„Pytanie o życie” – Nick Lane. Recenzja książki o energii, mitochondriach i pochodzeniu życia

Recenzja redakcyjna · Jak oceniamy książki

Nick Lane, biochemik z University College London, zadaje w tej książce jedno pytanie: dlaczego życie na Ziemi wygląda tak, a nie inaczej. Bakterie i archeony istnieją od około czterech miliardów lat i przez cały ten czas pozostały małe oraz proste. Komórka złożona, z jądrem i mitochondriami, powstała tylko raz, mniej więcej dwa miliardy lat temu, i od niej pochodzą wszystkie rośliny, grzyby i zwierzęta. Lane twierdzi, że odpowiedzi nie da się znaleźć w samych genach. Trzeba policzyć energię. Polskie wydanie Prószyńskiego z 2016 r. w przekładzie Adama Tuza ma 432 strony, czarno-białe schematy i obszerne przypisy.

O czym jest książka?

Punktem wyjścia jest fakt, który Lane nazywa czarną dziurą w sercu biologii: podręczniki opisują, jak działa komórka, ale nie tłumaczą, dlaczego komórki złożone pojawiły się tak późno i tylko jeden raz. Autor przypomina, że wszystkie znane organizmy zdobywają energię w ten sam sposób: pompują protony przez błonę i wykorzystują powstały gradient do produkcji ATP. Ten mechanizm, chemiosmozę, opisał Peter Mitchell, za co w 1978 r. dostał Nagrodę Nobla z chemii. Lane pyta, skąd wziął się tak dziwny i uniwersalny sposób zdobywania energii, i odpowiada hipotezą o alkalicznych kominach hydrotermalnych na dnie oceanu. W ich porowatych ścianach naturalne gradienty protonów mogły napędzać pierwsze reakcje chemiczne jeszcze przed powstaniem komórek.

Druga połowa książki dotyczy komórki złożonej. Lane i jego współpracownik William Martin wyliczyli, że bakteria nie może powiększyć genomu o rząd wielkości, bo każdy dodatkowy gen kosztuje energię, której błona komórkowa nie jest w stanie dostarczyć. Wyjściem z pułapki było pochłonięcie bakterii przez archeona i przekształcenie jej w mitochondrium. Tylko z taką elektrownią w środku komórka mogła pozwolić sobie na tysiące nowych genów, jądro, płeć i wreszcie wielokomórkowość. Z tego samego rachunku Lane wyprowadza istnienie dwóch płci, dziedziczenie mitochondriów po matce, starzenie i śmierć.

Czego się dowiesz z tej książki?

• dlaczego każda żywa komórka, od bakterii po neuron, zdobywa energię przez pompowanie protonów przez błonę,
• jak mogły wyglądać pierwsze reakcje chemiczne w porach alkalicznego komina hydrotermalnego i czym ten scenariusz różni się od „zupy pierwotnej”,
• co to jest LUCA, ostatni wspólny przodek wszystkich organizmów, i co można o nim powiedzieć na podstawie genów wspólnych bakteriom i archeonom,
• dlaczego bakterie przez miliardy lat nie zbudowały dużej komórki i jak zmienia to pojawienie się mitochondriów,
• jak z energetyki mitochondriów wynika, że płcie są dwie, a nie jedna lub trzy, i czemu mitochondria dziedziczymy wyłącznie po matce.

Mocne strony

• Jeden argument prowadzony do końca. Lane nie zbiera ciekawostek, tylko buduje łańcuch wnioskowań od chemii kominów do przyczyn starzenia. Czytelnik widzi, które ogniwa są mocne, a które autor sam uważa za hipotezę.
• Liczby zamiast metafor. Rachunek energii na gen, porównanie powierzchni błon u bakterii i komórki z mitochondriami, moc pojedynczej komórki w watach na gram. Takie dane rzadko trafiają do książek popularnonaukowych.
• Uczciwość wobec alternatyw. Autor wymienia konkurencyjne hipotezy pochodzenia życia i tłumaczy, dlaczego je odrzuca, zamiast przemilczeć ich istnienie.
• Dobry przekład. Adam Tuz zachował terminologię biochemiczną zgodną z polskimi podręcznikami, co w tej książce ma duże znaczenie.

Słabsze strony

• To nie jest lektura na plażę. Rozdziały o chemii kominów i o potencjałach redoks wymagają znajomości biologii i chemii ze szkoły średniej, a najlepiej pierwszego roku studiów. Bez tego część wywodu trzeba przyjąć na wiarę.
• Hipoteza przedstawiona z dużą pewnością. Scenariusz alkalicznych kominów jest jednym z kilku poważnie rozważanych i nadal nie ma na niego dowodu eksperymentalnego. Lane o tym mówi, lecz ton książki bywa bardziej stanowczy niż stan badań.
• Dane z 2015 r. Od tego czasu opisano nowe grupy archeonów blisko spokrewnionych z komórkami złożonymi, a laboratoria odtworzyły kolejne etapy chemii kominów. Książka tego nie obejmuje, choć kierunek późniejszych odkryć jest zgodny z jej tezami.
• Skromne ilustracje. Czarno-białe schematy są poprawne, ale przy tak trudnym materiale przydałoby się ich więcej.

Dla kogo?

Dla studentów biologii, biotechnologii i chemii, dla nauczycieli, którzy chcą wiedzieć więcej, niż mówi podręcznik o oddychaniu komórkowym, oraz dla czytelników klasyki ewolucyjnej szukających czegoś trudniejszego po Dawkinsie. Uczniom przed maturą polecamy raczej wybrane rozdziały: o chemiosmozie i o mitochondriach.

Werdykt

4,3/5. Rzetelność i wartość merytoryczna na najwyższym poziomie, przystępność wyraźnie niżej. Jeśli przebrniesz przez trzy pierwsze rozdziały, dalsza część czyta się jak kryminał o dwóch miliardach lat historii komórki. Nie znamy po polsku drugiej książki, która tak dokładnie łączy chemię, energetykę i ewolucję.

Przeczytaj też nasze recenzje

• „Samolubny gen” (Dawkins)
• „Inne umysły” (Godfrey-Smith)
• „Strzępki życia” (Sheldrake)
• Wszystkie recenzje i ranking książek →

Powiązane artykuły na Biomist

• Teorie powstania życia na Ziemi
• Oddychanie jako proces kataboliczny (łańcuch oddechowy i synteza ATP)
• Archeony – trzecia domena życia
• Faza jasna fotosyntezy (gradient protonowy w chloroplastach)

Źródła

• Lubimyczytac.pl – dane polskiego wydania; opis bibliograficzny potwierdzony w katalogu Biblioteki Narodowej (ISBN 9788380692756, Prószyński Media, 2016).
• N. Lane, W. Martin, „The energetics of genome complexity”, Nature 467: 929–934 (2010), doi:10.1038/nature09486 – rachunek energii na gen, na którym opiera się druga część książki.
• A. Spang i in., „Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes”, Nature 521: 173–179 (2015), doi:10.1038/nature14447 – odkrycie archeonów Loki, o którym książka już nie mogła opowiedzieć.