Komerční prezentace
Registrace uživatele

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

Vesmír č. 4
Vesmír č. 4
Toto číslo vychází
6. 4. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Dubnové číslo Vesmíru
• Biologické čtvrtky ve Viničné
program na nejbližší semestr
reklama

Tvorové z černé laguny

Publikováno: Vesmír 73, 568, 1994/10
Obor: Geologie

V roce 1986 byla v jihovýchodním Rumunsku objevena jeskyně Movile, do té doby ukrytá pod mocnou sprašovou závějí. Měření radioaktivity prokázala, že jeskyně představuje dlouhodobě izolovaný systém, do kterého se např. nepromítá ani černobylská katastrofa. Je pravděpodobné, že jeskynní systém Movile je většině vnějších vlivů uzavřen po dobu nejméně několika set tisíc let, ale není možné vyloučit izolaci v délce trvání jednoho milionu či více let. Zvláštností jeskyně je přítomnost 47 druhů mikroorganizmů, které zde vytvářejí osobitý jeskynní ekosystém. Jedenatřicet druhů bylo zatím zjištěno pouze v této jeskyni.

V podobě bílých povlaků a polštářů pokrývají bakterie stěny podzemních jezer a chodeb, kam je přístup možný jen za pomoci potápěčské techniky. Základem zdejšího potravního řetězce je sulfan SH2 a oxid uhličitý CO2. Sulfan je oxidován chemoautotrofními bakteriemi za vzniku kyselin, které jsou neutralizovány okolním vápencem. Tyto primitivní bakterie slouží za potravu dalším jeskynním tvorům. Chemoautotrofní bakterie jsou v závislosti na úrovni kyslíku v okolním prostředí schopny tří hlavních reakcí – buď oxidují sulfan na kyselinu sírovou, nebo redukují sírany na sulfan, nebo dokonce oxidují sulfan na vodu a elementární síru.

Chemoautotrofní bakterie podobných extrémních prostředí byly zatím málo zkoumány, protože v laboratorních podmínkách je lze jen velmi špatně pěstovat – obvykle vyžadují anoxické prostředí, úplnou tmu a zvýšený tlak. Přesto mají nemalý teoretický i praktický význam. Pro evoluční biologii představují jakési „živé fosilie“, mikroorganizmy blízké či totožné s těmi, které osídlily Zemi před vznikem kyslíkaté atmosféry. Jinak jsou sirné bakterie schopny ucpat svými reakčními produkty zavlažovací systémy, rozložit potrubí, ošálit platinové elektrody při měření oxidačního potenciálu spodních vod – a to ještě zdaleka nejsou všechny jejich pozoruhodné výkony. Nejdelší jeskyně světa – Mamutí jeskyně ve státě Kentucky a Carlsbadské jeskyně – vděčí za svůj vznik nízce temperovaným hydrotermálním roztokům, které přinášely z naftových polí západního Texasu solanky se zvýšeným obsahem sulfanu. Ten bakterie oxidovaly na kyselinu sírovou, která rozleptávala stěny vápencového masivu. Po činnosti bakterií zde dodnes můžeme nalézt metrové pokryvy elementární síry.

Podobným mechanizmem pravděpodobně vznikala polská ložiska síry, která patří mezi největší na světě. Ve strukturách krasového rozpouštění kolovaly síranové roztoky, které byly redukovány na síru. V některých jeskyních můžeme podobný proces pozorovat i dnes. V propasti Conote Verde na Yucatanu existuje dokonale stratifikovaná úrověň vod. Horních 8 m je tvořeno lehčí sladkou vodou s obvyklou sladkovodní faunou. Pak následuje několik vrstev brakické vody, pod níž v hloubce 30 m leží slaná voda s obsahem sulfanu až 25 mg/l. Zde již žijí zvláštní slepé ryby a jeskynní korýši. Nešťastní potápěči po pobytu v této vrstvě zjistili, že jim drahé, chromované akvalungy v agresivním prostředí zčernaly (oxidovaly). Potápěči sami si stěžovali na pálení kůže.

Tyto bakterie nejsou pravděpodobně tak výjimečné, jak by se mohlo zdát. Prostě žijí v prostředí, které je člověku téměř nedostupné. Např. na velkolomu Čertovy schody u Berouna bývají v dutinách kalcitových žil nalézány tenké organické filamenty, jejichž střed je tvořen hydroxidy železa, na které nasedají krystalky křemene. V tomto případě pravděpodobně představují železité povlaky reakční produkt bakterií oxidujících dvojmocné železo z hydrogenkarbonátových roztoků na nerozpustné trojmocné železo. Rozpuštěný SiO2 pak má tu vlastnost, že se sráží na železitých povlacích a vytváří agregáty podobné podhoubí dřevomorky. Podobné útvary jsme nalezli v oxidační zóně příbramského rudního ložiska asi 130 m pod úrovní současného terénu. I v tomto případě šlo o filamenty porostlé hydroxidy železa, orientovanými krystaly křemene a v některých případech i pyromorfitem – fosforečnanem olova. Zdejší pyromorfitové krápníky byly dlouhé až 45 mm a my jsme si dlouhou dobu lámali hlavu nad tím, jak mohou pod vodou růst správně, tj. svisle orientované stalaktity. Řešení je jednoduché – v tektonické dutině promývané roztoky ze zvětralých rudních žil vytvářejí bakteriální vlákna chaotické shluky, ale později, jak na nich dochází k organické a poté anorganické precipitaci, vlákna těžknou a orientují se ve směru gravitace.

Zatím poslední případ pravděpodobně bakteriálních agregátů v hlubokých krasových zónách jsme zjistili v Honcích ve Slovenském krasu. Lom zde odkryl dutiny vyplněné červeným jílem, který v sobě uzavírá velké konkrece pyritu FeS2, v nichž někdy můžeme pozorovat organická vlákna. Pyrit zde zřejmě vzniká bakteriální reakcí železem bohatých roztoků z okolních ložisek rožňavské rudní oblasti a sádrovce CaSO4, který ve vápencích tvoří polohy až půl metru mocné.

Geologové, a zvláště specialisté zabývající se vznikem ložisek, vždy podceňovali mikrobiologii, protože jí nerozuměli. Mikrobiologové se zase nikdy příliš nestarali o bakteriální týmy žijící v extrémních podmínkách hlubin horninového masivu, protože nebyli schopni tyto druhy vypěstovat ve svých laboratořích. Speleologové o těchto věcech nepřemýšleli, ale oblékli se do overalů a akvalungů a k svému úžasu nalezli černé, anoxické laguny plné neznámých tvorů, kteří jsou schopni vytvořit jeskynní systémy dlouhé až několik desítek kilometrů!

Literatura

Moore G. W. (1994): Creatures from the black lagoon. Nature 369, 100. Proccedings in press. Breakthroughs in Karts Geomicrobiology and Redox Geochemistry. University of Colorado at Colorado Springs, 16-19 February, 1994.

Síra života

(viz též Vesmír 71, 305, 1992/6)

Síra se v přírodě vyskytuje v několika oxidačních stupních:

-2 sulfan H2S, sulfity (FeS, PbS ...)

-1 pyrit FeS2

0 elementární síra

4 oxid siřičitý SO2, siřičitany

6 oxid sírový SO3, kyselina sírová, sírany

Všechny tyto formy se vyskytují v biosféře a bakterie se naučily mistrovsky využívat přechody mezi nimi. Z velmi složitých reakcí lze abstrahovat tři základní procesy:

  1. Sloučeniny s vyšším oxidačním stupněm slouží v bezkyslíkatém prostředí jako akceptory elektronů pro dýchání saprofytických bakterií (organické látky budou níže symbolizovány vzorcem (CH2)n):

    (CH2)n + SO42- (SO32- , S 0) → CO2 + SH2 + energie (1)


  2. V místech výskytu sulfanu mohou chemolitotrofové získat energii oxidací tohoto plynu opět v procesu dýchání:

    SH2 + O2 → H2O + SO2 (S) + energie (2)

    Kyslík je optimálním, ne však jediným možným akceptorem elektronů


  3. Sulfan lze oxidovat i oxidem uhličitým v anaerobních fotosyntetizujících bakteriích:

    SH2 + CO2 + světelná energie → (CH2)n + SO42- (SO32- , S0 (3)

    Někteří autoři se domnívají, že v počátcích evoluce života mohla hrát zásadní roli zdroje energie i dismutace pyritu:

    FeS + H2S → FeS2 + H+ a elektrony (4)

    V reakci může vznikat vodík, ale elektrony lze podle některých autorů použít i k asimilaci oxidu uhličitého:

    FeS + H2S + CO2 → FeS2 + (CH2)n (5)

    Tato reakce však může poskytovat energii jen za speciálních podmínek, a tak probíhá spor, zda takové podmínky mohly na mladé Zemi vládnout.


Bakterie se obvykle vyskytují ve společenstvech, kde si navzájem recyklují různé formy síry. Příkladem takového společenstva může být dno vodních nádrží. Puch (sulfan) a tmavá barva rybničního bahna (sulfity) vznikají při oxidaci organických látek sírany v anaerobní zóně sedimentu (reakce (1)). Sulfan difunduje z bahna ven a jakmile se dostane do kyslíkaté zóny (buď ve svrchní vrstvě bahna, nebo až ve vodním sloupci), poslouží jako potrava pro chemolitotrofy (reakce (2)). Sírany jsou tak recyklovány pro opětné použití ve spodních vrstvách. Sulfan se oxiduje kyslíkem i spontánně, bez přispění organizmů. Aby takto nevyhořel bez užitku, musí se jeho konzumenti vyskytovat právě v místě rozhraní obou plynů. Toto rozhraní je pohyblivé, a proto řada těchto bakterií žije v symbióze s nálevníky, kteří optimální zónu aktivně vyhledávají.

Pokud kyslíková vrstva nedosahuje až ke dnu, využívají unikající sulfan fotosyntetizující bakterie (reakce (3)). Některé z nich přes den fotosyntetizují a v buňkách ukládají zplodinu fotosyntézy síru, aby ji pak v noci prodýchaly (reakce (1)).

Běžné biotopy páchnoucích sedimentů a kanalizačních sítí nikoho nenadchnou; více pozornosti přitahují exotičtější biotopy závislé na metabolizmu síry: horké a pestře zbarvené prameny v Yellowstonském parku, nedávno objevené hlubokomořské vývěry sopečných plynů, tzv. komíny, nebo společenstva mlžů v sulfanových vodách v Karibském moři. V. Cílek nám ve svém článku přibližuje podobně exotické společenstvo jeskynní. Studium těchto uvedených společenstev přináší první odpovědi na roli života při formování zemské kůry. Více příkladů a hypotéz na toto téma najde čtenář v Lovelockových pracích (viz např. Gaia, živoucí planeta, MF 1994).

Na závěr varování všechna tato exotická společenstva potřebují pro svoji existenci kyslík! Jde tedy o moderní soubory organizmů, které nemusí být příliš dobrým obrazem vývoje života na rané Zemi. To spíše ty nepoetické anaerobní sedimenty a fekální jímky...


Diskuse

Žádné příspěvky