Co je život? Proč je něco živé a něco neživé. Jaký je rozdíl mezi živým a neživým? Takové a podobné otázky si kladli lidé odpradávna. Pokusme se na ně odpovědět z hlediska současných názorů.

Všechny živé organismy, pokud nepřihlížíme k jejich vnějšímu vzhledu, vnitřnímu uspořádání, složení a způsobu života, mají řadu vlastností společných, jimiž se odlišují od látek neživých. A právě tyto vlastnosti čili projevy života nám umožňují odlišit přírodu živou od neživé. Základní vlastností živých organismů je schopnost přijímat potřebné látky a odpadní látky vylučovat. Jinou charakteristikou je dráždivost neboli schopnost přijímat z vnějšího i vnitřního prostředí různé podněty a reagovat na ně. S dráždivostí úzce souvisí i další životní projev – lokomoce (pohyb), která se ukazuje např. při přeměně chemické energie na energii mechanickou kontrakcí (smršťováním) svalových tkání. K základním znakům života patří pochopitelně také rozmnožování, které zajišťuje zachování jednotlivých druhů. Z dalších projevů života uveďme ještě dědičnost (potomci se podobají svým předkům) a proměnlivost (dva jedinci stejného druhu se od sebe odlišují). Existují i další vlastnosti života, ale teď už se zabývejme otázkou, kdy a jak vznikl život.

Vznik života na Zemi není náhodný jev, ale představuje určitý stupeň vývoje hmoty. Nejdříve se pokoušela najít odpověď různá náboženství, později i filozofie. Teprve rozvoj přírodních věd v 19. a 20. století naznačil, že tyto otázky souvisejí s chemií a s jejím významným oborem, biochemií.

Až do 19. století vysvětlovali učenci vznik života na Zemi pomocí teorie tzv. prvoplození, která stavěla na vzniku živých bytostí z neživé hmoty bez zásahu vnějších vlivů. Např. v dobách antiky a ve středověku lidé věřili, že se červi (tj. muší larvy) nelíhnou z vajíček, ale z hnijícího masa, že ropuchy a úhoři vznikají z bahna a myši z moučného prachu nebo z odpadků. Mnozí badatelé byli přesvědčeni, že neživou hmotu ve vejci nebo v semeni proměňuje záhadná životní síla (nazývali ji vis vitalis), a věřili, že je možné uměle vytvořit živé bytosti.

Teprve francouzský chemik a biolog Louis Pasteur ve 2. polovině 19. století vyvrátil mýtus o prvoplození mikroorganismů i o životní síle. Učinil tak na základě svých zajímavých pokusů: skleněné baňky s dlouhým zahnutým hrdlem naplnil vodou a organickými látkami, vyčerpal z nich vzduch, neprodyšně je zatavil, zahřál a čekal. Nic se nestalo, tekutina zůstala čirá. Teprve když otevřel baňku ulomením zatavené trubičky a dovnitř pronikl nepatrným otvorem vzduch obsahující bakterie, tekutina se zakalila, protože se v ní začaly množit mikroorganismy a za několik hodin byl roztok zcela neprůhledný.

Naše Země vznikla přibližně před 4,6 miliardy let. Ne ovšem v té podobě, jak ji známe dnes. Zpočátku byla naše planeta jen shlukem částic mezihvězdné hmoty bez pevnin, moří a ovzduší, které vznikaly až mnohem později. Nejstarší horniny, které byly nalezeny v Grónsku a jižní Africe, nám dovolují předpokládat, že pevný skalnatý povrch naší planety se začal vytvářet asi před 3,5 miliardy let. Moře a oceány se vyvíjely zhruba před 3 miliardami let z ledu obsaženého v nitru Země, které se postupně zahřívalo rozpadem radioaktivních prvků. V téže době začaly z vnitřku Země a povrchových vod vulkanickou činností unikat plyny, a tak se počala vytvářet zemská atmosféra. A to je také éra, tedy období přibližně před 3 miliardami let, kterou považujeme za počátek vzniku života na Zemi. Dokládají to např. nálezy zvláštních vápencových usazenin v jižní Africe, které vznikly zřejmě z rostlinných organismů před 2,8 miliardy let nebo nejstarší rozeznatelné zkameněliny jednoduchých řas a hub objevené v prahorních masivech kanadského pohoří, jehož stáří se odhaduje na 1,9 miliardy let.

Evoluce (vývoj) života na Zemi probíhala velmi a velmi pomalu. Jen pro představu – kdybychom 4,6 miliardy let vývoje Země zachytili na film trvající jen 24 hodin a začali jej sledovat přesně o půlnoci, objevily by se na záznamu první příznaky života kolem 8. hodiny ráno, nejjednodušší živočichové v 19 hodin, první ryby ve 22 hodin, dokonalejší savci ve 23 hodin 22 minut, první člověk Homo habilis čili člověk chápavý ve 23 hodin 59 minut, člověk Homo sapiens neboli člověk rozumný jen necelých 7 sekund před půlnocí a vývoj člověka od dob Cheopsovy pyramidy bychom ani nestačili postřehnout, protože by trval jen asi 0,1 sekundy.

Vývoj života na Zemi začal tedy zhruba před 3 miliardami let, přesně to pochopitelně nevíme. Ještě obtížnější je odpovědět na otázku, jak život vlastně vznikl. Vědci diskutují v zásadě o 3 hypotézách. Zatím nejdokonalejší a obecně uznávanou je hypotéza o vzniku živé hmoty z hmoty neživé, a to nikoliv naráz, ale postupným vývojem ve 3 obdobích. Ostatně i v bibli je proces stvoření světa a života rozdělen do několika časových etap.

V prvním období se díky skalnatému zemskému povrchu a přítomnosti kapalné vody začaly vytvářet nejjednodušší, většinou anorganické sloučeniny. To podporovala i neexistence ochranné atmosféry, tudíž povrch Země byl vystaven silnému záření, které iniciovalo radikálové chemické reakce. Praatmosféra obsahovala dusík, vodík, amoniak, methan, vodní páru, oxid uhelnatý a uhličitý, později i kyanovodík (HCN). Kyslík se v ní nevyskytoval nebo jen v nepatrném množství. Tato atmosféra by byla pro člověka nejen nedýchatelná, ale přímo jedovatá.

Ve druhém období vývoje živé hmoty vznikaly z těchto látek jednoduché a později i velice složité organické sloučeniny. Jejich základní složkou byly atomy uhlíku, dále vodíku, kyslíku a dusíku, v mnohem menším množství pak atomy síry a fosforu. Mimořádně důležitá byla především tvorba aminokyselin a cukrů, např. reakcí formaldehydu, kyanovodíku a vody vzniká aminokyselina glycin: HCHO + HCN + H₂O → NH₂CH₂COOH, z formaldehydu vznikaly jednoduché sacharidy apod. Zrod těchto látek byl vyvoláván patrně vysokými teplotami sopečné činnosti, radioaktivitou zemské kůry, bouřkovými elektrickými výboji a slunečním ultrafialovým zářením. Svědčí o tom experimenty z posledních let, jimiž se za podobných podmínek podařilo v laboratoři uměle syntetizovat téměř všechny základní složky živých organismů. S těmito pokusy začal americký badatel Stanley L. Miller na chicagské univerzitě v r. 1953. Přírodou vytvořené organické sloučeniny se postupně hromadily v mělkých částech pramoří, a vznikl tak hustý roztok (tzv. prapolévka), který již obsahoval všechny látky nezbytné pro život a přinášel příznivé podmínky pro vznik různých složitých makromolekul, z nichž mimořádný význam měly zejména bílkoviny složené z velkého počtu různých aminokyselin. A pak zřejmě nastal velice důležitý jev, který můžeme sledovat i v našich současných chemických laboratořích. Makromolekuly bílkovin se začaly ve statisících a milionech shlukovat do kulovitých útvarů, které nazýváme koacerváty. Primitivní membrána na povrchu koacervátů propouštěla do jejich nitra jen vybrané látky z vnějšího prostředí prapolévky a některé produkty chemických reakcí uvnitř koacervátů byly naopak do okolního prostoru vylučovány. U koacervátů se tedy poprvé setkáváme s velmi jednoduchou látkovou výměnou (anaerobním metabolismem), která je jedním ze základních projevů živé hmoty. Byly koacerváty první živé organismy? Nebyly, protože neměly schopnost se samy rozmnožovat tak, aby dceřinné koacerváty zdědily stejné vlastnosti, jaké měly útvary mateřské. A tak se koacerváty považují jen za poslední stupeň tzv. chemického vývoje života.

Třetím obdobím je éra tzv. biochemického vývoje života. V jeho průběhu vznikaly z koacervátů první nejjednodušší živé organismy zvané protobionty (eobionty). Předpokladem jejich zrodu byla především přirozená syntéza nukleových kyselin, které ovlivňovaly rozmnožování protobiontů, přičemž se u jejich potomků již projevovaly zděděné vlastnosti. Dalším biologickým vývojem (evolucí) protobiontů vznikaly vyšší formy života, jejichž posledním článkem se stal člověk. Stanley L. Miller a po něm i další vědci dokázali, že praatmosféra a praoceány představovaly obrovskou zkumavku, v níž se mohly z anorganických a jednoduchých organických sloučenin vytvářet větší a složitější organické molekuly. Od těchto látek ke vzniku buňky a živých organismů však vedla dlouhá cesta, jejíž mnohé etapy dodnes nejsou dostatečně objasněny. Hlavním nedostatkem této hypotézy je, že popisuje vznik života na naší planetě za drsných, těžko představitelných přírodních podmínek, v nichž by žádný dnes žijící organismus zřejmě nepřežil.

Podle hypotézy švédského chemika a fyzika Svante Arrhenia o panspermii z r. 1906, která byla později modifikována, se život na Zemi vyvinul ze zárodků, které jako součásti mračen prachu volně cestovaly vesmírem a zachycovaly se na různých nebeských tělesech. Přísun organických látek z vesmírného prachu mohly zprostředkovávat např. meteority, jimiž byl povrch Země neustále bombardován. V r. 1969 dopadl v Austrálii Murchinsonův meteorit, který obsahoval zhruba 400 jednoduchých organických sloučenin. Ostřelování naší planety meteority bývalo v prehistorických dobách mnohem silnější než dnes. Jako nosiče organické hmoty přicházejí v úvahu také komety. Vždy když tato neklidná vesmírná tělesa procházejí v nevelké vzdálenosti kolem Slunce, uvolňují se z nich částice plynu a prachu, které se mohou dostat i k nám. Tyto kosmické „špinavé sněhové koule“ zpravidla obsahují značný podíl organických látek.

Třetí hypotéza z r. 1970 vychází z předpokladu, že se mikroorganismy vyvinuly na dně oceánů. Byly zde totiž chráněny jak před nárazy meteoritů, tak před smrtelně nebezpečným ultrafialovým zářením. Nejlepší podmínky pro vznik složitějších organických sloučenin byly zřejmě v okolí horkých hlubinných sirných pramenů, které vystupovaly puklinami, tzv. černými sopouchy, a zahřívaly vodu na teplotu přes 300 °C. Vznik jednoduchých buněk je v takovém prostředí reálný. Při tvorbě složitějších molekul z jednodušších látek hrály pravděpodobně důležitou roli rovněž určité jílové minerály z bahna na mořském dně. Mají totiž schopnost vázat na sebe chemické látky, čímž zabránily, aby byly první základní kameny života zničeny a ztratily se.

Ve všech výše nastíněných teoriích je nezvratné alespoň to, že život na Zemi existuje a že se vyvíjel od známých primitivních forem přes stále dokonalejší organismy až k člověku. Je tedy docela možné, že život vznikl právě na Zemi. Dokonce je i reálné, že by život mohl ze Země doputovat na jiné planety nebo měsíce. Touto možností se dnes intenzivně zabývá mnoho badatelů. Zjistili, že některé jednoduché živé pozemské organismy mohou stejně dobře existovat v mrazivém antarktickém chladu stejně jako ve vroucí vodě.

U jiných organismů je experimentálně prokázáno, že odolávají vysokému tlaku i záření. Jsou známy dokonce i některé vyšší organismy, které po určitou dobu vydrží ve vakuu, v téměř úplném suchu nebo také při extrémně nízkých teplotách. To všechno jsou předpoklady k tomu, aby tyto organismy po určitou dobu v kosmu přežily.

Je však sporné, zda by dnešní, velmi přizpůsobené pozemské organismy našly přes svou až udivující odolnost vhodné životní podmínky na jiných vesmírných tělesech. Tyto podmínky by totiž musely být velice podobné těm na Zemi – a takové planety nebo měsíce jsme dosud v kosmu neobjevili. Zbývá ale i možnost, že život vznikl nejen na Zemi, nýbrž – snad dokonce zároveň, ale nezávisle na sobě – také na jiných planetách.

Jakkoli se hypotézy o vzniku života v mnoha rysech vzájemně liší, jednu věc mají vždy společnou: zabývají se vznikem života na fyzikálně-chemické a biochemické rovině, cestou velmi dlouhého a komplikovaného, ale v konečném důsledku neodvratného procesu sebeuspořádání hmoty.

Kamil Březina

s využitím publikací: Z. Opava: Chemie kolem nás, Albatros

Tajemství kolem nás, R.D.Výběr