Jak vznikl život? Překvapení z oceánského zlomu nasvědčuje 'hlubinnému' scénáři

- Příroda autor: Jan Toman

Vznik života představuje jednu z nejpalčivějších otázek moderní vědy a teorií najdeme stovky. V posledních týdnech se nicméně dostalo výrazné podpory jedné konkrétní – možnosti, že život vznikl na rozhraní žhavé zemské kůry a chladného oceánu. Podle nejnovějších geochemických analýz totiž u oceánských zlomů samovolně vznikají aminokyseliny, základní stavební jednotky bílkovin a potažmo těl organismů.

Původ všeho živého je podle hlubinné teorie třeba hledat u černých kuřáků

Původ všeho živého je podle hlubinné teorie třeba hledat u černých kuřáků,zdroj: Profimedia.cz

Během posledních dvou staletí vědci zavrhli jak myšlenku nedávného stvoření všeho živého, tak neustálého a průběžného vznikání jednoduchých organismů z neživé hmoty. Podle všech dostupných důkazů mají dnešní organismy jednoho společného předka, který se z ještě jednodušších forem vyvinul před miliardami let. Život dnešního typu vznikl pouze jednou, a to z chemických látek běžně přítomných na rané Zemi. Kamenem úrazu jsou však různé možnosti, jak k této rozhodující události molo dojít. 

Když ovšem vynecháme opravdu exotické (a tedy nepříliš pravděpodobné) teorie, zůstanou nám v zásadě variace na tři základní scénáře. Podle první teorie život vznikl v mělkých jezírkách na povrchu Země. Zde se podle představ takových kapacit jako byli Darwin nebo Oparin srážely za přítomnosti nejrůznějších zdrojů energie průběžně vznikající chemické sloučeniny. V takovéto "prebiotické polévce" mohly vznikat jednoduché váčky plné vzájemně reagujících bílkovin, ze kterých se později vyvinuly první organismy.

"Polévkový" scénář se ovšem v průběhu desetiletí ukázal být až příliš naivním. Nedokáže totiž vysvětlit některé důležité vlastnosti moderních organismů a ke svému fungování potřebuje dlouhou řadu dodatečných předpokladů – například přítomnost horninových povrchů, na kterých chemikálie mohou vytvářet dlouhé řetězce.

Druhá skupina teorií proto tvrdí, že na počátku nestály bílkoviny dnes tvořící a provozující těla organismů, ale nukleové kyseliny uchovávající jejich genetickou informaci. Zejména jedna nukleová kyselina, RNA, mohla podle představ řady badatelů původně zastávat kromě paměťové funkce i funkci dnešních bílkovin. Vzniku moderních organismů podle tohoto scénáře předcházel "svět RNA", soupeřících řetězců nukleové kyseliny, které se na rané Zemi mohly za určitých podmínek kopírovat.

Třetí teorie se vrací k bílkovinám jako prvnímu stavebnímu kamenu života. Původ všeho živého ovšem nehledá na povrchu Země, ale v jejích hlubinách. Konkrétně v zemské kůře a v blízkosti hlubokomořských vývěrů horkých vod. Tito "černí kuřáci" vyvrhují do chladné oceánské vody horké proudy přesycené reaktivními chemikáliemi. Geologické útvary navíc poskytují horninové povrchy, na kterých mohou chemické látky z hlubin Země a oceánu reagovat, vytvářet řetězce a snad produkovat i první předstupně organismálních struktur a metabolismů.

"Hlubinná" teorie vzniku života z outsidera favoritem

Stejně jako předchozí dvě, i hlubokomořská teorie vzniku života zní na papíře úžasně. V praxi je to s ní ale složitější. Některé předpokládané reakce například probíhají velmi neochotně i v laboratoři, natož na dně oceánu či v zemské kůře. Stejně jako "polévková" teorie také nedokáže moc elegantně vysvětlit vznik nukleových kyselin, genetického kódu a obecně způsobu, jak se podle informace v zapsané v RNA a DNA začaly přepisovat bílkoviny. Základní kameny nukleových kyselin navíc nejochotněji vznikají za dosti odlišných podmínek, než jaké panují u hlubokomořských kuřáků.

I přes tyto pochyby ale dostala "hlubokomořská" teorie vzniku života v posledních týdnech výraznou vzpruhu. Jak referuje tým převážně francouzských vědců ve vědeckém časopisu Nature, aminokyseliny – komplexní organické látky a základní stavební jednotky bílkovin – podle všeho stále vznikají i bez přispění organismů na pomezí oceánu a zlomů v zemské kůře.

Francouzští badatelé nebyli první, kdo se pokusil u hlubokomořských kuřáků hledat složité organické látky. Až donedávna však nikdo v tomto ohledu nezaznamenal větší úspěch. Vlivem nedokonalých metod bylo možné takřka všechny pozitivní výsledky svést na znečištění vzorků materiálem jiného původu. Francouzští vědci však nezkoumali vodu v blízkosti vývěrů. Jako první vyzvedli horniny z daného místa a analyzovali přímo jejich složení, potažmo složení roztoku v jejich nitru.

Cílem jejich výzkumu se stala soustava hlubokomořských vývěrů s poetickým názvem "Ztracené město" (Lost city) nedaleko středoatlantského hřbetu. Hornina, na jejíž výzkum se badatelé zaměřili, nese jméno harzburgit a badatelé ji vyzvedli z hloubky 173 metrů pode dnem.

Hazburgit z větší části tvoří olivíny a pyroxeny. Tyto minerály přitom stojí v samotném jádru "hlubinné" teorie vzniku života. Právě v jejich přítomnosti (respektive v přítomnosti oxidu železnatého, který obsahují) může za vyšších teplot docházet k redukci vody. Během této reakce se uvolňuje reaktivní vodík, který může hned v dalším kroku redukovat anorganický uhlík a přispívat k tvorbě složitých organických sloučenin, aminokyseliny nevyjímaje.

Celý tento proces se nazývá serpentinizace a bývá považován za jednoho ze žhavých kandidátů na původce života. Ve Ztraceném městě navíc teploty dosahují jen 50 až 150 °C, což je úroveň o něco nižší než v podobných místech jinde na Zemi a zároveň slučitelná s přežíváním prvních organismů.

Nejmodernější analýzy

Vyzvednuté kameny badatelé analyzovali s pomocí elektronového mikroskopu a spektroskopických metod. Nahnědlý roztok z nitra kamenů výzkumníci podrobili několika vysoce specializovaným formám mikrospektroskopie, pomocí kterých mohli určit jeho chemické složení. Kromě uhlíkatých sloučenin jako jsou indol, skatol, nebo některé hydroxykyseliny, jejichž přítomnost v podobném prostředí vědci zaznamenali už dříve, narazili také na "svatý grál" – aminokyselinu tryptofan. Ta přitom hraje důležitou roli i v dnešních organismech. U horkých vývěrů na dně moře ovšem vzniká zcela bez jejich přispění.

Autoři výzkumu navrhli i konkrétní chemickou cestu, kterou podle nich může tryptofan u hlubokomořských vývěrů vznikat. Ta zahrnuje poněkud černokněžně znějící Friedelovu–Craftsovu reakci usnadněnou přítomností železitých saponitových jílů. Teoreticky mohou podobnou reakcí vznikat i jiné aminokyseliny, a představuje tak určitou alternativu dříve navrženým možnostem "hlubinného" vzniku života. Saponit navíc může usnadňovat řetězení aminokyselin v bílkoviny. I bez ohledu na detaily tohoto procesu však představuje nalezený tryptofan důležitou podporu teoriím, které předpokládají vznik života na pomezí zemské kůry a oceánu.

Další studium těchto exotických prostředí proto může vést k poodhalení jedné z největších vědeckých záhad. Kromě teoretické otázky vzniku života nám ale podobné výzkumy mohou pomoci i z čistě praktického hlediska – kupříkladu při syntéze důležitých organických látek za průmyslových podmínek. V neposlední řadě potom slouží ke zmapování cyklů různých chemických prvků na Zemi a předvídání dalšího vývoje naší planety.

Zdroj: Ménez B, Pisapia C, Andreani M, ... & Réfrégiers M (2018): Abiotic synthesis of amino acids in the recesses of the oceanic lithosphere. Nature, 564.

Tagy: evoluce vznik života věda a poznání černí kuřáci moře a oceány