Sciencemag.cz
Doporučujeme
Status quo a stagnaci života nakonec navždy přerušila evoluce živočichů disponujících střevem…
Divoké výkyvy environmentálních podmínek během 160 milionů let dlouhého období, kdy Země připomínala sněhovou kouli, možná dokonce hladinu kyslíku posunuly skoro až na současnou úroveň. V téže době se však po téměř miliardu let dlouhé pauze znovu objevují páskované železné rudy, což napovídá, že oceánské hlubiny stále obsahovaly obrovské množství rozpuštěného železa. Pokud je to pravda, muselo být v hlubinách oceánů jen málo kyslíku.
Mrknutím oka se tak dostáváme z varangerianu – velké doby ledové a poslední éry sněhové koule, která skončila před asi 590 miliony let – do světa, v němž jsou povrch oceánů a vzduch dobře prokysličené – dost na to, abychom zde mohli dýchat – ale oceánské hlubiny zůstávají podobně jako dnešní Černé moře nehybné a prosycené sulfanem. Potom zničehonic, během několika milionů let po zrodu tohoto nového a lepšího světa, narážíme po celém světě na první velké živočichy: podivné pytlíky protoplazmy známé jako vendobionti, kteří se vznášeli v mělké vodě, a červy prohrabující se bahnitým dnem kontinentálních šelfů (pevninských prahů). Byla to doba překypující potenciálem. Kupodivu ale naplnění tohoto potenciálu možná předznamenalo její brzký konec.
Filozof Friedrich Nietzsche jednou poznamenal, že dokud si člověk zachová trávicí trakt, nikdy se nebude mylně pokládat za boha: potřeba kálet je naší nejnelichotivější vlastností. V důmyslném článku publikovaném v časopise Nature roku 1995 Graham Logan a jeho kolegové, kteří tehdy působili na Indianské univerzitě, Nietzscheho popřeli, když v podstatě tvrdili, že za své nejbožštější vlastnosti, a vlastně i za samu svou existenci, vděčíme základní potřebě kálet. Prohlašují, že fekální pelety (exkrementy) prvních velkých zvířat pročišťovaly oceán a připravovaly půdu pro kambrickou explozi. Jen málo teorií o environmentální změně v závěru prekambria je pro Zemi tak skličujících (nebo přinejmenším pro mořské dno).
Loganova skupina, opírající své argumenty o detailní zkoumání uhlíkových izotopů v molekulárních fosiliích, zjistila, že v podstatě veškerý organický uhlík vyprodukovaný během dlouhého období environmentální stagnace před 1,8 miliardami až 750 miliony let neskončil pohřbený v sedimentech, ale rozložily jej a opětovně použily bakterie v nižších patrech vodního sloupce. Mrtvé zbytky drobných, téměř nic nevážících bakterií klesaly do hlubší vody velmi pomalu, takže konzumentům poskytovaly dost času k recyklování veškerého dostupného uhlíku. Jelikož byla většina uhlíku znovu využita, byla rychlost jeho pohřbívání nízká. Poněvadž se kyslík hromadí, pouze pokud se uhlík pohřbívá, mohlo se dlouhodobě ve vzduchu akumulovat jen velmi málo kyslíku, a tím pádem nebyl výrazný ani popud ke změně. Horší bylo, že veškerý kyslík, který vodním sloupcem pronikal dolů, byl neutralizován sulfanem stoupajícím vzhůru – za této situace se mohly neměnné podmínky zachovat kdovíjak dlouho. V období po první éře, kdy se Země podobala sněhové kouli (před 2,3 miliardami let), způsobilo vysoké tempo eroze a pohřbívání uhlíku nenadálou změnu, nicméně suť se časem spotřebovala a byl znovu nastolen status quo, tedy komplikovaně pomalé pohřbívání organického uhlíku. Obnovení tohoto statu quo po období sněhové koule je patrně zodpovědné za fakt, že hladina kyslíku další miliardu let nestoupla nad 5 až 18 procent současné úrovně. Bakterie ponechané vlastnímu osudu by nekonečnou rovnováhu možná nikdy neprolomily.
Logan tvrdil, že status quo nakonec navždy přerušila evoluce živočichů disponujících střevem – skok, jenž se mohl odehrát pouze v mělkých vodách s podporou kyslíku (jedině dýchání vyžadující kyslík je dostatečně efektivní, aby podpořilo evoluci mnohobuněčných živočichů se střevy). Poměrné těžké fekální pelety těchto zvířat musely klesat na oceánské dno velmi rychle a razily si cestu hemžícími se populacemi anaerobních, síran redukujících bakterií. Fekální pelety zasypávající dnové sedimenty živinami byly následně pohřbeny pod dalšími usazeninami, čímž připravily síran redukující bakterie o jejich organické živiny, a svým pohřbením přispívaly k prokysličování výše položených vrstev vody. Nedostatek zbytků pro síran redukující bakterie v kombinaci s lepším prokysličením hluboké vody musely urychlit ústup těchto anaerobních organismů k anoxickým dnovým usazeninám. V době, kdy se v článkované, dvoustranně souměrné stavbě kambrických živočichů vyskytoval ohromný genetický potenciál, který jen čekal na příležitost, se zčistajasna jako země zaslíbená otevřel nový, obrovský a dobře prokysličený ekosystém. Šíření těchto pohyblivých, dravých, geneticky vybavených živočichů do prázdného ekoprostoru neponechalo vznášejícím se vendobiontům žádnou šanci. Skončili rozcupovaní jako nafouklé plastové pytlíky v kombajnu.
—————
Jestli vendobionti padli za oběť predátorům, je jen spekulace, nelze však pochybovat, že rostoucí množství atmosférického kyslíku v prekambriu korelovalo s prudkými nárůsty biologické rozmanitosti. Ve třetí kapitole jsme upozornili na vztah mezi kyslíkem a rozvojem eukaryot a posléze mezi kyslíkem a prvními náznaky mnohobuněčného života. Nyní musíme uvážit vztahy mezi kyslíkem a výskytem prvních živočichů libovolné velikosti, vendobiontů a posléze dvoustranně souměrných článkovaných kambrických živočichů. Ačkoli o těchto souvislostech není pochyb, je až nepříjemně běžnou chybou zaměňovat korelaci za kauzální vztah.
Připomeňme si třetí kritérium Prestona Clouda pro dávání kyslíku do souvislosti s evolucí, podle nějž je nutné takové spojení postavit na dobrém biologickém základě. Existují dobré
důvody, proč dávat kyslík do souvislosti s biologickou příležitostí?
Nejzjevnějším důkazem kauzální souvislosti je produkce energie: kyslík uvolňuje z potravy mnohem více energie než síra, dusík či sloučeniny železa sloužící jako oxidanty a je řádově výkonnější než kvašení. Důsledky této jednoduché skutečnosti jsou zarážející. Především platí, že délku jakéhokoli potravního řetězce určuje množství energie, která se ztrácí mezi jeho jednotlivými články. Tato ztráta závisí na účinnosti energetického metabolismu. Za nepřítomnosti kyslíku je účinnost energetického metabolismu obecně méně než desetiprocentní (to znamená, že z potravy se vytěží méně než 10 procent celkově dostupné energie). Pokud je takto se živící organismus následně zkonzumován, představuje energie dostupná pro predátora méně než 1 procento energie původně syntetizované primárním producentem. To je konec potravního řetězce: úroveň jednoho procenta jednoduše neposkytuje dost energie na uživení. Výsledkem je, že potravní řetězec musí být v nepřítomnosti kyslíku velmi krátký. Bakterie se obvykle spíše specializují nebo spolu soupeří o omezené zdroje, než aby se navzájem „požíraly“. Kyslíkem poháněné dýchání má oproti tomu při získávání energie účinnost 40 procent. To znamená, že hranice jednoho procenta je překročena teprve na šesté úrovni potravního řetězce. Predační potravní řetězce
znenadání začínají vynášet a vznikají dravci. Dominantní postavení predátorů v moderních ekosystémech není možné bez kyslíku. Ne náhodou byli kambričtí živočichové prvními skutečnými pozemskými predátory.
Tento text je úryvkem z knihy
Nick Lane: Kyslík. Molekula, která stvořila svět
Argo a Dokořán 2020
O knize na stránkách vydavatele
