Této molekule možná vděčíte za svůj život. A přitom o ní skoro nic nevíte

Nový výzkum ukazuje, že atmosféra rané Země mohla sama vytvářet důležité organické molekuly, které byly dosud považovány za produkt živých organismů. Tato zjištění zásadně mění přístup k hledání života ve vesmíru – a možná i k samotné definici jeho vzniku.

Věda samozřejmě nemůže vědět všechno, a pokud jde o minulost, naráží na zjevné omezení: minulost je minulost. Nemůžeme se vrátit zpět a v nejlepším případě si můžeme hrát na detektivy a vyslovovat vysoce pravděpodobné domněnky o tom, jak se věci měly. Absolutní jistotu mít nebudeme, ale věda nás k ní přiblíží tak blízko, jak jen to jde. A právě o to usiluje jeden z nejnovějších výzkumů z Coloradské univerzity v Boulderu.

Studie byla publikována ve známém vědeckém časopise PNAS a snaží se objasnit jednu z nejpřekonatelnějších otázek, které si můžeme klást: Jak vznikl život? Existují desítky hypotéz , ale ta, kterou navrhují tito vědci, je rafinovanější a vysvětluje jednu z nejmedializovanějších kontroverzí v poslední době ve vědě: onen optimistický článek, který tvrdil, že byly nalezeny známky života na Venuši.

Před několika lety přišla zpráva o přítomnosti podivných sloučenin síry v atmosféře Venuše. Autoři studie dospěli k závěru, že takové látky pravděpodobně nevznikly samovolně, ale vyžadují živé organismy a jejich biochemii. Nyní víme, že to bylo… velmi dobrodružné a že na rozdíl od toho, co jsme si mysleli, sloučeniny síry (a tedy do jisté míry i život) mohly z nebe pršet.

Mohlo by vás zajímat: To, co jíte, je jen půlka příběhu. Kvercetin a podobné látky bez mikrobiomu nefungují Za vše může… síra Víme, že aby mohl vzniknout život, musí nejprve vzniknout řada klíčových látek, které logicky musí vzniknout bez biologických procesů, protože… no, život zatím neexistuje. Tato prebiotická chemie (tak ji nazýváme) by zahrnovala dlouhý seznam látek nezbytných pro život, včetně některých molekul složených částečně ze síry.

Příkladem jsou aminokyseliny jako cystein a methionin. A abyste měli představu, aminokyseliny jsou stavebními kameny bílkovin, které jsou bez nadsázky zodpovědné za provádění prakticky všech činností, které buňka potřebuje k tomu, aby zůstala naživu: od kopírování DNA po stahování svalů nebo zachycování světla v sítnici.

Síra se navíc nenachází pouze v aminokyselinách. Je v koenzymech (molekulách, které pomáhají enzymům pracovat), ve vitamínech, jako je biotin, a v chemických skupinách nazývaných „thioly“, které fungují jako molekulární spínače a zapínají a vypínají buněčné procesy. Jednoduše řečeno: bez síry by biochemie, jak ji známe, zůstala bez základních nástrojů.

Dlouhou dobu se vědci domnívali, že aminokyseliny, jako je cystein, vyžadující síru, by byly produktem činnosti prvních živých organismů. Význam této studie spočívá právě v tom, že tento vztah obrací a naznačuje, že tyto aminokyseliny mohly předcházet životu také tím, že vznikly v zemské atmosféře. To znamená, že nález organických sloučenin síry na jiných planetách není dobrým indikátorem existence života na nich, i když pokud tyto aminokyseliny mohou vznikat samovolně v atmosféře inertních planet, zdá se, že podmínky nutné pro vznik života by byly častější, než jsme si mysleli.

Dlouhodobý problém v chemii vzniku života Myšlenka, že v rané atmosféře mohly vznikat organické molekuly, není nová. V roce 1953 slavný Millerův-Ureyův experiment vystavil elektrickým výbojům (simulujícím blesk) směs plynů údajně podobnou té, jaká byla na rané Zemi, a získal jednoduché aminokyseliny, jako je glycin nebo alanin. To byl milník: ukázal, že „neživá“ chemie může produkovat základní stavební kameny biologie.

Video k článku ZDE Zdroj: Youtube.com

Byl tu však problém: aminokyseliny obsahující síru, jako je cystein, se v těchto simulacích objevovaly jen velmi zřídka . Mnoho modelů předpokládalo, že cystein je příliš nestabilní na to, aby se tvořil ve významném množství bez pomoci enzymů, tj. bez předchozího života. To vedlo k začarovanému kruhu: abyste měli cystein, potřebovali jste bílkoviny, ale abyste měli bílkoviny, potřebovali jste cystein.

Nová práce tento kruh přerušuje. Naznačuje, že za určitých atmosférických podmínek reálných pro Zemi před více než 3 miliardami let mohla atmosféra sama produkovat cystein a další organické sloučeniny síry bez potřeby buněk, enzymů nebo jakýchkoli organismů. Jinými slovy, prebiotická chemie by byla bohatší a rozmanitější, než jsme si mysleli.

Simulace rané atmosféry Aby vědci dospěli k těmto závěrům, osvětlili směs plynů, o nichž jsme se domnívali, že byly přítomny v atmosféře před vznikem života (metan, oxid uhličitý, sirovodík a dusík). Světlo, které použili, simulovalo ultrafialové záření mladého Slunce, které bylo intenzivnější než dnešní a vzhledem k tomu, že ještě nebyla vyvinutá ozonová vrstva, zasahovalo do spodních vrstev atmosféry silněji.

Po analýze vývoje této simulované atmosféry vědci zjistili výskyt organických sloučenin síry. Pravda, jejich množství bylo minimální, ale odhadli, že v atmosféře o objemu, jaký má ta naše, by vzniklo tolik cysteinu, že by to stačilo na tisíc kvadrilionů buněk (jednička následovaná 27 nulami). A pro srovnání, naše současná atmosféra dokáže pojmout 1 kvintilion (jednička následovaná 30 nulami).

„ I když jich není tolik, kolik jich existuje nyní, stále to bylo hodně cysteinu v prostředí bez života ,“ řekl Nate Reed, autor studie a postdoktorand v NASA. „Mohlo by to stačit pro rodící se globální ekosystém, kde život teprve začíná.“

Ale je toho víc: vědci zjistili další organické sloučeniny síry důležité pro život, jako je aminokyselina taurin a koenzym M. Taurin se například podílí na regulaci množství soli a vody v buňkách a na ochraně před oxidačním stresem u současných živočichů. Koenzym M je zase klíčový v některých metabolických drahách mikroorganismů produkujících metan. To, že tyto molekuly mohou vznikat i bez života, naznačuje, že když se objevily první organismy, měly již k dispozici dobře zásobený „chemický supermarket“.

Co s tím má společného Venuše? Zpět k Venuši. V roce 2020 byla provedena velmi medializovaná studie, která tvrdila, že v její atmosféře byl zjištěn fosfin (PH3). Fosfin je molekula, která je na Zemi většinou spojována s biologickými procesy nebo velmi specifickými průmyslovými podmínkami. To bylo interpretováno jako možný „bioindikátor“: nepřímá známka života. Později jiné skupiny detekci i interpretaci zpochybnily a celá záležitost zůstala viset ve vzduchu.

Něco podobného se stalo i v případě dalších sloučenin síry na Venuši. Byly pozorovány molekuly jako karbonylsulfid (CSO) nebo podivné poměry oxidu siřičitého (SO2), které někteří považovali za obtížně vysvětlitelné, aniž by se uchýlili k biologii. Nová práce přináší důležitou nuanci: pokud atmosféra bohatá na síru vystavená intenzivnímu záření může sama vytvářet organické molekuly síry, pak jejich pouhá přítomnost již není pádným důkazem života .

To neznamená, že na Venuši nebo jiných světech nemůže být život, ale že kritéria pro tvrzení tak silného důkazu, jako je „našli jsme důkaz života“, musí být mnohem přísnější. Astrobiologie, obor zabývající se studiem života ve vesmíru, již léta diskutuje o tom, které molekuly lze považovat za skutečné bioindikátory a které mohou vznikat i čistě geologickými nebo chemickými procesy.

V této souvislosti se studie Reeda a Brownové přidává k dalším pracím, které varují před unáhlenými závěry. Samotná atmosféra může být překvapivě kreativní továrnou , což při pohledu na jiné planety komplikuje úkol rozlišit živou a neživou chemii.

Raná Země, laboratoř pod širým nebem Pro lepší pochopení rozsahu studie je užitečné představit si, jak vypadala Země před zhruba 3,5 až 4 miliardami let. Neexistovaly žádné rostliny, žádní živočichové, žádný dýchatelný kyslík. Obloha pravděpodobně nebyla modrá jako dnes, ale spíše oranžová nebo načervenalá v důsledku přítomnosti různých částic a plynů. Povrch byl posetý aktivními sopkami, dopady meteoritů a mladými oceány s minerály.

V tomto scénáři nebyla atmosféra jen „vzduchem“ k dýchání (to ještě nikdo nedělal), ale gigantickým chemickým reaktorem . Sopky vypouštěly plyny jako oxid uhličitý, sirovodík a oxid siřičitý. Blesky, ultrafialové záření a elektrické výboje poskytovaly energii k rozkladu a rekombinaci molekul. A vše, co se vytvořilo ve vzduchu, se mohlo nakonec rozpustit v oceánu v podobě deště.

Metafora, že „život mohl pršet z nebe“, není jen literárním prostředkem: popisuje zcela konkrétní fyzikální proces. Organické molekuly vzniklé v atmosféře, včetně těch, které obsahují síru, mohly spadnout s deštěm a nahromadit se v rybnících, jezerech, na pobřeží a mořském dně. Tam se smísily s dalšími sloučeninami z hornin, sopek nebo hydrotermálních průduchů a zvýšily tak chemickou rozmanitost, která byla v určitém okamžiku k dispozici pro vznik prvních metabolických sítí a s nimi i prvních buněk.

Kde život skutečně začal? Jednou z velkých diskusí o vzniku života je otázka „kde“: vznikl v mírných povrchových jezírkách, jak si představoval Darwin? V hydrotermálních průduších na dně oceánů, bohatých na minerály a teplotní gradienty? V jezerech, která cyklicky vysychala a plnila se a koncentrovala molekuly? Nebo dokonce v ledu, chráněném před radiací?

Video k článku ZDE Zdroj: Youtube.com

Nová studie tuto otázku nevyřešila, ale přidává k ní důležitou informaci: ať už život vznikl kdekoli, je možné, že mnoho molekul, které potřeboval, bylo již rozptýleno po planetě díky atmosféře . Ellie Browneová, další z autorů studie, to shrnuje:

„ Život pravděpodobně potřeboval ke svému vzniku velmi specializované podmínky, například v blízkosti sopek nebo hydrotermálních vývěrů se složitým chemickým složením ,“ řekla Browneová. „ Dříve jsme si mysleli, že život musel začít úplně od nuly, ale naše výsledky naznačují, že některé z těchto složitějších molekul byly rozšířené již v nespecializovaných podmínkách, což mohlo životu trochu usnadnit start. “

Jinými slovy, „speciální“ místa, kde se mohl zrodit život, by nemusela sama vytvářet všechny ingredience. Některé z nich by přišly hotové z atmosféry, jako by na experimentu spolupracovala celá planeta.

Důsledky pro hledání života na jiných světech Pokud připustíme, že samotná atmosféra může produkovat značné množství organických molekul síry, změní se způsob, jakým interpretujeme chemické signály z exoplanet a měsíců . Teleskopy jako James Webb Space Telescope (JWST) již začínají analyzovat složení atmosfér planet obíhajících kolem jiných hvězd a hledají plyny, které by mohly prozradit biologické procesy.

Dosud se předpokládalo, že některé kombinace plynů (například kyslík a metan koexistující ve velkém množství) by bylo obtížné vysvětlit bez života, protože mají tendenci spolu reagovat a mizet. Něco podobného bylo navrženo pro některé molekuly síry nebo fosforu. Práce Reeda a Brownové nás nutí k větší opatrnosti: než začneme křičet „život“, musíme pečlivě vyloučit všechny pravděpodobné nebiologické mechanismy .

Paradoxně to však neznamená, že by hledání života bylo méně vzrušující, ale naopak zajímavější. Pokud je prebiotická chemie bohatší a častější, než jsme si mysleli, možné vesmíry, v nichž může život vzniknout, se násobí . Množí se však i počet „falešně pozitivních“ případů, které se budeme muset naučit rozpoznávat.

V konkrétním případě Venuše se budoucí mise, jako jsou DAVINCI nebo VERITAS NASA či EnVision ESA, pokusí přesněji změřit složení její atmosféry a povrchu. S modely, jako je ten v této studii, v ruce budeme moci lépe rozlišit, jakou část její atmosférické chemie lze vysvětlit, aniž bychom se uchýlili k životu, a jaká část, pokud vůbec nějaká, zůstane skutečně záhadná.

Omezení a otevřené otázky Je důležité mít na paměti, že se jedná o laboratorní simulaci. Rekonstrukce atmosféry z doby před miliardami let v nádobě je z definice zjednodušením . Nemůžeme zahrnout všechny plyny, všechny zdroje energie, všechny povrchy hornin nebo vody, s nimiž by tyto molekuly interagovaly.

Video k článku ZDE Zdroj: Youtube.com

Navíc to, že se nějaká molekula může vytvořit, automaticky neznamená, že se bude hromadit ve velkém množství. Může se rozkládat, reagovat s jinými látkami nebo se zachytit v minerálech. Jednou z výzev prebiotické chemie je právě odhadnout nejen to, co může vzniknout, ale i to, jaké množství a na jak dlouho zůstane k dispozici.

&gt;&gt; POKRAČOVAT VE ČTENÍ ZDE &lt;&lt;

Zdroje článku: phys.org , pnas.org , colorado.edu , www.techzpravy.cz