Původ života (3/5) -- Nejstarší fosílie

28. července 2008 v 18:35 | sagan (zavináč) email (tečka) cz |  Víra a věda
Jaké jsou nejstarší důkazy života na Zemi? Kde najdeme fosílie prvních životních forem?

Vznik života


Zjistit jak život začal je velmi vzrušující a velmi náročný úkol. Nyní se pokusíme vystopovat přepisující molekulu podobnou RNA v historii. Do doby, kdy ještě nevytvářela naše komplikovaná těla, ani těla jiných živočichů, před dobu, kdy ještě netvořila ani těla rostlin. Uvidíme, že přechod mezi živým a neživým se překrývá, že základ obou je tentýž. Že život a neživot je založen na stejném základě a že je to složitost uspořádání atomů (komplexita), která tvoří tak cennou formu hmoty, které říkáme život.

Prostředí na Zemi

Před 4,6 miliardami let pokrýval celý povrch Země oceán lávy. Země jakožto geologické těleso získalo postupným chladnutím pevný povrch před čtyřmi miliardami let. Při chladnutí zkondenzovaly vodní páry z plynného obalu a spadli na Zemi v podobě dešťů. Vznikl prvotní oceán a přes hustou atmosféru CO2 zbarvující oblohu do oranžova jen vzácně pronikaly sluneční paprsky. Teplota oceánu byla více než 150 stupňů Celsia.
Atmosféra se tehdy velmi podstatně lišila od dnešní. Prvotní atmosféra vznikala uvolňováním plynů z roztaveného vnitřku zemské kůry skrze sopky. Atmosféra obsahovala oxid uhličitý (CO2), dusík (N2), vodní páru (H2O), metan (CH4), amoniak (NH3), kyselinu chlorovodíkovou (HCl), kyanovodík (HCN), ale neobsahovala žádný (nebo jen velmi málo) kyslíku (O2). Mnohem intenzivnější byly blesky, sopečná činnost, meteorické dopady, UV záření.
Porovnání složení praatmosféry (vlevo) a současné atmosféry (vpravo) Země.
Jak se Země ochlazovala, plyny kondenzovaly a vznikla první moře sestávající se z vody a rozpuštěných minerálů.
Prvotní oceán obsahoval i takové sloučeniny jako kyanovodík. Ten je sice pro člověka vysoce jedovatý (toxický), ale byl zřejmě předchůdcem (prekurzorem) organických látek, protože umožňuje snadnou polymeraci (jednoduché organické molekuly se spojují a tvoří složitější).
Sirovodíková oblaka zahalující jezero zalité kyselinou siřičitou na ostrovech Nového Zélandu připomínají dávnověk Země. V dobách, kdy se na Zemi objevily první formy života, byla Země plná takovýchto míst. Může v takovém vroucím roztoku (100 stupňů Celsia) sirovodíku existovat nějaká forma života? Ano, je plná bakterií, kterým pro nás toxický sirovodík ohromně vyhovuje.

Grónsko, Isua

Nejstarší dochované horniny a sedimenty najdeme na jihozápadě Grónska (Isua Rocks). Jsou staré 3,8 miliardy let. Někteří tvrdí, že v těchto horninách nalezli dokonce i fosilizované organismy. Tyto horniny ale později prošly teplotou asi 500 °C a případný fosilní obsah byl zničen. Žádné přímé stopy po mikrobiálním životě v nich tedy nemohly být nalezeny. Grónské sedimenty však jednoznačně svědčí o přítomnosti kapalné vody na zemském povrchu (s teplotou nižší než 75 °C) a oxidu uhličitého v atmosféře. Vůbec nejstarším materiálem na Zemi jsou krystaly zirkonu, které se vytvořily před 4,4 miliardami let.
Fotografie horniny v provincii Isua v Grónsku.
Horniny z Isua přesto obsahují chemické změny, ke kterým mohlo dojít vlivem působení biologických forem. Biologické organismy váží svými organickými molekulami lehčí izotop uhlíku 12C více než těžší izotop 13C. Množství navázaného uhlíku 12C je tedy v případě působení organických molekul větší, než by bylo množství navázaného uhlíku 12C jinde v neživé přírodě. Poměr množství 12C k 13C ve stejném objemu v oblasti Isua ukazuje na působení organických molekul. Dříve to mohli být fosílie, ale už se rozpadly a zůstal jen chemický otisk ve formě izotopu uhlíku typického pro život. Kdysi se mohlo jednat o plankton volně žijící v oceánu či jednoduché baktérie žijící na rozhraní vody a bahna.
Na základě geochemických údajů ze sedimentárních se tedy můžeme domnívat, že v pozemských oceánech se život rozšířil nejdéle před 3,87 miliardami let.

Nejstarší pozůstatky života na Zemi

Zcela nezvratitelné důkazy o nejstarších živých organismech máme z fosilních nálezů v Austrálii. Jsou staré 3,55 miliardy let. Jedná se o jednobuněčné cyanobakterie (sinice = zelenomodré řasy). Cyanobakterie jsou prokaryotické bakterie, jedny z nejsamostatnějších organismů vůbec. Ke svému životu nepotřebují kyslík, používají jen vodu (H2O), oxid uhličitý (CO2), dusík (N2), sluneční světlo a několik minerálů. Jejich produktem je kyslík a uhličitan vápenatý (CaCO3, vápenec).
Cyanobakterie vytvořily pod mořskou hladinou útvary připomínající kameny, kterým říkáme stromatolity. Vznikly vrstvením cyanobakterií, jemného písku a vápence. Moderní stromatolity ve Žraločí zátoce (Shark bay) v nejzápadnějším cípu Austrálie.
Fosilní bakterie stará 3,5 miliardy let ze stromatolitu v Shark bay v Austrálii.
Kolonie cyanobakterií, které vyrobily stromatolity, dominovaly životu na Zemi 3 miliardy let. Nejstarší fosilizované cyanobakterie najdeme v severozápadní Austrálii v bazaltové formaci Apex a ve formaci Towers ve východní Pilbaře. Stáří 3,55 miliardy let.
Fosilizované cyanobakterie z čedičové (=bazaltové) formace Apex v Austrálii. J. W. Schopf.
Podobné fosílie cyanobakterií se uchovaly v jižní Africe ve formaci Fig tree v pohoří Barbeton. Jsou staré 3,5 miliardy let.
Mikrofosílie z formace Fig Tree v Africe staré 3,5 miliardy let.
Cyanobakterie coby prokaryotické bakterie již obsahují vnitřní uspořádání. Různé tvary nalezených fosilií naznačují, že již před 3,55 miliardami let byl život diverzifikován. Nalezené cyanobakterie nejsou původní formou života, ale již vyspělejší primitivní formou, což znamená, že se život na Zemi musel objevit ještě dříve.

Rubisco

Energetický zdroj cyanobakterií nejspíše vznikl sloučením molekul dvou forem (I. a II.) enzymu Rubisco (ribulosa-bisfosfát karboxylasa, přesněji ribulosa-1,5-bisfosfát-karboxylasa/oxygenasa). Primitivnější Rubisco II. je typické pro anaerobní (bez přítomnosti kyslíku) purpurové bakterie. Rubisco I. je charakteristické pro zelené bakterie s kyslíkovou fotosyntézou.
Rubisco je vůbec nejhojnější bílkovina na Zemi (asi 4 . 107 tun) existující v teplotním rozsahu 20 až 100 stupňů Celsia. Enzym Rubisca katalyzuje dva typy reakcí:
  • karboxylaci neboli vázání (fixaci) CO2 v Calvinově cyklu temnostní fáze fotosyntézy (CO2 se váže na ribulosa-1,5-bisfosfát)
  • oxidaci CO2 pro fotosyntézu při fotorespiraci (O2 se váže na ribulosa-1,5-bisfosfát)
Rubisco je nejrozšířenější enzym na Zemi.
Rubisco tedy váže jak oxid uhličitý (kterého bylo na mladé Zemi hodně), tak kyslík (kterého bylo na mladé Zemi málo, objevil se později právě působením cyanobakterií).

Hlubokomořské černé komíny

Hlubokomořské černé komíny (černí kuřáci) se nacházejí na mořském dně v místech, kde zemská kůra vyvrhuje vodu (hydrotermální průduchy) s mnoha minerály o teplotě až 400 stupňů Celsia -- což je vysoko nad teplotou, kterou považujeme za sterilizační. Komíny se poprvé otevřely v nově vytvořené čedičové (=bazaltové) zemské kůře před čtyřmi miliardami let a dnes pracují stejně, jako tehdy.
Tento komín je v hloubce 2250 m západně od ostrova Vancouver u hřebene Juan de Fuca Ridge v severovýchodním Tichém oceánu.
Nejstarší fosilie z hlubokomořských "černých komínů" pocházejí z bakterií, které v okolí průduchů žily před 3,2 miliardy let (Cornel de Ronde).
Černé komíny jsou zdrojem některých organických látek, jako je acetylkoenzym A, vznikajícím z oxidu uhelnatého (CO) a sulfanu (= sirovodík = H2S). Černý kouř obsahuje množství sulfanu. Tyto bakterie nepotřebují ke svému životu kyslík, ale sulfan. Tyto bakterie zužitkovávaly sulfan a síru a vyráběly si tak velké množství energie. Pro první formy života byla kyslík (O2) toxický, dnes ho téměř všechny potřebují. Získáváme pomocí něj energii.
V současné době byly u černých kuřáků objeveny bakterie, které používají ke štěpení potravy železo (namísto kyslíku, který používají lidé) a jejichž vedlejším produktem je magnetit (Derek R. Lovley).
Pokračování článku -- klikněte zde.
#

 

7 lidí ohodnotilo tento článek.

Komentáře

1 bellatrix bellatrix | 16. srpna 2009 v 20:52 | Reagovat

super strankaa

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama