Život může být vlastností hmoty

O dávné minulosti naší planety hovoří v knize Než přijde vakovlk geolog Václav Cílek

Slunce podle všeho vydávalo v minulosti méně tepla. Jak se pravěká biosféra vypořádala s touto skutečností?
Pozemské klima funguje na třech hlavních úrovních. Tou první je množství slunečního záření, které dopadá na povrch Země. Druhá úroveň obnáší skleníkové plyny, které na Zemi zadržují tu více, tu méně sluneční energie. Třetí úroveň představuje oceánské proudění; to tvoří jakési ústřední topení planety, které rozvádí teplo z tropů daleko na sever a jih.
Život jako klimatická síla má možnost zasahovat do změn jenom na úrovni složení atmosféry a do jisté míry i změnami vlastností povrchu Země - od pouště se odrazí víc záření než z lesa.
Tady je nutné si uvědomit, že atmosféra je vlastně biogenní jev. Množství všech hlavních plynů s výjimkou jednoho procenta vzácných plynů závisí na životních cyklech organismů, dnes zejména mořských řas a pozemského lesa. Kyslík, dusík, oxid uhličitý, metan a do určité míry i množství vodní páry, to vše nějak souvisí s metabolismem sítě pozemského života. Nápadné to je u skleníkových plynů -bez nich by průměrná teplota povrchu Země činila asi minus 15 °C. Je možné, že před vznikem života byla Země teplejší než dnes, ale oceány nevřely kvůli husté atmosféře s vysokým obsahem oxidu uhličitého, která snad trochu připomínala dnešní Venuši? Za takových okolností by byl bod varu vody vyšší než 100 °C...
O raných stádiích vývoje Země toho víme pramálo. Potíž při poznávání takto dávného období je ta, že z té doby známe jen několik hornin, které jsou navíc slabě či středně metamorfované. Navíc často ani nejde o horniny, ale o zrna třeba těžkých minerálů zděděná ze starších hornin. O původní atmosféře (a teplotě) tedy spíš spekulujeme, než abychom o ní něco opravdu věděli.
První kulovitá tělíska, která nejspíš náleží živým tvorům, pocházejí z hornin starých asi 3,5 miliardy let, ale izotopové složení kyslíku a uhlíku ukazuje, že život vznikl -možná vznikal opakovaně - asi již před 3,7 miliardy let. Skoro to vypadá tak, že život je vlastností hmoty a že jeho vzniku nelze zabránit, panujíli určité podmínky, jako jsou rozumné tlaky a teploty pod 100 °C.
Předpokládá se, že v souvislosti s přechodem na atmosféru, v níž místo oxidu uhličitého začal významně převládat kyslík, došlo k výraznému ochlazení. Jakou roli tato "první doba ledová" sehrála v biologické evoluci?
Nejstarší mikroorganismy se živily chemickou energií vynášenou horkými prameny. Štěpily sloučeniny síry, oxidovaly dvoumocné železo a mangan. Říkáme jim chemotrofní nebo litotrofní organismy -doslova "kamenožrouti".
Teprve mnohem později přišel vynález fotosyntézy, jejímž vedlejším produktem byl kyslík. Trvalo stamiliony let, než jeho koncentrace narostly z několika promile na jedno až tři procenta a pak až někam k 15 procentům na počátku prvohor. Ale ještě před začátkem prvohor došlo k jevu, kterému se někdy říká Země-ledová koule (Neoproterozoic Earth-Snowball).
Tehdy se průměrná teplota povrchu planety rychle změnila z tropické úrovně na možná až minus 50 °C. Až na ostrůvky kolem horkých pramenů všechno zmrzlo. Jev byl pravděpodobně způsoben tím, že živé organismy (které se ještě nenaučily správně zacházet s pozemským systémem) stáhly z atmosféry oxid uhličitý jako hlavní skleníkový plyn, a tím náhle snížily teplotu systému.
Tahle katastrofa ale nejspíš měla zajímavý dopad - když se zase oteplilo, tak život existoval snad v několika desítkách víceméně uzavřených a navzájem nekomunikujících enklávách.
Vznikly zde nové druhy, které se pak rychle šířily. Byla to doslova exploze biodiverzity a rychle proměnila planetu - osídlila ji stovkami nových druhů. Právě tato doba ledová tak možná stála u kořenů biologické revoluce v nejstarších prvohorách - v kambriu. Od kambria až do dneška, mezi trilobitem a člověkem, pak už probíhá jedna velká, vcelku kontinuální evoluce (nebo si to alespoň myslíme).
Domníváte se, že fotosyntéza primárně vznikla pro infračervenou oblast spektra (tedy například pro využívání energie horkých podmořských pramenů) a teprve později začaly organismy tímto způsobem "spásat" viditelné světlo?
Ve slově fotosyntéza slyšíme "foto" ve smyslu převážně viditelné části spektra. Energie horkých pramenů byla podle všeho využívána hlavně chemicky. Nešlo o zdroj tepelného záření, ale o vznikající chemické látky, které bylo možné štěpit (a získávat energii) nebo použít jako materiál pro další syntézy. Jakým způsobem mohla jednou zamrzlá Země opět roztát?
V klasickém modelu si představujeme, že teplota Země se snižuje a spolu s tím roste plocha ledu. Led odráží do prostoru více tepla než třeba les. Takže systém se dále ochlazuje a plocha ledu roste. Konec by měl být ve zcela zamrzlé zeměkouli. K tomu ale nejspíš nikdy nedošlo, a naopak existují mechanismy, které tuto zpětnou vazbu nakonec zvrátí.
Jaké mechanismy konkrétně?
Nejspíš jde jako vždy o souhru několika faktorů - Slunce víc hřeje, v oceánu se obnoví cirkulace vod a prohřeje se více zemské plochy, ta je kolonizována rostlinami. Ale hlavní role v zastavení ochlazování asi náleží oxidu uhličitému. Ten může do atmosféry být ve skutečně velkém množství uvolněn jen dvěma mechanismy - rozsáhlou sopečnou činností anebo (a to je častější případ) z hlubokých částí oceánu, kde je uhlíku nejméně o dva řády více než v atmosféře.

V knize Než přijde vakovlk hovoří Pavel Houser s řadou českých vědců. Publikaci vydalo nakladatelství Dokořán. Text upravila redakce LN.

Lidové noviny, 06. 08. 2005, PAVEL HOUSER