Pokud se chcete s tématem seznámit, vřele doporučuji jeho přednášky pro Pátečníky a Seminář z astrobiologie.

Protože však jde o zajímavé téma a zdaleka ne vše na přednáškách zaznělo, pořídil jsem s Janem Špačkem exkluzivní rozhovor o životě, vesmíru a tak vůbec. Jeho druhá část je věnována především Venuši a otázkám exotického života.

TP: Myslíš si, že život bude spíš takový, jaký známe, biomolekuly našeho typu ve vodě, nebo si myslíš, že darwinovská evoluce je obecný fenomén, který vznikne kdekoli, kde máme něco kapalného a zajímavou chemii?

JŠ: Aby v kapalině mohla probíhat zajímavá chemie, tak musí hlavně fungovat jako rozpouštědlo. Voda je skvělé rozpouštědlo, které máme tady na Zemi a na Marsu, ale jiné solventy můžou fungovat podobně. Potřebujeme mít nějakou koncentraci molekul, které můžou v tom roztoku reagovat.

Jan Špaček. Kredit: JŠ.

Pokud se v kapalině nic nerozpouští, je těžké si představit život, který by tam mohl probíhat. To je problém v kryorozpouštědlech, jako jsou jezera kapalného metanu na Titanu. Při zhruba -180 °C všechny látky vypadnou z roztoku. Jediná komplexnější organická chemie na Titanu probíhá v plynném skupenství – vysoko v atmosféře. Kromě toho rychlost chemických reakcí klesá zhruba 2x při každém snížení teploty o 10 K, takže hypotetičtí replikanti na Titanu by měli asi milionkrát pomalejší metabolismus než život na Zemi. I kdyby se evoluce rozjela na obou planetách před 4 miliardami let, tak replikanti na Titanu by evolučně pokročil jako život na Zemi v prvních 4 tisících letech od svého vzniku. Takže studené planety a měsíce s methanovými jezery budou asi bez jakýchkoliv forem života.

Naopak co teď zjišťujeme s kyselinou sírovou, tak je velmi zajímavé, že tam může docházet k velmi zajímavé organické chemii, která je jen málo zmapovaná. Kyselina sírová je velmi dobré rozpouštědlo, které udrží velké koncentrace organických látek. Může tam být opačný problém – až příliš vysoká reaktivita. V koncentrované kyselině sírové je spíš těžké najít molekuly, které jsou stabilní.

To teď zkoumáme, snažíme se zjistit, jak by mohl vypadat život v koncentrované kyselině sírové. Moje hypotéza je, že nějaké polyhalogenované uhlovodíky by mohly být ty stabilní stavební bloky. Víme, že když je v kyselině sírové i kyselina chlorovodíková a fluorovodíková, což na Venuši máme, tak dochází k jejich reakci s uhlovodíky.

Na Zemi život používá CHNOPS (uhlík, vodík, dusík, fosfor, síra), na Venuši by byly asi podobné, plus ještě chlor a fluor. Na Zemi se vazba uhlík-chlór nepoužívá, protože je tak stabilní, že život má problém ji rozbourávat. Na Venuši by to naopak mohla být optimální vazba, která by mohla svou stabilitou život umožňovat.

TP: Nadměrná reaktivita nemusí být absolutní problém. Ani organické látky v našem těle nejsou ve vodě úplně stabilní. Kdybychom je nechali dost dlouho, také zdegradují na něco relativně nezajímavého. Rozhodující je, že mme dostatek energie, abychom je stihli nahrazovat rychleji, než se rozpadají.

JŠ: Ano. Jde o poměr mezi destrukcí a vznikem. V té kyselině sírové neustále dochází k adicím. Máme tam karbokationty, takže když máme nějakou molekulu, která je nukleofil, třeba oxid uhelnatý, kde jeden z rezonančních stavů má záporný náboj na uhlíku, tak tam může docházet k adicím, Koch reaction. Postupně vznikají velké molekuly, něco jako dehet. Všechen organický uhlík reaguje dohromady za vzniku „asfaltu“ – náhodně uspořádané směsi neustále rostoucích molekul. Tomu analogu asfaltu v kyselině sírové říkáme „red oil“.

U vzniku života je jen tenká linka mezi tím, kdy nevzniká vůbec nic, a kdy máme až moc komplexity, že vznikají až moc velké molekuly moc rychle, a vzniká dehet, místo aby vznikala zajímavá chemie, která potom může podporovat vznik života. V té kyselině sírové probíhá vznik komplexity až moc rychle, ten chlór a fluor by to mohl zpomalit. Ale souhlasím s tím, že je to rovnováha mezi destrukcí a stabilitou.

Nedávno vyšel článek, kde ukázali, že planety s kapalnou kyselinou sírovou budou v naší galaxii častější, než planety s vodním oceánem. Pokud je možné evoluci nastartovat a udržet v kyselině sírové, pak většina mimozemšťanů v naší galaxii bude mít místo krve roztok koncentrované kyseliny sírové a jejich biomolekuly budou podobné teflonu...

TP: Představa je to krásná, ale bral bych to poněkud s rezervou. Síra není zase až tak běžný prvek, a kyselina sírová by v normálním oceánu reagovala s minerály na sírany, což se na Venuši nemůže stát. Každopádně Venuše může být test, jestli život vznikne obecně kdekoli, kde je kapalina a komplexní chemie.

JŠ: Jak víš, tak já nemám rád termín „život“ . Každý si pod tím představí něco jiného. Třeba králíky. ...A protože je každému jasné, že králíci v kapkách kyseliny sírové nepřežijou, tak na Venuši určitě život být nemůže (směje se). Méně vtipné je, že administrativa NASA dělá často podobnou logickou chybu: za „život“ si místo králíků dosadí bakterie, které známe ze Země, a pak argumentuje, že bakterie by nepřežily v atmosféře Venuše a proto „život“ v mracích Venuše být nemůže.

Takže místo vzniku života budu radši mluvit o nastartování evoluce. K evoluci jsou potřeba chemické systémy, které jsou schopny samy sebe - ne úplně přesně - replikovat. Předpokládáme, že na Zemi (případně na Marsu) k takovému nastartování došlo. V naší laboratoři (FfAME.org) patříme ke světové špičce ve zkoumání vzniku evoluce. Ukázali jsme, jak se od jednoduchých prekurzorů dostat až k dlouhým řetězcům RNA.

TP: Když se vrátím k těm „Venušanům“, další problém je, jestli je ten život schopen vytvořit buňku nebo ne. Byla by tam možnost vytvořit membránu? I když je otázka, jestli by to život na Venuši vůbec potřeboval.

JŠ: Tady úplně vařím z vody, přiznám se, že nevím. Problém u kapiček je v tom, že existuje mechanismus jak spojovat dvě kapičky – když je přiblížíme, tak se spojí díky povrchovému napětí. Ale neexistuje mechanismus, jak kapičky rozdělit. Pro život na Venuši vidím jako jeden z největších problémů, že i kdyby nám v jedné kapičce vznikla molekula schopná se replikovat, nebo nějaká forma darwinistické evoluce, to jest život, tak jak dostat život do jiných kapiček? Jak udělat infekci? Kyselina sírová má silné povrchové napětí, a dostat velkou organickou molekulu z kapičky ven je prakticky nemožné. Spíš tam dochází k tomu, že ta kapička propadává mrakem, a postupně se odpařuje. Na konci své poutě, když vypadne z toho mraku, dostane se do prostředí, kde je velmi nízká tenze par kyseliny sírové a vody, takže se odpaří úplně a z toho mraku vypadne jen suchý zbytek uhlíkového skeletu. Pokud neexistuje mechanismus, jak ty kapky rozdělovat, nebo jak se dostat z těch kapiček ven, jsem skeptický k tomu, že by život mohl na Venuši být. Ne, že by nemohl vzniknout, ale protože nevím, jak by se rozmnožoval, rozšiřoval do dalších kapek.

TP: Vypaření té kyseliny se zřejmě děje za tak vysokých teplot, že není reálné, aby to něco přežilo a v suchém stavu se někam dostalo.

JŠ: Ten spodek mraku je zhruba ve 110 °C, teplota tam není zase takový problém. Spíš je problém kombinace teplota a kyselina sírová. Když máš při 100 °C kyselinu sírovou, probíhají reakce hodně rychle, a během minut vzniká černý uhlík. Druhý faktor, když se vypařuje voda a kyselina sírová, dochází k nárůstu koncentrace, a ještě jak se kapička zmenšuje a tím se zvětšuje její zakřivení, narůstá Laplaceův tlak (tlak povrchového napětí v kulovitém objektu, pozn. TP), který roste exponenciálně s klesáním poloměru té kapičky. S rostoucím tlakem převládají reakce, při nichž ze dvou molekul vzniká jedna. Tlak žene všechny molekuly do jedné skrumáže. Pokud je v mracích Venuše organická chemie, tak to, co z těch mraků vypadává, budou kousky uhlíku, kde je těžké si představit, že by mohla nějaká zajímavá molekula vydržet.

TP: Ty kapičky budou asi příliš malé, než aby se rozpadaly mechanicky, střihem větru.

JŠ: To určitě.

TP: Co udržuje ty kapičky malé, pokud nefragmentují?

JŠ: Když je velká a těžká, sedimentuje a vypadne z mraku. Dochází k tomu, že se spojují, zvětšují a nakonec vyprší.

Co je ale plus pro život na Venuši, je, že existují dva mechanismy, jak v tom mraku udržet ty kapičky, které mají zajímavé optické vlastnosti. Jeden je, že tmavší kapičky, které obsahují látky absorbující sluneční světlo, se zahřívají a ohřívají i plyn kolem sebe. Tím dochází ke stoupavému proudění. Zároveň máme mechanismus, který se jmenuje negativní fotoforéza. Když je správný poměr velikosti kapičky a absorpce světla, dochází k tomu, že světlo, které přichází do kapičky, ohřívá především spodní část kapky, a kapka se potom pohybuje ke světlu. Ty kapičky by se mohly pohybovat mnohem rychleji, než je rychlost, s jakou sedimentují. To znamená, že v tom mraku máme dvě selekce: Jednak by se vzdušné masy, které obsahují tmavé kapičky, pohybovaly nahoru, a zároveň některé kapičky by se pohybovaly ke světlu rychleji než jiné, takže máme selekci na specifické optické vlastnosti každé kapičky. Můžou takhle levitovat a držet se na vrchu toho mraku, aniž by tam byla nějaká inteligence, je to jenom selekce pro specifické vlastnosti. Takže máme selekci, otázka je, jak udělat tu replikaci. Když bude fungovat oboje, tak pravděpodobně máme i život.

TP: Tímhle způsobem by se ty kapičky mohly udržet ve vzduchu téměř do nekonečna.

JŠ: Každá kapička by mohla být jeden svět, biosféra o průměru jeden mikrometr. Místo aby Venuše byla jedna biosféra, je to celá kolekce biosfér: v každé kapičce je jiný druh života, které se spolu nemohou rozmnožovat.

TP: Je otázka, jestli se nemůžou naučit replikovat třeba akumulací něčeho, co tu kapku roztrhne. Nebo nechat něco narůstat uvnitř.

JŠ: Nějakou tyčinku, pak máš dvě kapky na koncích a pak to odstřihneš... (směje se). Ale pořád potřebuješ velký tlak, který by to umožnil roztrhnout.

TP: Dělení bakterií je také spojené s překonáváním velkého mechanického odporu, takže to neznamená, že to nejde.

JŠ: Já jsem netvrdil, že to nejde, já jsem říkal, že si to nedokážu představit, ale moje představivost má své meze. Ale máme předběžné informace – zatím je to neověřená hypotéza – z výsledků nefelometrů (přístroj měřící optické vlastnosti aeorosolů v atmosféře, pozn, TP) na předchozích sondách, že některé kapičky nejsou kulaté, ale protáhlé. To je jedna z věcí, kterou naše sonda, Morning Star Mission, bude zkoumat: jednak fluorescenci, jednak tvar kapiček, jestli jsou tam některé, které mají tvar dělící se buňky.

TP: Mě jako biologa zajímá Venuše proto, že je to prostředí, kde je spousta energie, hlavně v podobě slunečního světla. Tady na Zemi je na energii závislá biomasa, ale i komplexita života. Z toho by se dalo spekulovat, že pokud by na Venuši něco dokázalo překonat ta omezení a replikovat se, může toho života být hodně a mohl by být i poměrně složitý. Pokud je něco na Marsu, budou to spíš mikrobi, protože tam jsou jen malá obyvatelná prostředí a bude v nich nedostatek energie. Zrovna mám rozečteného Sagana (Carl Sagan, Broca’s brain – pozn. TP), který spekuloval o biologických balonech plněných vodíkem nebo metanem. Nic bych na to nevsadil, ale hrozně se mi to líbí.

JŠ: Já znám Sagana spíše z vědeckých prací, kde spekuluje mnohem méně. Ve svých přednáškách jsem zmiňoval, že Carl Sagan tvrdil, že v mracích Venuše není žádný organický uhlík, nebo jenom stopová množství, protože byl přesvědčen, že kyselina sírová je silně oxidativní prostředí, což dnes víme, že není pravda. V petrochemickém průmyslu by byli rádi, kdyby to tak bylo, protože by se zbavili vedlejších produktů alkylací, když vyrábějí oktan. Když máme organický uhlík v kyselině sírové, tak probíhají spíš ty reakce za vzniku větších a větších molekul.

TP: Sagan to publikoval v kontextu, kdy bojoval s konkurenční hypotézou, že ty mraky jsou kompletně tvořené uhlovodíky, nebo formaldehydem. To, o čem mluvíme dnes, je možná to, čemu Sagan říkal stopová množství.

JŠ: Nevíme jistě, jestli to jsou skutečně stopová množství. Co jsme teď spočítali nové výsledky s Yeon Joo Lee z Jižní Korey, tak absorbance kapiček je velmi vysoká: 3000 absorbčních jednotek na centimetr, to znamená, že kdybys to měl ve zkumavce, tak by to vypadalo jako hodně tmavá červená barva. K tomu potřebuješ celkem velké množství absorbujících látek, což budou koncentrace aspoň desetimilimolární. Když jsi molekulární biolog, desetimilimolární už je solidní koncentrace. A to jsou jen ty absorbující. V té směsi uhlovodíků bude velká část molekul, které neabsorbují tak dobře. Podle našich nových výsledků si myslím, že těch uhlovodíků bude v atmosféře Venuše hodně.

Lee Yeon-joo, vedoucí korejského výzkumu Venuše. Kredit: Lee Yeon-joo.

TP: Takže opravdu polévka. Hodně zajímavé. V poslední době se hodně řešily redukované plyny, jako je metan a fosfan (sloučenina fosforu a vodíku, PH₃ - pozn. TP). Fosfan byl nedávno detekovaný teleskopicky, metan zachytila sonda Pioneer Venus (její sestupová pouzdra vstoupila do atmosféry Venuše v roce 1978 - pozn. TP). V té době k tomu přistoupili skepticky, že to bude nějaká kontaminace, teď se vynořila možnost, že by to tam opravdu mohlo být. Dávají tyhle plyny smysl jako produkt té organické chemie, kterou v kyselině sírové vidíte, nebo naopak?

JŠ: To je těžké říct. V nebiologické chemii to smysl nedává. Jedině ve chvíli, kdy tam máme život, ten může začít dělat něco nepochopitelného – třeba vyrábět kyslík, jako to dělá na Zemi. Můžeš si představit nějakou exotickou metabolickou dráhu, kdy ten život má takový nadbytek energie, že jí může plýtvat na vyrábění fosfanu, jinak nevím. Co se fosfanu týče, tak já jsem ohledně jeho přítomnosti velmi skeptický. Ten původní článek od Jane Greaves mluvil o 20 ppb (parts per billion, pozn. TP), teď to revidovali, že je to méně než 4 ppb, tak uvidíme, kam povede další zpřesnění.

TP: Myslel bych si, že když budou organismyv mracích Venuše, tak si svůj fosfor i svůj vodík budou velmi pečlivě hlídat a ne vypouštět do ovzduší.

JŠ: Na druhou stranu by to mohlo být jako feromon (směje se). Demonstrace fitness. Podívejte se na mě, kolik mám energie, kolik mám vodíku. Když přidáš život, tak si můžeš vymyslet sci-fi hypotézu, která podporuje cokoliv.

TP: Já už úplně vidím, jak padal ten Pioneer Venus, napíchnul nějaký ten Saganův balon, a z toho utíkal ten metan, pak to zase odpadlo, a vědci si dodneška drbou hlavu, co tam vlastně viděli.

JŠ: Je sranda o tom spekulovat, ale potom ve článcích, které píšeš, se musíš vrátit zpátky na zem, ...i když jsi na Venuši.

TP: Samozřejmě, sonda, která měří fluorescenci a tvar kapiček se odůvodní daleko lépe, než kdybyste letěli se sítí a harpunou.

JŠ: (Směje se) Ale kdyby to bylo financované jen z peněz veřejnosti, ta druhá by měla větší šanci.

TP: Teď už vážně, když mluvíme o misích skupiny Venus Cloud Life, jsou v plánu i návazné sondy, které by toho měly dělat víc, než jen proměřovat kapičky? Jak je to s nimi daleko?

JŠ: Skupina Venus Cloud Life se teď přejmenovává na Morning Star Missions. Je to částečně kvůli mé nelásce ke slovu life. První mise je, že proba jen propadne tím mrakem, bude střílet laserem a zkoumat autofluorescenci kapiček, a z odraženého světla i jejich tvar a velikost. Druhá mise bude mít padák a balon, který bude pár týdnu nebo měsíců v mracích Venuše, může mít hmotnostní spektrometr a může i pokračovat v tom zkoumání pomocí autofluorescenčního nefelometru. To bude hodně ovlivněno tím, co najdeme v té první misi. Když najdeme fluorescenci, budeme ji zkoumat dále, a budeme zkoumat, jaké přesně organické molekuly tam jsou. Třetí by měla být návratová mise, větší balon, který bude mít pod sebou raketu, která nasbírá vzorky, které vystřelí na oběžnou dráhu a vrátí zpátky na Zem. Každá ta mise bude navazovat na to, co jsme se naučili a zjistili v té předchozí. Zatím máme financování pro tu první. Když zjistíme, že máme zajímavou organickou chemii v mracích Venuše, tak určitě najdeme i financování pro druhou a třetí. A když ne, tak si počkáme, co NASA zjistí na konci dvacátých let.

TP: Jestli se tam vůbec dostane (plánovaná mise VERITAS byla nedávno odložena kvůli rozpočtovým škrtům. Další venušanská mise DAVINCI+ prozatím pokračuje podle plánu, stejně jako evropská EnVision - pozn. TP).

Každopádně, tohle velice ambiciózní cíl, já bych jako nadšenec do balonů strašně rád viděl balon v mracích Venuše. Zatím jich tam letěl jen pár – doslova. Vznikla řada zajímavých konceptů, například že by se balon naplnil směsí nějakého interního plynu a vodní páry, takže když by vyletěl nahoru, voda by zkondenzovala a balon by klesl, a pak by se zase vypařila... Tak by mohl mapovat různé vrstvy atmosféry. Nic z toho bohužel v reálu neletělo.

JŠ: Tohle jsem navrhl taky. Když jsme diskutovali, jak by mohly vypadat ty další mise, s tím, že by ten balon měl tvar trychtýře. Když by stoupal, tak by nabíral ty kapičky. Na konci toho trychtýře by byl lapač – síť, na které kondenzují kapičky, a ty potom stékají a koncentrují se. Podobné lapače mlhy se používají v pouštních oblastech. Problém je, že balon je vždycky v bezvětří, protože se pohybuje s větrem. Pokud nestoupá nebo neklesá. Já jsem navrhoval malý kompresor, kde se bude plyn stlačovat a zase vypouštět do balonu – když najednou vypustíš ten plyn, zvětšíš objem balonu, ten vystřelí nahoru a může sbírat kapičky.

TP: Venuše je planeta balonům zaslíbená – i kdybys naplnil balon normálním pozemským vzduchem, bude to v husté CO₂ atmosféře na Venuši nést podobně, jako hélium tady na Zemi. Proto se tam dají plnit balony i něčím jako je vodní pára.

JŠ: Pořád by ale bylo nejlepší mít vodík. V naší atmosféře samozřejmě vybuchuje, tam by ale neměl s čím reagovat. Proto nemusíš používat helium. S vodíkem je ale problém, že z balonů uniká, má malé molekuly. Taky můžeš vzít solární panely, elektrolyzovat kyselinu sírovou a lapat ten vodík. Jako ty Saganovy balony živočišného původu.

TP: Když tam nejsou, tak si je musíme vymyslet (směje se). Ty solární panely v tom kyselém prostředí by ale musely být důkladně pokryté nějakou třeba teflonovou vrstvou.

JŠ: Existuje spousta fluorovaných a chlorovaných polymerů, které jsou velmi dobře průhledné a odolné ke kyselině sírové. Spíš jestli jsou ty kapičky tak tmavé, jak jsme spočítali, tak by mohl být problém, že časem se ten panel pokryje vrstvou dehtu.

TP: Funguje vlastně s kyselinou sírovou smáčivost a nesmáčivost? Existuje něco, na čem by se ty kapičky nechytaly?

JŠ: Nijak moc jsem to nestudoval, ale kyselina sírová je velmi dobrá ve smáčení věcí. Třeba polypropylenové zkumavky a pipetové špičky. Když používáš vodu, tak jsou prakticky nesmáčivé, s kyselinou je tam lepší smáčivost. Ale může to být i tím, že tam dochází k rychlým reakcím s látkami, jako jsou stabilizátory a změkčovadla v tom polypropylénu, čímž se může na tom povrchu uchytit. Na teflon jsem zatím kyselinu sírovou nekapal.