„Ontogeneza je kratka rekapitulacija filogeneze“, sjećam se te rečenice koju smo kao mantru učili na satu biologije. Rečenica, nema sumnje, zvuči vrlo učeno, ako zbog ničeg drugog onda zato što od pet riječi ima tri strane, a od njih su dvije – ontogeneza  i filogeneza – zagonetnog  značenja. No iza „mantre“ krije se biološki zakon što ga je krajem 19. stoljeća otkrio rani Darwinov sljedbenik, njemački prirodoslovac Ernst Heinrich Haeckel. Dok je Darwin tražio dokaze evolucije u neobičnim životinjama na egzotičnim mjestima, Haeckel ih je pronašao u razvoju embrija, u ontogenzi  – jer ona, kako kaže prva rečenica ovog članka, ukratko i nadasve brzo ponavlja razvoj vrste, filogenezu.

 Haeckel je do tog temeljnog zakona biologije došao promatrajući razvoj embrija. I gle: svi smo mi prije rođenja imali škrge, a poslije toga nam je narastao rep, što pokazuje da smo potekli od gmazova, a oni opet od  riba i vodozemaca. No Haeckelu je ostalo skriveno da razvoj organa i tkiva (koja se svodi na diferencijaciju stanica) prati i kemijska diferencijacija. Iako sve stanice istog organizma imaju iste gene (jednake su po genotipu), u svim stanicama nisu aktivni svi ni isti geni (nisu jednake po fenotipu). Zato se stanice razlikuju po obliku i funkciji.

To dakako vrijedi samo za višestanične organizme, organizme koji na Zemlji ne postoje više od 600 milijuna godina, od početka paleozoika. I još: višestanični organizmi mogli su se razviti samo iz jednostaničnih eukariotskih organizama, organizama čije stanice imaju jezgru. No takvi, eukariotski organizmi postoje 1,7 milijarde godina, dok je život na Zemlji barem dvije milijarde godina stariji. Prije eukariota na Zemlji su žvijeli samo prokarioti, organizmi bez stanične jezgre – bakterije i arheje. A to su jednostanični organizmi, razumije se.

No nije baš sve onako kako se u školi uči. I bakterije mogu (na svoj način) biti višestanične. U njihovim kolonijama na čvrstim podlogama, biofilmovima, postoji stanična diferencijacija i podjela rada, a usto stanice izmjenjuju signale kako bi uskladile svoje djelovanje. Tom novom pogledu na život bakterija nedavno su doprinos dali i naši znanstvenici iz više ustanova (Institut Ruđer Bošković, Prirodoslovno-matematički i Farmaceutsko-biokemijski te Fakultet elekrotehnike i računarstva). Oni su u časopisu Molecular Biology and Evolution s kolegama iz Njemačke, Danske i Švedske objavili znanstveni rad „Embryo-like features in developing Bacillus subtilis biofilms“. Kolonije (biofilmovi) bakterije Bacillus subtilis pokazuju postepenu diferencijaciju stanica sličnu diferencijaciji pri razvoju embrija!

Što je napravila ekipa trinaestorice naših i stranih znanstvenika? Primjenjujući na biofilmove metode kojima se detektira aktivnost gena pri razvoju embrija, otkrili su istu zakonitost: prvo se ekspresiraju evolucijski mlađi, a zatim evolucijski stariji geni. „Na naše iznenađenje otkrili smo da se u kasnijim vremenskim točkama razvoja biofilmova sve više koriste evolucijski mlađi geni“, kaže prof. dr. sc. Tomislav Domazet-Lošo s Instituta Ruđer Bošković. „Drugim riječima, otkrili smo da je rast biofilmova bakterije B. subtilis minijaturna replika njihove evolucije. Do sada su se takve pravilnosti smatrale razlikovnim obilježjem razvoja embrija u složenim eukariotima, kao što su životinje“. Haeckelov zakon vrijedi i za bakterije.

Ne vodi li to otkriće do zaključka da je i prvi život na Zemlji bio višestaničan? Najstariji fosili (stromatoliti) pokazuju da prve stanice nisu živjele odvojeno nego kao nakupine, u obliku biofilmova. Organizmi koji stvaraju stromatolite još uvijek žive na Zemlji. Riječ je o kolonijama modrozelenih algi u zaljevu Shark Bay u Australiji, no ima ih i drugdje. No misao mi ide dalje: od čega su se razvili biofilmovi?

U prvoj fazi rasta biofilma bakterije B. subtilis, pokazuju rezultati objavljeni u navedenom radu, aktivni su geni za metabolizam željeza i dušika, a to vuče na teoriju njemačkog znanstvenika Güntera Wächtershäusera. Njegova teorija kaže da su prva živa bića (pionirski organizmi) bile čestice željezova sulfida, FeS, koje su davale energiju, reakcijom sa sumporovodikom, a usto bile katalizator za „biokemijske reakcije“, među kojima je ključna sinteza amonijaka iz dušika. Na katalitičkim površinama željezova sulfida, tvrdi Wächtershäuser, sintetizirali su se slojevi organske tvari od kojih su se razvile stanične membrane te na kraju prve stanice. No u svijetlu novih otkrića, lako je moguće da se organska tvar na putu prema prvoj živoj stanici nije nikad odvojila od svoje mineralne podloge. Samo je evoluirala u drugi oblik – u biofilm.  

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 13 znanstveno-popularnih knjiga od kojih i jedne o postanku života na Zemlji („The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life“, 2018.). Sedam je godina bio glavni urednik časopisa Priroda, a sada je  urednik rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.