Host českobudějovického Science Café, RNDr. Martin Ferus, Ph.D., vystudoval fyzikální a environmentální chemii na UK v Praze. V roce 2005 začal pracovat v oddělení spektroskopie Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Věnuje se experimentální aplikaci spektroskopie v materiálové chemii, detekci, analýze či vývoji vysoce výkonných pevnolátkových zdrojů světla. Hlavním tématem jeho výzkumů je nicméně kosmochemie se zaměřením na chemickou evoluci biomolekul a jejich prekurzorů během formování a vývoje planet. Za práce dokazující jejich syntézu účinky rázové vlny při dopadu asteroidů byl oceněn Prémií Otta Wichterleho a cenami Hlávkovy nadace a Učené společnosti ČR.
Je amatérským astronomem a astrochemii jako relativně nový vědecký obor se snaží veřejnosti přiblížit v řadě popularizačních přednášek.
Nakolik se dnes vědci shodují v teorii vzniku života na Zemi? – Kolik teorií existuje a je některá z nich přijímaná více než ostatní?
Seriózní výzkum vzniku života na naší planetě je poměrně mladým vědeckým oborem. První skutečně vědecké dílo publikoval v čistě teoretické rovině sovětský biochemik A. I. Oparin v roce 1924. Nicméně již v 19. století se objevily náznaky odpovídající svou filozofií Oparinovým myšlenkám. Např. Charles Darwin tvrdil, že život mohl vzniknout v laguně plné anorganických solí působením tepla a elektrických výbojů. První experimentální důkaz přinesl slavný Millerův experiment, který dokázal, že jednoduché aminokyseliny lze vytvořit právě působením elektrického výboje na horkou směs čpavku, methanu, vody a vodíku.
Ve stejné době se však v oboru biologie odvíjí jiný příběh. Ve 40. a zejména pak v 50. letech byly přineseny jednoznačné důkazy, že dědičná informace organizmů je uložená v molekule DNA. Franklinová, Wilkinson, Watson a Crick vše korunovali rozluštěním struktury této molekuly. Biologové a biochemici začali spekulovat, že právě dědičná informace musela být prvním funkčním živým systémem. Za otce teorie je označován americký biolog Alexander Rich, nicméně velkými propagátory byli také zmínění Watson s Crickem. Dnes je teorie původu života v jednoduchém chemickém systému kopírujícího sekvenci genetické informace, tzv. světě RNA kyselin, obecně nejpřijímanější teorií o původu života.
Problém je, že experimentální výsledky Millerova experimentu a dalších pokusů nikdy neukázaly, že by bylo možno stejně jednoduše jako aminokyseliny získat základní stavební kameny genetické informace. Tento rozpor se podařilo překonat až na počátku 21. století. Celá série experimentů za různých podmínek ukázala, že základní složky genetické informace lze získat z molekuly formamidu. Formamid je běžná chemikálie, která se pravděpodobně vyskytovala na rané Zemi.
Zajímavé závěry mají také experimenty vycházející z chemie kyanidů. Reakční mechanismus je bohužel nesmírně složitý a reakce neprobíhají jednoduše za stejných podmínek tak, jako formamidová syntéza. Ta se však potýká s malými výtěžky. Současná věda zná v hrubých obrysech principy vzniku života. Nejsou však známy přesné mechanismy syntéz za přírodních podmínek. Není jasné, jak mohlo na rané planetě dojít ke kumulaci chemických látek a vzniku velkých molekul genetického kódu.
Může život vzniknout i na jiné než uhlíkové bázi, např. na křemíkové?
Podle současných poznatků to není možné. Zjednodušeně řečeno, křemík je prvkem majícím výraznou afinitu ke kyslíku, s nímž tvoří vysoce nereaktivní silikáty. Oproti tomu silany, sloučeniny imitující chemii uhlíku, jsou velmi reaktivní a v přítomnosti vody nestabilní. Voda je však ve vesmíru rozšířenou chemikálií. Silany jsou velmi nestabilní a ve skutečnosti se nevyznačují tak bohatou paletou chemických sloučenin jako uhlík. Osobně zastávám velmi konzervativní postoj.
Jelikož je na základě současných znalostí jasné, že pouze uhlík v kontextu chemie známého vesmíru tvoří dostatečně bohatou paletu rozšířených a stabilních sloučenin, které jsou základem pro složitou biochemii živých struktur, domnívám se, že živé struktury mohou být založeny pouze na chemii uhlíku. Navíc se domnívám, že chemie a biochemie života bude podle principu vývojové konvergence ve vesmíru velmi uniformní.
Nevíme, za jakých podmínek na Zemi život vznikl. Dosavadní poznatky nasvědčují tomu, že planeta zemského typu a velikosti, s prostředím kapalné vody, deskovou tektonikou a obíhající klidnou hvězdu slunečního typu je nutnou podmínkou k dlouhodobé existenci života. Princip konvergence pak znamená, že život ve vesmíru bude podobný z chemického, biochemického i funkčního hlediska tomu, co bylo, je či bude na naší planetě. Tento názor je velmi konzervativní a lze o něm samozřejmě živě diskutovat.
Co bylo podle Vás klíčovým faktorem pro vznik života?
Souhra okolností provázejících evoluci mladé planety zemského typu.
- Jednalo se o impakty mimozemských těles umožňujících přenos složitých organických látek z kosmu.
- Dále horotvorné procesy a erozní procesy vedoucí ke vzniku na kovy bohatých jílů.
- Sopečná činnost a eroze impaktních kráterů bohatých na mimozemské chemické látky.
- Dynamická mladá planeta, na které se v geologických „okamžicích“ střídají různé fyzikální a chemické podmínky.
- Muselo dojít ke vzniku ložisek chemických látek, které přičiněním tepla, tlaku, elektrických výbojů, rázových vln polymerovaly.
- Nutná byla sorpce na nebo do porézních minerálů.
- Pro biochemické procesy a transfer replikujících se jednotek pak přítomnost kapalné vody.
- Jakmile došlo ke zmírnění podmínek, ustaly impakty mimozemských těles a poklesla míra radioaktivního záření, pro evoluci života bylo nutno relativně stabilní prostředí. To možná nabízelo dno oceánů.
- Pro rozvoj složitého života je nutný přírodní výběr, úzká hrdla lahve, kterými neprojdou málo odolné druhy organismů.
- Pro vznik a rozšíření života je nutné, aby živý chemický systém byl velmi dynamický, rychlý, odolný, aby „zaplevelil“ velmi rychle mrtvý svět a osídlil všechny jeho kouty – to se patrně stalo.
Proto život existuje na naší planetě přes miliardy let.
Martin Ferus bude v zítřejším Science Café České Budějovice (od 17:30 v Horké vaně) vyprávět o pravděpodobném scénáři vzniku života na Zemi ve světle nových výzkumů extrasolárních planet.
