Nejnovější teorie vzniku života praví, že k chemickým reakcím, jež před miliardami let daly vznik životu na Zemi, dopomohly diamanty.

Diamanty poprvé
Ani ne před měsícem zpochybnili u protinožců dobu vzniku života na Zemi. Australané to dokazují na diamantech uvězněných uvnitř krystalů zirkonu. Ukázalo se, že izotop ¹²C, také nazývaný „lehký“ uhlík, je v těchto diamantech v takovém poměru, který je charakteristický pouze pro organickou hmotu, tedy život. Protože jiné vysvětlení pro vysoké zastoupení tohoto uhlíku v diamantech nemáme, mělo by se tedy jednat o pozůstatky pradávných organismů, jejichž tělo tvořené uhlíkem se proměnilo v diamant. A protože se diamanty našly v krystalech zirkonu starých 4,2 miliardy let, nezbývá než vzít na vědomí, že už tehdy se mohl na Zemi vyskytovat život. A dokud někdo nenavrhne jiné vysvětlení, měli bychom akceptovat fakt, že život mohl vzniknout o celých 700 milionů let dříve, než jsme se domnívali.
S diamantovou kartou nyní vyrukovali i naši sousedé. Vědci z Ulmu a Karlsruhe nepřichází s ničím menším,než s novým názorem na vznik života, při němž měly asistovat diamanty.

Andrei P. Sommer

Prvotní polévka
Většinový názor na vznik života spočívá v představě, že život vzniknul v takzvané „prvotní polévce“.
Původně se soudilo, že se organické molekuly pospojovaly a vytvořily první nukleový řetězec. A to měl být onen první článek, který se dokázal replikovat. Nedávno Španěl Mauro Santos tuto teorii poopravil v tom smyslu, že prvními molekulami s dědičnými vlastnostmi, které z prvotní polévky vylezly nebyly řetězce deoxyribonukleové kyseliny (DNA), nýbrž ribonukleové kyseliny, zkráceně RNA. Náš původ by měl spočívat v řetězcích o pouhých 70 – 100 genech. Takový počet byl schopen prvotní formě života umožnit vykonávat všechny základní funkce nutné k životu a rozmnožování.

Tholin, xantin, uracil,...
Začátkem letošního roku vědci odhalili v protoplanetárním prachovém disku vzdálené hvězdy složitější organické uhlíkové molekuly nazývané tholiny. Tholiny se v současnosti přírodně na Zemi nevyskytují, protože kyslík v atmosféře by je rychle zničil, ale to neznamená, že neexistovaly na rané Zemi. V době před miliardami let a mohly být předchůdcem biomolekul. Spitzerův dalekohled nás zase zásobuje spektrálními čárami z nichž vyplývá, že organických molekul obsahujících dusík je vesmír plný.
V červnu letošního roku vrátili Angličané do hry molekulu DNA jako prvotní organický polymer spouštějící vznik života na Zemi. V Zrnkách z Murchisonova meteoritu se jim podařilo prokázat xantin a uracil. Zlepšující se možnosti pozemských laboratoří zkoumající meteority nám mění názor na dostupnost základních stavebních kamenů potřebných pro tvorbu DNA a RNA. Ukazuje se, že spolu s hvězdným prachem se na Zemi sypou měrou vrchovatou. Vznik života tedy mohl být na Zemi mnohem jednodušší, než jsme si dosud mysleli.

Zvětšit obrázek

Rozdíl v elektrické vodivosti u hydrogenované vrstvy tvořené diamantovými nanokrystaly (Foto: Andrei P. Sommer)

Diamanty podruhé
Žádný z výše jmenovaných faktů ale nedává uspokojivou odpověď na to, jak z oněch základních stavebních kamenů živé hmoty, v té prvotní polévce, vytvořil první složitý polymer schopný reprodukce. Tak právě na to nyní zřejmě přišel tým Andreie Sommera. Je poněkud úsměvné, že za tímto objevem stálo zkoumání diamantů. Tato zvláštní forma uhlíku, po ošetření vodíkem, udrží na svém povrchu vrstvu krystalové vody. A právě voda umí hrát při vzniku komplexnějších biologických molekul významnou roli.

Objev zvláštní formy vody přitom není úplnou novinkou. Předpověděl ji (1971) Szent-Gyorgyi. Tehdy se ale vědecká komunita jen málo zajímala o vizionářské dílo s krystalickou formou vody v tenké vrstvě.
Nedávné experimenty ale ukázaly, že tenká vrstva „zmrzlé“ vody na hydrogenovaných nanokrystalech diamantu skutečně existuje. A to dokonce i za pokojové teploty. Vědci na to přišli, když měřili na nanovrstvě diamantových krystalů vodivost a ta jim, když na krystaly dýchali, klesla. Zvláštní vztah mezi vodivostí a vlhkostí povrchu diamantu se ale projeví až na hydrogenovaném diamantu. Myslet si, že se v přírodě nic takového jako je hydrogenovaný diamant nemůže vyskytnout, by byla hloupost. Hydrogenace se v přírodě vyskytuje často. Vulkány vydechují rozličné horké plyny, vodík nevyjímaje. Proto je tento scénář ne jen možný, ale je i pravděpodobný.

Zvětšit obrázek

Szent-Györgyi, nositel Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu.

Vlastnosti zvláštní tenké vrstvy vody byly odhaleny až v souvislosti s odhalením nových forem nanokrystalů uhlíku. Podstatné je, že molekuly, které přistanou na hydrogenovaném diamantu jsou trvanlivější a odolnější, než ty, které vznikají na jiných základech (například grafitu). Hydrogenovaný dimant poskytuje zatím nejlepší základnu pro možnost vzniku života.

Vznik bioorganických molekul

Zvětšit obrázek

Syntetické i přirozené diamanty se stávají vodivými, pokud jsou hydrogenovány. Povlaky z nehydrogenovaných nanokrystalů diamantu, oddělených od plátku křemíku na který byly naneseny, nevykazují žádnou – ani povrchovou ani vnitřní vodivost. S výjimkou hraničních krystalů uhlíku (Kredit: American Chemical Society)

Zpočátku na Zemi panovalo prostředí charakterizované neustálou vulkanickou a hydrotermální aktivitou. Kyselou atmosférou navíc prolétaly meteority. Paradoxně to všechno jsou podmínky, jež jsou pro formování prvních organizovaných struktur nutných k zahájení biologické evoluce potřeba. V nedávných laboratorních pokusech se podařilo zorganizovat na nanoskopické vrstvy vody na hydrogenovaných nanokrystalech diamantu.
Okolnosti za nichž voda obsažená ve vzduchu krystalizuje za pokojové teploty vzbudila spíše senzaci, než vědomí toho, že se tu nabízelo vysvětlení dvacet let trvající záhady. Teprve až zveřejnění závěrů týmu Andreie Sommera spustilo bouřlivé diskuse o významu tohoto jevu na vznik života.

Podle Sommera život mohl vzniknout na vrstvách krystalové vody a to ještě před tím, než se prebiotické molekuly vyskytly na pevných površích. Tak, jak předpovídal Albert Szent-Gyorgyi. Nerostné povrchy s vodou vázanou na krystalovou mříž, jsou považovány za katalytické východisko. Už proto, že tvorba komplexních molekul jen náhodnými srážkami molekul ve vodném prostředí se jeví jako problematická.

Uhlík se zdá být také východiskem. Nedávné adsorbce purinových a pirimidinových bází byly pozorovány na rozhraní grafitu a vody při teplotě 30 stupňů Celsia. Grafit se dostal do zorného pole zájmu biologů tehdy, když se zjistilo, že přechodová vrstva mezi grafitem a vodou podporuje organizaci supramolekulárních nanovzorů z komplementárních nukleových bází (guaninu a uracilu).

Diamant ukončený vodíkem poskytuje nejen organické spojení (C-H) ale má ještě jednu přednost nad grafitem a jinými anorganickými povrchy. Vrstva krystalové vody je na diamantu stabilní. Stabilní je dokonce i pod vodou. Vodíkové vazby ustavené hydrogenací mají silný polarizující efekt na molekuly vody, které se uchytí na takovém povrchu.

Hydrofobní charakter diamantu spolu s jeho hydrogenací usnadňují molekulám vody pohyb paralelně s povrchem diamantu. To má výhodu v tom, že všemu, co se na takovém povrchu ocitne, to dovoluje posun a možnost tvorby organizovaných struktur. Je to klíčový prvek evoluce vývoje organizovaných membrán.

Každodenní střídání teplot a světla moduluje nanoskopickou vrstvu vody a vytváří tolik potřebný periodický tok energie. To mohlo dát vznik prvnímu energetickému procesu přeměny energie.
Jak potvrdily laboratorní testy, tak hydrogenace není ovlivněna běžnými kontaminacemi. Je také rezistentní vůči hydrotermálním aktivitám. Autoři studie nepochybují o tom, že tenká vrstva krystalové vody hrála základní roli při formování životních forem na planetě.

Pramen: Sommer, Andrei P., Zhu, Dan, and Fecht, Hans-Joerg. Genesis on Diamonds. Cryst. Growth Des., 2008