Kyslík

Žijete díky němu, můžete na něj zemřít, posunul evoluci kupředu a v mžiku oka dokáže rozpoutat ničivé požáry. O čem je řeč? O kyslíku – chemickém prvku, který je tak všudypřítomný, že je snadné zapomenout na jeho mimořádné vlastnosti.

V tomto shrnutí se vydáme na cestu za poznáním fungování tohoto bezbarvého, bez zápachu plynu a ukážeme si, jak přesně umožnil vznik života v podobě, v jaké ho známe. Od jeho životodárného vztahu k fotosyntéze až po jeho toxické účinky na člověka získáte řadu poznatků o pozoruhodném světě kyslíku.

Dozvíte se mimo jiné:

• jak kyslík před 4 miliardami let pomohl zachránit planetu Zemi,
• proč se mnohobuněčný život rozvinul právě díky kyslíku,
• a jak mohli v atmosféře bohaté na kyslík prosperovat až metrově velcí štíři.

Každý ví, jak důležitý je kyslík. Bez něj bychom během několika minut zemřeli. Kyslík však plní mnohem významnější funkce než jen to, že nám umožňuje dýchat.

Ačkoli kyslík po tisíciletí sehrával zásadní roli při udržování života na Zemi, nebýval vždy tak běžný. Přibližně před čtyřmi miliardami let obsahovala zemská atmosféra jen zanedbatelné množství kyslíku. Dnes tvoří kyslík zhruba 21 procent vzduchu. Odkud se tedy všechno to množství vzalo?

Odpovědí je fotosyntéza – proces, při němž rostliny využívají sluneční světlo k rozkladu vody na její základní složky: vodík a kyslík.

Sluneční záření sice dokáže rozštěpit molekuly vody i bez fotosyntézy, pro rané formy života vyvíjející se v oceánech to však představovalo vážné nebezpečí. Proč? Vodík je lehký plyn, který může uniknout z gravitačního pole planety, zatímco kyslík je mnohem těžší a zůstává v atmosféře. Bez vodíku, s nímž by se mohl znovu spojit, se volný kyslík vázal na železo a místo v atmosféře končil v oceánech.

Výsledkem byl čistý úbytek vody: vodík unikal do vesmíru, a tím ubývalo příležitostí, aby se znovu spojil s kyslíkem a vytvořil vodu.

S nástupem fotosyntézy se však situace změnila. Tento proces začal produkovat takové množství kyslíku, že se začal hromadit v atmosféře, kde se opět spojoval s vodíkem a vytvářel novou vodu. Atmosférický kyslík tak zastavil rychlé vysychání planety a umožnil další evoluci oceánského života.

Kyslík však zároveň představoval pro život na Zemi hrozbu. Zatímco pro člověka je nezbytný, pro drobné organismy, které nás předcházely, byl smrtelným jedem. Většina dnešních organismů snáší kyslík jen díky tomu, že disponuje antioxidanty – chemickými látkami, které brání oxidaci poškozující buňky. Při oxidaci kyslík odtrhává elektrony z organických molekul a způsobuje jejich rozpad.

Protože rané formy života žádné antioxidanty neměly, byl pro ně kyslík rozsudkem smrti.

Kyslík byl pro raný život hrozbou – jak tedy došlo k jeho rozvoji? Jedním z vysvětlení může být tendence buněk sdružovat se, když jsou kyslíkem ohroženy. Kyslík tak mohl sehrát klíčovou roli při vzniku mnohobuněčného života.

Jak by to mohlo fungovat? Když jsou organismy nesnášející kyslík vystaveny vodě bohaté na kyslík, nejprve se snaží odplavat do oblastí s nižší koncentrací. Co ale dělat, když je celá vodní masa stejně přesycená kyslíkem? V takovém případě organismy přistupují k „záložnímu plánu“: začnou se shlukovat do jediné masy.

Pravděpodobně tím rozkládají toxickou zátěž kyslíku mezi více buněk, což může vysvětlovat vznik mnohobuněčných organismů.

Navíc veškerý složitější život, jak ho dnes známe, se objevil v období rostoucí koncentrace kyslíku před zhruba 500 miliony let. Toto období, známé jako kambrium, dlouho mátlo biology. Po nesmírně dlouhé době se v geologicky krátkém okamžiku objevila exploze mnohobuněčného života, která dala vzniknout většině základních živočišných kmenů, jež dnes obývají Zemi.

Podle Darwinovy teorie evoluce se však druhy vyvíjejí pomalu. Jak tedy mohl mnohobuněčný život zdánlivě vzniknout „z ničeho“?

Opět se zdá, že klíčem je kyslík. Vědci se domnívají, že před kambriem zažila planeta rozsáhlé zalednění. Jedinými přeživšími byly drobné buňky schopné získávat energii ze slunečního záření – tedy fotosyntetizující organismy produkující kyslík.

Když se Země znovu oteplila, zůstaly tyto organismy prakticky samy v prostředí bohatém na minerály a živiny, které do oceánů přinášela voda z tajících ledovců. Využily této příležitosti, rychle se množily a přitom produkovaly obrovské množství kyslíku.

Tak se otevřela cesta k prudkému rozvoji mnohobuněčného života.