Vznikl život náhodou, nebo je nevyhnutelný a zákonitý?

Od chvíle, kdy se ukázalo, že živé organismy, včetně člověka, jsou vlastně dokonale uspořádaným souborem chemických prvků a sloučenin, se vědci přou, jestli k tomuto uspořádání mohlo dojít jen neuvěřitelnou shodou okolností, nebo zda život vzniká ve vesmíru všude, kde pro to vzniknout příhodné podmínky. K jakým závěrům docházejí, shrnula druhá přednáška nového formátu pořádaná ve čtvrtek 21. června Akademií věd ČR, vysílaná online.

Jediný život, o němž zatím s jistotou víme, je zde na Zemi – proto Martin Ferus z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR pojal problematiku života, jak sám řekl, „zeměcentricky“ a antropocentricky. Nicméně nejdříve nabídl cestu zpět časem, až k velkému třesku, aby nastínil vznik zprvu jednoduchých chemických prvků a pak díky činnosti hvězd prvků těžších, které supernovy rozmetaly do vesmíru a vlastně tak umožnily vznik života v nám známé podobě. 

Peklo na rané Zemi

Podmínky na Zemi v raných fázích jejího vývoje byly nepředstavitelně nehostinné: panovalo zde spalující horko a drtivě vysoký tlak, atmosféra byla zpočátku plná vodíku, metanu, oxidu uhelnatého, formaldehydu, kyanovodíku a čpavku, později spíše oxidu uhličitého s příměsí dusíku a s vysokým obsahem horké vodní páry.

Čtěte také: Na stopě původu života (o zápasu dvou teorií o vzniku života)

Ani první oceány nebyly nejpřátelštější – vědci předpokládají, že i ony byly horké, slané a pravděpodobně jedovaté, např. kvůli obsahu kyanovodíku. Díky silné vulkanické činnosti byla Země poseta krátery, které zůstávaly horké i tisíce let a představovaly zdroj tepla v době, kdy na jiných částech planety už panovaly teploty daleko nižší, někde byla dokonce Země zmrzlá. 

Vznikl život navzdory drsnému prostředí – nebo díky němu?

Jak mohl za těchto krajně nevlídných podmínek vzniknout život? Jak je možné, že z původních jednoduchých sloučenin začaly vznikat první biomolekuly, především nukleové kyseliny? Napomohla extrémní proměnlivost prostředí chemickým procesům, v jejichž důsledku pak vznikaly první biomolekuly?

Definitivní odpovědi neznáme, naše planeta se od doby před téměř čtyřmi miliardami let, kdy se objevily stavební kameny živých struktur, výrazně proměnila. Přímé důkazy proto nejsou a už sotva půjdou získat. Hypotéz je celá řada, která se ale nejvíc blíží skutečnosti?

Raná Země ve zkumavce

Nezbývá než se uchýlit do laboratoře, napodobit poměry na rané Zemi a sledovat, co se bude dít. A doufat, že výsledky pomohou odvodit, co se dělo v průběhu změn vedoucích od proměny prvotní atmosféry Země až po vznik života.

Přesně to učinil Martin Ferus. Jak popsal ve své online přednášce, s kolegy zkoumal přerod určitých molekul, které na naší planetě tehdy byly, především formamidu, v biomolekuly. Syntéza těchto sloučenin je energeticky vysoce náročná – proto museli chemikové předně vysvětlit, kde se vzala potřebná energie. Došli k závěru, že ji mohly poskytnout kromě horkých vulkánů a elektrických bleskových výbojů také dopady asteroidů a komet, protože Země tehdy procházela etapou tzv. těžkého bombardování bludnými mimozemskými tělesy.

Ke vzniku života mohly přispět asteroidy

Aby své hypotézy otestovali, museli vědci nejprve v kontrolovaných laboratorních podmínkách navrhnout pokus, který by napodobil účinky dopadu asteroidu, a sledovat, co se stane. Jestli a jak se budou měnit jednoduché látky, např. už zmíněný formamid nebo i methan, čpavek, oxid uhelnatý a další na nějaké biomolekuly. Jestli skutečně vysoce energetické procesy mohou odstartovat syntézu biomolekul, jaké přesně látky jsou k tomu vhodné, jestli biomolekuly – pokud vzniknou – v takovém prostředí přežijí atd.

Nebo naopak, jestli se ve svých představách mýlí a nestane se nic, co by souviselo se vznikem základních kamenů života. „Zkusili jsme v laboratoři zavřít impakt asteroidu do zkumavky,“ říká s trochou nadsázky Martin Ferus. A výsledek? Vědci se nemýlili: pomocí laserové jiskry, která do zkumavky s příslušnými chemickými látkami během několika set pikosekund uvolnila obrovskou energii, experimentálně prokázali, že stavební kameny živých struktur opravdu mohly vzniknout z molekuly formamidu, přičemž energii pro energeticky náročnou syntézu biomolekul mohly dodat asteroidy, které silně bombardovaly Zemi v raných fázích jejího vývoje.

Prebiotická chemie na svého Einsteina teprve čeká

Martin Ferus nicméně upozornil, že jejich pokusy ukazují jen na jeden možný způsob vzniku biomolekul. Prebiotická chemie je totiž v současné době ve stejném stadiu jako na přelomu 19. a 20. století fyzika: tehdy existovala velká řada prací, které přímo ukazovaly na teorii relativity, musel však přijít Albert Einstein, aby všechny teorie propojil a vytvořil teorii novou. Totéž platí i o současných četných představách, jakými různými způsoby mohl vzniknout život.

„Je obecně známo, že biomolekuly vznikají relativně jednoduše. Jak se koncentrují, se ale příliš neví. Jak zpolymerují, se také příliš neví. Jak vznikne první živá struktura, se vůbec neví. Jak se dospěje k metabolismu, se také vůbec neví. Jsou to ale nesmírně důležité kroky,“ konstatoval Martin Ferus.

 Protoplanety jako nápovědi

Ze všech výše zmíněných důvodů je důležité studovat exoplanety, tedy planety mimo naši sluneční soustavu – i ty teprve vznikající. Exoplanety a protoplanety v různém stadiu vývoje totiž mohou naznačit, jakými kroky se mohly ubírat fyzikální a chemické procesy zde na Zemi, jak vedly k prvním biologickým strukturám a pak až k nám, lidem. A mohly by také napovědět, jestli je vznik života tak složitý a jedinečný proces, že je na naší planetě ojedinělý, nebo jestli se nevyhnutelně objeví všude, kde se pro něj vytvoří potřebné podmínky.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY: 

Jak zavřít blesk a dopad asteroidu do zkumavky?

Asteroidy a původ života na Zemi

K vědeckým teoriím o původu života na Zemi rovněž v časopise A / Věda a výzkum, v čísle 02/2017 

Připravila: Jana Olivová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: NASA

Přečtěte si také

• Podpora obnovitelných zdrojů je investicí do bezpečnosti, tvrdí evropští vědci
• Nový rekord nepolapitelného neutrina: váží milionkrát méně než elektron
• Žádné dítě není k zahození, říká mladý vědec se zkušenostmi z „Autistánu“
• Světlo jako pomocník při výrobě povrchů inspirovaných přírodou
• Jak dlouho trvá „rok“ na exoplanetách? Doba oběhu zdánlivě kolísá v řádu dní
• Jak vyztužit lidské tělo prostřednictvím biodegradabilních kovů
• Vidět znamená věřit. Altermagnetismus dokazují první mikroskopické snímky
• Epileptický záchvat nepřichází vždy zčistajasna, říká Jaroslav Hlinka
• V Praze odstartovala největší mezinárodní konference o materiálovém modelování
• Z čeho se skládá kosmické záření? Napoví přelomová metoda českého fyzika