Život stvořený z amoniaku nebo křemíku? Vědci hledají organismy, které existují bez uhlíku i bez vody

Před 10 lety byla na Marsu poprvé objevena voda – tehdy v pevné formě. Letos v létě tam vědci našli i vodu tekutou – je to podle nich náznak, že by na Marsu mohl existovat život. Ale je voda vůbec nutnou podmínkou pro život?

Mimozemsky působí i pavoukovec Lorryia formosa pod mikroskopem
Zdroj: Wikimedia Commons Autor: Eric Erbe/ United States Department of Agriculture

Hluboko v půdě Marsu se nachází velké solné jezero, kde může existovat život. V článku zveřejněném v časopisu Science to tvrdí skupina italských vědců, kteří své zjištění opírají o analýzu dat sondy Mars Express získaných během tří let. Tuto přelomovou informaci oznámili astronomové v polovině letošního července.

První informace o vodě na Marsu jsou ale staré už 10 let. Tehdy americká vesmírná sonda Phoenix našla definitivní důkaz o existenci vody na povrchu planety Mars. „Máme vodu,“ řekl tehdy na televizní tiskové konferenci William Boynton, šéf týmu NASA vyhodnocujícího údaje půdních analyzátorů na sondě.

Robotické rameno této sondy přesně před 10 lety nabralo zmrzlý vzorek půdy z povrchu planety. V laboratorní peci pak byla půda rozmražena a přitom vznikla vodní pára, zachycená a analyzovaná přístroji, informovali vědci.

Proč je voda tak důležitá?

Voda je jedním z předpokladů jednoduchých forem života na planetě. Její existence v dostatečném množství je také podmínkou pro případnou perspektivní cestu lidské expedice na Rudou planetu. Zatím se totiž přesvědčivě ukazuje, že kde je voda, tam je život. V pátrání po stopách života se NASA řídí hesla „hledej vodu, najdeš život“. Proč vlastně?

Tekutá voda má totiž řadu vlastností, které jsou nutné pro chemické procesy, bez nichž si nikdo nedokáže život představit. Je to univerzální rozpouštědlo, mediátor chemických reakcí, které jsou nutné pro existenci života, a také má strukturu, která ji odlišuje od všech ostatních látek.

Alternativy

Všechny tyto požadavky se ale týkají jen života na bázi uhlíku a vody. Už celá desetiletí se mezi vědci spekuluje o tom, že by mohl existovat život založený na úplně jiných základech.

Už roku 1973 upozornil slavný americký astronom a astrofyzik Carl Sagan na to, že podléháme „uhlíkovému šovinismu“. Chtěl tím říci, že pro nutně omezenou lidskou představivost je nesmírně těžké představit si formy životy založené nikoliv na uhlíku a vodě, ale na zcela odlišných principech. Vědcům se logicky nemůže dařit takový druh výzkumu, protože reálně není co zkoumat.

Křemík

Hlavním podezřelým byl nejčastěji křemík. Právě tento prvek je v kosmu jedním z nejrozšířenějších, současně má s uhlíkem hodně podobných vlastností.

Po chemické stránce jsou si uhlík s křemíkem podobné, neboť atomy křemíku se stejně jako u uhlíku mohou vázat až se čtyřmi jinými atomy. Vědci už dlouho dobře vědí, že život na Zemi je schopen chemicky zpracovat křemík, není však známa žádná životní forma, která by křemík s uhlíkem začlenila do molekul.

Problém je v tom, že sloučeniny křemíku s dalšími látkami, které by mohly teoreticky udržet život, jsou velmi nestabilní – někdy dokonce samovznítitelné. Navíc křemíkové sloučeniny nejsou příliš schopné větší složitosti, rozhodně ne takové, aby to podporovalo existenci něčeho podobného životu.

Bór

Bór je prvek, o němž se moc nemluví, ale také on by se teoreticky podle některých úvah mohl stát základním stavebním kamenem života. Je schopen tvořit sloučeniny, ale v pozemské atmosféře je explozivní.

Zřejmě největším problémem, který by životu založenému na této látce bránil, je jeho malé množství v kosmu.

Život bez vody

Zatímco představy o látkách, které by nahradily uhlík jako stavební kámen života, jsou poměrně pestré, o tom, co by mohlo být alternativou k vodě, se tolik nemluví – je to totiž mnohem složitější.

Voda je pro život základní podmínkou. Pozemský život potřebuje vodu pro svůj metabolismus, je základním prostředím pro biochemické reakce, voda také vyplňuje buňky. Zůstává tekutá při velkém teplotním rozpětí, navíc má v podobě ledu menší hustotu než v tekutém: to umožňuje, aby zamrzala jen hladina řek nebo jezer, život však může přežívat pod nimi.

Zřejmě nejpravděpodobnější možnou náhradou vody je amoniak, ale ani on nenabízí velkou pravděpodobnost, že by v něm něco mohlo žít – je tekutý jen při teplotách mezi -33 a -78 stupni Celsia. Za takového mrazu už probíhají chemické reakce značně pomalu, což by nesvědčilo žádnému myslitelnému životu.

Vědci také uvažují o tom, že by jako náhrada vody mohly fungovat nejrůznější uhlovodíky. Ty sice mají menší schopnost rozpouštět než voda, ale zase tolik neškodí některým organickým látkám. Tyto látky existují na Saturnových měsících, proto se právě tímto směrem stále častěji zaměřuje pozornost vědců, kteří hledají ve vesmíru život. 

Náznak alternativního života už existuje – v laboratoři

Uměle spojit křemík s uhlíkem do molekul umí chemici, takové sloučeniny pak mají široké využití od léků přes tmely, lepidla, barvy, herbicidy až po obrazovky počítačů a televizí. V polovině roku 2017 ale vědci zjistili, že do chemického propojení uhlíku a křemíku je možné přidat i biologickou rovinu. V rámci strategie nazývané řízená evoluce se jim podařilo přimět mikroby vytvořit takové molekuly, které v přírodě dosud nikdy nebyly nalezeny.

Tak jako farmáři šlechtí obilí, tak i vědci šlechtili mikroby, aby dosáhli podoby, kterou si přáli. Ve své práci se zaměřili na enzymy, což jsou bílkoviny schopné řídit většinu biochemických procesů v živých organismech. Cílem bylo vytvořit takové enzymy, které budou vytvářet organicko-křemíkové sloučeniny.

Vývoj vědci započali s bílkovinami obsahujícími železo. Po sérii testování se soustředili na bakterii Rhodothermus marinus, která se vyskytuje v horkých islandských pramenech. U ní se odborníkům již po sérii tří mutací podařilo změnit enzym natolik, že vytvářel organicko-křemíkové vazby více než patnáctkrát účinněji než dosud známé syntetické postupy.

Zmutovaný enzym navíc umí vytvořit nejméně 20 různých organicko-křemíkových sloučenin, z nichž 19 bylo pro vědu zcela nových.

Budoucí výzkum by se nyní měl zaměřit na to, jaké výhody a nevýhody má pro organismus schopnost vytvářet organicko-křemíkové sloučeniny.