Život potřeboval miliardy let
Kde se na Zemi vzal život a pak i my? Na hledání odpovědi se podílí Judit Šponerová z Biofyzikálního ústavu Akademie věd v Brně, která dnes získává Cenu předsedkyně Grantové agentury České republiky.
Grantová agentura ČR je nejvýznačnější institucí, jež u nás finančně podporuje základní výzkum. Nejúspěšnějším vědcům dnes její předsedkyně Alice Valkárová uděluje ocenění za jejich výsledky.
Doktorka Šponerová, která je nyní mezi laureáty, už od roku 2010 díky těmto grantům zkoumá podmínky vzniku života na Zemi a vlastně i na jiných místech vesmíru. Cenu získává proto, že odborníci i ve světě si jejích výsledků považují.
Země bez kyslíku
Když se podíváme na planetu, pro niž se svými kolegy zkoumá možnosti vzniku života, řekneme – vždyť to přece vůbec není naše Země. Na Zemi je úplně jiné složení minerálů na povrchu i plynů v atmosféře.
„Nezapomínejte ale, že život na Zemi vznikl někdy před asi 3,8 miliardy let. Tehdy v zemské atmosféře ještě nebyl kyslík, vytvořily jej až později živé organismy. Také tehdejší minerály se kvůli nepřítomnosti kyslíku utvářely jinak,“popisuje doktorka Šponerová. „K tomu musíme při svých laboratorních experimentech a počítačových simulacích přihlížet,“dodává.
Pochází z Maďarska, kde vystudovala chemii a získala doktorát. Do Česka přišla v roce 1997 s českým manželem, s nímž se seznámila při vědecké práci v USA. Dnes mluví výborně česky, i když při vysvětlování podrobností své práce občas hledá nejvhodnější české slovíčko. Při přednáškách totiž mluví anglicky, i proto, že hodně spolupracuje s mezinárodními týmy. Také třicet odborných textů, které jenom o poslední části výzkumu s kolegy publikovala v mezinárodních odborných časopisech, bylo v angličtině.
Vstupy zvenčí
Po velkém třesku, tedy začátku vesmíru, před asi 13,5 miliardy let vznikla z vodíku první generace hvězd. Po dvou miliardách let zanikly a vydaly do vesmíru bohatý chemický materiál, z něhož vznikly dnešní hvězdy a planety. Naše Země je tady asi čtyři a půl miliardy let. Byla nejdřív pokrytá lávou vychrlenou z hlubin, která musela zchladnout.
„Pak se na ní kondenzovala voda, přirozeně se vytvořil formamid, což je kapalná sloučenina patřící mezi amidy. Právě u formamidu se předpokládá, že z něj mohou vzniknout genetické molekuly. A byl tam také železitý jíl, což je vynikající katalyzátor pro tyto reakce, a mnohé další chemické látky,“popisuje Judit Šponerová.
Počátek života na Zemi potřeboval genetickou molekulu, která je schopná se množit. Mohla to být RNA (ribonukleová kyselina, která dokáže přenášet dědičnou informaci) nebo nějaká její jednodušší předchůdkyně. Genetické molekuly umožňují vznik mikroorganismů, tedy přechod neživé hmoty v živou. K jejich tvorbě je zapotřebí mnoha vstupů zvenčí.
„Podobně jako mnozí mí kolegové ve světě předpokládám, že potřebné chemické reakce mohly nastartovat výbuchy sopek, které okolní hmotu ovlivnily tlakem a horkem. Totéž přinesly dopady meteoritů či rovnou velkých asteroidů, které navíc do reakce vnesly neobvyklý chemický materiál.
Země před čtyřmi miliardami let
Dalším hybatelem reakcí bylo protonové záření, tedy proud energetických částic, které při silných erupcích vychrlilo Slunce až na povrch planety. A také blesky z mraků ze sopečného prachu. Reakce dále posune přirozená změna teploty, například v noci se ochladí, a malé molekuly zrozené za extrémních podmínek se uklidní a začnou se spojovat jako korálky náhrdelníku do polymeru RNA,“líčí doktorka Šponerová.
Výpočty i experimenty Podstatné je, že Judit Šponerová a její kolegové nezůstávají u čistě teoretických představ. Reakce, které na mladé Zemi mohly probíhat, modelují v laboratoři a také ověřují při praktických experimentech.
„V hledání ,korálků‘ hraje prvotní roli tým Martina Feruse z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd. Náš hlavní úkol na Biofyzikálním ústavu je počítačové modelování reakčních cest, které se odehrávají v laboratorních pokusech. Sama si naopak experimentálně z ,korálků‘ malých molekul už skládám tu RNA,“uvádí.
„Dopady meteoritů nebo asteroidů napodobujeme pomocí vysokovýkonného laseru při spolupráci s týmem Libora Juhy z Fyzikálního ústavu Akademie věd,“vysvětluje doktorka Šponerová. Další spolupracovníci jsou hlavně z Itálie a Německa.
Výsledkem je zcela reálný popis možností, jak na rané Zemi s jejím tehdejším chemickým složením mohly díky sopkám, dopadům meteoritů i slunečním erupcím vzniknout genetické molekuly, které umožnily vznik života.
Náhoda, nebo zákonitost? Popsaný proces byl neskutečně náročný. Některé reakce potřebovaly obrovský tlak a teplo (tedy třeba dopad meteoritu), jiné spíše bombardování sluneční radiací.
„Různé reakce musely proběhnout i bilionkrát, než se sešly ve vhodném pořadí a zárodky života vytvořily,“říká doktorka Šponerová. „Ale na Zemi k tomu bylo několik set milionů let času a za tu dobu se ty reakce mohly sejít ve vhodném pořadí. Zatím jsme prokázali, jak to mohlo být, ověřili jsme chemické reakce. Ale umělý život jsme nevytvořili. Naše laboratoř není planeta a tolik milionů let na experimenty jsme neměli.“
Podstatnou otázkou samozřejmě je, jestli je vznik života zákonitost, nebo úplná náhoda. „Řekla bych to asi takto – když se sejdou vhodné podmínky, je to zákonitost. Jenže dejme tomu ze sta miliard potenciálních cest jich může být třeba jen stovka produktivních, pro ostatní se v praxi podmínky nesejdou. Je to asi, jako když letí letadlo – má podmínky k tomu, aby spadlo, ale pravděpodobně se to nestane. Jednou se ale podmínky sejdou a dojde k tomu.“
Co z toho ovšem vyplývá pro život, zejména inteligentní život ve vesmíru? Jsme v něm sami?
„Tohle se na základě našeho výzkumu určit vůbec nedá,“shrnuje doktorka Šponerová. „Popsali jsme, jakými reakcemi život vzniknout mohl. Ale známe jenom jednu planetu, kde se to povedlo, Zemi. Možná je v celém vesmíru jediná, kde se podmínky za ty miliardy let vhodně sešly. Možná se to povedlo často a život je ve vesmíru běžný. Ale to ještě nikdo nemůže seriózně říci.“
Možná je ve vesmíru Země jediná, kde se podmínky pro vznik života sešly. Možná se to povedlo často a život je ve vesmíru běžný. Nevíme.