Jak vznikl život na Zemi? Rámcovou představu už máme, ale stále ještě pracujeme na důležitých detailech. Zatím není například úplně jasné, v jakém prostředí se vlastně objevily prvotní organismy. Můžeme odhadnout, že to chtělo trochu tepla a základní organické sloučeniny, a pak se mohly objevit aminokyseliny a postupně i první biologické makromolekuly. Odborníci si dnes obvykle představují, že k tomu mohlo dojít na hlubokomořských kuřácích. Nebo na pemzových vorech. Anebo na hlubokomořských kuřácích propojených prouděním s pemzovými vory.
Kromě těchto dnes již standardních představ o místech vzniku pozemského života se občas objeví exotická hypotéza, která tento vznik umístí do nějakého bizarního prostředí. To se povedlo i dvěma japonským autorům nové studie v časopisu Geoscience Frontiers, kterými byli Toshikazu Ebisuzaki z RIKEN a Shigenori Maruyama z Tokijského technologického institutu. Podle nich totiž byl život na Zemi nastartován jaderným gejzírem (nuclear geyser model).
Když Země vznikla, zhruba před 4,5 miliardami let, tak byste ji nepoznali. Nebyla ani přívětivá, ani plná oceánů a rozhodně vůbec nebyla modrá. Byl to solidně pekelný svět, horký, plný přehřáté páry a posetý sopkami i krátery po dopadu meteoritů všech velikostí. Geologové mu říkají hadean, podle řeckého boha podsvětí Háda, a podle všeho to s názvem docela trefili.
Pradávná Země byla úplně jiná planeta. A byla jiná i v tom, že tam byla spousta uranu-235, jediného přírodního štěpitelného nuklidu. Bylo ho zřejmě mnohem více než dnes. Uran-235 se rozpadá s poločasem 704 milionů let a přitom se uvolňuje hodně záření a energie. Vzniká teplo a není ho zrovna málo. Teplo generované uranem podle všeho významně ovlivňuje zmrzlé světy, jako je Pluto nebo třeba Saturnův Enceladus, kde pak funguje kryovulkanismus. Týká se to samozřejmě i Země, kde teplo z uranu přispívá asi z poloviny k pohánění vulkanismu a pohybu tektonických desek.
Velké množství uranu-235 v prostředí během období hadeanu prý vedlo k zahřívání sloučenin uhlíku, draslíku a dusíku z tehdejší bezkyslíkaté atmosféry Země. Díky tomu mohly probíhat sledy chemických reakcí, které vytvořily aminokyseliny a nukleové kyseliny, tedy RNA a DNA.
Jestli mají Ebisuzaki a Maruyama pravdu, tak teplo z rozpadajícího se uranu-235 pohánělo jaderné gejzíry, které chrlily vodu bohatou na organické látky. Nejspíš si můžeme představit něco jako hlubokomořské kuřáky, jen ne v hloubi moře. Výhoda modelu jaderných gejzírů je v tom, že teplota vystřikované vody by nikdy neměla dosáhnout bodu varu. Polymery organických látek totiž bývají citlivé na vysoké teploty a mají sklon se rozpadat.
Jak k tomu Japonci dospěli? Spočítali to v matematickém modelu, a také je inspirovaly vykřičené Miller-Ureyovy experimenty. V těchto experimentech, kdy badatelé jiskřili do směsi plynů, která napodobovala podmínky na mladé Zemi a obsahovala vodní páru, metan, amoniak a vodík, totiž vznikla spousta aminokyselin a dalších organických látek. Ebisuzaki a Maruyama tvrdí, že energie jisker Miller-Ureyových experimentů pěkně odpovídá přírodním reaktorům s uranem-235, které by podle jejich hypotézy měly pohánět jaderné gejzíry období hadeanu.
Hypotéza Jaderného gejzíru vlastně není první, která v případě vzniku života uvažuje roli radioaktivního tepla z rozpadu uranu. V roce 2007 se objevila hypotéza Radioaktivní pláže (Radioactive beach hypothesis) od Zacharyho Adama, v níž přílivy a odlivy prvotního oceánu promíchávají zrnka hornin bohatých na uran a vzniklé teplo pohání chemické reakce nezbytné ke vzniku života.
Tak jako Ebisuzaki s Maruyamou, i Adam těží ze skutečnosti, že dnes přesvědčivě víme o dávných přírodních jaderných reaktorech, jako byl ten v Oklo, v africkém Gabonu. Ten sice běžel před 2 miliardami let, když už život dávno opanoval Zemi, ale proč by něco podobného nemohlo fungovat při vzniku života?
Upřímně řečeno, je to exotika. Hypotéza radioaktivní pláže je dnes prakticky neznámá. Stejný osud může nakonec potkat i hypotézu jaderného gejzíru, která je sice atraktivní a jádrofobům z ní jistě příjemně zamrazí, ve skutečnosti ale přináší spoustu otazníků. Prozatím stále vládnou hlubokomořské kuřáky s vory pemzy, uvidíme ale, co přinesou budoucí objevy.
Video: Oklo, the Two Billion Year Old Nuclear Reactor
Literatura
IFL Science 13. 9. 2017, Geoscience Frontiers 8: 275-298.
Byl vznik života na Zemi nevyhnutelný?
Autor: Stanislav Mihulka (25.10.2013)
Vznikl pozemský život samovolným zjevením prvotních nukleových kyselin?
Autor: Stanislav Mihulka (08.04.2015)
Sehrály při vzniku pozemského života roli RNA-DNA chiméry?
Autor: Stanislav Mihulka (04.10.2016)
Diskuze:
Bola Lucy na výlete v Oklo ?
Marek Hrabčák,2017-09-15 20:52:09
Ja som trochu pri zemi, nezačinal by som od stvorenia Sveta, ale až Deň šiesty: Adam.
Spomenul si na svoju dávnu hypotezu,
(ktorá bola dôsledkom nadbytku lahodného moku :-)
že Homo sap. je zrejme len zmutovaná verzia zvedavého afrického opičiak,
ktorý po večeroch videl v diaľke zelenú žiaru na obzore.
A tak raz neodolal a kráčal za tým svetlom.
Až prišiel k OKLO !
A potom sa mu narodila geneticky zmutovaná LUCY
A začali sa písať dejiny ľudstva
(resp. šialenej zmutovanej opice)
hypotézy
Vojta Ondříček,2017-09-14 08:15:49
Hypotézy a spekulace jsou od toho, aby byly popírány, nebo obhajovány. Obojí nutí k zamyšlení se nad tou problematikou. To je dobře.
K události v Tungusce z roku 1908 má existovat víc jak stovka hypotéz. Přitom mi připadá vypátrání její příčiny snadnější, než vyřešit a doložit abiogenézi.
Vše, co je dnes na Zemi bylo kdysi sterilními zbytky nějaké supernovy. Do jaké míry napomohly uhlíkaté molekuly, nebo i proteiny na meteoritech k abiogenézi na Zemi není snadné posoudit. Sotva to bude tak, že z meteoru obsahujícího proteiny a dopadnuvšího na Zem se jednoduše vylíhne nějaká (živá) buňka, nebo prokaryot a ty se začnou množit a vyvíjet.
Re: hypotézy
Jiří Novák,2017-09-14 11:27:28
"Sotva to bude tak, že z meteoru obsahujícího proteiny a dopadnuvšího na Zem se jednoduše vylíhne nějaká (živá) buňka, nebo prokaryot a ty se začnou množit a vyvíjet."
To přece nikdo neříká, že to bylo takhle jednoduché. Snad možná paní učitelka na základní škole, aby dětem nemotala hlavu. Ale z biologů to netvrdil nikdy nikdo.
Re: Re: hypotézy
Marek Fucila,2017-09-14 15:43:35
Práve s tým ale počíta hypotéza panspermie. Mikrób mohol vzniknúť napríklad na Marse a spiaci sa dostať v meteorite až na Zem. Rozširuje to možnosti aké mohli byť podmienky vyzniku života. Či je to možné, a či to tak bolo zatiaľ nezistíme. Ale overiteľné to je. Mali by sme nájsť meteority s živými organizmami alebo ich fosíliami.
Re: Re: Re: hypotézy
Vojta Ondříček,2017-09-14 17:50:36
:-) a nebo vznikl mikrob na Zemi, dostal se na Mars a pak zase zpět na Zem.
Když příjmeme teorii praatomu George Lemaitra, tak byl náš Vesmír mnoho milionů, nebo miliard let absolutně sterilní. Ergo, abiogenéze musela někde proběhnout. No a při vzdálenostech Vesmíru a reálně dosažitelných rychlostech transpotu je těžko představitelné, že by se život, v jakékoliv formě, rozptýlil z jednoho místa po celém Vesmíru. Zrovna tak může být Zem tím prvním místem, kde ten život vznikl. Když se vzdáme Pozemšťanské sebestřednosti, tak můžem připustit, že abiogenéze proběhne všude ve Vesmíru, kde je vhodný materiál a energie. Do jaké míry se ten život pak vyvine, je otázkou stability podmínek životního prostředí.
U nás, na Zemi, bylo zapotřebí strašně dlouhého času od první buňky k bytosti, která se začla zabývat otázkou původu života. Každý živočišný druh má však dočasnou existenci. Po zániku Homo Sapiens nemusí už nikdy na Zemi vzniknout živočišný druh na naší technologické a intelektuální úrovni.
Možná, že se delfíni vrátí zase na pevninu ... dostanou ruce místo ploutví ... a nebo se vesničtí oříšci naučí mluvit, psát a počítat.
DNA
Jiří Svejkovský,2017-09-14 07:56:17
Život v podobě, jak je teď musel vzniknout na jednom jediném místě. Pokud by vznikal na více místech, máme tu minimálně několik modelů přenosu dědičné informace. Protože všechny organizmy používají stejný model DNA, pak museli vniknout z "jednoho gejzíru". Možná, že vznikly i jiné modely, ale ty neustály tlak prostředí.
Re: DNA
Petr Kr,2017-09-14 08:12:36
"Možná, že vznikly i jiné modely, ale ty neustály tlak prostředí."
Tak na jednom místě nebo na více místech? Evoluce je konkurence a boj o přežití. Přežijí jen ti nejlépe přizpůsobení a nejsilnější.
Re: Re: DNA
Jiří Svejkovský,2017-09-14 09:52:57
Myslím na více místech. Na jednom model A (DNA), jinde model B, na dalším C ... Jenom model A se ukázal jako přežití schopný. Ale to už moc fantazíruju.
Re: DNA
Vojta Ondříček,2017-09-14 08:44:25
Myslím, že život nemusel vzniknout bezpodmínečně na jednom místě.
DNA se mění během toho dlouhého času, je doplňována a redukována různými mechanizmy jakým je třeba přenos částí DNA viry do napadeného organizmu nebo náhodnou mutací. V počátcích života se vodní čast Země musela přímo hemžit jednobuněčnými živočichy a ty se pozděj spojovaly do ogranizmů, kde přebíraly speciální funkce, ale sdílely si DNA i mitochondrie. Přirozená selekce pak nechala přežít jen ty schopnější.
Re: Re: DNA
Jiří Svejkovský,2017-09-14 09:51:31
DNA všech rostlin a živočichů se skládá ze čtyř písmen a její funkčnost je u všech stejná. Musela by být obrovská náhoda, kdyby na dvou místech nezávisle na sobě vzniklo naprosto totéž. To je, jako kdyby dva vynálezci vynalezli mikroprocesor se stejnými instrukcemi, stejnými obvody a funkčností, aniž by o sobě věděli.
Re: Re: Re: DNA
Jiří Novák,2017-09-14 12:36:00
DNA se u organismů vyvinula až dodatečně. To je pokročilá technika, něco jako pohlavní rozmnožování. První byla RNA a předtím možná ještě primitivnější uchování dědičné informace.
Re: Re: Re: DNA
Vojta Ondříček,2017-09-14 18:05:32
Ten příklad s mikroprocesorem je dobrý. Stovky vynálezců pracovaly na vynálezu mechanických počítacích strojích. Ovšem ti vynálezci žijí na jedné planetě a vyměňují si přímo a nepřímo poznatky. To je praktická Evoluce jednoho stroje. Po Zemi se rozšíří jen to nejdokonalejší, na jehož dalším vývoji pracují opět stovky a tisíce odborníků.
Ono se to nezdá, ale i kdyby měňavka docílila rychlosti pohybu dejme jeden metr za den, tak za čtyřicet milionů let obeplazí Zemi po rovníku. Pochopitelně ne ta původní, ale "děti, jejích dětí". No a to nepočítám mořské proudy, které obkrouží Zemi za pouhopouhé tisíce let.
Re: DNA
Jiří Novák,2017-09-14 12:32:59
No když vezmeme, kolik milionů let se život musel vyvíjet, je dost nepravděpodobné, že by dva typy životů vznikly skoro současně. Čili vždy byl jeden první a než stačil vzniknout nějaký nový, tak ten původní obsadil všechny zdroje a vznik jiných typů životů znemožnil. Obsazení všech dostupných zdrojů trvá mnohonásobně méně času, než vznik nového typu života.
U235
Petr Kr,2017-09-14 07:20:37
Cituji: Bylo ho zřejmě mnohem více než dnes. (Myšleno před 4,0 až 4,5 mld. let.)
Pokud funguje fyzika pořád stejně, bylo ho určitě mnohem více než dnes. Dá se dokonce říci, že ho bylo více téměř o 2 řády, přesněji minimálně 50x, max. při těch 4,5 mld. let zpět potom 84x více.
Start života na Zemi.
Vlastislav Výprachtický,2017-09-14 06:04:18
Hypotéza vychází z možnosti vzniku nukleové kyseliny v tepelných podmínkách způsobených radiaktivní přeměnou prvků. Podmínky tomu rozhodně napomohly, ale je tu dost silná pravděpodobnost o vesmírné cestě prvků života skrytých v meteoritech, které díky vhodným podmínkám se aktivovaly.
Re: Start života na Zemi.
Petr Kr,2017-09-14 07:04:19
Kdo ty "prvky života" do těch meteoritů dal a jak je vyrobil?
Na otázku: Kde se vzniká mléko, není správná odpověď "V mlékárně". Tam ho jen zpracují.
Re: Start života na Zemi.
Anton Matejov,2017-09-14 08:08:18
Prikláňam sa k teoriam o mimozemskom pôvode života.
Keď niektorí vedci začali počítať na štýl Moorovho zákona podľa narastania zložitosti pospiatky, vyšlo im bizardne, že život vznikol asi pred 10 miliárd rokov. Teda dávno pred vznikom Zeme a vznikom nášho Slnka (asi okolo 5 miliárd rokov dozadu).
Moorov zákon je empirické pravidlo, že zložitosť integrovaných obvodov sa zdvojnásobuje každých 18 mesiacov, pričom cena ostáva konštantná.
Je málo pravdepodobne, že zložitosť života narastala skokovo, aj keď ani túto možnosť nejde vylúčiť úplne.
Dôkazy prítomnosti života na Zemi neustále narastajú hlboko do minulosti Zeme.
Tých zdrojov tepla bolo v počiatkov histórie našej Zeme veľa. Napríklad riadne musela rožeraviť našu Zem zrážka predpokladanej planéty Thea o veľkosti Marsu s našou Zemou. Následkom čoho vznikol náš Mesiac. Iba tak ide vhodne vysvetliť a simulovať viazanú rotáciu nášho Mesiaca a jeho pomalé vzdiaľovanie sa od Zeme. Začínajú narastať dôkazy, že život bol na Zemi ešte pred uvádzanou zrážkou.
Ako mohol život vlastne prežiť takú katastrófu?
Núka sa tu možnosť, že život bol importovaný na Zem opakovane. Veď počet komét a asteroidov v našej Slnečnej sústave sú na bilióny. Nie všetke museli vzniknúť v našej Slnečnej sústave. Niektoré mohlo naše Slnko prijať do svojej sústavy cestou okolo galaxie. Možno naše Slnko prijalo aj nejakú planétu tuláka. Tých planét máme oproti iných hviezdnych sústav nadpočet. Naznačujú to aj simulácie na superpočítačov.
Objavili sa v poslednom čase štúdie, že sme veľmi podcenili blízke stretnutia s inými hviezdami. Objavujú sa aj štúdie, že sme veľmi podcenili aj presun hmoty cez iné galaxie. Veľké galaxie ako je naša majú veľké zastúpenie z hmoty iných galaxii.
Re: Re: Start života na Zemi.
Petr Kr,2017-09-14 08:48:41
Moorův zákon: Původní znění bylo: „Počet tranzistorů, které mohou být umístěny na integrovaný obvod, se při zachování stejné ceny zhruba každých 18 měsíců zdvojnásobí.“
Kladl bych důraz na slovo "zhruba" (znamená "přibližně" a také "jednou 6 a 2x 24") a otázal bych se, jak to bylo před objevem tranzistoru? A jak je to dnes (po 50 letech)? A jak to bude, až tranzistor bude jeden atom?
Podobně je to asi s tím přenosem na složitost života. 2 na 20 je více než 1 mil. Ale 2,07 na 20 už je více než 2 mil.
Vznik vázané rotace Měsíce je možno vysvětlit i jinak. Hypotéza o srážce je stále hypotéza a skutečnost mohla být jiná. Záhada planet ve Sluneční soustavě není jedinou záhadou, kterou astronomové zjistili. Záhadou jsou také prstence Saturna, počet jeho měsíců, obrácená rotace Venuše atd. U jiných hvězd jsou další záhady a také se to týká jejich oběžnic. Možná je něco špatně na modelech vzniku planetárních soustav.
Ale tato témata tu řešíme v mnoha diskuzích stále. Neodpovídají na otázku: Jak vznikl první život?
Re: Re: Re: Start života na Zemi.
Anton Matejov,2017-09-14 11:14:28
Pri uvadzani spomínaných záhad som mal viac na mysli podporné možnosti, že dochádzalo k presunu hmoty medzi hviezdami, cestou nášho Slnka galaxiou a dokonca aj medzi galaxiami v oveľa väčšom meradle, ako sme si boli schopní predstaviť. Variant zavlečenia života z vesmíru je teda viacej a niektoré môžu byť veľmi bizardne. Náš život sa môže dokonca skladať z chemických prvkov, ktoré vyprodukovali supernovy iných galaxii.Teda pravdepodobnosť importovaného života na našu Zem sa zvýšila.
Samozrejme sú to len hypotézy v rovine možnej pravdepodobnosti. Veľa nádeji vkladám do spresnených údajov ESA misie Gaia, ktorá zmonitoruje okolo miliárd hviezd našej galaxie. Mala by nám viac objasniť históriu blízkych stretnutí s inými hviezdami hlbšie do minulosti. Alebo niektoré možnosti vylúčiť. Možno nám niečo napovie aj o sestrách nášho Slnka, zárodočnom oblaku z ktorého vznikli. To by mohol byť riadny posun v našom chápaní a modelov vzniku Slnečnej sústavy, či podmienok vhodných na vznik života.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
