Meteorit sice zřejmě mohl vyhubit dinosaury, ale to neznamená, že by trocha toho orbitálního bombardování nemohla být pro život příznivá. Práce českých vědců zveřejněná v prosincovém čísle časopisu PNAS ukazuje, že při dopadu kosmických těles mohou vznikat podmínky vhodné pro vytváření základních stavebních bloků živé hmoty (práce je dostupná z této stránky, ale přístup je placený). Podíleli se na ní vědci z pražského Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR a společného pracoviště brněnského Biofyzikálního ústavu AV ČR a Středoevropského technologického institutu.
Autoři nové práce se inspirovali mimo jiné u hojně diskutovaných experimentů italského týmu, jehož vedoucí osobností je Raffaele Saladino. Byl spoluautorem vlivné a i českým týmem několikrát citované práce o možné roli sloučeniny zvané formamid při vzniku života (placený přístup). „Chtěli jsme zopakovat některé Saladinovy experimenty,“ říká jeden z vedoucích týmu Svatopluk Civiš z Heyrovského ústavu fyzikální chemie. „Ale otázce možného mechanismu vzniku života se věnujeme už roky, takže jsme chtěli ověřit nějaké vlastní nápady a hypotézy.“
Formamid je jednoduchá organická sloučenina, která není nic více než spojení kyseliny kyanovodíkové (HCN) a vody. I když se tedy označuje jako „organická“, může tato jednoduchá sloučenina vznikat velmi snadno a za široké škály podmínek i bez přítomnosti jakýchkoliv organismů. Předpokládá se (není jisté), že prvky pro její vytvoření, tedy primitivní uhlíkové sloučeniny, vznikly už v mezihvězdném prostoru v oblacích, které tvoří z velké části vodík a helium s malou příměsí těžších prvků, vzniklých spojováním jader v nitru hvězd a pak uvolněných do okolí při výbuších nov a supernov.
Ale zpět k formamidu: ten se ukazuje jako velmi vhodný „základní kámen“ pro vytváření větších a komplikovanějších organických molekul, což zjistila už řada experimentů. Prvenství českého týmu spočívá v tom, že se mu skutečně podařilo v laboratoři tuto jednoduchou sloučeninu přemluvit, aby se proměnila už ve skutečné základní stavební prvky dnešních živých organismů, a to za podmínek, které se podle našeho nejlepšího vědomí mohly vyskytovat zhruba před čtyřmi miliardami let na Zemi.
Nepotřebovali k tomu žádné vzácné katalyzátory, ale „laserovou jiskru“ o délce kolem půl nanosekundy (tedy půl miliardtiny sekundy). V laboratoři nutnou energii dodal intenzivní laserový paprsek, při samotném vzniku ji měly poskytovat dopadající meteority. Tím vědci elegantně spojili nové teorie o vzniku naší soustavy s biochemií.
Náhoda, zrovna máme bombardování
To je velmi zajímavé proto, že Země v době předpokládaného vzniku svého života prošla obdobím intenzivního meteoritického bombardování. Došlo k němu v době před 4 až 3,85 mld. let a nazývá se Velké pozdní bombardování. Příčinou zřejmě bylo narušení „kosmické rovnováhy“ (tedy dynamická nestabilita) v oblasti oběžné dráhy Jupitera.
Rekonstrukce intenzity bombardování našeho Měsíce jinými tělesy od vzniku Sluneční soustavy (na Měsící se díky nepřítomnosti eroze rekonstruuje mnohem lépe než na Zemi). Zřetelně je na něm vidět krátké období Velkého pozdního bombardování před necelými čtyřmi miliardami let.
V jejím důsledku se uvolnily ze svých do té doby stabilních oběžných drah malá tělesa v této oblasti a začalo nové kolo kosmického kulečníku. Na Zemi padalo v období tzv. Pozdního velkého bombardování zhruba 109 tun materiálu ročně (je to jen odhad, nemáme ani zcela přesnou představu, kolik materiálu dopadá na Zem dnes - odhady se liší podle metody od cca 200 do 10 tisíc tun ročně, většinou jde o prach).
Zemi to samozřejmě poznamenalo. Došlo k výrazným změnám atmosféry a na Zemi také výrazně přibylo vody (jak jsme psali nedávno, kolem jejího původu je dost nejasno). Energie dopadů podle odhadů vědců nebyla taková, aby způsobila sterilizaci planety, ale samozřejmě se předpokládalo, že vznik a vývoj života mohlo hodně komplikovat.
Nebo také ne, navrhují čeští vědci. Naopak energie uvolňovaná při dopadech mohla posloužit k vytváření nových molekul. Jak si to představují, předvedli v pokusu, kdy soustředili zhruba 150joulový puls laseru PALS v pražských Kobylisích na malý terč. Jeho základem byl formamid (v pevné i kapalné podobě) chráněný dusíkovou atmosférou (ovzduší na Zemi tehdy mělo obsahovat právě hlavně dusík, kyslík v ní před vznikem fotosyntézy volný nebyl).
„Soustředili jsme tuto ohromnou energii na terč o velikosti několika milimetrů, takže důsledky byly dost dramatické,“ říká Svatopluk Civiš. Teplota ve vzorku dosahovala zhruba 4 200 °C, což vedlo k vytváření plazmatu, ke vzniku rázové vlny v prostředí, ale také druhotnému vzniku „tvrdé“ radiace (rentgenových a UV fotonů).
To možná nevypadá jako nejlepší místo pro život, ale ve zbytcích materiálu se podařilo zachytit stopy všech čtyř „písmen“ kyseliny RNA, která slouží pro zápis genetické informace (i u nás lidí, byť už jen jako „prostředník“ mezi hlavním nosičem genů DNA v jádře a zbytkem buňky). Konkrétně jsou to adenin, guanin, cytosin a uracil (DNA používá tymin místo uracilu).
Krátery ma měděném terči vypálené pražským laserem PALS. Měď má sílu cca půl centimetru. Všechny krátery vznikly během jediného impulzu, každého trvajícího asi miliardtinu vteřiny. Největší (nahoře) vznikl během pulsu, který měl asi polovinu maximálního výkonu PALS, tedy cca 1,5 TW. Cílem experimentu bylo vytvoření měděného plazmatu a zkoumání jeho vlastností v rámci výzkumu zvládnutí jaderné fúze.
To nejsou molekuly, se kterými by nutně rovnou vznikl život, ale každopádně jsou velmi důležitým krokem tím správným směrem. „Je také možné, že ve vzorku vznikaly i složitější sloučeniny, ale my jsme detekční metody měli nastavené právě na báze RNA,“ říká Svatopluk Civiš.
A také to mohlo být úplně jinak
Neznamená to, že by debatě byl konec. Čeští vědci neříkají, že prostředí během bombardování muselo být vhodné pro vznik složitých biomolekul, ale že mohlo být příznivé. Z doby před čtyřmi miliardami let máme jen velmi sporé geologické záznamy (měli jsme i starší, ale „přišli“ jsme o ně), a tak nemáme přesnou představu, jak Země v té době vypadala, jaké bylo přesně složení atmosféry, množství vody na povrchu atd.
Pokusy provedené na pražském laseru PALS jen ukazují, co se mohlo stát, nikoliv, co se doopravdy stalo. Stejně tak je možné, že složité organické molekuly se na Zemi dostaly z vesmíru (na některých asteroidech se vyskytují), nebo možná mohly vzniknout čistě z pozemských prostředků, byť přesně nevíme jak.
Výsledky českých vědců jsou přitažlivé ze dvou důvodů. Ukazují, že vytváření důležitých biomolekul může být přímočařejší proces, než se dosud předpokládalo. A především hezky vysvětlují časovou shodu mezi pozdním bombardováním naší planety a poměrně brzy (maximálně pár set milionů let, možná méně) následujícím objevem života na Zemi. Což je obtížněji vysvětlitelný fakt, pokud bychom meteorické bombardování považovali jen za životu (či spíše vzniku života) nebezpečnou záležitost.
