ALAN WOODS, TED GRANT
Překlad: M.Matejovský
Dnes je čoraz viac jasné, že podmienky na Zemi v jej raných štádiách neboli také ako v súčasnosti. Zloženie atmosféry, klíma a sám život sa rozvinuli v procese otriasajúcich zmien, zahrňujúcom náhle skoky a všetky druhy premien, vrátane spätného vývoja. Vývoj Zeme a života samotného nie je ani zďaleka priamočiary, ale je plný protirečení.
REVOLUČNÝ ZROD ŽIVOTA
Dnes je čoraz viac jasné, že podmienky na Zemi v jej raných štádiách neboli také ako v súčasnosti. Zloženie atmosféry, klíma a sám život sa rozvinuli v procese otriasajúcich zmien, zahrňujúcom náhle skoky a všetky druhy premien, vrátane spätného vývoja. Vývoj Zeme a života samotného nie je ani zďaleka priamočiary, ale je plný protirečení. Prvé obdobie dejín Zeme, známe ako prahory (archaikum), skončilo pred 1,8 miliardami rokov. Na začiatku sa atmosféra skladala prevažne z oxidu uhličitého, amoniaku, vody a dusíka, chýbal v nej voľný kyslík. Predtým bola Zem bez života. Tak ako sa zrodil?
Ako sme už videli, geológovia až do začiatku 20. storočia verili, že vek Zeme nie je veľký. Až postupne bolo čím viac zrejmé, že planéta má oveľa dlhšiu históriu, navyše plnú neustálych a niekedy katastrofálnych zmien. Takisto predpokladaný vek slnečnej sústavy je dnes oveľa vyšší, než sa dosiaľ verilo. Pokrok technológie po druhej svetovej vojne, najmä objav jadrových hodín, položil základ pre oveľa presnejšie merania, ktoré viedli k obrovskému skoku vpred v chápaní vývoja našej planéty.
Dnes môžeme povedať, že Zem sa stala pevnou planétou pred viac ako 4,5 miliardami rokov. Pre bežné myslenie to pripadá ako nepredstaviteľne dlhá doba. Avšak pri geologickom čase narábame s úplne inými hodnotami. Geológovia sú zvyknutí používať milióny a miliardy rokov tak, ako my používame hodiny, dni a týždne. Bolo nutné vytvoriť inú časovú škálu, ktorá by umožnila pojať takéto časové obdobia. Používa sa na „rané“ štádiá dejín Zeme, toto otriasajúce obdobie predstavuje viac ako 88% celkovej histórie planéty. V porovnaní s tým nie je celá história ľudstva nič iné len letmý okamih. Bohužiaľ, nedostatok dôkazov z tohto obdobia nám bráni získať podrobnejší obraz o prebiehajúcich procesoch.
Pre pochopenie vzniku života je nutné poznať zloženie prostredia a atmosféry ranej Zeme. Uvažujúc pravdepodobný scenár, že planéta vznikla z oblaku prachu, bola atmosféra do značnej miery zložená z vodíka a hélia. Dnes Zem obsahuje veľké množstvo ťažších prvkov, ako je kyslík a železo. V skutočnosti obsahuje približne 80% dusíka a približne 20% kyslíka. Gravitácia Zeme nedokázala udržat ľahší vodík a hélium, ktoré unikli z jej atmosféry. Väčšie planéty s väčšou gravitáciu, ako Jupiter a Saturn, si udržali svoju hustú atmosféru z vodíka a hélia. Naopak, náš oveľa menší Mesiac s nízkou gravitáciou stratil celú svoju atmosféru.
Sopečné plyny, ktoré formovali pôvodnú atmosféru, museli obsahovať vodu spolu s metánom a amoniakom. Domnievame sa, že sa uvolnili z vnútra Zeme. To viedlo k nasýteniu atmosféry a vzniku dážďov. Ochladením zemského povrchu sa začali formovať jazerá a moria. Predpokladá sa, že tieto moria predstavovali prebiotickú (pred výskytom života) „polievku“, v nej prítomné chemické prvky začali pod vplyvom ultrafialového žiarenia zo Slnka syntetizovať a vytvárať zložité organické dusíkaté zlúčeniny, ako aminokyseliny. Nedostatok ozónu v atmosfére umožnil pôsobenie ultrafialového svetla. Toto predstavuje základ Oparin-Haldaneovej hypotézy.
Všetok život, s výnimkou vírusov, je organizovaný do buniek. Aj tá najjednoduchšia bunka je veľmi zložitá. Štandardná teória tvrdí, že na tvorbu zložitých zlúčenín z jednoduchých postačovalo teplo Zeme samotnej. Rané formy života boli schopné energiu pochádzajúcu z ultrafialových lúčov zo Slnka ukladať. Avšak zmeny v zložení atmosféry prerušili dodávku ultrafialového žiarenia. Niektoré zhluky, ktoré vyvinuli látku známu ako chlorofyl, boli schopné využiť viditeľné svetlo, ktoré prenikalo cez ozónovú vrstvu filtrujúcu ultrafialové svetlo. Tieto primitívne riasy spotrebovávali oxid uhličitý a produkovali kyslík, čo viedlo k vytvoreniu súčasnej atmosféry.
V celom toku geologického času môžeme pozorovať dialektický vzájomný vzťah atmosférickej a biosférickej činnosti. Na jednej strane bola väčšina voľného kyslíka v atmosfére dôsledkom biologickej aktivity (v rámci procesu fotosyntézy v rastlinách). Na strane druhej, zmeny v zložení atmosféry, najmä zvýšenie množstva molekulárneho kyslíka, spustili veľké biologické inovácie, objavili sa a diverzifikovali nové formy života.
Ako sa pred asi štyrmi miliardami rokov z prebiotickej polievky aminokyselín a ďalších jednoduchých molekúl zrodila prvá živá bunka? Štandardná teória, ako ju vyjadril v roku 1953 nositeľ Nobelovej ceny chemik Harold Urey a jeho študent Stanley Miller, hovorí, že život vznikol spontánne v ranej atmosfére metánu, amoniaku a ďalších chemických látok a akvitovali ho blesky. Ďalšie chemické reakcie umožnili jednoduchým zlúčeninám života rozvinúť sa do stále zložitejších molekúl, až nakoniec vytvorili dvojreťazcovú DNA alebo jednoreťazcovú RNA, ktoré majú schopnosť reprodukcie.
Šanca, aby k takejto udalosti došlo náhodou, je naozaj ohromujúco malá, ako radi poukazujú kreacionisti. Ak je zrod života skutočne náhodný jav, potom by kreacionisti mali pravdu. Bol by to naozaj zázrak! Základné štruktúry života a genetickej aktivity vo všeobecnosti závisia na neuveriteľne zložitých a sofistikovaných molekulách - DNA a RNA. Aby sme vytvorili jedinú proteínovú molekulu, bolo by nutné v presnom poradí kombinovať niekoľko stoviek aminokyselinových stavebných blokov. Je to hrozne náročná úloha a to aj v laboratóriu s najmodernejším vybavením. Šanca, aby k tomu došlo náhodou v nejakej teplej nádrži, by bola neskutočne malá.
Nedávno sa na tento problém pozreli vedci z hľadiska teórie zložitosti, odnože teórie chaosu. Stuart Kauffman nadniesol vo svojej práci o genetike a zložitosti možnosť, že istý druh života vznikol ako výsledok spontánneho zrodenia poriadku z molekulárneho chaosu pôsobením prírodných fyzikálnych a chemických zákonov. Ak by bola prebiotická polievka dostatočne bohatá na aminokyseliny, nebolo by potrebné čakať na náhodné reakcie. Z látok v polievke by sa mohla sformovať koherentná, samo sa posiľujúca sieť reakcií.
Pôsobením rôznych katalyzátorov by mohli rôzne molekuly navzájom interagovať a zlučovať sa, až by vytvorili to, čo Kauffman nazýva „autokatalytická množina“. Takto by sa poriadok vznikajúci z molekulárneho chaosu prejavoval ako systém, ktorý rastie. To ešte nie je život, ako ho poznáme dnes. Nemal by DNA, genetický kód, ani bunkovú membránu. Napriek tomu by vykazoval určité životu podobné vlastnosti. Napríklad by mohol rásť. Mal by istý druh metabolizmu – neustále by absorboval „potravinové“ molekuly vo forme aminokyselín a ďalších jednoduchých zlúčenín tým, že by ich k sebe pridával. Bol by aj schopný istého primitívneho druhu rozmnožovania, rozširovania sa, aby sa rozvinul na väčšiu oblasť. Táto idea, ktorá predstavuje kvalitatívny skok, alebo „fázu prechodu“ v jazyku zložitosti, by znamenala, že život nevznikol náhodne, ale v dôsledku tendencie prírody k organizovanosti.
Prvé živočíšne organizmy boli bunky schopné absorbovať energiu vyprodukovanú rastlinnými bunkami. Zmena atmosféry, zmiznutie ultrafialového žiarenia a prítomnosť už existujúcich foriem života vylučuje, aby sa v súčasnej dobe vytvoril nový život, iba ak umelo v laboratórnych podmienkach. Pri absencii súperov alebo predátorov v oceánoch by sa prvotné zlúčeniny mohli rýchlo rozšíriť. V určitej fáze by došlo ku kvalitatívnemu skoku a sformovali by sa molekuly nukleovej kyseliny schopné reprodukcie: živé organizmy. Týmto spôsobom vzniká organická hmota z anorganickej. Život sám o sebe je produktom anorganickej hmoty organizovanej určitým spôsobom. Postupne, po dlhú dobu miliónov a miliónov rokov, by sa začali zjavovať mutácie, ktoré by nakoniec dali zrod novým formám života.
Takto môžeme dôjsť k minimálneho veku pre život na Zemi. V období prahôr bola jednou z hlavných prekážok vývinu života, ako ho poznáme, absencia ozónovej vrstvy v hornej časti atmosféry. Tak do povrchových vrstiev oceánov prenikalo všeobecné žiarenie, vrátane ultrafialových lúčov, ktoré inaktivujú život vyvolávajúce molekuly DNA. Prvé primitívne žijúce organizmy - prokaryotické bunky – boli jednobunkové, ale postrádali jadro a neboli schopné bunkového delenia. Avšak boli relatívne odolné voči ultrafialovému žiareniu, alebo dokonca, podľa jednej teórie, boli na ňom závislé. Tieto organizmy boli po dobu približne 2,4 miliardy rokov prevládajúcou formou života na Zemi.
Prokaryotické jednobunkové tvory sa rozmnožovali nepohlavne, pučaním a delením. Všeobecne platí, že nepohlavné rozmnožovanie vytvára identické kópie, pokiaľ nedochádza k mutáciám, ktoré sú veľmi zriedkavé. To vysvetľuje pomalé evolučné zmeny v tej dobe. Avšak vznik bunky s jadrom (eukaryoty) viedol k možnosti väčšej zložitosti. Je pravdepodobné, že eukaryoty vznikli z kolónie prokaryotov. Napríklad niektoré súčasné prokaryoty dokážu napadnúť eukaryotické bunky a žiť v nich ako ich komponenty. Niektoré organely (orgány) eukaryotov majú vlastnú DNA, ktorá musí byť pozostatkom ich pôvodne nezávislej existencie. Život sám o sebe má určité základné vlastnosti, vrátane metabolizmu (súbor chemických zmien, ktoré prebiehajú v organizme) a reprodukcie. Ak prijmeme kontinuitu prírody, musel sa najjednoduchší organizmus, ktorý dnes existuje, vyvinúť z oveľa jednoduchších procesov. Navyše, materiálnym základom života sú vodík, uhlík, kyslík, dusík, najbežnejšie prvky zo všetkých prvkov vo vesmíre.
Keď sa už raz objavil život, predstavuje sám o sebe bariéru, ktorá bráni znovuobjaveniu sa života v budúcnosti. Molekulárny kyslík, vedľajší produkt života, vzniká z procesu fotosyntézy (kde sa svetlo mení na energiu). „Život, ktorý dnes máme na Zemi, je v skutočnosti rozdelený do dvoch veľkých skupín, ktoré ľudstvo už oddávna rozoznáva – kyslík dýchajúce zvieratá a fotosyntetizujúce alebo zo svetla rastúce rastliny,“ hovorí Bernal. „Zvieratá môžu žiť v tme, ale potrebujú vzduch na dýchanie, buď voľný vzduch alebo kyslík rozpustený vo vode. Rastliny nepotrebujú kyslík, v skutočnosti ho v slnečnom svite vytvárajú, ale nemôžu dlho žiť a rásť v tme. Čo teda bolo ako prvé? Alebo predchádzala im nejaká iná forma života? Táto alternatíva sa dnes zdá byť takmer istá. Podrobné výskumy dejín života, vnútornej anatómie buniek a metabolizmu rastlín a živočíchov ukazujú, že sú odlišne rozvinutými následníkmi istých zoofytov. Tieto museli byť podobné niektorým dnešným baktériám, ktoré môžu súčasne fungovať ako zvieratá a ako rastliny, a teda pôsobiť aj ako kyslík spotrebúvajúce, aj ako fotosyntetizujúce činitele.“ (Bernal, cit.d., str.26)