TLDR: Čekalo se, že většina forem života před Velkou oxidační událostí nepoužívala kyslík – nedávný výzkum naznačuje opak. Studie tady.

Možná nepijete alkohol, možná nekouříte cíga – ale kyslík je pořád vaší velkou neřestí! Milovaný i nenáviděný prvek, který potřebujeme k životu, ale zároveň nás na buněčné úrovni pomalu nahlodává, tu však nedominoval vždycky!

Zhruba po polovinu dějin naší planety se většina tehdy primitivních biočichů musela bez kyslíku obejít. Jak přesně k té změně došlo, nám tehdejší nekňubové bohužel nezanechali ve fosilních pamětech – a tak o tom stále nacházíme nové střípky. Jako třeba v dnešní práci, která průběh tzv. Velké kyslíkové události staví na hlavu…

„Co to byla ta Velká kyslíková událost?“

To byla, inu, velká událost s kyslíkem – proto se jí také říká Velká kyslíková událost. Pokud to chcete trochu obšírněji, dříve byla také známa jako „Velká kyslíková katastrofa”. V období asi 2,4 až 2,1 miliardy let zpátky (kdy byla Země pořád pustá jako šrajtofle před výplatou) došlo na masové vymírání většiny anaerobních mikrobiočichů a počátek dominance těch, co s kyslíkem kamarádili. Proto Velká kyslíková událost!

Kyslík se v atmosféře ale neobjevil mávnutím kouzelného proutku nějakého pravěkého mikroskopického Harryho Pottera. Začaly ho před cca 2,7 miliardami let produkovat sinice – vodní bakterie, které získávají energii fotosyntézou a jako vedlejší produkt vypouštějí kyslík do oceánů.

Postupné hromadění kyslíku trvalo stamiliony let, ale nakonec během Velké kyslíkové události zásadně proměnilo podobu života na Zemi!

„Jestli to bylo tak snadné, o čem bude zbytek článku?”

Nojo, vlastně! Nové poznatky přinesl mezinárodní tým vědců, který zrekonstruoval 1000 různých bakteriálních genomů. Tehdejší biočichvé nám sice nezanechali psané prameny ani lopaty, ale jejich evoluce se vepsala do DNA.

Pomocí tzv. fylogenetické rekonciliace (což je honosný název pro porovnání historie různých druhů a jejich genů) a počítačového modelování je možné odhadnout, kdy a kde se různé geny (tj. biologické vlastnosti) objevily.

Analýza přitom odhalila, že některé bakterie se mohly přizpůsobit přítomnosti kyslíku dávno předtím, než ho bylo v atmosféře dostatek. Zdá se, že první aerobní bakterky se objevily už před 3,22 až 3,25 miliardami let – tedy stovky milionů let před „oficiálním” příchodem kyslíku ve velkém!

„Takže kyslíkový život tu byl před tou událostí?”

To, že nějaké aerobní druhy existovaly ještě před dominancí kyslíku, se tušilo – jinak by Velká kyslíková událost způsobila vymření všeho. Čekalo se ale, že se tyto bakterie objevily až mezi 2 a 3 miliardami let nazpět, nikoliv už před 3,2 miliardami lety!

Je pravděpodobné, že tyto první aerobní linie byly předky sinic – což znamená, že si nejdřív osvojily schopnost využívat stopové množství kyslíku a teprve pak (o nějaký ten evoluční víkend později) zvládly fotosyntézu.
Zjednodušeně řečeno: doposud se čekalo, že první byla slepice, a až pak vejce. Nyní to vypadá, že vejce už si dýchalo, než slepice vůbec začala něco žloutnout.

Výzkum vlastně naznačuje, že adaptace na kyslík mohla hrát klíčovou roli ve vývoji fotosyntetických schopností sinic – a v důsledku toho i v přepisování chemie zemské atmosféry během Velké kyslíkové události.

„A pak čekaly miliardu let se zatajeným dechem, nebo co?”

Loňský výzkum naznačil (byť debaty kolem něj stále probíhají – učebnice zatím nepřepisujte, a když, tak tužkou), že kyslík mohl vznikat i nebiologicky. Například fyzikálními procesy v oceánských horninách – něco jako přirozená elektrolýza. Možná právě tenhle kyslíkový leak poskytl první nádech aerobním bakteriím.

To už ale spekuluju – proč přesně se první aerobní bakterky vyvinuly, tato studie neřeší.

Dříve se mělo za to, že první kyslíkové „ostrovy” byly kaluže, rybníčky nebo jezera oddělená od oceánu, kde se kyslík mohl hromadit jako odpadní produkt fotosyntézy, a teprve později „otrávil” širší oceán a atmosféru. To ale vyžaduje sinice – a pokud ty vznikly až po aerobních bakteriích, máme tu nový slepičí paradox.

Používání kyslíku, jakkoliv nás na mikroskopické úrovni pomalu zabíjí, zároveň výrazně zefektivňuje metabolismus a umožňuje získat z energie víc. Bez kyslíku si například těžko představíme vznik složitějších organismů, jakými jsme i my, co čteme/píšeme tyto řádky – a co bez toho trapného prvku neumíme vydržet ani pár minut!  

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je hatemail@vedator.org