Student World

Oceánské hřbety, domov černých kuřáků, jsou současně místem, odkud se šíří nové mořské dno. U těchto center sopečné aktivity stoupající magma pomalu, rychlostí, s jakou rostou nehty, odsouvá tektonické desky. Jak do sebe potom šinoucí se desky nesmírně daleko narážejí, noří se jedna z nich pod druhou, zatímco se ta druhá zmítá v panických křečích. Himaláje, Andy, Alpy, všechna tato pohoří vyrostla ze země díky srážení tektonických desek. Pomalý pohyb zemské kůry po mořském dně nicméně i odhaluje nové skály vynořivší se ze zemského pláště, vrstvy pod kůrou. Na takových skalách se pak tyčí hydrotermální průduchy jiného druhu, silně se lišícího od černých kuřáků…

Tento druhý typ průduchů není sopečného původu a nemá nic společného s magmatem. Namísto toho závisí jejich vznik jen a pouze na reakci čerstvě odhalené skály s mořskou vodou. Voda nejenže do takových skal prosakuje, ona s nimi přímo fyzicky reaguje; slučuje se s nimi a přitom mění jejich strukturu tak, že vznikají minerální hydroxidy, jako je serpentin (pojmenovaný podle podoby s kropenatě zelenými plazími šupinami). Reakce s mořskou vodou způsobuje, že skála zvětšuje svůj objem, praská a láme se, což zase umožňuje, aby do ní v nekonečné smyčce pronikalo ještě více mořské vody. Měřítko, v němž takovéto reakce probíhají, je ohromující. Panuje přesvědčení, že objem vody, takto navázané na skálu, se vyrovná objemu vody v samotných oceánech. Jak se oceánské dno rozšiřuje, tyto zvětšené, hydratované skály se nakonec znovu zanoří pod narážející zemskou desku, kde jsou v plášti znovu zahřáty na nesmírně vysokou teplotu. V tomto okamžiku se své vody vzdávají a uvolňují ji do zemských útrob. Toto zaplavování mořskou vodou pohání hluboko v plášti koloběh konvektivního proudění, které tlačí magma v oblasti středo-oceánských hřbetů a sopek zpět k povrchu. A tak je bouřlivá sopečná činnost naší planety z velké části poháněna nepřetržitým průtokem mořské vody skrz zemský plášť. Tento proces udržuje náš svět mimo rovnováhu. Povrch Země se neustále převrací.

Ale reakce mořské vody se skalami, vynořivšími se z pláště, kromě poskytování hnací síly pro neutuchající sopečnou činnost dělá ještě něco. Uvolňuje se při ní také energie ve formě tepla spolu se značným množstvím plynů, například vodíku. Ona reakce vlastně přetváří vše, co se v mořské vodě rozložilo, a jako pokřivené kouzelné zrcadlo odráží nazpět groteskně odulé obrazy, na nichž jsou všechny reaktanty obtěžkané elektrony (odborně řečeno jsou „redukované“). Plyn, který při této reakci vzniká především, je vodík – jednoduše proto, že mořská voda se z větší části skládá z vody; ale v menších množstvích se objevují i různé jiné plyny, připomínající ty, jež obsahovala směs Stanleyho Millera, a které se tolik hodí pro vytvoření předchůdců složitých molekul, jako jsou bílkoviny a DNA. Tak se oxid uhličitý proměňuje v metan, dusík se vrací v podobě čpavku a síran je chrlen nazpátek jako sirovodík.

Teplo a plyny vystoupají až k povrchu, kde si prorazí cestu jako druhý typ hydrotermálního průduchu. Tyto průduchy se od černých kuřáků liší takřka v každém ohledu. Nejsou kyselé, namísto toho bývají silně zásadité. Jsou teplé nebo přímo horké, ale ani zdaleka nedosahují ďábelsky vysokých teplot černých kuřáků. Obvykle se vyskytují dál od středooceánských hřbetů, v místech, kde se šíří nové dno. A místo aby vytvářely vertikální černé komíny s jediným ústím, kterým by se valil černý dým, tvoří složité konstrukce protkané nepatrnými bublinami a komůrkami, jež se usazují, zatímco se teplé zásadité hydrotermální tekutiny mísí s chladnou mořskou vodou nad nimi. Řekl bych, že příčina toho, že o tomto druhu průduchů vědí jen nemnozí, souvisí s odrazujícím pojmem „serpentinizace“ (opět odvozeného od nerostu jménem serpentin). Pro naše účely postačí, budeme-li je jednoduše nazývat „zásadité průduchy“, přestože to ve srovnání s barvitou úderností „černých kuřáků“ zní poněkud nenápaditě. K plnému významu slova „zásadité“ se dostaneme později.

Zajímavé je, že až donedávna se existence zásaditých průduchů v zásadě předpokládala, ale vědělo se o nich jen z několika zkamenělin. Ta nejslavnější z nich, pocházející z irského Tynaghu, je kolem 350 milionů let stará a Mikea Russella přivedla v 80. letech k zamyšlení. Když prozkoumal tenké pláty pórovité skály z okolí zkamenělého průduchu pod elektronovým mikroskopem, zjistil, že velikost oněch nejvýše desetinu milimetru měřících drobných komůrek v nich, propojených do labyrintu podobných sítí, odpovídá velikosti organických buněk. Předpokládal, že podobné minerální komůrky mohou vznikat při mísení zásaditých tekutin z průduchu s kyselou mořskou vodou, a brzy úspěšně vytvořil útvary z porézního kamene smísením kyselin se zásadami v laboratoři. V dopisu do prestižního časopisu Nature z roku 1988 Russell uvedl, že podmínky v zásaditých průduších z nich dělají ideální prostředí pro vznik života. Komůrky poskytly přirozený prostor ke koncentraci organických molekul, zatímco jejich stěny, složené ze sirnoželezitých minerálů jako je například mackinawit, propůjčily komůrkám katalytické vlastnosti, s nimiž počítal Günter Wächtershäuser. Ve své práci z roku 1994 došel Russell se svými kolegy k následujícímu závěru:

„Život se vynořil z rostoucích shluků pyritových komor obsahujících zásady a silně zredukované hydrotermální roztoky. Tyto komory vznikly hydrostatickým působením v podmořských horkých sirných pramenech nacházejících se v určité vzdálenosti od míst šíření oceánského dna před 4 miliardami let.“

Ta slova byla skutečně vizionářská, neboť v té době ještě žádný činný hlubokomořský zásaditý průduch nebyl objeven. Až později, na přelomu tisíciletí, vědci na palubě výzkumné ponorky Atlantis přesně na takový druh průduchu narazili asi patnáct kilometrů od Středoatlantického hřbetu, na podmořské hoře shodou okolností zvané Atlantský masiv. To jméno bylo až strašidelně přiléhavé i díky Ztracenému městu, pojmenovanému po legendární metropoli, a jeho jemným bílým sloupům a uhličitanovým prstům vypínajícím se do černočerné tmy. Průduchová oblast se nepodobala ničemu dosud objevenému. Některé z komínů byly stejně vysoké jako černí kuřáci, přičemž ten nejvyšší z nich, přezdívaný Poseidon, se hrdě tyčil do výše šedesáti metrů. Ale tyto křehké prsty měly k netečně mohutné konstrukci kuřáků daleko; namísto toho byly zdobné jako gotické stavby, pokryté „hloupými čmáranicemi“, jak to řekl John Julius Norwich. Hydrotermální výpary tu byly bezbarvé a město vypadalo, jako by bylo v okamžiku opuštěno a navěky zachováno v celé své složité, gotické nádheře. Nebylo to peklo plné černých kuřáků, namísto nich tu byli jemní bílí nekuřáci, ukazující svými zkamenělými prsty k nebi.

Výpary sice byly bezbarvé, avšak skutečné byly více než dost a postačovaly k tomu, aby udržely město při životě. Komíny se neskládají ze sirnoželezitých minerálů (v oceánech bohatých na kyslík se železo takřka nerozptyluje; Russellovy předpovědi se váží k podstatně dávnějším časům), ovšem jejich struktura je i tak porézní – je to učiněné bludiště mikroskopických komůrek se stěnami z nadýchaného aragonitu. Za povšimnutí stojí, že staré komíny, které už utichly a nepřekypují hydrotermálními tekutinami, jsou mnohem pevnější, neboť se jejich póry zanesly vápencem. Oproti tomu žijící průduchy jsou skutečně doslova živé a v jejich pórech to vře horečnatou bakteriální aktivitou, která beze zbytku využívá panující chemické nerovnováhy. Jsou zde i zvířata a svou rozmanitostí si ničím nezadají s faunou černých kuřáků, přestože pokud jde o velikost, jsou na tom podstatně hůře. Příčinou se zdá být ekologie. Sirné bakterie, jimž se tak daří v černých kuřácích, se pohotově přizpůsobují životu uvnitř svých zvířecích hostitelů, zatímco bakterie (nebo přesněji archea) nalezené ve Ztraceném městě taková partnerství nevytvářejí. Bez vnitřních „farem“ průduchoví živočichové tolik nerostou.

Život ve Ztraceném městě staví na reakci vodíku s oxidem uhličitým, tedy v podstatě na stejných základech jako veškerý život na planetě. Pozoruhodná je však skutečnost, že ve Ztraceném městě je tato reakce přímá, zatímco prakticky ve všech ostatních případech je nepřímá. Surový vodík, vybublávající ze země v plynném skupenství, je na naší planetě vzácností a život si zpravidla musí vystačit se skrytými zásobami, těsně připoutanými molekulárním sevřením k jiným atomům, například ve vodě nebo v sirovodíku. Vyrvat z takových molekul vodík a navázat ho na oxid uhličitý stojí energii – energii, která buď musí být nutně získávána od slunce prostřednictvím fotosyntézy, nebo musí pocházet z chemické nerovnováhy vládnoucí ve světě průduchů. Jen pokud je k dispozici plynný vodík, tak reakce proběhne spontánně, i když jen velmi pomalu. Ale z termodynamického hlediska je taková reakce oběd zdarma, za jehož snězení ještě dostanete zaplaceno (podle památných slov Everetta Shocka). Jinak řečeno, reakce přímo vytváří organické molekuly a současně uvolňuje významné množství energie, které může být v zásadě využito k pohánění dalších organických reakcí.

Tento text je úryvkem z knihy

Nick Lane: Vývoj života – deset velkých vynálezů evoluce

Kniha Zlín, 2011

O knize na stránkách vydavatele

autor