Neviditelný čert

V předchozí části bylo naznačeno, jak se mohla z počátečních symetrických podmínek vyvinout asymetrie a následně pak i život. Jak to ale bylo ve skutečnosti? Nezbytné kroky jsou jasné. Na začátku potřebujeme jak levotočivé, tak pravotočivé stavební prvky. To je přirozená věc, protože Millerovy-Ureyovy experimenty s jiskrami života vytvářejí z jednoduchých chemických látek aminokyseliny obou typů ve stejném zastoupení. Podle Frankovy hypotézy potřebujeme také malou převahu jednoho typu chirálních molekul nad druhým typem. Jaké mechanismy mohly tuto drobnou počáteční nerovnováhu vyvolat?

Lucifer

Existuje několik způsobů, jak dosáhnout malého přebytku molekul jedné točivosti nad druhou. Jedním z nejjednodušších způsobů jsou tepelné fluktuace, které mohou samy o sobě způsobovat, že se počty molekul obou typů v různých místech a časech mění. Pomocí autokatalytických reakcí či jiným modelem aktivovaných aminokyselin lze pak nerovnováhu mezi oběma typy molekul zvýraznit natolik, že v relativně krátkém čase začne jeden typ dominovat. Jak poznamenal Frank, příslušný mechanismus mohou tvořit oblasti (třeba mělká jezírka). Podrobné výpočty však ukazují, že tepelné fluktuace jsou na výrazné zvětšení prvotní nerovnováhy asi příliš slabé. Potřebujeme něco lepšího. Jak předjímal už Pasteur:

Nejsou snad tyto asymetrické akce způsobeny kosmickými vlivy, světlem, elektřinou, magnetismem či teplem? Nemůžeme je dát do souvislosti s pohybem Země anebo s elektrickými proudy, jimiž fyzici vysvětlují zemské magnetické pole? V současné době nemáme v tomto směru vůbec žádné vodítko.

Avšak dnes, více než sto padesát let poté, co Pasteur napsal zmíněné řádky, můžeme formulovat adekvátní hypotézy.

V uplynulých desetiletích přišla řada vědců s různými návrhy, jak vytvořit počáteční převahu molekul jedné točivosti, s privilegovanou chiralitou. Nejznámější mechanismus tohoto druhu vychází z prostorové asymetrie slabých jaderných interakcí. Pokud něco takového existuje, mělo by to dalekosáhlý důsledek: každý mimozemský život, ať už by se nacházel kdekoli ve vesmíru, by obsahoval levotočivé aminokyseliny (a nejspíš i pravotočivé cukry). Život by stejně jako neutrina nesl stejný univerzální chirální otisk prstů. Ale i přes velké úsilí mnoha vědců se zdá nepravděpodobné, že by slabé interakce, jejichž působení je omezeno pouze na atomové jádro, a tedy na vzdálenosti mnohem menší, než jsou rozměry molekul, mohly být zodpovědné za asymetrii života. A je tu ještě další důvod: efekt nerovnováhy je nesmírně malý.

Nemůže tedy za chirální asymetrii života nějaká forma záření, jak navrhoval Pasteur? Představme si třeba, že čerstvě zrozená sluneční soustava prošla oblastí, ve které se ve velké míře formovaly nové hvězdy. Takové oblasti bývají zdrojem velmi silného ultrafialového záření s kruhovou polarizací. Řada vědců se domnívá, že zmíněný druh záření mohl vyvolat prvotní chiralitu, jež byla následně zesílena a vtělena do biomolekul života. Ale i tento scénář má své nedostatky. Jednak je těžké najít vhodného kandidáta na hvězdotvornou oblast, jež mohla být v našem okolí přítomna před 4 miliardami let, jednak je problém, že efektivita ultrafialového záření z kosmického prostoru na vznik chirální asymetrie je diskutabilní.

Třetí možný způsob, jímž se mohl vytvořit počáteční přebytek molekul jedné točivosti nad druhou, souvisí s otázkou "kde" (viz Asymetrie života II - První život na Zemi). Jestliže se reakce vedoucí ke vzniku prvních biomolekul odehrávaly na minerálních nebo jílovitých površích, mohly být jimi inspirovány k volbě jisté prostorové orientace: krystalická struktura povrchu mohla fungovat coby matrice, jistý druh chemických kolejnic, jež předurčily prostorovou orientaci vznikajících molekul.

V létě 2006 si Marcelo Gleiser všiml řady analogií mezi vznikem preferované točivosti života a vznikem přebytku hmoty nad antihmotou. Stejně jako se přebytek hmoty uvařil v nestabilním prostředí raného vesmíru, tak se i prebiotická chemická polévka vařila v nestabilním prostředí rané Země. Je proto rozumné předpokládat, že co se konkrétně odehrávalo na naší mladičké planetě, mělo enormní vliv na vznik prvního života, včetně volby konkrétní točivosti jeho molekul. V roce 2005 Axel Brandenburg a Tuomas Multamäki z Nordity přišli s nápadem, že za zesilovacím mechanismem vedoucím k privilegované točivosti mohla stát turbulence. Mezitím Dilip Kondepudi se spolupracovníky z Wake Forest University a Christóbal Viedma z University of Madrid pozorovali, že míchání roztoku obsahujícího jak levotočivé, tak pravotočivé chirální krystaly urychluje proces vedoucí k přebytku jednoho typu.

Za účelem studia vlivu různých událostí odehrávajících se v tamním prostředí na konečnou volbu chirality života byly vytvořeny počítačové modely. Výsledky těchto studií byly poměrně dramatické: silné efekty ve vnějším prostředí mohly totálně zničit existující převahu jednoho typu točivosti nad druhou. Stručně řečeno: i když jisté chemické reakce pěkně pomalu vyrábějí převahu levotočivých aminokyselin nad pravotočivými, náhlé poruchy v okolním prostředí mohou znenadání situaci zvrátit ve prospěch pravotočivých aminokyselin.

Počítačové simulace rané Země byly využity k nalezení kritické hodnoty vnějších efektů prostředí potřebných pro překlopení točivosti molekul v malém "virtuálním jezírku". Výsledky naznačují, že za rozumných předpokladů byly násilné události docela četné (v řadě případů s pravděpodobností 60 %). Následkem toho mohla být počáteční točivost v průběhu historie Země překlopena dokonce i několikrát. Každá divoká událost měla schopnost zrušit předchozí asymetrii. Podle počítačového modelu, u jehož zrodu stál i autor zdroje Marcelo Gleiser, je tedy skutečnost, že bílkoviny pozemských organismů obsahují levotočivé aminokyseliny, pouhou náhodou. Aminokyseliny mohly být stejně tak dobře překlopeny do pravotočivé podoby.

Tento model navíc činí silnou předpověď: mimozemský život může mít libovolnou točivost. Připomíná to dramatický obrat v evoluční teorii, k němuž došlo počátkem 70. let minulého století. Šlo o hypotézu přerušovaných rovnováh, kterou předložili Neils Eldredge a Stephen Jay Gould. Proti všeobecně přijímané představě neustálého a postupného vývoje druhů, Eldredgův a Gouldův scénář přerušovaných rovnováh tvrdí, že život se vyvíjí v oddělených etapách, nárazovitě a ve vlnách. Období relativního klidu, ve kterých se objevuje jen málo nových druhů, se střídají s obdobími zrychleného vývoje a velké diverzifikace. Za příčinu náhlých změn jsou obvykle považovány přirozené kataklyzmatické události, především dopady velkých meteoritů nebo sopečné erupce. Nejslavnějším příkladem je kolize Země s desetikilometrovým asteroidem, jež před 65 miliony let ukončila dlouhou éru vlády dinosaurů a způsobila vyhynutí asi 40 % pozemského života. Dopad tohoto asteroidu vymezuje hranici mezi křídovým obdobím druhohor a třetihorami, mezozoikem a kenozoikem, po níž scénu ovládli savci.

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

Poznámka: V poslední, tedy šesté části této série o asymetrii života přijdou na řadu mutanti.

24.02.2013, 00:18:13   Publikoval Luciferkomentářů: 0