Podzemní biosféra: Gaia víc, než jsme si kdy mysleli

18. srpna 2019 /
foto: archiv F
Před Vánoci loňského roku prolétly našimi médii zprávy, nad kterými by si Jules Verne nejspíše se zadostiučiněním mnul vousy. Prastarý a hojný život hluboko pod povrchem Země? Nemožné, snad jen pro pár extrémofilů, domnívali jsme se dlouho. Co objevíme po pár kilometrech opravdové cesty do středu Země, tušil pravděpodobně málokdo, byť takoví byli a nešlo přímo o autory sci-fi.

V hloubi Země se ukrývá bohatý svět: tamní ekosystém zabírá dvakrát větší prostor než oceány, oznamovaly titulky článků, které shrnovaly výsledky deset let trvajícího výzkumného programu pojmenovaného Deep Carbon Observatory. Dovolím si ho v překladu nazvat Badatelnou o hlubokém uhlíku, neboť doslovný překlad pozorovatelna mi ke způsobu zkoumání hlubin nesedí. Jelikož 90 procent veškerého uhlíku přítomného tady na planetě spočívá vevnitř v jejích útrobách, klade si Badatelna za cíl zjistit, kolik přesně a v jakých formách se ho tam vyskytuje, jak se přemisťuje z mělčin do hlubin a zpět a jakého je původu.

Mimochodem, rok 2019 vyhlásila londýnská Geologická společnost navzdory hrozbám jedné jeho oxidové podoby Rokem uhlíku a právě k jeho poctě vydal ředitel Badatelny Robert M. Hazen knihu Symphony in C: Carbon and the Evolution of (Almost) Everything (Symfonie C: Uhlík a evoluce (téměř) všeho). Příznačný podtitul, pokud si promítneme, čeho všeho je oslavovaný prvek součástí. Dívat se na svět uhlíkovou optikou umožňuje zase o trochu lépe pochopit propojenost zemského systému.

Badatelna běží od roku 2009 a propojuje více než tisíc fyziků, chemiků, geologů, biologů a dalších vědců z celého světa. Ti zkoumají vzorky, které byly vyzvednuty z hlubokých důlních děl i kilometrových vrtů pod povrchem pevniny a oceánů, a to z více než stovky míst po zeměkouli. Podrobnější zpráva o celém desetiletém výzkumném úsilí má vyjít letos v říjnu. Každopádně již naznačená zjištění otřásají základy našich dosavadních představ ohledně možného života pod zemí, stejně jako o možnostech života jako takového.

Život je hlouběji

První zásadní zjištění se týká rozsáhlosti podzemního života. Vypadá to, že pod povrchem pevnin i oceánů se rozkládá co do plochy největší ekosystém planety. Horniny pod našima nohama jsou prošpikované malými prasklinami zhusta obydlenými bakteriemi a jinými živáčky. Padá tím představa Země jako vychladlé kamenné koule, na jejímž povrchu je tenká oživená vrstva. Předpokládané spodní hranice biosféry nyní stále posunujeme. Největší hloubka pod pevninou, kde byl nalezen život, je pět kilometrů, rekord v případě mořského dna pak dosáhl dokonce 10,5 kilometru. Pravděpodobně je jen otázkou času a průzkumných technických možností, než bude překonán.

Vzhledem k šestitisícovému poloměru zeměkoule se sice stále bavíme o tenoučké svrchní zemské kůžičce, ovšem vzhledem k rozsahu biosféry nad povrchem máme najednou pod sebou jednou tolik oživeného prostoru jako nad sebou. Odhaduje se, že celkové množství uhlíku vázaného v hlubokém životě váží 15—23 miliard tun, což je stonásobně víc než celé lidstvo. Pro srovnání: podle sčítacího modelu z roku 2018, v němž je již podzemní část zahrnuta, nese celá planeta 550 miliard tun v živém. Pro zajímavost: atmosférického CO2 je 700 miliard tun. Buněk jen v kontinentálním podzemí může být celkem až 6×1029. Je dost možné, že celkové odhady budou časem ještě upraveny, tak jako tomu bylo nedávno v případě počtu mikroorganismů v našich tělech. Ukázalo se, že jich není desetkrát více než našich vlastních buněk, jak se tradovalo, ale „jen“ o třetinu více, asi 3,9×1013. To je jistě pořád hodně a důležitost mikrobiomu by nemělo umenšit ani připomenutí, že bakteriální buňky jsou vesměs výrazně menší než buňky s člověčí DNA.

Mnoho nových větví v extrémních podmínkách

Za druhé: zjištění, že živé organismy zvládají extrémní teplotní a tlakové podmínky, upravilo naši představu fyzikálních podmínek pro život. O bakteriích z extrémních míst, jako jsou například hydrotermální průduchy pod oceánským dnem, již nějakou dobu víme. Brali jsme to spíše jako zajímavé bakteriální výstřelky. Také jsme věděli o mikroorganismech, které doprovázejí naftová ložiska a které jsou důležité v procesech jejich přeměn. Právě v místech těžby různých zdrojů vody, minerálů a energie jsme primárně začali hluboký život studovat, protože živáčkové je dokážou svou aktivitou měnit i k našemu užitku, například v rámci svého odpadového hospodářství vytvoří ložisko magnetitu. Ovšem o existenci tak rozsáhlého podzemního života jsme začali mít tušení až před sklonkem milénia, kdy ji například předpovídal astrofyzik Thomas Gold ve své kontroverzní knize Hluboká horká biosféra. (Kontroverzní proto, že v ní obhajoval abiogenní původ ropy.) Významné doklady o podzemním životě sbíráme až v poslední dekádě. Rozpětí fyzikálních podmínek, v nichž může existovat život, se tak s novými objevy a novými technologiemi, které nám tyto objevy umožňují učinit, stále rozšiřuje a můžeme se jenom dohadovat, které teploty a hloubky budou konečnou stanicí. V tuto chvíli je teplotním rekordem přežití při 122 stupních a co se tlaku týče, víme o příkladu, kdy bakterie přežila tlak odpovídající hloubce 50 kilometrů.

Výzkumníci sbírají vzorky v dolu Pyhäsalmi, foto: Arto Pullinen, GTK.

Do třetice: podrobnější zjištění, kdo dole bydlí, významně rozšířilo naše představy o stromu života. V podzemském mikrobiomu převládají bakterie a archea. Jde o 70 procent veškerých bakterií a archeí na Zemi, z nichž naprostou většinu dosud neznáme osobně. Na Petriho miskách se je nedaří kultivovat, i když si z jejich DNA dokážeme přečíst, čím se stravují. Poutavě o tom vypráví ve svých internetových přednáškách americká bioložka z Badatelny Karen Lloyd.

Žijí tu také zástupci třetí domény života: jednobuněčné i mnohobuněčné eukaryotní organismy, například houby nebo hlístice. Objevili jsme mnoho organismů, které se mezi sebou liší stejně nebo více, než jak se mezi sebou lišíme my eukaryota, tedy například člověk a borovice nebo kobylka a hříbek. A dosud o nich nevíme téměř nic. Nejedná se tedy o jednu novou větev nebo odbočku ve stromu života, ale o mnoho větví a odboček na různých místech. Jejich genetická rozmanitost je srovnatelná s tou na povrchu, nebo dokonce větší. Navzdory tomu, že podmínky v hloubkách se na různých místech velmi liší, jsou někteří zástupci podzemního života rozšíření skoro po celé zeměkouli. A aby toho nebylo málo, jeví se v našich zobrazovacích prostředcích jako krásní.

Pomaleji a nerůstově

Nyní přichází na řadu nejvíce šokující zjištění: organismy v hloubkách potřebují k životu tak malé množství energie, o němž jsme nikdy neuvažovali, že by mohlo stačit k udržení života. Mají totiž odlišný vztah k energii, a tím pádem také dost odlišný vztah k času: jejich život se odehrává v měřítku času geologického. Některé z těchto organismů se naposled rozdělily v době starověkého Egypta. Dokážou jen tak trvat tisíce až miliony let. To může být také důvodem, proč je nejsme schopni nakultivovat na Petriho miskách ani s dostatkem živin. Nerostou, pouze opravují své porouchané části. V tuto chvíli se rozpadá i představa, že život je neoddělitelně spjat s růstem. Nerůstové hnutí se tak může poohlédnout po inspiraci skloněním hlavy do undergroundu.

Japonská loď Chikyu vrtající hluboko pod mořským dnem, foto: Batholith, Wikimedia Commons.

Organismy v hloubkách nejsou závislé na ničem zvenku, nepotřebují Slunce, kyslík ani dodávky živin z povrchu. V hlubinách je lépe dostupná voda a živiny jako dusík, fosfor nebo železo i místo k životu. I když: kdyby se všechny najednou rozdělily, patrně by se nevešly. Jsou úplně odpojené od Slunce, které nás na povrchu pohání k rychlému životu odehrávajícímu se v rytmu dnů a ročních období. Z jejich pohledu mohou být extremisté ti, kteří žijí na povrchu ve velmi proměnlivém prostředí. Je možné, že život vznikal ve stabilních hlubinách, a teprve pak se rozšířil na povrch — právě tuto teorii navrhuje v Hluboké horké biosféře Gold. Přestože tyto organismy fungují v řádu tisíců a milionů let, jejich aktivita je důležitou součástí současného globálního uhlíkového cyklu. Mohou významně ovlivňovat rezervoáry uhlíku a musí se s nimi počítat při geoinženýrských plánech pumpovat uhlík do země (viz 7.G 2/2015). Mohli bychom ho totiž napustit tam, kde by byl organismy v hlubinách zkonzumován za současného uvolnění metanu, čímž bychom se jen dostali z bláta do pořádné bažiny. Modelování se ale v tomto směru provádí velmi těžko vzhledem k tomu, jak málo toho o hluboké biosféře víme.

Jistě už ale víme to, že horniny jsou životem prostoupeny, život z nich získává energii a pomalu je mění na jiné horniny. Hranice mezi neživým kamenem a živým organismem se tím rozmlžují. Dokázali jsme si kdy představit takovou Gaiu? Oživené horninové podloží pod našima nohama, biogeochemicky formující naši planetu Zemi.

Autorka je environmentalistka v domácnosti, kontakt katkot@post.cz.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Pravidla pro komentáře: Redakce Sedmé generace si vyhrazuje právo smazat příspěvek, který nemá nic společného s tématem, obsahuje vulgarismy, rasistické a xenofobní vyjadřování či jiné urážky ostatních, obsahuje spam a komerční reklamu nebo je jinak nevhodný. Porušení pravidel může mít pro uživatele za následek dočasné nebo trvalé znemožnění vkládání dalších komentářů.

Upozornění: Publikovat články nebo jejich části, jakož i zveřejňovat fotografie a kresby z časopisu Sedmá generace nebo z jeho internetových stránek je možné pouze se souhlasem redakce.

Sedmá generace 4/2020 vyjde v 2. polovině srpna.