Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 2
Vesmír č. 2
Toto číslo vychází
1. 2. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Únorové číslo Vesmíru
• Biologické čtvrtky ve Viničné
program na nejbližší semestr

Hluboká horká biosféra

Nad knihou Thomase Golda The deep hot biosphere 1)
Publikováno: Vesmír 79, 253, 2000/5
Obor: Geologie

Omyly Thomase Golda jsou slavné. Před přistáním Apolla na Měsíci tento paleontolog a vědecký disident rozšířil představu lunárního regolitu jako vrstvy tak poddajné, že by se do ní lunární modul mohl zabořit. Jinou slavnou chybnou Goldovou hypotézou je, že v expandujícím vesmíru se hmota tvoří kontinuálně, takže průměrná hustota vesmíru zůstává stejná, i když se jeho rozměry zvětšují. Na druhou stranu Gold již r. 1955 upozornil, že zejména v raných stadiích vývoje Země nelze vyloučit náhlé výkyvy zemské osy až o 90 stupňů, které mohly být způsobeny změnami v distribuci zemských hmot ať již v nitru planety, nebo v důsledku silného zalednění pólů. Teprve r. 1997 publikoval J. Kirsvink výsledky paleomagnetických studií, které potvrzují krátký, ale rozsáhlý posun zemské osy právě v době exploze na počátku kambria, kdy se náhle rozšířily velké organizmy. Spekuluje se o tom, že obrovské změny spjaté s vychýlením zemské osy zasáhly do biologické evoluce, připravené na další skok, dlouhým bakteriálním vývojem. Slavné a   jak se po desetiletích ukázalo správné jsou též Goldovy experimenty (r. 1948) s lidským uchem jako rezonátorem, který má elektrickou zpětnou vazbu. Za správnou byla prohlášena i Goldova myšlenka, že pulzary jsou rychle se otáčející hvězdy.

V pozoruhodné kontroverzní knize Hluboká horká biosféra Thomas Gold nabourává několik zažitých představ jak z geologie, tak z biologie. Představuje svou vlastní teorii o vzniku a evoluci planety a zahrnuje do tohoto schématu také vznik života. K tomu ho inspirovala skutečnost, že v hlubokých vrstvách zemské kůry lze najít bohatou prokaryontní (bakteriální a archeální) flóru, která tam žije v extrémních teplotních i tlakových podmínkách a živí se často dost bizarním způsobem. Podle některých výpočtů by tyto litosférické mikroorganizmy dokonce mohly tvořit většinu biomasy na naší planetě.

Tvrzení Goldovy knihy lze shrnout do dvou bodů:

  1. Při svém vzniku planeta ve své kůře akumulovala obrovské množství organického uhlíku vesmírného původu. Tyto zásoby (ve formě metanu CH4) dosud existují v hloubkách do 300 km a jsou zdrojem ložisek ropy, zemního plynu a antracitu.
  2. Život vznikal ve stabilních podmínkách hloubek zemské kůry, oplývajících živinami a zdroji energie ve formě těchto zásob, a teprve později osídlil značně nehostinný povrch s měnícími se podmínkami, kde je nutno pracně získávat jak organický uhlík, tak energii.

Uveďme nejprve tradiční představy:

Jak to vidí planetolog...
Ještě nedávno málokdo pochyboval o tom, že před čtyřmi miliardami let byla Země horká koule. Jak postupně chladla a dolů klesaly těžší prvky jako železo a nikl, nahoře se hromadila lehká kůra s vysokým obsahem křemene a živců. Energii pro tavení poskytovaly jednak radioaktivní reakce, jednak kinetická a gravitační energie dopadajících planetizimál (těles vzniklých kondenzací plynů a prachu). V posledním desetiletí se však začínají objevovat hlasy (nejen Goldův), že Země jako těleso nebyla nikdy roztavena. Je to závažná otázka, protože se týká globálního cyklu vody, uhlíku a dusíku.

Zdroj uhlíku jako takového v hlubších partiích kůry není problém. Ve sluneční soustavě je uhlík čtvrtým nejhojnějším prvkem a v uhlíkatých chondritech meteoritech, které vytvořily hlavní část hmoty Země se nachází v redukované formě, tj. jako elementární uhlík nebo v nejrůznějších organických sloučeninách. Jestliže budeme předpokládat, že se Země v raných stadiích svého vývoje tavila, musely tyto formy uhlíku nutně oxidovat (stykem s horninami obsahujícími kyslík) na CO2, který vyšuměl do atmosféry. Většina tohoto plynu je dnes opět uložena v zemské kůře, buď ve formě uhličitanů, nebo v redukované formě jako organická hmota. Produkce organické hmoty jde na vrub aktivity živých organizmů plně, produkce karbonátů z větší části.

... a jak biolog
Organizmy potřebují pečovat o integritu svých buněk, jejich růst a dělení (viz Vesmír 76, 611, 1996/11; Vesmír 71, 305, 1992/6 a článek P. Šmigáně a M. Greksáka ve Vesmíru 79, 327, 2000/6), o přísun energie a o přísun organického uhlíku.

Přísun energie je otázkou oxidoredukčních reakcí. Je nutno najít látku, která bude oxidovat, a jinou látku, která se bude redukovat. Krom toho reakce musí uvolnit dostatečné množství využitelné energie. Obvykle to vše vyžaduje procesy na membránách (dýchání) udržení integrity membrán je proto prvořadým úkolem. Jedním z nejúčinnějších oxidoredukčních článků je dvojice organická látka a kyslík (vzniká CO2 a voda). Jinými příklady takových dvojic mohou být např. organická hmota a dusičnan (denitrifikační bakterie), organická hmota a síran či síra (sulfobakterie), organická hmota a CO2 (metanogeni), organická hmota a proton (producenti vodíku). Podíváme-li se do chemické dílny biosféry, vidíme, že pro oxidaci jsou k dispozici např. dvojmocné železo nebo mangan, síra, sulfan, metylsulfid a mnoho dalších látek, pro redukci dusičnany, dusitany, sírany, síra, CO, CO2, uranyly, trojmocné železo, čtyřmocný mangan a další. Zvláštní pozornost zasluhují proteinové oxidoredukční soustavy fotosyntetizujících organizmů, které oxidovanou složku článku produkují na úkor světelné energie. Kombinace použitelných látek téměř neznají mezí, pokud reakce poskytne alespoň nějakou energii.

Třetím problémem je zdroj organického uhlíku. Organické látky lze získat pojídáním jiných tvorů či jejich zbytků, z nafty, zemního plynu či třeba polyetylenu. Pracnější je jejich syntéza asimilací (tj. redukcí) CO2, k níž je potřeba veliké množství energie získané oxidoredukčními reakcemi. Fotosyntetizující organizmy k tomu užívají energii fotonů. Pokud organizmus neumí fotosyntetizovat, smí oxidovat co se mu hodí, s výjimkou, pochopitelně, organických látek. Tuto cestu zvolili chemolitotrofové.

Chemolitotrof metanogen může žít například někde hluboko v puklinách čediče a stačí mu, aby byla kolem voda sycená CO2. Oxiduje dvoumocné železo z horniny a redukuje CO2 na metan; energii využije k fixaci jiných molekul CO2. Metanotrofní bakterie naopak žije v prostředí s metanem, část ho oxiduje na CO2 (např. sírany nebo trojmocným železem), část zabuduje přímo do organických látek.

Abiogenní metan a ropa z nitra Země

Nejvíce diskutovanou částí Goldovy hypotézy je názor, že většina uhlovodíků, zejména ložisek ropy a plynu, je anorganického původu a pochází z původní kosmické hmoty blízké uhlíkatým chondritům. Takové tvrzení je výzvou. Stěží bychom našli naftového geologa, který by nebyl pevně přesvědčen, že ropa (směs plynných a kapalných uhlovodíků) vznikla za spolupůsobení zvýšených teplot a tlaků jakousi destilací sedimentárních hornin, v nichž jsou obsaženy částečně rozložené zbytky různých organizmů.

Thomas Gold naopak zastává názor, že ropa a metan jsou hlavně abiogenního původu. Podle něj vznikají v hloubkách asi 100300 km a odtud postupně migrují k povrchu, kde živí onu hlubokou biosféru. Zkusme předpokládat, že Gould má pravdu. Co se v těch hloubkách děje s metanem? V kyslíkaté atmosféře metan přežije stěží 10 let. Za vysokých tlaků, které v podzemí vládnou, je však stabilní až do hloubek okolo 300 km a teploty do 2000 °C, a dokonce má tendenci vytvářet složitější organické látky či organometalické komplexy. Jsou však potřeba nějaké póry volný prostor pro ukládání a migraci látek. Gold ukazuje, že i za těchto podmínek mohou navzájem propojené póry existovat.

Metan difunduje z těch velkých hloubek, až se dostane do zóny, kde už může narazit na hypertermofilní bakterie. V hloubce 6 km má hustotu asi 400krát vyšší než na povrchu Země. Jeho molekuly se pohybují rychleji a v menším prostoru, je silně reaktivní a jako potrava jistě vhodnější než silně naředěný metan v atmosféře. Má-li tedy Gold pravdu, je hloubkový život napojen na nevyčerpatelný zdroj energie i uhlíku, který je izolovaný od povrchu.

Vraťme se však k planetárním procesům, protože názory, které Gold hlásá, mají až příliš dalekosáhlé dopady. Existuje obsáhlá literatura o geochemickém vývoji korových a plášťových hornin, která kromě rozsáhlého souboru izotopových analýz používá dnes již obrovské množství (pravděpodobně statisíce) analýz vzácných zemin. Tyto výsledky bývají nejčastěji srovnávány s normativním obsahem vzácných zemin právě v chondritech. Umíme si představit, že plášťové a korové horniny prodělaly několik cyklů homogenizace během pomalých přesunů do hloubek okolo 500700 km v subdukčních zónách nebo konvekčních celách, ale i několik cyklů diferenciace během neméně pomalého pohybu k povrchu. Existují ostrůvky hornin s primitivním složením, není však pravděpodobné, že by se mohly zachovat větší chondritové oblasti.

Pro hypotézu existence hluboké horké biosféry jako takové by dnes toto omezení nemuselo představovat větší problém. Uhlík je tak jako tak strháván s mořskými sedimenty do subdukčních zón a hloubek několika set kilometrů. Důležité je to, co se tam s ním děje. Vzniká metan jen z organických látek obsažených v sedimentech? Mohou se tam dole na metan redukovat uhličitany? Pak je to samo o sobě zajímavé, ale nesplňuje to ambice Goldovy hypotézy o původu života v kůře organické sedimenty vznikly na povrchu a primárně účinkem fotosyntézy. Tento scénář by však rozboural Goldovu teorii jako celek, takže zůstaňme u předpokladu vesmírného původu redukovaného uhlíku.

Před 25 lety experti varovali, že nám ropa stačí tak na 15 let. Ve zprávě o stavu světa, kterou nedávno publikoval World Resource Institute, se říká, že ropa nám stačí asi na 40 let. Optimisté z toho usuzují, že za 40 let budeme mít zásoby na dalších 60 let. Gold se domnívá, že ropa i zemní plyn se neustále doplňují z hloubkových rezervoárů a že se nemusíme příliš obávat ani výhledů do budoucna. Opírá se hlavně o ruské či sovětské práce (viz text v rámečku). Jeho argumenty jsou následující:

  • Ložiska ropy a zemních plynů jsou často vázána na lineární, několik set kilometrů dlouhé struktury, což by znamenalo, že jde spíš o tektonické struktury vyšších řádů než lokální vývoj sedimentů. Na tento problém poprvé upozornil r. 1870 D. Mendělejev.
  • Pravidlo ruského geologa N. A. Kudrjavceva říká, že uhlovodíky (v oblastech, kde jsou hojné) nacházíme ve více sedimentárních patrech různého stáří. Jinými slovy: pokud je v dané oblasti nafta, tak je pravděpodobné, že ji najdeme ve všech sedimentech této oblasti, byť jednotlivé vrstvy dělí desetimiliony let.
  • Uhlovodíky se často vyskytují i v horninách, jejichž původ je magmatický, nebo i vulkanický.
  • Oblasti, v nichž se ropa vyskytuje, mívají podobné geochemické otisky prstů například zvýšený obsah vanadu a niklu v okolních horninách.
  • Mnohokrát bylo pozorováno, že se již vyčerpaná ložiska nafty a plynu po čase doplnila.
  • Ložiska ropy a plynu obvykle obsahují zvýšená množství inertních plynů. Jedním z nich je izotop helia 3He. Ten na Zemi nemůže vznikat žádnou jadernou reakcí musel sem být zavlečen z kosmu už při vzniku planety. Kdyby ropa pocházela z povrchového života, kde se v ní 3He vzal?

T. Gold z těchto údajů vyvozuje, že ropa a do určité míry ani černé uhlí (antracit) nejsou biologické produkty proměněné geologickými procesy, ale geologické materiály značně pozměněné mikrobiálním životem. Kromě výše uvedených argumentů upozorňuje zejména na to, že v laboratoři se nedaří vyrobit z organických zbytků něco, co by alespoň připomínalo ropu. Dále se odvolává na nálezy živých mikrobů v naftových studních hlubokých několik kilometrů, a zejména na okolnost, že ropa, která obsahuje velké množství hydrogenizovaných uhlovodíků, má jiné složení, než jaké odpovídá produktům přeměny biologického detritu.

Goldovo vysvětlení abiogenního vzniku ropy asi geology nepřesvědčí a může se ukázat, že je nesprávné. Poukazuje však na dva důležité, byť většinou přehlížené mechanizmy jejího vzniku. Jsou to:

  • Průběžné mikrobiální přepracování organické složky sedimentu, tedy existence kontinuálně pracujících bakteriálních týmů, které jsou na ložisku aktivní od okamžiku pohřbení organické hmoty dodnes.
  • Role hlubších vrstev kůry a svrchního pláště při recyklaci a tvorbě uhlovodíků. V celé své práci Gold neustále opakuje, že metan a uhlovodíky mohou proudit jen zdola nahoru. Nezabývá se však řadou popsaných mechanizmů, kdy naopak srážkové vody, sedimentární formace, nebo dokonce celé litosférické desky vertikálně cirkulují v systémech různě hlubokých konvekčních cel.

Kdyby měl Gold pravdu, zvrátilo by to některé z dosavadních představ o vzniku života.

Život z hlubin?
Gold razí hypotézu, že život vznikl v pórech a puklinách hornin v podpovrchových partiích zemské kůry (do 10 km či více) a za teplot do 120150 °C. Zde jako první vznikly chemolitotrofní organizmy zpracovávající uhlovodíky, zejména metan, a teprve poté se život propracoval k nehostinnému povrchu.

Jedním z hlavních problémů, které musí řešit každá teorie vzniku života, je původ organického uhlíku. Všechny totiž předpokládají anorganickou planetu s CO2 (někdy také s atmosférickým metanem a kyanovodíkem) jako jediným zdrojem uhlíku. Jestliže se vychází ze zředěné směsi plynů při poměrně nízkých teplotách, je to úkol obtížný. Proto to nadšení pokaždé, když se v laboratoři přecejen povede nějaká nová syntéza. Problémy jsou také s prvotní polévkou: Jak se tento řídký roztok stal místem potřebných chemických a biochemických syntéz? Tyto teorie by vydaly na samostatný článek a jsou svědectvím o obdivuhodném úsilí lidského ducha. Je však třeba říci, že Goldova teorie nepostrádá eleganci. V první řadě, organické látky už zde byly, a to

  • ve vysokých koncentracích,
  • při vysokých tlacích a teplotách, což o několik řádů zvyšovalo rychlost potřebných reakcí,
  • v prostředí obsahujícím nejrůznější přechodové kovy, které ve formě organometalických komplexů fungují i v dnešních organizmech jako velmi účinné katalyzátory, adsorbenty, krystalické matrice vnášející řád, strukturu apod.,
  • v podmínkách neobyčejně stabilních po celé miliony let: to se týká jak parametrů prostředí, tak průtoku látek (metanu z hloubky, vody, solí atd.).

Jestliže hovoříme o extrémních podmínkách pro život, pak nepanují v hloubce 5 km, ale na povrchu planety. Jsme to my, kdo žije v extrému, a ne termofilní bakterie. Gold předpokládá (a přednáší o tom v NASA), že v rámci naší sluneční soustavy může existovat až 10 podobných hlubokých horkých biosfér. Žijeme na povrchu, takže předpokládáme, že to je to nejlepší místo, jsme povrchoví šovinisté, říká Gold. Automaticky jsme usoudili, že společenství v zemské kůře byla kolonizována shora, ale vůbec to tak nemuselo být. Život naopak mohl zažívat velmi krušné chvíle, když se vynořil na povrch a musel se vypořádat s nástrahami tohoto prostředí, zejména s hladem, který hrozil až do vynálezu fotosyntézy. K skutečnému oddělení obou světů však došlo patrně až poté, co se v atmosféře objevil kyslík.

Švédský experiment
Skandinávie představuje velmi starou (prekambrickou) žulovou kru. Na jejím okraji, podél norského kontinentálního šelfu, se táhne nejbohatší evropské ložisko ropy a zemního plynu. Situace dosti frustrující pro Švédy, kteří jsou jen pár kilometrů od zdroje, ale nemají k němu přístup a musí ropu kupovat. Podle klasické představy se na okraji žulového masivu ukládaly sedimentární horniny s uhlovodíky v tom případě mají Švédové smůlu. Co však když má pravdu Gold, že metan stoupá z velkých hloubek, hromadí se pod skandinávskou poklicí a uniká u norských břehů? To by pak stačilo poklici shora navrtat a syčelo by to jako z papiňáku.

Pravděpodobnost nálezu uhlovodíků byla o to větší, že výrony metanu z podobného vrtu byly zaznamenány nedaleko ve vrtu na ruském poloostrově Kola, hlubokém 11 km. Není divu, že se Švédové myšlenkou nadchli a r. 1983 přizvali Golda, aby se zúčastnil podivného experimentu hlubokého vrtu do prekambrického granitového masivu, který měl ověřit možnost výskytu ropy ve středním Švédsku. V celé oblasti jsou známy nálezy tmavých organických hmot podobných asfaltu. Výrony metanu v trhlinách žul byly zaznamenány na několika švédských lokalitách. Žuly však nemají dostatečnou porozitu, aby se mohly stát význačnějším kolektorem uhlovodíků, proto je nutné hledat drcená porézní pásma. Pro hluboký vrt byla vybrána kruhová struktura Siljan poblíž Rättviku ve středním Švédsku (viz tabulku, kráter č. 34). Kruh o průměru 44 km vznikl dopadem obrovského meteoritu před 360 miliony let. Impaktové struktury jsou drcené do hloubky několika km a kořeny tektonických zón sahají ještě hlouběji (přes 20 km). Je to tedy optimální místo, kde probíhá sběrné odplynění hlubších partií kůry a zároveň se kumulují plyny v pórech drcených hornin. Sedimenty jsou v okolí siljanské struktury vyvinuty jen nepatrně, a tak migrace uhlovodíků z blízkého okolí není pravděpodobná, zbývá jen zdroj zpod poklice.

Jako přesvědčující argument k získání finanční podpory Gold natočil videozáznam. Na žule u Rättviku pokryl obyčejnou louži igelitovou fólií. Za chvíli fólii propíchl špendlíkem a nad dírkou škrtl zápalkou. Unikající metan vytvořil až půl metru vysoký plamen.

Po schválení švédským parlamentem (náklady 25 milionů amerických dolarů) r. 1986 byl vrt zahájen. Dosáhl hloubky 5 km, odkud byly pomocí klínů odvrtány další 4 vertikální větve do maximální hloubky 6,7 km. Na experimentu se podílelo několik vědeckých, ale i komerčních institucí. V sázce mohla být nová obrovská ropná pole. Po roce vrtání se přihodila nečekaná událost. Vrt byl kvůli drobné havárii zastaven v hloubce 6 km. Při normálním vrtání je do vrtu vháněna suspenze vody a jílových minerálů, která vynáší drť. Vrtná korunka má tvar trubky a je osazena diamanty nebo karbidy wolframu. Ve vnitřní části trubky zůstává vrtné jádro, ale aby se vrt nezadřel, je nutné průběžně vynášet drť vzniklou otáčením korunky. Po havárii byl výplach zastaven, takže do volného prostoru vrtu vnikly okolní kapaliny. Spodních 10 m bylo zaplněno černou páchnoucí substancí, která nešla vyčerpat ani výkonnými pumpami.

Postupně bylo vybráno asi 60 kg této pastózní hmoty a vzorek byl zaslán na analýzu uhlovodíků. Potvrdilo se, že hmota obsahuje uhlovodíky jiného složení, než jaké se používají při provozu vrtu, a zbytek vzorku byl vyhozen. Gold pečlivější než celá skupina geologů, kteří se zajímali o tvrdé horniny vrtného jádra uchoval část vzorku, zápachem připomínajícího mrtvou krysu v garáži. Základem černé hmoty byl magnetit (Fe3O4) o velikosti krystalů kolem jednoho mikrometru. Podobné jemnozrnné magnetity nalézáme například v půdách. Jde o produkty mikrobiální aktivity vznikají redukcí hydroxidů železa (tedy oxiduje metan, redukuje se trojmocné železo). Magnetity ze Siljanu měly jiné složení než magnetity v okolních horninách. Obsahovaly kolem 2 % zinku a výrazné anomálie iridia, které mohlo pocházet jak z meteoritu, tak z hlubších partií kůry.

Praktický výsledek nálezu byl velmi zajímavý. Jemnozrnné magnetity jsou feromagnetické a jejich anomálie se dají zjistit již z letícího letadla. Zvýšené magnetické pozadí se stalo jedním z indikačních příznaků ropného pole, protože z ropných nalezišť následovaly další nálezy jemnozrnných bakteriálních magnetitů. Ve Švédsku, např. u slavné Kiruny, leží jedny z největších ložisek prekambrických železných rud. Jsou tvořeny masivním litým magnetitem a vázány na krystalické horniny. Vytvářejí tělesa v podobě nepravidelných pruhů a čoček o mocnosti až několik set metrů. Není jasné, jak tyto obrovské mocnosti velmi čistých železných rud vznikly, ale nálezy magnetitů ze Siljanu vedly k hypotéze, že jde o mikrobiální produkty usazené na dně anoxického proterozoického moře snad ve spojitosti s vývěry horkých vod nebo uhlovodíků. Tyto mikrobiální magnetity byly později postiženy regionální metamorfózou a změněny na masivní polohy hrubozrnného magnetitu.

Stěny siljanského vrtu byly ovzorkovány zvláštní zásekovou technikou a z hloubek okolo 6 km bylo získáno několik nových druhů termofilních bakterií (viz první rámeček). Bohužel výsledky za moc nestály. Experimentátoři vyseli vzorky na plotny obsahující jako živiny cukry. To, co narostlo, svědčí o tom, že když na to přijde, dovedou se i tyto bakterie živit cukry, s nimiž se jako s živinou ve svém prostředí nespíš nikdy nesetkaly. Jaké jsou jejich skutečné strategie přežívání, to bohužel nevíme.

Následovala procedura známá z naftových vrtů čerpací pokus. Jeho podstata je jednoduchá vrt se vyprázdní, a pak čekáte, co nateče. Výsledkem bylo 12 tun ropy podobné té, která se těží v Severním moři, a 15 tun magnetitové pasty. Ropy by se pravděpodobně podařilo získat větší množství, ale jemnozrnný magnetit blokoval póry v hornině. Nález v této chvíli nemá komerční využití, ale otevírá velmi odlišný pohled na geologické děje i na samotnou biosféru.

T. Gold rozebírá i jiné příklady existence metanu z hloubky. Jeho inkluze se objevují např. v diamantech a dalších minerálech vznikajících v hloubkách pod 150 km. Erupce metanu a dalších plynů jsou často průvodním jevem sopečných výbuchů. Kde se metan bere v sopce? Zmiňuje se o zemětřesném počasí, kdy v regionu panují nadprůměrné teploty, těsně nad povrchem se na vývěrech plynů a půdního vzduchu vytváří mlha a voda ve studních se kalí to vše je způsobeno úniky metanu těsně před katastrofou. Na základě meteorologických příznaků byla r. 1975 nařízena evakuace čínského města Hai-Cheng těsně před ničivým zemětřesením.

Má Gold pravdu?
U řady těchto pozorování si lze představit i jiná vysvětlení, související spíš s hlubší cirkulací původně povrchových, uhlíkem bohatých hmot. (Co se děje například s tělesem vápence o mocnosti 1 km v hloubce 50 km?). Přesto je Goldova kniha velice důležitá, protože upozorňuje na málo známé či přehlížené skutečnosti:

  • Je dalším hlasem ve prospěch možnosti vzniku života u hlubokých podmořských vývěrů velmi teplých vod, nebo v hlubších partiích kůry, například v přívodních kanálech gejzírů a hydrotermálních zónách obecně. Hluboká místa jsou stíněna před tvrdým slunečním a kosmickým zářením, panují v nich po dobu až několika milionů let stabilní podmínky a jsou bohatá na zdroje energie. Život mohl vzniknout tam dole, a teprve postupně se propracovával k povrchu moří i kontinentů a k fotosyntéze.
  • O rozsahu a hloubkovém dosahu horké hluboké biosféry téměř nic nevíme, přitom hmota hluboké biosféry může být větší než hmota povrchové biosféry. Podpovrchová biosféra snadno přežije přírodní katastrofy na povrchu. Jaký má vliv např. na evoluci života tam venku, na evoluci zemské kůry, na nejrůznější koloběhy látek? Nevíme.
  • Život ve sluneční soustavě asi s výjimkou Země nemůže existovat na povrchu, ale na několika nebeských tělesech, jako je např. Europa, by mohla prospívat hluboká a teplá biosféra v hloubce několika kilometrů.

Obrázky

Poznámky

1) Thomas Gold: The deep hot biosphere. Copernicus-Springer-Verlag 1999, předmluva Freeman Dyson, 235 stran, obsáhlý referenční aparát.

JAK CHYTIT METANOTROFA Z HLUBIN?

Chytíme ho asi snadno - se vzorkem horniny. Nesnadné však je dokázat, že jsme ho chytili.

Většinou nestačí strčit vzorek pod mikroskop. Je-li tam bakterií málo, neuvidíme je nebo je nerozpoznáme od jiných částeček, a i kdybychom měli štěstí, nedovíme se nic o jejich druhovém složení (vypadají dost podobně) ani o jejich aktivitách.

Vzorek je nutno vysít na živné půdy (obvykle na Petriho misky) obsahující různé kombinace živin. Jestliže se například bakterie živí pouze cukrem, vyroste na těch půdách, které obsahují cukr, na jiných ne. Jiné bakterie budou vyžadovat přítomnost jistých aminokyselin, jiné třeba dvoumocného železa nebo metanu. Pokud bakterii vyhovíme, začne se množit a za nějaký čas na tom místě naroste kolonie viditelná pouhým okem. Nesmíme být příliš optimističtí - odhaduje se, že i z tak běžných stanovišť, jako je mořská voda, půda nebo sedimenty, se takto podařilo odhalit sotva jedno procento bakterií. Ostatním jsme nevyhověli buď nutričně, nebo vyžadovaly symbiózu s jinými bakteriemi, nebo jim prostředí nevyhovovalo mikrostrukturou, nebo jsme - v případě anaerobiontů - nebyli dost pečliví a dostal se k nim smrtelně jedovatý kyslík z atmo-sféry. Při výzkumech chladnomilných antarktických bakterií bylo zjištěno, že za nízkých teplot lze kultivovat úplně jiné, dříve nepozorované druhy. Část bio-sféry je obvykle neviditelná - a záleží jen na navrženém experimentu, která to bude.

Metanotrofní bakterie z hloubek zemské kůry vyžaduje metan při teplotě okolo 100 °C a při tlaku až 500 atmosfér. Tlaková komora na rozdíl od Petriho misky k běžné výbavě mikrobiologické laboratoře nepatří a každý si nemůže dovolit superautokláv určený ke kultivaci mikrobů. Mimo to většina bakterií mohla zajít při manipulaci se vzorkem (z jejich hlediska byly vytaženy do silně podchlazeného vakua obohaceného jedovatým kyslíkem). T. Gold navrhuje jiné řešení: do hlubokého vrtu se spustí dělená ocelová komůrka, která obsahuje různé živné substráty. Pomocí drobné nálože se odebere vzorek ze stěny vrtu a komora se uzavře. Bakterie jsou kultivovány přímo v prostředí vrtu a po několika týdnech experimentu zkoumány na povrchu. Metan je možné vhánět z povrchu.

A. M.

INFLACE TERMÍNU BIOSFÉRA

  • Zavedl jej rakouský geolog E. Suess (1831-1914), ale vžil se díky ruskému biologovi V. I. Vernadskému (1863-1945), který tak r. 1926 nazval svou knihu. V původním významu označovala biosféra (jako analogie hydrosféry, litosféry a atmosféry) veškerý prostor na planetě, kde lze najít život, tedy planetární ekosystém nejvyššího řádu.

  • Pak organizace UNESCO zahájila program Člověk a bio-sféra, v jehož rámci se začal používat termín biosférická rezervace. I když jde o rezervace velkoplošné, přecejen je to termín hodně nadnesený - program evidentně nemá ambice vyhlašovat za rezervaci planety obydlené životem (ba ani tu naši).

  • Geologové začali z nejasných důvodů používat slovo biosféra tam, kde by se spíše hodil termín ekosystém nebo biotop. Když najdou v hloubce zemské kůry mikroorganizmy, napíší o tom článek, který mívá v titulku "deep bio-sphere". V tomto kontextu používá termín bio-sféra i Gold.

  • Konečně teoretický biolog S. A. Kauffman označuje pojmem biosféra složité systémy s evolucí, které konají práci a v čase zvyšují komplexitu svého uspořádání. Do této definice pak spadne kromě biosféry na jedné straně každá živá bytost, na druhé straně celý vesmír.

S tím se asi nedá nic dělat, takhle se před našima očima rozplizly i jiné termíny: zkuste například definovat, co je ekologie, ekolog, genová manipulace nebo třeba socializmus...

A. M.

Geologické mikrobiální hrátky

Je zajímavé, že v ruské tradici se vždy mnohem víc uvažovalo o abiogenním původu ropy propagoval ho již samotný D. Mendělejev. Ještě před 20 lety sovětští naftoví experti českým geologům radili, že by bylo vhodné založit hluboký vrt někde v oblasti středočeského plutonu. Jedním z cílů projektu bylo ověřit, zda tam nejsou zásoby ropy. Hodně se hovořilo nikoliv o anorganickém původu ropy, ale o schopnosti uhlovodíků migrovat desítky km po drobných puklinách krystalických hornin.

V době, kdy jsem v rámci školní praxe pracoval v příbramských uranových dolech, jsem byl svědkem kuriózní situace, která se později tradovala jako anekdota. V hloubce asi 1200 m došlo na hydrotermální žíle ke dvěma menším výbuchům metanu. Lamači dokonce pozorovali, jak neznámý plyn vyfukuje z vrtu drobné částečky horniny (po zapálení cigarety bohužel zjistili, že tím plynem byl metan). Rovněž mladší fáze příbramského uranového zrudnění je vázána na tzv. antraxolit složitý uhlovodík (podobný asfaltu), který se vyskytuje na žilách v podobě šmouh a kapének o velikosti do několika cm. V české geologické tradici však byly vždy (a myslím, že oprávněně) tyto nálezy interpretovány jako důkaz migrace látek po zlomových pásmech, a to na vzdálenost až desítky km.

V. C.

Soubory

Článek ve formátu PDF: 2000_V253-258.pdf (314 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky