Čpavek ‚nakrmil‘ první formy života na Zemi, nevznikli bychom bez něj ani my
TLDR verze: Evoluce života na Zemi potřebovala prvky, které nemohly v dostatku vzniknout, dokud nepřišel kyslík a oxid uhličitý. Nová studie zjišťuje, že jim ale mohl vypomoct amoniak (studie tu).
„Čpavek že je potřeba pro život??“
Tuším, co si z titulku myslíte. Pokud se zeptáte průměrného člověka na to, je-li čpavek alias amoniak zdraví prospěšnou látkou, nejspíše si poklepe na čelo a utáhne vám svěrací kazajku. Většina z nás se se čpavkem setkává toliko jako s příměsí čistících prostředků.
Pokud jste ale nechrápali v chemii na základce, možná si pamatujete, že amoniak je prekurzorem dusíkatých sloučenin – skoro všechny syntetické a všechny anorganické sloučeniny dusíku lze získat právě z amoniaku. Nejnovější výzkum týmu vědátorů z Univerzity St. Andrews, Univerzity Syrakus a Londýnské univerzity pod vedením vědátorky Aubrey Zerkle, tak možná odhaluje jeho nový význam v evoluci pozemského života!
Než se dostaneme k amoniaku, budeme muset jít přes fosfor a dusík. Ani tyto prvky nejsou obvykle vnímány jako cosi přehršle užitečného, přestože jimi napěchovaná hnojiva krmí půlku světa. Fskutčnosti jde však o kritické prvky!
Jejich koncentrace totiž v prostředí limituje růst takzvaných primárních producentů. To jsou sinice, řasy a rostliny – jde o ty nejmenší biočichy, které v potravním řetězci přímo či nepřímo konzumují všichni ostatní. Přes tyto tvorečky pro fosfor a dusík vstupují do biosféry. V ní pak oba prvky slouží jako stavební kameny nukleových kyselin (DNA a RNA), proteinů a tím vlastně i celé té biomašiny, které říkáme „organismus„!
Není dusík jako dusík
Ale počkat! Jak může být dusík limitujícím prvkem, když ho je v atmosféře 78 % (a zdá se, že byl její dominantní složkou i kdysi dávno v jedné předaleké… ehm… minulosti)?
Inu, v atmosféře je primárně elementární dusík N2, který je velmi málo reaktivní a téměř žádné organismy na planetě ho neumí zpracovat. Téměř! Existuje totiž několik málo skupin prokaryot (tj. bakterií a archeí), u nichž se vyvinuly náročné způsoby fixace vzdušného dusíku pomocí enzymu nitrogenázy. Nejznámějšími z nich jsou tzv. cyanobakterie, neboli sinice. Tyto jsou v zásadě s to převodu N2 na formy dusíku, které jsou biologicky využitelné jak jimi, tak ostatními organismy.
Biologicky zpracovatelné formy dusíku potom putují potravními sítěmi (aneb jak byl býval říkával starý dobrý Lord Varys v GoT: „…big fish eats the little fish…“) a zpátky do atmosféry se za vydatné spotřeby kyslíku vrací rozkladem odumřelé biomasy. Tak to velmi zjednodušeně funguje dnes. Jak tomu ale bylo na úsvitu dějin? Právě na to si posvítila studie zmíněná v úvodu.
Bufet s příchutí čpavku
Vědátoři v ní pracovali s mimořádně zachovalými vzorky břidlic datovanými nějakých 2,7 miliardy let zpátky do minulosti. Většina takto starého kamení se v dějinách planety dávno proměnila, zahřála, nebo skončila zpátky v pozemském nitru. Přímých důkazů k analyzování je tedy poskromnu…
Výše zmínění vědátoři si ale přišli hrát s tímto cool kamením a jeho detailní rozborkou odhalili, že v oceánech se před Velkou kyslíkovou katastrofou (tzv. Great Oxidation Event = GOE), která je datována na nějakých 2,3 miliardy let zpátky, nahromadilo obrovské množství amoniaku! Ten nejspíš pocházel z odumřelé masy mikrobů. Jejích rozklad (čili převod zpět na N2) probíhal kvůli nízké koncentraci kyslíku relativně pomalu. Takže se nám během té miliardy let mezi vznikem života a GOE kapičku nahromadila.
Následně se nezávisle na tom vyvinuly nové mnohobuněčné vláknité sinice. Ty byly evolučně velmi úspěšné a rychle začaly atmosféru ve velkém plnit kyslíkem. Potřebovaly si ale při svém enormním množení uplácat i enormní množství DNA a realizovat další na dusíku závislé životní nezbytnosti. Nahromaděný amoniakální dusík tak pro ně byl doslova jakýmsi prostřeným all-you-can-eat bufetem!
zdroj: Alex Glass
Dveře pro GOE
Právě touto velkou čpavkovou žranicí se ještě více zrychlil vývoj daných organismů a souběžně s tím se i atmosféra rychle plnila dalším a dalším jimi produkovaným kyslíkem. Voila, GOE byl na světě! Krása, evoluce života mohla pokračovat vstříc dalšímu milníku, přechodu na kyslík (který sice zabil většinu dosavadních forem života, ale tak už to občas při dosahování milníků chodí)!
Kyslík je totiž velmi agresivní a toxická látka (koneckonců stojí i za stárnutím našich vlastních buněk), takže jeho zvýšená koncentrace zapříčinila vymření drtivé většiny tehdejšího pozemského života! Těm druhům, kteří se na ni přizpůsobili, nicméně otevřela dveře k daleko efektivnějšímu metabolismu, rychlejší evoluci a vzniku komplexnějších forem života (za něž snad lze považovat i většinu lidské populace).
Zkrátka a dobře, bez Velké kyslíkové krásy by život na planetě Zemi dost možná byl pořád ve stádiu zelenkavého slizu unášeného oceánem. A zdá se, že to byl právě amoniak, kdo celý proces výrazně urychlil, nebo i částečně umožnil. Třikrát mu sláva!
Vyšší kosmický kvalt?
Podstatná je také skutečnost, že analyzované kamení neobsahovalo žádné stopy rapidního nárůstu kyslíku. Objev je tedy v souladu s tím, že první geologické důkazy pro GOE se objevují až o 400 milionů let poté, co vznikl amoniakový šutrák z aktuální studie. Odhaduje se, že ačkoliv tak organismy měly dostatek snadno zpracovatelného dusíku, stále měly málo fosforu k tomu, aby planetu zaplavily ještě rychlejším tempem. Nárůst komplexnějších forem života tak sice byl urychlen, ale furt musel být pozvolný asi jako cyklistický výlet do velehor.
Krom zpětného stopování našeho planetárního rodokmenu je zjištění užitečné i pro hledání života mimo Zemi. Zdá se totiž, že podobná „evoluce“ biogenních prvků by mohla být vesmírnou konstantou.
Pokud ufouni nebudou mít štěstí a nevzniknou na planetě s atypickou přemírou amoniakálního dusíku a fosforu (pokud je tato přemíra teda nezabije hned z kraje), budou limitování stejnou rychlostí. I zdejší evoluce komplexních forem života bude trvat stamiliony až miliardy let. Tedy než se zamoří oceány biochemicky zpracovatelnými formami dusíku. Jsou věci, které prostě neurychlíte ani s kreditními kartami nejmenovaných bank.
Opět se tak ukazuje velká životní pravda. My všichni jen produkty nezměrné, minimálně 3,5 miliardy let trvající evoluce života. Evoluce, která si za tu dobu musela protrpět řadu masových vymírání, teroru, bolesti i biochemických retardérů…
Až zase budete mít splín kvůli nějakým svým triviálním příkořím, vzpomeňte si na to. Jak dlouho se musely miliardy generací pradávných mikroorganismů lopotit a hromadit „neužitečný“ čpavek (a kyslík), abychom se my dnes mohli z plna hrdla nadechnout a postěžovat si!
[Jan Kollár, LL]
Když už tu zevlíte, připomeňte si i to, jak vypadaly naši nejstarší společní předci v rámci celé evoluce života!
Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.
