji od 40.000 godina, nisu sačuvani. Možda su ljudi od prije više od 40.000 godina izgledali savršeno anatomski, ali im mozak nije savršeno radio. Ili su se kulturna znanja sporo gomilala sve dok prije 40.000 godina nisu dostigla kritični prag. Ne znamo. Možda je i to što je izazvalo eksploziju bio samo neki sretan slučaj. Ako jest, onda možemo očekivati da je tek mali broj IZC koje su sposobne za komunikaciju. * * * Još nešto na kraju. U Fermijevom paradoksu prešutno se prihvaća ideja eksponencijalnog rasta znanja i tehnologije. Možda većina nas vjeruje, svjesno ili nesvjesno, da su se prvi ljudi nalazili na “ravnom” dijelu krivulje rasta gdje napredovanje proizvodi male efekte. Napredovanje s vremenom daje sve veće efekte kako bi stiglo do današnjih dana kad računala slijede Mooreov zakon. Produžavamo ovu eksponencijalnu krivulju u budućnost i zamišljamo da će naši potomci imati pristup nevjerojatno moćnoj tehnologiji. A ako su IZC daleko ispred nas, očekujemo da i one imaju
nevjerojatno moćnu tehnologiju. Ali, to je možda pogrešno. U prirodi eksponencijalne krivulje nikad se ne nastavljaju u beskonačnost. Možda je pogrešna sama ideja tehnološkog napretka koji se nastavlja sve dok vrsta ne bude u stanju putovati ili bar komunicirati kroz međuzvjezdano prostranstvo. Ovaj prijedlog izgleda iznimno pesimistično, bar meni. Čak i uz našu sadašnju tehnologiju možemo “zagrebati” po problemu komuniciranja sa zvijezdama. Dajte čovječanstvu još stotinu ili tisuću godina i tko zna što će postići. Rješenje 47: Inteligencija koja se može mjeriti s ljudskom je rijetkost Um je veliki pokretač svega; čovjekova je misao proces u kojem se na pitanja o ljudskoj sudbini neprestano daju odgovori. —Daniel Webster Kada je Fermi upitao: “Gdje su svi?”, to “svi” odnosilo se na inteligentna vanzemaljska bića. Iako bi otkriće bilo kakvog života vani bilo iznimno važno, mi tragamo za inteligentnim životom. Pretpostavljamo da samo inteligentni život može putovati između zvijezda i da samo s njim možemo komunicirati, da s njim razmjenjujemo iskustva i učimo od njega. Ali, možda je inteligencija, ona koja razumije zakone fizike i u stanju je konstruirati radio-teleskope, rijetka u svemiru? Na Zemlji je živjelo možda čak 50 milijardi vrsta, pa ipak je samo jedna od njih pokazala neophodnu inteligenciju. Možda je postanak inteligencije bio sretan slučaj, pa član f i u Drakeovoj jednadžbi ima malu vrijednost. Postoje mnogi aspekti ovog pitanja, ali ovdje imamo prostora samo za dva. Prvo, što je inteligencija? Drugo, kako se ona razvila? Što je inteligencija? U kontekstu aktivnosti programa SETI, vrstu možemo prihvatljivo nazvati inteligentnom ako je u stanju sagraditi radio-teleskop. Problem je s tom definicijom što je prema njoj čovječanstvo postalo inteligentno tek prije 50 godina! Takva definicija može zadovoljiti praktične kriterije, ali
neodrživa je s filozofskog stanovišta. Mora postojati bolji način da se izrazi suština inteligencije. Uobičajeni pristup definiranju inteligencije jest kroz mogućnost obavljanja nekog intelektualnog zadatka koji smatramo teškim, kao što je igranje šaha ili rješavanje matematičke jednadžbe. Međutim, od samih tih aktivnosti nije mnogo teže napisati program za igranje šaha ili program za automatsko rješavanje jednadžbi. A taj softver očito nema inteligenciju. Za programiranje mnogo je teža ona vrsta aktivnosti koju čovjek i druge životinje obavljaju bez razmišljanja. Nitko dosad nije uspio programirati robota sposobnog da se snađe u vanjskom svijetu ili da se uhvati u koštac sa izazovima svakodnevnog života. Ako su pronalaženje hrane i izbjegavanje opasnosti mjere inteligencije, tada je prosječni štakor mnogo inteligentniji od najbistrijeg robota. Stoga, želimo li procijeniti što doista predstavlja inteligencija i jesu li ljudi u tom pogledu jedinstveni, možda bi pomoglo da najprije naučimo nešto o životinjskoj inteligenciji. Nažalost, ako je teško definirati ljudsku inteligenciju, još je teže definirati životinjsku. * * * Zatražite li od ljudi da rangiraju kopnene životinje po inteligenciji, većina će vjerojatno na prvo mjesto staviti čovjeka, zatim možda čovjekolike majmune i sve tako do pasa i mačaka, miševa i štakora, ptica itd. Ta slika godi ljudskom egu: mi smo na vrhu stabla inteligencije, naši bliski rođaci su pametni, naši ljubimci prilično su bistri, a životinje koje ne volimo posebno spadaju u glupave. Iza ove slike implicitno leži evolutivni napredak od “manje razvijenog” (recimo, štakora) do “vrlo razvijenog” stupnja (mi), pri čemu je inteligencija skala na kojoj se napredak može mjeriti. To je, jednostavno, pogrešna slika. Prije svega, nemamo razloga smatrati inteligenciju (kako god je definirali) jedinim kriterijem po kojem možemo rangirati životinje. Zašto umjesto nje kao kriterij ne upotrijebimo oštrinu vida, brzinu ili snagu? Doista, zašto uopće tako rangirati životinje? Evoluciju ne bismo trebali promatrati kao ljestvicu s nama na vrhu i svim ostalim životinjama ispod nas zato što se nisu “dovoljno razvile” da imaju inteligenciju. Majmuni, ptice, mačke, psi, miševi i ljudi svi su jednako “evoluirali” jer svi dijele zajedničkog pretka koji je živio prije više stotina milijuna godina. Različite vrste prilagodile su se okruženju na različite načine. Naša vrsta ima
određena svojstva koja su je učinila uspješnom, ali analogna svojstva ima i svaka druga vrsta na planetu. Sve su te vrste jednako uspješne, jer su položile glavni ispit - preživjele su do današnjih dana. Želimo li dodijeliti različitu razinu inteligencije različitim životinjama, onda nam je za to potreban bolji kriterij od naših predrasuda. Kad biolozi pokušaju izmjeriti inteligenciju životinja, oni se suočavaju s nemogućim zadatkom. Već je dovoljno teško mjeriti kvocijent inteligencije (IQ) kod ljudi na način koji nije kulturološki obojen. Ali, ako su testovi s ljudima pristrani, kako uopće možemo mjeriti inteligenciju različitih životinjskih vrsta? Kako ćemo utvrditi razlike u sposobnosti percipiranja, manipulativnoj sposobnosti, temperamentu, društvenom ponašanju, motivaciji i svemu drugom između pojedinih vrsta? Ne uspijeva li majmun izaći iz labirinta zato što je glup ili zato što mu je to dosadilo? Ako mačka ne pritisne pedalu koja joj kao nagradu isporučuje hranu, hoćemo li zaključiti da je glupa ili da nije gladna? Pada li štakor na testu inteligencije zato što je tupav ili zato što se u testu traži vizualno razlikovanje (u čemu je štakor loš), a ne razlikovanje mirisa (gdje je odličan)? Ovakva vrsta pitanja unosi nemir među one koji pokušavaju testirati kognitivne sposobnosti životinja. Recimo da pokušavamo uzeti u obzir sve različitosti između vrsta kad osmišljavamo ovakve testove inteligencije. (Na primjer, biolozi bi možda htjeli ispitati koliko je stavki s popisa životinja sposobna zapamtiti te je li sposobna prepoznati lica. Rezultati svakog od tih zadataka mogli bi nam ponešto reći o kognitivnim procesima životinja. Istraživač bi tada morao osigurati različite detalje testa za različite životinje. Testovi za golubove i čimpanze morali bi biti različiti, makar samo zbog različitih tjelesnih sposobnosti tih vrsta životinja.) Dalje, pretpostavimo da inteligenciju, opću inteligenciju, definiramo mjerom uspješnosti životinja u ovakvim fundamentalnim kognitivnim testovima. Tada se pojavljuje iznenađenje: većina životinja prolazi test s približno jednakim uspjehom! Naravno, postoje određene razlike između vrsta, ali one su mnogo manje nego što se očekivalo. Čimpanze u jednom trenutku mogu zapamtiti oko sedam stavki s popisa, ali to mogu i golubovi. Majmuni mogu lako procijeniti sadrži li hrpa A više hrane od hrpe B, ali to mogu i mačke. Ako je inteligencija definirana kao sposobnost izvršavanja tih osnovnih neverbalnih zadataka, onda se u
prvoj aproksimaciji može reći da su ptice i sisari, uključujući čovjeka, približno jednako inteligentni! Ovakav zaključak je još uvijek pod znakom pitanja, ali pokaže li se točnim, ne trebamo se čuditi. Naposljetku, sve vrste, među njima i čovjek, moraju se sukobljavati sa istim opasnim svijetom; svi moramo jesti, piti i pronalaziti partnere. Osnovne kognitivne vještine koje životinjama omogućuju da obavljaju te poslove mogle bi biti zajedničke svim vrstama. S druge strane, može se pristupiti i obrnuto: možda se inteligencija kod životinja sastoji od točno onih faktora koje namjerno ispuštamo iz kognitivnih testova. Da upotrijebim analogiju iz računalstva, ne bismo trebali obraćati pažnju samo na procesor (mozak) nego i na ulazno-izlazne uređaje (osjetila i manipulativne sposobnosti) životinja. Na kraju krajeva, čimpanza ima šake koje mu omogućuju da obavi zadaće koje krava ne može niti pokušati obaviti. S ovog gledišta bi u mozgu ostalo malo opće inteligencije; inteligenciju bi prije trebalo definirati kao specijaliziranu - onu koja omogućuje određenoj vrsti uspješan život u vlastitoj ekološkoj niši. Uz ovo mišljenje stoji i činjenica da je sposobnost učenja (nepobitno, velik dio inteligencije) vrlo vjerojatno specijalizirana. Mnoge životinje mogu naučiti riješiti određeni zadatak s lakoćom, ali im je logički ekvivalentan zadatak nemoguć za rješavanje. Sposobnost učenja kod životinja ovisi o urođenom načinu ponašanja koji već postoji u njihovom mozgu. Sukladno tome, sve životinje su različito inteligentne. Nema smisla pitati tko je inteligentniji: bonobo ili golub pismonoša. Oba bića imaju specijaliziranu inteligenciju koja im omogućuje da uspiju u svojim posebnim okruženjima. Ta dva naizgled suprotstavljena mišljenja - je li ono što je važno opća, odnosno specijalizirana inteligencija - možda su dvije strane istog novčića. Poanta je da su, u kognitivnom pogledu, životinje i slične i različite. Kad je riječ o čovjeku, iako bi nam se svidio drugačiji odgovor, naša je sličnost sa ostalim životinjama jasna: mi ne prolazimo ništa bolje od drugih životinja na testovima kojima se ispituje fundamentalna, neverbalna kognitivna sposobnost. Bez obzira na to, nemoguće je poreći duboku razliku između čovjeka i svake druge vrste. Mi možda nismo na vrhu nekakvih evolucijskih ljestvica inteligencije, ali jesmo jedina vrsta sposobna izgraditi sustav apstraktnog
razmišljanja. Samo pripadnici naše vrste mogu razmišljati o svojim mislima i mislima drugih. Samo je Homo sapiens zainteresiran definirati inteligenciju i točno zna što ona predstavlja. Uz odgovarajuću definiciju sve druge vrste mogle bi se isključiti, tako da bi čovjek ostao jedina inteligentna vrsta. Evolucija inteligencije Zaboravimo li za trenutak na detalje i jednostavno “razumnu” radnu definiciju inteligencije na ljudskoj razini, onu koja obuhvaća kombinaciju faktora stereoskopskog vida, simboličkog jezika, upotrebe oruđa itd, tada možemo postaviti važno pitanje: koliko je vjerojatno da druge vrste razviju visoku razinu inteligencije? Provedimo misaoni eksperiment. Pretpostavimo da je prije 400 milijuna godina meteorit udario u Zemlju, uništivši pretke linije kralježnjaka, ali ostavivši netaknute pretke mnogih drugih linija koje i danas žive, recimo lignje ili mrava. Bi li ijedna od tih linija proizvela inteligentnu vrstu? To, naravno, ne možemo sa sigurnošću znati, jer živimo u svijetu u kojem kralježnjaci nisu bili uništeni. Ali po mnogim evolucijskim biolozima nevjerojatno je da bi se inteligencija ljudske razine mogla razviti od pretka lignje ili mrava. Razlog je u tome što evolucija napreduje kroz male, slučajne mutacije u genetskoj DNK; ako se promjena pokaže uspješnom za organizam ovdje i sada, onda je organizam uspješniji u općem natjecanju i mutacija se širi kroz populaciju. Ponovimo još jednom: evolucija nema moć predviđanja. Da bi se geni raširili, mutacija mora donijeti korist sada, a ne u budućnosti. Dakle, ne postoji cilj kojem bi evolucija težila. Iako se mi umirujemo mišlju da je inteligencija taj cilj, to jednostavno ne stoji. Kad uzmemo u obzir potpunu neusmjerenost procesa evolucije, onda je vjerojatnost postanka iste složene adaptivne osobine u različitim evolucijskim linijama vrlo tanka. Mala je vjerojatnost da je predak današnje lignje mogao začeti liniju koja bi razvila visoku inteligenciju. Ono u što se pouzdaju mnogi znanstvenici uključeni u program SETI, jest fenomen konvergentne evolucije. Ponekad različite evolucijske linije stignu do istog rješenja jedinog problema koji je važan - održavanje organizma u životu dok ne prenese svoje gene na potomstvo. Let je klasičan
primjer konvergentne evolucije: ptice, dinosauri, ribe, kukci, sisavci i reptili, svi neovisno, razvili su sposobnost letenja. Drugi često navođen primjer sličnost je oblika morskih bića: vrste koje su u pogledu evolucije vrlo udaljene mogu izgledati prilično slično. Ali, ovo su konvergencije na niskoj razini složenosti. Ne treba čuditi što su različita bića otkrila kako je polijetanje dobar način da pobjegnu od grabežljivaca ili što su međusobno različite vrste neovisno stigle do oblika koji im omogućuje brzo kretanje kroz vodu, tako da je relevantnost takvih primjera konvergencije za motive programa SETI mala. Entuzijasti programa SETI uvijek su naglašavali da je oko uvjerljiv primjer konvergentne evolucije. Oko je nevjerojatno složen i specijaliziran aparat. Prilično zadivljuje da tako nešto uopće može nastati evolucijom. Pa ipak, čini se da je evoluiralo neovisno bar 40 puta, a možda i svih 65 puta. Pored toga, kod očiju je u igri više od deset fundamentalno različitih morfoloških planova. Na primjer, složeno oko kukca po konstrukciji se potpuno razlikuje od kameri sličnog oka kralježnjaka; mora da su se oči kukaca i kralježnjaka razvijale neovisno. Čak i oči koje u prvi mah izgledaju isto, na primjer, kod lignje i kod čovjeka, pri podrobnijem ispitivanju pokazuju razlike u detaljima. A, kad uzmete u obzir da je posljednji zajednički predak lignje i čovjeka bilo nekakvo spužvasto biće koje je živjelo prije pola milijarde godina… prilično je sigurno da su se dvije vrste očiju razvile neovisno. To što izgledaju jednako savršen je primjer konvergentne evolucije. Je li doista tako? Walter Gehring i Rebecca Quiring proučavali su 1993. genetiku vinske mušice.229 Oni su pronašli gen, nazvan bezoki, koji je vrlo vjerojatno bio “glavni” za formiranje oka vinske mušice. Odgovarajućim manipuliranjem mogli su gen “uključiti” na različitim mjestima i dobiti mušicu sa okom pomaknutim na njeno krilo, nogu ili antenu. Bezoki nije gen “za” oko (način na koji gen funkcionira mnogo je suptilniji), već on, između ostalog, usuglašava akcije tisuća drugih gena da bi se stvorilo oko u ranoj embrionalnoj fazi. Nedugo potom otkriveno je da je gen bezoki kod mušice sličan mišjem genu, zvanom malo oko. Miš s defektnim genom malo oko dobiva sužene oči. Osim toga, gen je sličan ljudskom genu odgovornom za aniridiju, urođeno stanje oštećenja zjenice, leće, rožnjače i mrežnjače. Kada su ih