Prastarý zdroj kyslíku

Vědci předpokládají, že život na Zemi nejprve vznikl bez přítomnosti kyslíku. Poté, co se objevily organizmy schopné fotosyntézy, začal se v atmosféře obsah kyslíku zvyšovat, což anaerobní organismy téměř vyhubilo, protože kyslík pro ně byl jedovatý. Ukazuje se ale, že na Zemi mohl být kyslík již dříve, než začal vznikat fotosyntézou. Silná zemětřesení, která otřásala Zemí asi před 3,8 miliardami let, lámala a štěpila zemskou kůru, což umožnilo vstup tehdejší atmosféry do hloubky rozbitých hornin a způsobovalo různé chemické reakce. Tyto reakce, poháněné seizmickou aktivitou, vodou a teplotami blízkými bodu varu vody, mohly produkovat kyslík a poskytnout jej některým raným formám života.

Podle studie zveřejněné 8. srpna v časopise Nature Communications byl tento kyslík součástí peroxidu vodíku (H₂O₂, dobře známý jako antiseptikum). Peroxid vodíku může být samozřejmě toxický pro živé organismy, ale pokud se rozloží pomocí enzymů nebo vysokoteplotními reakcemi, může být užitečným zdrojem kyslíku. Jon Telling, hlavní autor studie a docent geochemie a geomikrobiologie na Newcastle University ve Velké Británii, nyní v dalších laboratorních experimentech se svými kolegy odhalil způsob, jakým se na rané Zemi mohlo vytvořit dostatečné množství peroxidu vodíku, který by  sloužil jako potenciální zdroj kyslíku pro některé z nejranějších organismů planety.

Prapředek života si už pochutnával na kyslíku?

Teploty vhodné  pro tuto reakci se překrývají s teplotním rozsahem, ve kterém se daří termofilům a hypertermofilům - čili teplomilným bakteriím a archebakteriím. Předpokládá se, že společný předek veškerého života na Zemi se také vyvinul v horkém prostředí, a tak teoreticky mohl být tento tajemný organismus ovlivněn přítomností peroxidu vodíku schovaného hluboko v kůře planety. Protože peroxid vodíku může poškodit tuky, bílkoviny i DNA buněk, potřebovaly by rané organismy strategie k „detoxikaci“. Peroxid vodíku je také přirozeným vedlejším produktem fotosyntézy, takže pro rozvoj schopnosti fotosyntézy musely být organismy pravděpodobně již předem natrénované se s H₂O₂  vypořádat. Na rané Zemi musely existovat zdroje reaktivních druhů kyslíku - včetně peroxidu vodíku - ještě před příchodem kyslíkové fotosyntézy.

Hluboko uvnitř kůry

Již předchozí studie, včetně práce vedené Rothschildovou laboratoří, naznačily, že minerály, o nichž se předpokládá, že existovaly v rané zemské kůře, by mohly být potenciálním zdrojem peroxidu vodíku, a tedy potenciálním zdrojem kyslíku. Některé z experimentů zahrnovaly rozmělnění hornin za specifických podmínek a následné vystavení takto drcených hornin vodě. Série událostí napodobuje v malém měřítku fyzické podmínky v horninách v tektonicky aktivních oblastech rané zemské kůry, kde kůra praskala a voda pronikala dovnitř. Když byla Země „mladá“ méně než miliardu let, ještě neměla velké desky kůry klouzající po jejím plášti (dnes se tektonické desky pohybují po celé zeměkouli). V té době se však kůra stále hroutila a v lokalizovaných oblastech praskala sopečnou činností a interakcemi mezi menšími kusy kůry.

Minulé experimenty prokázaly, že tato raná tektonická aktivita by mohla potenciálně produkovat plynný vodík a peroxid vodíku, generovaly však pouze malé množství těchto sloučenin. Ve své nové studii Telling a jeho kolegové provedli podobné experimenty, ale vystavili rozdrcené horniny širšímu rozsahu teplot a po delší dobu – až celý týden. Na základě minulých studií se domnívali, že tento přístup by mohl zvýšit množství produkovaného peroxidu vodíku. V experimentech s drcením hornin použili žulu, čedič a peridotit, které byly hojné zastoupené v oceánské kůře rané Země. Horniny rozemleli na jemný prášek v nádobách bez kyslíku, opatrně přenesli drcenou horninu do vzduchotěsných lahví, přidali vodu a pak zvýšili teplotu.

Jak horninové prášky dosahovaly teplot ke sto stupňům, „defekty“ v minerálech jejich složek se staly méně stabilními a s větší pravděpodobností reagovaly s vodou. Konkrétně tyto defekty zahrnovaly „peroxy vazby“ neboli místa, kde jsou dva atomy kyslíku spojeny dohromady v krystalové struktuře minerálů, kde by se obvykle kyslík vázal pouze na křemík. Když jsou horniny obsahující peroxy vazby vystaveny stresu, mohou se defekty v minerálech pohybovat krystalovou strukturou na povrch, kde pak mohou začít interagovat s vodou, a tato interakce nakonec vytváří peroxid vodíku.

Výsledky naznačují, že přinejmenším v oblastech rané Země otřásaných častými zemětřeseními  při vysokých teplotách mohl být peroxid vodíku do životního prostředí uvolňován. Experimenty nemohou zachytit přesnou rychlost nebo měřítko, ve kterém se tyto reakce odehrály na rané Zemi, ale ukazují možný scénář. Bylo by zajímavé vědět, jak rozšířený byl tento jev, a jak peroxid vodíku ovlivnil evoluci raných organismů v globálním měřítku. Peroxid vodíku  by nemusel být přítomen ve všech prostředích na rané Zemi, aby vývoj života na planetě ovlivnil. Pokud jste malý mikrob, který měří pouhé mikrony, jste ovlivněni pouze chemikáliemi ve vašem bezprostředním okolí. Časné vystavení volnému peroxidu vodíku  mohlo poskytnout základní „výcvik“ organismům, které se vyvinuly do sinic, modrozelených řas, zodpovědných za vznik zemské atmosféry plné kyslíku a tím dalšího formování průběhu historie naší planety.

Zdroj: Vědci odhalili prastarý zdroj kyslíku, který mohl pohánět život na rané Zemi | Živá věda (livescience.com)