Novákoviny

Naše planeta je v celé sluneční soustavě jediná, která má atmosféru bohatou na kyslík. Jedině díky tomu zde mohou existovat vyšší formy života, včetně nás samých. Kolem zrodu této atmosféry však stále existuje řada nejasností. Některé z nich se pokoušejí objasnit vědci z americké Pennsylvania State University.

Objevy kosmických sond z posledních desetiletí naznačují, že všechny terestrické planety (Venuše, Země a Mars) na tom byly na počátku věků téměř stejně - měly podobnou atmosféru skládající se převážně z oxidu uhličitého, mírné klima a nejspíš i tekutý oceán. Stále ještě nemůžeme také vyloučit (ale zatím ani dokázat), že na všech třech se paralelně nezačal rozvíjet primitivní jednobuněčný život.

Pak se ale něco stalo - a Země se dala cestou prudkého rozvoje života, zatímco její sesterské planety se staly pustinami. Faktorů, které to způsobily, je pravděpodobně mnoho. Jedním ze stěžejních okamžiků určujících další osud našeho světa, je zrod kyslíkové atmosféry.

První ekologická katastrofa v pravěku

Dnes už vědci vcelku nepochybují o tom, že počátky kyslíkové atmosféry Země mají souvislost s rozvojem cyanobakterií. Ty jsou na naší planetě velmi rozšířené i dnes - žijí ve slaných i sladkých vodách mírného pásma, stejně jako na horkých pouštích, kde nikdy neprší, nebo na suchých skalách Antarktidy. Tam dokáží přežívat dokonce i uvnitř skal v pórech kamenů. Především však jsou nejstaršími známými organismy schopnými fotosyntézy - využití energie slunečního světla k produkci organických látek z jednoduchých anorganických sloučenin.

obr. Za podstatnou část kyslíku v atmosféře vděčíme fotosytnetickým mikroorganismům

Od cyanobakterií také vede přímá cesta i k dalším organismům schopným fotosyntézy. Zdá se, že před přibližně dvěma miliardami let byly některé cyanobakterie pohlceny jinými jednobuněčnými organismy, které neměly schopnost fotosyntézy. Z neznámých důvodů je tito "predátoři" nezlikvidovali, ale nechali žít uvnitř svých buněk a využívali produktů jejich metabolismu. Vznikl zcela nový typ vysoce efektivního organismu - rostlinná buňka. Především tak ale byla odstartována nová cesta vývoje života na Zemi. Existence rostlin produkujících kyslík dovolila přejít jiným mikroorganismům na výkonný metabolismus, který jej spaloval, což dalo nejen podnět k vývoji živočichů, ale současně založilo planetární ekosystém v dnešní podobě. Křehká rovnováha mezi rostlinami a živočichy žene vývoj života na naší planetě kupředu už stovky miliónů let.

Počátek tohoto vývoje ale nejspíš vůbec nevypadal optimisticky. Kyslík je vysoce reaktivní prvek, který většinu tehdejších primitivních mikroorganismů nemilosrdně ničil - asi jako dnešní desinfekční prostředky. Jeho stále větší zastoupení v atmosféře patrně vedlo k masovému hynutí tehdejších druhů. Aby se život na nové podmínky adaptoval, musel k tomu dostat potřebný čas. Vědci nyní možná objevili mechanismus, který "kyslíkovou revoluci" na dostatečně dlouhou dobu pozdržel.

Svědectví dávných skal

O minulosti atmosféry Země dokáží mnohé prozradit staré horniny. Nejen proto, že mohou obsahovat fosilie mikroorganismů, produkovaly kyslík, ale také proto, že jsou svědectvím o tom, v jakých atmosférických podmínkách vznikaly. Například pokud žhavá láva vyvěrající z vulkánů chladla v atmosféře obsahující velké množství kyslíku, tvořily se z ní jiné horniny a minerály, než když k jejímu tuhnutí docházelo v atmosféře bez kyslíku. Vědci z Pennsylvania State University tak při studiu hornin pocházejících z časů formování kyslíkové atmosféry zjistili překvapující skutečnost.

"Před 2,5 miliardami let atmosféra naší Země ještě stále postrádala kyslík," říká Lee R. Krump, profesor geologie na Pennsylvania State University. "Jenže mikrofosilie v horninách ještě o 200 milionů let starších dokládají, že už tehdy existovaly cyanobakterie a produkovaly kyslík ve stejné míře jako dnes. Plyn se tedy musel dlouhou dobu někam ztrácet - něco jej z atmosféry zase odstraňovalo."

obr: Teprve, když se sopečná činnost přestěhovala z moře na souš, mohl začít kyslíku v atmosféře přibývat

Po dalším výzkumu geologové z Pennsylvania State University navrhli hypotézu počátečního vývoje kyslíkové atmosféry. Zjistili totiž, že podmořské vulkány chrlí směs lávy a plynů, která má redukční vlastnosti - jinými slovy, váže kyslík do takto vznikajících látek. Naproti tomu pevninské sopky produkují jiné materiály, které redukční schopnost postrádají. Po posouzení poměru podmořských a suchozemských vulkánů zjistili, že právě v době před 2,5 miliardami let se situace začala měnit ve prospěch pozemních sopek. Mechanismus pohlcující kyslík se zastavil a podíl plynu ustavičně produkovaného cyanobakteriemi v ní mohl začít stoupat.

"V období před 2,5 miliardami let zcela dominovaly podmořské vulkány," vysvětluje profesor Kump. "Pozemní sopky prorážející silnější pevninskou kůru téměř chyběly. Protože při podmořské sopečné činnosti jsou materiály vyvrhovány za nižší teploty, dochází k reakcím spotřebovávajícím kyslík. Když se ale stabilizovala pevninská kůra, začaly vznikat ve velkém počtu suchozemské sopky, které už kyslík nespotřebovávaly - při jejich erupcích dosahují teploty větších hodnot a k redukčním reakcím nedochází. Později jejich počet převážil a rozvoji kyslíkové atmosféry nestálo nic v cestě."

Geologické pochody jsou ovšem mnohem pomalejší než biologické - zatímco úspěšný druh se dokáže přemnožit v relativně krátké době, poměr mezi vulkány se měnil stovky milionů let. Díky pomalému narůstání kyslíku v atmosféře se tak mohl ekosystém na nové poměry adaptovat pozvolna. Evoluce dostala čas na vytvoření organismů spotřebovávajících kyslík - našich přímých předků.

Jan A. Novák

obr: Metabolismus založený na "spolování" kyslíku, je mnohem výkonnější než ostatní nám známé typy (anaerobní). Až kyslíková atmosféra umožnila vývoj složitých mnohobuněčných organismů - včetně nás

You have no rights to post comments