Byl jednou jeden život

Planeta Země, před 4 až 3,8 miliardy let. Vysoce nehostinné prostředí. Holý povrch bičují mohutné bouře, valí se tudy proudy žhavé lávy. Teploty se prudce mění, z nebe padají obří meteority.

Vědci dlouho hledali zárodky života na Zemi mimo planetu. Jenže on velmi pravděpodobně začal vznikat uprostřed tohoto pekla: Poblíž sopky, v bahnitém, jílovitém kraji nějaké kaluže.

Tedy ona to není ledajaká kaluž, ale jezírko horkého formamidu, dnes běžně dostupného laboratorního rozpouštědla. Objasnit, jak se v téhle louži začala tvořit a vyvíjet RNA, tedy ribonukleová kyselina – jak tu počala evoluce, se pokoušejí brněnští chemici Judit a Jiří Šponerovi. 

Jejich brněnská laboratoř struktury a dynamiky nukleových kyselin Biofyzikálního ústavu Akademie věd je světovým lídrem ve studiu RNA a DNA (tedy další pro život zcela zásadní látky, deoxyribonukleové kyseliny). A jednou z oblastí, které se Šponerovi teoreticky i experimentálně věnují, je obor Origin of Life, tedy původ života. Hledají cesty, jak se první molekula RNA vůbec mohla poskládat. A jako správní vědci se nebrání žádné možnosti: před třinácti lety se tak vydali i na takzvanou „formamidovou cestu“, o níž ještě bude řeč. 

Když klíčovou studii tohoto modelu dokončili, řada recenzentů prestižních časopisů psala, že je to průlomová práce. Jiní ji bouřlivě odmítali.

 

Nezávazně

Judit a Jiří se seznámili v roce 1995 na stáži na Jackson State University v Mississippi. Tahle škola nebyla žádné terno do životopisu, ale měli tam (na tehdejší dobu opravdu výjimečné) superpočítače. A tamní profesor Jerzy Leszczynski, imigrant z Polska, si zval kolegy z východní Evropy. Badatelé byli nadšeni možností využívat unikátní stroje, on měl ceněné spolupráce a publikace.

„V Česku jsme neměli úplně nejlepší startovací podmínky. Věděli jsme, co dělat, ale výkonné počítače tu nebyly. Stáž v USA se hodila,“ říkají dnes. 

Správný čas a správné místo: „O dva roky dřív by naše výpočty nebyly technicky možné, o dva roky později by je už asi udělal někdo jiný.“

Jiří, tehdy jedenatřicetiletý zapálený vědec, nehledal vážný vztah. Pětadvacetiletá doktorandka Judit se mu líbila. A líbilo se mu – uvažoval pragmaticky – i to, že je Maďarka. „Je to cizinka, stáž je na měsíc, bude to nezávazné,“ říkal si.

Šprtka

Judit tehdy do USA vyslali z budapešťské akademie věd. „Chemie mě chytla hned od základní školy, samozřejmě díky učitelce,“ vzpomíná. Bydleli na maloměstě, kde navštěvovala i gymnázium. „Podprůměrné. Došlo mi, že musím o to víc dřít. Kamarádi dodnes vzpomínají, že pětka, maďarská nejlepší známka, mi nestačila, chtěla jsem šestku.“ Následovala elitní budapešťská Univerzita Loránda Eötvöse. Maďarské univerzity byly tehdy i v mezinárodním srovnání špičkové. Vystudovala s červeným diplomem. 

Na akademii věd poté analyzovala struktury molekul a pro výpočty využila právě zázemí Jackson State. A zatímco datlovala data do počítače, začal se okolo ní ochomýtat i jeden český vědec. Zakoukala se. 

„Já pořád nevím, jak sis takového ňoumu mohla vybrat,“ skočí Juditě manžel do vyprávění. Myslí tím sebe.

„Byl jsi strašně inteligentní. Mně vždy imponovali modroocí inteligentní blonďáci, ti v Maďarsku nejsou k dostání.“ 

Dnes Šponer patří mezi desítku nejcitovanějších českých vědců. Potenciál na něm byl vidět už tehdy – měl za sebou několik prestižních publikací, věnoval se prvním moderním kvantovým výpočtům interakcí v DNA. Na stáž v USA ho vyslal jeho nadřízený, jeden z nejuznávanějších českých vědců, kvantový chemik Pavel Hobza. 

„Tehdy se pracovalo tak, že jsem v Brně nachystal Pavlovi disketu se zadáním, on jel do Německa a na tamním kapalinou chlazeném superpočítači za miliony dolarů to spočítal. Brzy naštěstí přišel internet a pak bylo jedno, kde sedíte, dnes byste to na svém laptopu měla tisíckrát rychleji… Jenže tehdy už ani počítač v Německu nestačil a my poměrně brutálně taktizovali. Jerzyho si předem vyhlédli a upeklo se to někde v hospodě: on získal projekt a my zdroje.“

 

Workoholik

Své tehdejší třicetileté já Jiří popisuje lakonicky: workoholik. „Makal jsem sto hodin týdně. Zajímala mě jen věda, věda. Já to tak měl odmala, byl jsem zvláštní dítě, dalo by se říct až posedlé.“ Ve čtyřech letech třeba na dovolené otravoval celý kemp mapou měsíce. 

Nakonec vystudoval fyziku. „Na univerzitě jsem se v jednu chvíli dostal na hranu totálního vyčerpání. Teď takový životní styl nedoporučuju. Chcete-li se stát dobrým vědcem, tak se musíte výzkumu nějaký čas úplně poddat. Ale musíte pak umět včas přibrzdit.“ Jiřímu pomohlo ke zpomalení až založení rodiny.

Po stáži v USA se s Judit nerozešli. Jezdila za ním vytrvale do Brna, chodili na houby. Dva roky po seznámení se vzali. „Najednou musíte řešit praktické věci, bydlení. Tenkrát jsem žil v Brně, ale zaměstnaný jsem byl v Heyrovského ústavu v Praze. Naštěstí našli na jiném oddělení místo i pro Judit.“

Začátky byly krušné. Neměli v Praze kde bydlet, přespávali po ubytovnách akademie věd. Tři měsíce po svatbě stále žili odděleně, než jim zaměstnavatel pronajal garsonku. „Nešlo jen o peníze, ale i o čas, pořád jsme byli v laboratoři,“ směje se Judit. „Moje bývalá školitelka v Maďarsku mi vtloukala do hlavy, že v USA se pracuje v laboratoři i o víkendu, pořád, chce-li člověk něčeho dosáhnout.“ 

„Naštěstí jsme viděli světlo na konci tunelu. Měli jsme už vědecké výsledky, akorát bylo potřeba chvíli vydržet. Spíš lituju lidi, kteří podobný výhled nemají. Příjmy ze stáží v USA nebyly závratné, ale pořád lepší než tehdejší české platy. V devadesátých letech jsem výplatnici z akademie moc nezkoumal. Ústav toleroval, že vydělávat si jezdí vědci ven, jinak to nešlo,“ dodává Jiří.

 

Čekání na zásah 

Původně nechtěli pracovat spolu. Judit do Prahy nalákali i na to, že bude provádět výpočty. Jenže skončila u experimentů. „Stála jsem u vakuového přístroje a měla pocit, že mi to celé vybuchne v rukách.“

Vydržela dva roky. S odstupem nelituje. „Ve svém výzkumu dodnes z té doby profituju, získala jsem širší přehled.“ Ale jak byla nešťastná, začala mezitím bokem pracovat i na výzkumech svého manžela. 

V roce 2001 se jim narodil syn David a v Brně koupili byt. V roce 2002 získal Jiří jako první český vědec prestižní Wellcome Trust grant pro biomedicínský výzkum na sestavení malého týmu v brněnském Biofyzikálním ústavu Akademie věd. Do laboratoře si vybral i Judit. „Všem nám tehdy stál za zády a naléhal: Hledejte něco nového, hledejte,“ paroduje ho manželka. 

Ale zrovna tohle nejde na povel. Oba dělají takzvaný základní výzkum: cílem je získání nových poznatků o určitých základních principech, ne nějaké hmatatelné využití v praxi. Je to velká detektivka, nikdy nemáte jistotu, že to vyjde, záleží na znalostech i štěstí. A schopnosti poznat, že zrovna teď se v těch výsledcích skrývá něco výjimečného.

„Někdy to na vás fakt křičí, ale poznáte to jediná na světě,“ vysvětluje Judit. 

„Což je přesně ten důvod, proč nadávám na grantové projekty, které vyžadují konkrétní plány práce, v základním výzkumu se přece nedá naplánovat, kolik budeme mít za pět let publikací a hlavně o čem. Zlomový nápad prostě najednou přijde. Jste jako trpělivý snajpr, pozorující a čekající na vhodný okamžik,“ dodává Jiří.

 

Za vším hledej ženu

Vhodný okamžik trefila Judit. Kolega z USA ji před třinácti lety upozornil na experimenty publikované v časopise Science týkající se vzniku RNA, které by možná byly zajímavé pro výpočty. „Studiem literatury jsem zjistila, že prebiotické chemické procesy hledající cestu k prvním biomolekulám žádný teoretik nepočítá, a přitom ty systémy by se počítat daly. Hned jsem viděla několik témat!“ Synovi tehdy bylo pět, přišel čas, kdy už se mohla výzkumu zase pořádně věnovat. 

První její studie se zabývala teoretickou analýzou vybraných experimentů jediné všeobecně uznávané – takzvané kyanovodíkové – teorie vzniku života na Zemi. Ta tvrdí, že první molekula RNA vznikla sérií chemických reakcí právě z výchozí molekuly kyanovodíku.

Nicméně Judit záhy narazila i na několik „disidentských“ prací italských profesorů Ernesta Di Maura a Raffaele Saladina, publikovaných po roce 2001. V časopisech, které nejsou považovány zrovna za prestižní, Italové navrhli, že výchozí molekulou by mohl být místo kyanovodíku formamid, česky amid kyseliny mravenčí. Brzy pochopila, že formamidová cesta nabízí přímočará chemická řešení problémů, které se u kyanovodíkového modelu ani po desetiletích výzkumu nepodařilo vyřešit. Tehdy ještě netušila, že za pár let bude nejbližší spolupracovnicí italských vědců a jednou ze světových protagonistek nového formamidového směru. 

 

Zákopová válka

V roce 2013 ji na konferenci v USA poprosil Ernesto Di Mauro, zoufalý kvůli tomu, jak mu jeho výsledky neustále shazují, zda by svými výpočty nemohla vysvětlit jeho klíčové experimenty. Tím začala jejich přímá spolupráce. 

V Brně postupně vypracovali teoretický chemický model, jak se mohly kombinovat základní jednotky genetického kódování (nukleotidy RNA), tak aby vytvářely nové, stále složitější a rozmanitější molekuly. 

„Pro mě je vznik života okamžik, kdy se začne projevovat darwinistické chování, tedy když máme molekulu, která se kopíruje, ale přitom občas s nějakými změnami. V tu chvíli logicky už započne evoluce, některé varianty molekuly se množí rychleji než jiné. Dnes už existuje řada nepřímých důkazů pro to, abychom se domnívali, že první genetickou molekulou na Zemi byla molekula RNA, ne DNA, a my hledáme chemické procesy, jak se vůbec k prvnímu polymeru RNA dostat,“ vysvětluje Šponer.

V prvním okamžiku si mysleli, že mají vyhráno. „Výsledky jasné, napíšeme článek, publikujeme, hotovo… Brzy nám došlo, že jsme se ocitli ve válce.“ Už u první studie měli dramaticky odlišné ohlasy, sešlo se jim dokonce pět různých posudků. 

„Tak ošklivé mezilidské vztahy, jaké jsou mezi vědci studujícími původ života, jsem ještě neviděl,“ říká Jiří. A Judit rovnou dodává, že je to někdy až na oběšení. „S nadsázkou říkáme, že sice nevíme, jestli náš obor opravdu dokáže objasnit vznik života, zato ale příkladně simuluje vnitrodruhové soupeření. Na vrcholku potravního řetězce pár vlivných laboratoří, které potírají všechny ostatní, níže často boj všech proti všem.“

Před pěti lety na sjezdu v anglickém Leedsu se Judit dokonce veřejně pohádala s hvězdou z Imperial College Ramem Krishnamurthym. „Pochopila jsem, že s tímto tématem je potřeba jezdit po světě po konferencích a bohužel to bude obor, kde se bez konfliktů nikam nedostanu.“ Je to populární téma, ale také malý obor plný velkých eg. 

„Svádíme boj o každou jednotlivou kótu. Ale postupujeme. Naštěstí v exaktních přírodních vědách není zase tak snadné něco úplně zadupat, i když v oblasti studia vzniku života vždy bude určitá spekulativnost. Nestačily by ani miliony laboratoří a miliony studentů, abychom napodobili možnosti evoluce. Chybí nám to klíčové, miliony let.“

 

Pokusy a omyly

Dnes už Šponerovi provádějí různé experimenty, z Brna jejich tým koordinuje laboratoře v Itálii a v Olomouci. Ne všechno se týká formamidu, s pražskými kolegy Šponerovi zkoumají několik různých větví výzkumu: třeba i mimozemské aspekty původu života či možnosti vzniku chemických látek na exoplanetách. 

„My vědci jsme nenažraní,“ vysvětlují tu šíři záběru. „A nejsme dogmatici. Formamidovou verzi sice favorizujeme, a hodnota naší práce na ní tkví v tom, že jde o první kompletní scénář, jak to mohlo proběhnout; máme dokonce ověřené tři jeho různé provozuschopné verze pod různými podmínkami, ale uznáváme i jiné možnosti. Na rozdíl od našich kritiků. A naše pozice je unikátní právě v tom, že pracujeme souběžně i na kyanidovém scénáři. Spolu s našimi polskými kolegy-teoretiky máme několik společných studií s předními experimentálními laboratořemi studujícími kyanovodíkovou cestu. Ono je nepochybně možné, že život vzniká několika odlišnými způsoby. Evoluce jde mnoha cestami, je to nejdokonalejší inženýr. Jednou jedinou sérií experimentů ji nepůjde celou zkopírovat. Je to cesta mnoha pokusů a omylů, které se ještě navzájem ovlivňují, a trvá to miliony let, to nikdy nepopíšete,“ doplňuje Jiří Šponer.

Judit nicméně přiznává, že oba přece jen víc věří formamidovému scénáři. „U kyanovodíku musíte začít všechny chemické procesy ve vodě a za stejné teploty… zato formamid umožňuje chemii probíhající za prudkých změn teploty a výměny materiálů.“

Co dál? 

Pořád, po malých krůčcích doplňovat kamínky do mozaiky. „Mým snem je najít optimální cestu, ze které by vylezla funkční molekula RNA. Už známe mechanismus a podstatu, teď chceme najít nejjednodušší podmínky pro celý proces,“ prozrazuje Judit. 

Jiří přeladí na přízemnější notu. „Mám úplně jinou touhu, zbavit vědu byrokracie, čím dál víc mě demotivuje.“ 

 

Jablko a strom

Jsou kolegové v laboratoři a zároveň manželé. Nežárlí na sebe, třeba kvůli výsledkům v různých vědeckých žebříčcích? „Mně to je jedno. Zajímá mě jen můj výzkum. Soutěživá jsem v tom, abych na ledě udělala ve svém volnu dobře piruetu, ale věda mě baví a neprožívám ji kompetitivně,“ vysvětluje Judit. 

Synovi Davidovi je dnes sedmnáct, a přestože jednou v pubertě práskl dveřmi od pokoje, když se manželé u večeře hádali, jak formulovat text ve studii, svět objevů si ho taky podmanil. V pěti letech si doma obkresloval molekuly, dnes chce studovat geologii nebo chemii. 

Bude z něho taky vědec? „To je otázka. Nestačí mít znalosti, musí umět nově přemýšlet, to ještě v jeho věku nepoznáte. U vědce je třeba, aby se byl schopen intelektuálně vyvíjet i po třicítce. Nejde o rychlý start, ale o vytrvalost,“ odpovídá Jiří Šponer.