Asymetrie života I - Jiskra života

rubrika: Populárně naučný koutek


Po asymetrii hmoty (viz Populárně naučný koutek) přichází na řadu asymetrie života. Louis Pasteur jednou prohlásil: "Vesmír je nesymetrický a jsem přesvědčen, že život, jak ho známe, je buď přímým následkem této asymetrie vesmíru, anebo vyústěním jejích nepřímých důsledků." První část této série je věnována vzniku kolébky našeho života a prvním náznakům vysvětlení procesu vzniku života z ne-života.

Lucifer


Aby mohl život vzniknout, musela být k dispozici vhodná planeta obíhající v příhodné vzdálenosti od mateřské hvězdy a mající správné chemické složení. Ke vzniku hvězdy byl nezbytný obrovský oblak vodíku, prvku, jenž vznikl zhruba čtyři sta tisíc let po velkém třesku, vesmír se musel rozpínat správnou rychlostí, aby se hmota stihla shluknout do oblaků atd. Je to opravdu dlouhý příběh celé řady nestabilit a nedokonalostí, které postupně přetvořily inertní hmotu až do křehkého tvaru prvotního života. Asymetrie času a asymetrie hmoty jsou nezbytné rekvizity původu života.

Život se na naší planetě objevil někdy před 4 miliardami let a přirozeným výběrem se vyvíjel od jednobuněčných organismů k mnohobuněčným, od anaerobním k aerobním a výsledkem byla neuvěřitelná diverzita forem. Pojďme si však nejdříve shrnout historii Země, kolébky našeho života, jak ji známe dnes.

Při zrodu Země byl vesmír starý asi 9 miliard let. Mléčná dráha, naše vlastní galaxie či její podstatná část, existovala už asi 8 miliard let. Hvězdy se v ní neustále rodily a jiné umíraly. Ohromný mrak obsahující zejména vodík a trochu helia se vznášel v prostoru, pomalu rotoval v okolní prázdnotě. Náhle vybuchla blízká hvězda, supernova, v níž se složitou nukleární alchymií syntetizovaly těžší chemické prvky. Kolaps jejího jádra vyvolal mohutnou rázovou vlnu, která rozmetala vnější obálky hvězdy do okolního prostoru. Rázová vlna zasáhla osamělý vodíkový oblak a obohatila ho o chemické prvky nezbytné pro život: uhlík, dusík, kyslík, sodík, železo a další. Oblak se navíc stal nestabilním a přitažlivá gravitační síla způsobila jeho kontrakci. Mrak začal rotovat rychleji, v rovině kolmé na osu rotace se zploštil a v jeho centru se zkoncentrovalo velké množství materiálu. V jádru vzrostla hustota i tlak a vodík se začal stlačovat. Jakmile teplota stoupla zhruba na 15 milionů stupňů, zažehla se termonukleární fúze: z vodíku počalo vznikat helium a začalo se tím uvolňovat ohromné množství energie v podobě záření a neutrin. Zažehla se tak nová hvězda: naše Slunce.

Kolem nové hvězdy se v disku podobném koláči srážkami a spojováním materiálu zformovaly planetesimály, předchůdci planet. Ty ve větší vzdálenosti, kde bylo chladno, sesbíraly množství zmrzlých plynů a narostly do obřích rozměrů. Tak vznikl Neptun, Uran, Saturn a Jupiter. Planetesimály Slunci bližší, ze kterých se vyvinul Mars, Země, Venuše a Merkur, se mohly utvořit jen z pevného kamenitého a kovového materiálu. Proto jsou menší. Zbylá suť se shromáždila v pásech kolem Slunce jako jeho náhrdelníky. Leží mezi Marsem a Jupiterem, kde tvoří pás asteroidů, a pak za Neptunem, kde najdeme ledové objekty Kuiperova pásu v místech, kde obíhá trpasličí planeta Pluto spolu s některými krátkoperiodickými kometami. Ještě dál se nachází Oortův oblak, líheň komet plná bilionů ledových koulí. Země byla umístěna příznivě. Kdyby byla od Slunce dál, byla by příliš chladná. Kdyby naopak byla blíž, žhnula by vysokými teplotami. Na Zemi panují přesně ty správné podmínky, aby tu mohla existovat voda v tekutém stavu. Ta je kolébkou chemie života.

Vznik života je složitý problém a hlavní roli v celém tomto příběhu hrají různé nedokonalosti. Nikdy nebudeme přesně vědět, co se na naší mladičké planetě odehrálo před 4 miliardami let. Víme jenom to, co dokážeme změřit, a to má samozřejmě své meze. Díky lidskému důvtipu se ale můžeme dopátrat řady poznatků o našem vlastním původu. Vědecké bádání nám umožňuje vytvářet realistické hypotézy o tom, co se muselo odehrát, aby se na planetě zažehl život. Podrobné laboratorní analýzy pradávných geologických vzorků hornin spolu se studiem různých biochemických procesů a počítačovými simulacemi nám umožní oživit dávno zapomenuté časy. Nejspíš se nám nepodaří sestoupit do raného dětství Země, ale astronomická pozorování umožňují spatřit jiné stelární systémy s mladými protoplanetárními disky. Dokážeme spatřit extrasolární planety obíhající kolem svých mateřských hvězd a začíná být reálná možnost studovat chemické složení jejich atmosfér. Jak se ukazuje, tak to, co se už zjistilo, stačí na změnu našeho pohledu na nás i naši vlastní planetu.

Pojďme si teď něco říci o "jiskře života". Luigi Galvani si z ryze vědeckých důvodů liboval v mučení žab elektrickým proudem. Ty žáby však už byly mrtvé a rozpitvané, jejich svaly i nervy odhalené. Po roce 1870 provedl Galvani spolu s asistentem ve své laboratoři Boloňské univerzity velké množství pokusů, při nichž zkoumal vliv elektřiny na vyvolání svalových stahů. Byla to doba, kdy se fascinace elektrickými jevy šířila napříč Evropou i Amerikou. Roku 1767 publikoval Joseph Priestley dílo Historie a současný stav elektřiny, v němž kromě jiného vylíčil sérii hrůzných experimentů, při nichž byly prováděny elektrické šoky na myších, kočkách, žábách a dalších zvířatech. Priestleyho pokusy možná inspirovaly Galvaniho. Jeho kniha obsahuje i první podrobný popis známých pokusů Benjamina Franklina s draky vypouštěnými do bouřkových mraků. Vyplynulo z nich, že blesky jsou mohutné elektrické výboje.

Z nejrůznějších experimentů vyplynulo, že kromě bouřkových mračen se elektrické náboje nacházejí i v mikroskopických skrýších hmoty. Stačí jenom dosáhnout nerovnováhy a mít k dispozici mechanismus, jenž vytvoří přebytek náboje v jisté oblasti oproti jiné oblasti. V ten okamžik začne elektřina proudit, dokud není opět dosaženo původní rovnováhy. Ukázalo se, že elektřinu lze dočasně uschovat a následně využít v zařízení zvaném Leydenská láhev, což byl prapředek dnes všudypřítomných kondenzátorů užívaných v elektrických obvodech. Byla to skleněná nádoba, které byla zevnitř i zvnějšku polepena dvěma různými kovovými fóliemi. Jiskrovými (tedy elektrostatickými) mechanismy bylo možné přesunout elektrické náboje na kovové polepy a "uchovat je tam". Při spojení vnitřní fólie s vnější došlo k mohutnému elektrickému výboji, jenž mohl být použit k množství experimentů. Záhadná podstata elektřiny a její potenciálně smrtící účinky fascinovaly přírodní filosofy té doby a stejnou měrou i obyčejné lidi. Koncem 18. století bylo v oblibě pořádat seance, na nichž děti a psi dostávali mohutné elektrické šoky z Leydenských láhví.

Při jednom z experimentů Galvani pozoroval zajímavý jev. Když se skalpel dotkl obnaženého žabího sedacího nervu v okamžiku, kdy na opačné straně stolu zajiskřil elektrostatický přístroj, žabí nožka sebou škubla. Jestliže přístroj periodicky jiskřil, tak i noha se periodicky stahovala, jakoby tančila. Vzrušený Galvani pověsil páteř mrtvé žáby za háček z měděného drátu na železnou ohrádku. Žába sebou rovněž začala škubat, jako by ožila. Při experimentu prováděném za bouřky se dokonce celý ansámbl mrtvých žab pověšených na kovovém drátku roztančil. Elektřina dokázala z mrtvých žab vytvořit sehranou taneční skupinu! Galvani učinil závěr, že "přírodní" (od blesků) i umělé (strojové) jiskry a také spojení různých kovů dokážou aktivovat jistý druh vrozené "živočišné elektřiny" nacházející se ve tkáních zvířat. Přišel s hypotézou, že nervy jsou vodiče této elektřiny, jež je zodpovědná za pohyby svalů. Elektřina je esencí života. Žít znamená nacházet se ve stavu elektrické nerovnováhy.

Propuklo experimentální šílenství. Léčení lidí trpících všemožnými paralytickými problémy pomocí elektrických šoků se okamžitě stalo velkou módou. Objevilo se slovo galvanismus, jež popisovalo elektrické jevy v živých tkáních. Jeho tvůrcem nebyl nikdo méně významný než Alessandro Volta, Galvaniho současník a akademický rival. Na rozdíl od Galvaniho Volta správně tvrdil, že nervy jsou vodiče normální elektřiny, že žádný jiný druh elektřiny neexistuje. V tom se shodoval s Franklinem. Volta využil Galvaniho objevu, že dva spojené kovy generují elektrický tok, a vymyslel zařízení (Voltův článek), které dnes nazýváme baterie. Poskládal na sebe střídavě měděné a zinkové disky, jež vždy proložil látkou nasáklou slanou vodou. Ukázal, že drátem, který spojuje vrcholek a spodek sloupku, teče elektrický proud.

Přírodním filosofům zajímajícím se o záhadné elektrické vlastnosti hmoty se otevřely úplně nové možnosti. Jaké síly se skrývají v mikroskopických hlubinách hmoty? V jaké vztahu je elektřina k životu a smrti? Je život stavem elektrické nerovnováhy? Jsou-li nervy vodiče elektřiny a směrem od mozku se větví jako strom, jak vlastně mozek elektřinu vyrábí? Mají badatelé právo zkoumat mlhavou hranici mezi životem a smrtí? Můžeme překonat smrtelnost? Anebo existují otázky přesahující sféru lidských možností? Měl by mít vědecký výzkum své meze?

Dali by se mrtví oživovat elektrickým proudem? Tuhle myšlenku literárně zpracovala Mary Godwinová ve svém slavném románu Frankenstein neboli moderní Prometheus, o kterém zde již byla řeč v příspěvku Bayerisch Eisenstein a Frankenstein. Victor Frankenstein ono monstrum, které stvořil, nakonec opustil. Monstrum bylo stvořeno, aniž by si to přálo. Nemohlo za to, že bylo ohavné. Vědec nikdy nesmí pominout svůj výtvor. A vědec by měl být také vždy připraven nést morální a etické důsledky svých činů, dobrých i špatných. Užití a zneužití jaderné energie - vskutku vysoce nebezpečného druhu jiskry - je tím nejzjevnějším příkladem. Autor zdroje si není vědom žádných seriózních pokusů s oživováním mrtvých elektrickým proudem, domnívá se však, že byly uskutečněny. Dnes je přitom běžnou praxí, že při selhání srdce se ho záchranáři pokoušejí uvést do chodu elektrickými výboji defibrilátoru. Cítíme v to jasnou ozvěnu galvanismu.

Ukazuje se, že vhodným místem pro pátrání po hlubokých souvislostech mezi životem a elektřinou není konec života či pokusy o znovuoživení, ale jeho prvopočátek. V roce 1952 jeden student chemie na Chicagské univerzitě požádal vedoucího své práce, nositele Nobelovy ceny, o svolení provést ambiciózní experiment: Stanley Miller hodlal zreprodukovat atmosféru prebiotické Země (před vznikem života) v testovací trubici a pak v ní zažehávat elektrické výboje. Jiskry měly simulovat blesky intenzivních bouří a aktivního vulkanismu, jež musely být v oněch pradávných dobách velmi četné. Do dvou baněk spojených trubičkami (simulující praoceán spojený s atmosférou) vložil Miller chemické sloučeniny, o nichž se vedoucí jeho práce Herold Urey domníval, že je atmosféra rané Země obsahovala: vodu, čpavek, metan a vodík. Pak do nich pustil výboje. Po několika dnech si Miller všiml oranžovohnědé mazlavé směsi usazující se na dně spodní baňky. Ke svému velkému vzrušení si snadno ověřil, že 10 až 15 % uhlíku z původního metanu se přetvořilo v organické sloučeniny, tedy v molekuly obsahující uhlík, jež jsou základními stavebními kameny většiny živých tvorů (viz Stavební kameny života I, ... II, ... III). Bylo mezi nimi dokonce devět aminokyselin, ze kterých lze skládat bílkoviny. Nebyl to samozřejmě přímo život, ale byly to sloučeniny, které jsou pro život nezbytné.

Jejich experimenty inspirovaly mnoho dalších pokusů, sofistikovanější rozbor vedl k určité změně podmínek, jež asi panovaly na panenské Zemi, a obměňovala se i konkrétní skladba výchozích molekul. Pokud byl metan dodávající energii a čpavek nahrazen oxidem uhličitým a čistým dusíkem v plynné podobě, žádné aminokyseliny nevznikly. Když v jiných pokusech byly přidány sloučeniny síry, která tehdy musela být hojně zastoupena v důsledku vulkanických erupcí, aminokyseliny vznikaly ve velkém množství. I když byly elektrické výboje nahrazeny ultrafialovým zářením, stále docházelo ke vzniku aminokyselin a dalších organických sloučenin, ale v jiném počtu a poměru.

Tyto experimenty vedly k nesmírně důležitému závěru: je možné začít s anorganickými chemickými sloučeninami a přirozenými fyzikálně-chemickými procesy je přetvořit na sloučeniny organické, které tvoří stavební kameny živých forem. Je to první významný krok na složité cestě vedoucí od neživé hmoty k živé. Tento proces se nazývá abiogeneze, vznik života z ne-života. Nyní už také víme, že řetěz událostí vedoucích k životu začal v kosmickém prostoru: chemické prvky syntetizované v zanikajících hvězdách tam vytvářejí anorganické molekuly, které je potom možné syntetizovat na molekuly organické. Ocitnou-li se tyto organické sloučeniny v příhodném prostředí některé planety, zvětšují svou složitost, až se z nich stanou živé entity schopné metabolismu a reprodukce. Hnací silou spojující články tohoto řetězu života je nerovnováha: hmota interaguje a její složitost narůstá proto, aby docílila neutralizace nábojových asymetrií.

Jak a kde se tento proces vzniku života z ne-života odehrál? Byl zopakován ještě jinde ve vesmíru? Organické molekuly existují nejenom na naší planetě, ale i v dalekém kosmickém prostoru. V meteoritech spadlých na Zem se podařilo identifikovat tucty aminokyselin. Podařilo se také prokázat více než 140 druhů organických molekul vznášejících se v mezihvězdném prostoru - pravděpodobně byly syntetizovány ultrafialovým zářením z velmi mladých hvězd. Jestliže se životu podařilo poskládat se z těchto kapek kosmického organického deště tady na Zemi, samozřejmě se mu to mohlo zdařit i jinde. Ještě radikálnější hypotézy dokonce tvrdí, že na Zem mohly pršet dokonce již živé entity. Tato představa je známa pod názvem panspermie.

Zdroj: Marcelo Gleiser, Trhlina ve stvoření světa - Nová vize života v nedokonalém vesmíru


komentářů: 3         



Komentáře (3)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

3
t4jd (neregistrovaný) 20.01.2013, 05:12:36
Podnětný článek k thematu též zde »

http://www.osel.cz/index.php?clanek=5897

A díky za nadhoz, Čertíku, hezký den přeju, fpřírodě.

2
t2jd (neregistrovaný) 20.01.2013, 05:00:20
Dodatek >
U některých jedinců, zvláště pak z tzv. politických kruhů, již došlo k zacyklení v současnosti.
Dokonce až k bodu b., kde celý vývoj, za pomoci kleptoplastů, začal.
Jj, až tací jsme, návrat do budoucna nehrozí...

GESSM [sandy, sany, aspoň tedy zde]

1
t3jd (neregistrovaný) 20.01.2013, 04:30:51
Myslím, že fše je možné shrnout, event. schematicky naznačit do jednotlivých stadií, "kroků", kdy v konečné fázi vývoje vznikaly genomy jednotlivých druhů rostlinných a později i živočišných:

a. atmosféra redukční s helfnutím předefším síry

b. vznik plastidů

c. vznik říše rostlinné
na bázi fotosyntézy

d. v důsledku tohoto narůstající koncentrace kyslíku v atmosféře

e. relativně náhlý (sic) vznik mitochondriální DNA (mtDNA)

f. vývin dýchacího řetězce na buněčné úrovni (cytochromy)
vznik ATP (energie, oxydativní fosforylace)

g. důsledek- vytvoření nukleární DNA (nDNA)

h. tvorba pro další vývoj nezbytných bílkovin pilnou buňkou v rámci sebezáchovy prvotního organismu, vdechnutí duše do této

i. konečná transformace-stavba komplexního buněčného těla

j. časté víceméně náhodné mutace tohoto v důsledku širokospektrálního záření [sluneční erupce, supernovy, blízké qasary, etc]

k. řízené mutace a upgrejdy v rámci výzkumného úkolu " Experiment človjek"

l. reset výzkumného úkolu dle pokynů nadřízené složky, známé též pod zkratkou JHWH a návrat do bodu j.

k. takto zacykleno do o_O, dokud nebude dosaženo harmonie v souladu s okolními entitami.

GEM

«     1     »