Sciencemag.cz
Doporučujeme
Když první pozemské organismy zvládly někdy před 3,5 či 3 miliardami let kyslíkovou fotosyntézu, současně přitom vyvolaly genocidu celého svého okolí a došlo k velkému vymírání (ne nutně prvnímu). Takový je převládající pohled na věc, Nick Lane ovšem tvrdí, že pro tento scénář ve skutečnosti neexistují žádné důkazy. Žádná kyslíková katastrofa podle něj nenastala.
Podle Lanea tehdejšímu velkému vymírání nenasvědčují žádná paleontologická/geologická data. Samozřejmě zde je otázka, nakolik bychom podobné změny dnes vůbec dokázali zachytit. Zajímavější je ale následující argument: biochemie a zkoumání stáří různých enzymatických systémů (jak jsou sdíleny mezi všemi současnými pozemskými organismy apod.) má ukazovat, že se s kyslíkem život setkával od svého počátku – respektive od bodu, kdy žil poslední společný předek všech současných organismů (LUCA). I když pozemský život možná/asi vznikl v prostředí hydrotermálních průduchů u dna moří, LUCA dokázala nějak manipulovat s kyslíkem, byť se vyskytoval v malých množstvích a nevznikel fotosyntézou.
Jak se v tom celém vyznat? LUCA totiž mohla žít i někde u hladiny, v mělkých vodách. Zde ultrafialové záření rozkládalo vodu (pořádná ozonová vrstva ještě neexistovala), takže živé organismy si s kyslíkem dokázaly poradit – možná ho dokázaly dokonce nějak využívat (LUCA možná aerobně dýchala? To zní velmi překvapivě.) nebo alespoň detoxikovat. Z čehož plyne, že když se objevila kyslíková fotosyntéza, žádné masové vymírání to nezpůsobilo, protože pro život nebyl kyslík ničím novým. Vlastně to celé nejspíš poprvé napsala Lynn Marguliosová a od ní to pak všichni opisovali. Tolik Nick Lane, ve prospěch svého pohledu na věc vypočítává konkrétní biochemické podrobnosti. Obecně: enzymy zpracovávající kyslík (respektive související peroxid vodíku) jsou dle něj univerzální, evolučně velmi staré a nesouvisejí pouze s klasickým dýcháním.
V souvislosti s mechanismy umožňujícími detoxikaci volného kyslíku podle Lanea vznikla i fotosyntéza (poznámka: což zní paradoxně, protože zde se kyslík naopak produkuje). Komplexy štěpící při fotosyntéze vodu se chemicky podobají katalázám, tedy antioxidačním enzymům. A co se týče samotného dýchání, LUCA nejspíš měla enzym cytochromoxidázu a používala ji k přenosu elektronů na kyslík za zisku energie.
Když hovoříme o tom, že původní pozemská atmosféra byla bez kyslíku, tak to platí – ale jen v podstatě. Lane uvažuje, že ho mohlo být např. 0,1 % jeho současné úrovně. Některé mikroorganismy mohou ještě i za těchto podmínek dokonce provozovat aerobní metabolismus. Taková koncentrace kyslíku mohla být důsledkem prostě rozkladu vody zářením v mělkých mořích.
Celá záležitost má i, řekněme, medicínský aspekt věci. Za prospěšné pokládáme antioxidanty a v určitém náhledu vnímáme aerobní organismy včetně nás samých jako odsouzené k smrti prostě proto, že v sobě neustále „rozděláváme oheň“, až nás příslušné radikály zahubí. Být metanogeny, mohlo by to fungovat jinak, tedy ve vztahu ke smrtelnosti. Samozřejmě anaerobních mnohobuněčných organismů známe minimum, protože dýchání je potřebné pro řadu chemických syntéz, proto k tomu takhle v evoluci došlo, ale to je jiná věc. Lane spíše polemizuje s tím, že když se antioxidanty nacpeme, nějak si tím pomůžeme. Kyslík podle něj není nutně jed.
Jak Nick Lane uvádí doslova (překlad: Pavel Pecháček)
LUCA žila ve světě spalovaném zářením. To samo o sobě naznačuje, že i když mohl život vzniknout kdekoli, LUCA musela alespoň nějakou dobu žít na povrchu oceánů. Jelikož se archea vyvinula z LUCA (spíše než naopak), nemohou být síru a teplo milující extremofilové skutečnými představiteli nejstarších forem života, jak tvrdili někteří badatelé. Ba právě naopak: pokud byla LUCA metabolicky všestranná, musela žít ve světě, který všestrannost vyžadoval, takže musel zahrnovat i povrch oceánů.
Důsledkem záření dopadajícího na povrch oceánu nebyla ani zdaleka naprostá sterilita, jak se často tvrdí. Štěpením vody za vzniku volných radikálů a peroxidu vodíku poskytovalo ultrafialové záření dodatečný zdroj energie. Peroxid vodíku byl dost stabilní na to, aby se hromadil v mělkých mořích a jezerech, než se rozštěpil a dal vzniknout vodě a kyslíku. Kyslík, který touto cestou vznikl v buňkách, se mohl zachytit a uložit pomocí hemoglobinu. Později se kyslík prostřednictvím cytochromoxidázy uvolnil kvůli výrobě energie. Všudypřítomná chemická skupina hem, která je součástí cytochromoxidázy a hemoglobinu, byla možná také základem pro evoluci chemicky blízce příbuzných chlorofylů schopných zachytávat světelnou energii a s využitím několika odlišných respiračních drah ji přeměňovat na cukry.*
První fotosyntetizující organismy patrně štěpily sulfan nebo soli železa, nicméně když se tyto zdroje v krytých prostředích v důsledku oxidačního stresu vyčerpaly (kapitola 7), poháněl selekční tlak adaptaci na alternativní zdroje: peroxid vodíku, a nakonec i vodu. Jakmile se vyvinula oxygenní fotosyntéza, začal se v atmosféře a oceánech hromadit volný kyslík a svět se navždy změnil. Avšak ideální hladina kyslíku pro respirační metabolismus zůstala blízko té, v níž se původně vyvinuly respirační enzymy. I dnes naše cytochromoxidáza funguje nejlépe, je-li koncentrace kyslíku nižší než 0,3 procenta atmosférického tlaku kyslíku. Naše těla se snaží koncentraci kyslíku v mitochondriích udržet právě na této úrovni.
Zdroj: Oxygen. The Molecule that Made the World
Oxford University Press 2016
Jako
Kyslík: Molekula, která stvořila svět vyjde v nakladatelství Argo/Dokořán
Tak ony organismy mohly začínat na Zemi s kyslíkovou atmosférou. Vezměme v úvahu několik věcí:
1) Na Zemi máme spoustu vody. Při vzniku Země by klidně mohlo na Zemi být mnohem víc vody.
2) Země byla mnohem teplejší, což vedlo k udržení mnohem většího množství vody v atmosféře, ta byla hustší a sahala mnohem dále do vesmíru.
3) Slunce bylo mnohem aktivnější. Zemskou atmosféru bombardovalo mnohem víc částic a ultrafialového záření.
4) Kyslík a dusík jsou těžší jak voda (ač to intuitivně nevnímáme). Voda se tedy v horkém prostředí, kde není schopna kondenzovat, bude více vyskytovat nad kyslíkovou vrstvou, což povede k jejímu rozkladu vlivem ultrafialového záření. Kyslík klesne níže pod vodní páry, zatímco vodík bude slunečním větrem odfouknutý do vesmíru.
Vytvoření kyslíkové atmosféry tedy mohl být klidně fyzikální a ne biochemický proces. To nám vlastně dává určitou naději, že najdeme ve vesmíru další planety, které budou mít kyslíkovou atmosféru, třebas bez života, třebas i s životem, který našemu bude podobný.
budiz, jenze ke vzniku zivota potrebujete slouceniny dusiku a uhliku v redukovane podobe, to s kyslikovou atmosferou prece jen moc dohromady nejde…
Pavel Houser:
Pokud se bavíme o mladé Zemi, pak teplota na ní byla vyšší. Oceány byly rozhodně teplejší a udržely mnohem méně plynů. Život rozhodně nevzniknul v atmosféře, ale spíš v oceánu. Pojďme se posunout trošku dál.
Pamatujete si zcela jistě nedávný článek o anorganickém vzniku ropy. Stačilo vzít jednoduché skupiny uhlovodíků vyskytující se na asteroidech, podrobit je tlaku a teplotě a voilá, máte ropu bez korýšů a planktonu. Vezměme v úvahu, že prvotní ložiska anorganické ropy byly dříve mnohem blíže povrchu i na mořkých dnech, kde mohly snadno prosakovat do oceánů. Delší řetězce mohly reagovat s mořskou vodou a vytvářet sodnolipidové, nebo fosfolipidové molekuly, které mají tendenci shromažďovat se do bublin.
Pamatujete si, jak nás na škole učili dva protichůdné názory na vznik života? Jedni, že první byly bílkoviny, a druzí, že první bylo DNA. No a představte si, že by první bylo mýdlo…
je fakt, ze tukove vacky na pocatku zivota jsou hezka predstava. snad i nova? (i kdyz zde asi tezko prijit s necim novym). take se tim vysvetluje problem hydrolyzy – proste prvni lipofilni zivot (i kdyz mydlo zase uz je neco jineho…) se nerozpoustel, naopak ve vode shlukoval k sobe. a pak nejake „geneticke prevzeti“, jako u teorie zivych jilu?