Gabriel Bielický únor 2011
Vznik a vývoj života na Zemi :
Stáří naši sluneční soustavy se odhaduje asi na 4,6 miliardy let. Zformovala se z velkého mračna prachu a plynu, který se vlivem gravitačních sil začal postupně shlukovat do větších celků, z kterých nejdříve vzniklo Slunce a ze zbytků zárodečného materiálu vznikly po dobu mnoho milionů let veškeré objekty sluneční soustavy včetně Země. V průběhu smršťování a zahušťování hmoty v nově se utvářející Zemi rostl tlak i teplota. Před čtyřmi miliardy let byla na povrchu naši planety teplota asi 1200 st.C. Schází atmosférický kyslík, je však již přítomen dusík, oxid uhličitý a vodní páry. Namísto pevného povrchu je nekonečný oceán lávy. Dle jedné pravděpodobné a dnes hodně uznávané vědecké hypotézy – teorie velkého impaktu - se k naši Prazemi přibližuje vesmírné těleso – protoplaneta - nazvané Theia o přibližné velikosti planety Mars, rychlostí asi 15 km/sec. Do povrchu Země naráží šikmo, nedojde k přímému kolmému střetu obou těles a na rozžhaveném tekutém povrchu Země vyvolá velkou nárazovou vlnu. Do vesmíru vyletí biliony tun materiálů z obou těles, vytvoří se kolem Země prstenec z kterého se zformuje koule o průměru asi 3 tisíce kilometrů. Tak se zrodil náš Měsíc. Asi 80% jeho hmoty je tvořeno z materiálu zničené protoplanety Thei, zbylých 20% pochází ze Země. Je blízko Země, ve vzdálenosti asi 22 tisíc km. Nárazem zbloudilé planety se rotace Země zrychlila a den trvá pouhých 6 hodin. Všechny planety sluneční soustavy, jejich měsíce i naše Země je bombardována obrovským množstvím meteoritů. Jejichž materiál byl pozůstatkem hmoty disku, z kterého byla vytvořena sluneční soustava. Meteority obsahovaly krystalky minerálů bohatých na vodu. Tato intenzivní sprcha meteorů trvala víc než 20 milionů let. Další velké množství vody se dostalo na Zem z komet. Období značného „ostřelování“ Země kometami a meteory je známé pod názvem Velké bombardování. Na povrchu chladnoucí Země se vytvořila zemská kůra a na ní přibylo obrovské množství vody, celý povrch Země byl ponořen do oceánu. Je velice pravděpodobné, že každý doušek vody, který nyní vypijeme pochází z této doby. Zemské jádro bylo rozžhavené, tlačilo na tenkou zemskou kůru. V místech, kde rozžhavená hornina prorazila kůru a vystoupala oceánem až na jeho povrch, vznikaly první ostrůvky pevniny a nakonec celé kontinenty. Planeta Země má již moře i souši. Její atmosféra by však v té době byla pro živočichy nedýchatelná. Bombardování Země meteority pokračuje. Mimo vodu dodávají Zemi i minerály. Některé se ve vodě rozpouští, uvolňují uhlík a základní složky bílkovin – aminokyseliny, které se tak dostávají z vesmíru až na oceánské dno, kde je tma a teplota blízká bodu mrazu. Voda, která se dostane puklinami na mořském dně hlouběji do kůry, se tam ohřívá a nasycuje se rozpouštěnými minerály i plyny. Jinými puklinami vyvěrá zpět na mořské dno a mísí se s vodou, obsahující minerály i organické látky. V blízkosti horkých vývěrů sopečných vod tak přičiněním meteoritů vzniká jakási chemická „polévka“, v které se pravděpodobně zrodil život v jeho nejprimitivnější formě. Jiná skupina vědců se domnívá, že první život mohl vzniknout i v mělkých vodách, kde působením slunečného, malou vrstvou vody oslabeného ultrafialového záření se mohly organické látky jako metan a amoniak slučovat s jednoduchými látkami anorganickými. Tak vznikly bílkoviny a další stavební kameny potřebné pro život. Náhodnou kombinací organických molekul se údajně vytvořily první nukleové řetězce ribonukleové kyseliny RNA a posléze i DNA, která je základem přenosu informací a která se právě v procesu dělení buněk
předává z pokolení na pokolení. Dle posledních poznatků k tomu docházelo před 3,8 miliardy let, tedy necelou miliardu let po vzniku Země. V jistém druhu minerálu nalezených v Grónsku starých 3,85 miliardy let byly nalezeny stopy po radioaktivním uhlíku 12 C, který je typický pro organické sloučeniny. Nemalá část vědců se přiklání k názoru (teorie panspermie), že se základní stavební kameny živých buněk, složité organické struktury živé buňky na naši Zemi dostaly z vesmíru právě prostřednictvím meteoritů nebo komet. Proces vzniku života se na Zemi pravděpodobně opakoval několikrát, než se mu podařilo „uchytit“. Ani potom však život nekráčel vpřed plynule, jak by se dle Darwinovy evoluční teorie dalo předpokládat. Do evolučního výběru totiž zasahovalo mnoho faktorů zvenčí a tak byly životní podmínky na Zemi mnohokrát vystaveny krizovým situacím. Přibližně každých 100 milionů let vymřela asi čtvrtina všech druhů. Mikroskopické jednobuněčné organizmy přežívaly v oceánech další stovky milionů let bez zřetelného pokroku v jejich vývoji. V Nejrannější formy života na Zemi představují jednobuněčné bakterie, vznik kterých se stal významným mezníkem v utváření planety. Dle dnešních výzkumu je o některých typech (extrémofilních) bakterií známo, že se jim může dařit i na těch nejnevlídnějších místech naši planety – ve velmi nízkých, či vysokých teplotách, v prostředích extrémně slaných či kyselých, bez kyslíku a pod vysokým tlakem. Jsou rovněž známé bakterie, které mohou žít bez vody a které v důsledku svého metabolizmu produkují metan. Jiné bakterie jsou tisíciletí uvězněni v ledu a po jeho roztátí znovu ožívají. Jistý druh mikroorganizmu žije v pórech kamenů v extrémně kyselém prostředí. Další skupina potřebuje k životu vysoký tlak, žije v Mariánském příkopu a jiní zase energii čerpají z radioaktivního rozpadu uranu. V sedimentech, které leží hluboko pod mořským dnem byly nalezeny žijící bakterie. Jejich stáří bylo odhadnuto na 16 milionů let. Bakterie Colwellia žijí i v teplotě tekutého dusíku ( - 196 st.C) a jiné druhy zase přežijí vysoké stupně radiace. Živé bakterie byly nalezeny i u podmořských sopek v Tichém oceánu, kde teplota vody pod tlakem dosahovala až 121 st. C. Uvedené příklady jsou důkazem toho, že život se může uchytit i v prostředí, ve kterém bychom jeho existenci nepředpokládali. To je důvod pro to, abychom ho hledali v sluneční soustavě i na dalších vzdálených exoplanetách v naší Galaxii. V období před asi 3,5 miliardy let by bylo možné na mořském dně pozorovat útvary podobné kamenům, nebo rostlinám, jako by byly vyrůstaly z mořského dna. Byly to kolonie bakterií a sinic, začaly tvořit pevné sloupkovité struktury tzv.stromatolity. Byly to koncentrované vrstvy uhličitanu vápenatého. Tyto jednoduché bakterie zbudovaly ohromné bariérové útesy, z nichž vznikly první vápencové skály. Bakterie dokázaly pomocí slunečního světla – fotosyntézou - vytvářet z jednoduchých anorganických látek, oxidu uhličitého a vody látky složité, organické - cukry. Fotosyntéza má zásadní význam pro život na Zemi. Při ní se jako vedlejší produkt uvolňuje kyslík. Stromatolity tak sytí oceány kyslíkem. Kyslík reaguje se stopovým železem a mění ho na rez. Na mořské dno tak klesají horniny s vysokým obsahem železa.V daleké budoucnosti se toto železo dostane do hutí a železáren. Kyslík se z vody dostává do atmosféry a mění její složení. Kolonie pravěkých bakterií se tak stály výrobci jednoho z nejdůležitějších prvků, bez kterého by život dalších organizmu ve vodě i na souši nebyl myslitelný. V průběhu dalších dvou miliard let koncentrace kyslíku na Zemi dál stoupá. Úměrně se zpomalováním rotace Země se dny prodlužují. Uplynuly již 3 miliardy let od vzniku Země, ale na Zemi ještě stále neexistují složitější formy života. Avšak síly uvnitř žhavého jádra působí na zemskou kúru pod oceánem, která praská a láme se na obrovské desky. Desky jsou silami žhavého zemského jádra posouvány a s nimi i celé oceány a ostrovy. Během dalších půl miliardy let se vytváří obrovský superkontinent zvaný Rodinie, který je pustý, bez života. Teprve asi před 750 miliony let v oblasti dnešního amerického státu Wašington se Rodinie vlivem sil žhavého jádra trhá na dva kusy. Vzniká silná geologická
aktivita, početné nové sopky chrlí do atmosféry obrovské množství oxidu uhličitého, který se slučuje s vodou a vzniká kyselý déšť. Ten reaguje s horninami na povrchu Země, které na sebe oxid uhličitý chemicky vážou. Dochází k značnému nedostatku oxidu uhličitého - plynu způsobujícího skleníkový efekt - v atmosféře a ta se z tohoto důvodu ochlazuje. A tak během několika tisíc let klesne průměrná teplota atmosféry asi na minus 50 st.C. Toto globální ochlazení se odehrálo před 650 miliony let. Někdy se tomuto období říká „sněhová koule“. Byla to nejchladnější a nejdelší doba ledová, jaká kdy Zemi postihla. S množstvím ledu se úměrně více odrážejí sluneční paprsky od Země zpět do vesmíru, což dále přispívá k dalšímu rychlému zaledňování planety. Od obou pólů se šíří ledové příkrovy a setkávají se na rovníku. Celá planeta je pohřbena pod silnou vrstvou ledu, sopky však nadále chrlí obrovské množství oxidu uhličitého, který se již nyní nemá možnost vázat na horniny pohřbené pod ledem a začíná prosycovat atmosféru. Teplota atmosféry po 15 milionech let opět stoupá a led začíná tát. Vodní led vlivem působení slunečního ultrafialového záření obsahuje velké množství peroxidu vodíku. Nyní, při značném tání ledu se tento peroxid rozkládá a uvolňuje kyslík, který obohacuje již mnohem teplejší atmosféru. Délka dne se prodloužila asi na 22 hodin. Vznikají již příznivé podmínky pro život. V oceánu jednoduché bakterie přečkaly ledovou dobu „sněhové koule“ a nyní, když se i vody oceánu značně prokysličily, nastaly vhodné podmínky k jejích dalšímu rozvoji, který do této doby stagnoval. Tomuto období se označuje jako kambrická evoluční exploze. Na mělkém mořském dně se objevují rostliny a také složitější formy živočichů. Objevuje se všechny hlavní živočišné kmeny: mořské houby, červi, ramenonožci, ostnokožci, měkkýši, hlavonožci a mlži i velké množství dalších bezobratlých živočichů. Velice významnou skupinu tvořily trilobiti, vzdálení příbuzní hmyzu, korýšů a dokonce i štírů. Jelikož je dostatek kyslíku, jsou umožněny větší rozměry živočichů a vznik tvrdých opěrných částí těla, krunýřů a ulit. Pod vodou jsou již desetitisíce druhů rostlin i živočichů. Zdá se, že život a jeho další rozvoj již nic nemůže zastavit. Nacházíme se v době před 460 miliony let. Ze zbytků superkontinentu Rodinie se mezitím vytvořil kontinent Godwana. Teplota vzduchu je asi 30 stupňů a koncentrace kyslíku v něm je podobná té současné. Přesto, že jsou dobré podmínky pro pozemskou faunu i floru, není tomu tak. Důvodem je ultrafialové záření pocházející ze Slunce, které zabíjí složitější formy života na Zemi. V té době se totiž ve vyšších vrstvách atmosféry teprve začíná z kyslíku vytvářet ochranná vrstva ozonu, pohlcujícího toto záření. Tento proces trval asi 120 milionů let, kdy se začaly vyvíjet první složitější suchozemské rostliny. I produktem jejich metabolizmu je kyslík, takže jeho koncentrace v atmosféře prudce stoupá. Nyní jsme již v období před 375 miliony lety. Někteří ve vodě žijící obratlovci se pomocí delšího krku dokáží zvednout a tím se vyšplhat na suchý břeh. Pohybují se na ploutvích jako po nohách. Na suché zemi došlo k prudkému rozvoji živočichů i rostlin. Avšak na rozhraní prvohorního permu a triasu před 250 miliony lety, které bylo zároveň rozhraním mezi prvohorami a druhohorami, došlo k největšímu vymírání druhů, za celou historii, a to jak v moři, tak i na jediné velké pevnině, kterou byla Pangea, táhnoucí se od jedno pólu k druhému. V moři vyhynulo dle odhadu až 95% všech mořských druhů. Vymírají trilobiti, většina mlžů, plžů, ramenonožců a ostrokožců. Mořské ryby byly zasaženy jen málo. Na kontinentu jsou nejvíce zasaženy velké rostliny a četné druhy hmyzu. Značně byly postiženi suchozemští čtvernožci, plazy, obojživelníci, malí všežravci, velcí býložravci a všechny formy létavých živočichů. Ke globálnímu vymírání došlo v průběhu max.10 tisíc let, což je z geologického hlediska značně krátká doba. Pro objasnění této největší krize živého světa bylo nabídnuto víc teorií. Jednou z nejpřijatelnějších je teorie, dle které vymírání je důsledkem obrovských erupcí sibiřských sopek, k značnému vyvržení skleníkových plynů do atmosféry, což mohlo sloužit jako východisko pro řetěz následných událostí vedoucích k tomuto vymírání.
Po stabilizaci poměrů v atmosféře, kdy množství skleníkových plynů pokleslo a kyselé deště ustály, se život na planetě opět pomalu vzpamatovává. Je tady prostor pro vznikání nových druhů, které posléze ovládnou planeta tak, jako nikdy před nim ani po nich. Na řadu přicházejí dinosauři. Vyvinuly se z hrstky plazů, kteří přežily permské vymírání. Osídlily téměř celou Zemi. Avšak před 190 miliony let se tektonické desky opět dávají do pohybu a superkontinent Pangea se rozpadá. Nově vzniklé kontinenty se od sebe vzdalují rychlostí asi 2,5 cm za rok, což je přibližná rychlost růstu lidských nehtů. Mezi americkým a africkým kontinentem vzniká Atlantský oceán. Na jeho dně vzniká vlivem pohybu pevninských desek značná sopečná činnost, dochází k značným výlevům lávy do moře a v vzniká Atlantický val, dlouhý mnoho tisíc kilometrů a vysoký přes 4 kilometry. Měnícím geologickým podmínkám se musí přizpůsobit i živočichové. Např. Ichtiosauři byly původně suchozemští živočichové, jejich předkové byly suchozemští plazy. Narostly jim ploutve a přemístily se do nově vzniklého oceánu, kde získaly dominantní postavení a vládly tam po dobu 50 milionů let. Dno oceánů pokrývají uhynulé ryby a plankton, z kterých se později stane ropa. Na pevnině se objevil savec podobný rejskovi. Nadvládu dinosaurů na Zemi nemůže nic ohrozit. Ale z kosmu se přibližuje k naši Zemi meteorit o průměru asi 10 km, který je větší než Mt.Everest. Dopadá do Mexického záběru vedle poloostrovu Yukatan. A svět se ve mžiku vteřiny náhle změní. Sám meteorit se v okamžiku svého dopadu roztaví a vypaří. Při nárazu se totiž uvolní energie milionů jaderních zbraní. Nárazová vlna ničí veškerý život na velké vzdálenosti od epicentra výbuchu. Meteorit je na své cestě k Zemi doprovázen velkým množstvím úlomku různých velikostí, které dopadávají a vybuchují tisíce kilometrů daleko od místa pádu velkého meteoritu. Celá tato katastrofa je doprovázená mohutným zemětřesením. Pobřeží bičují tsunami. Planeta je zahalená zvířeným rozžhaveným prachem, která zahřívá zemský povrch asi na 270 stupňů. Na Zemi vznikají obrovské požáry a celé následující měsíce je ještě Země zahalená do prachového mraku. Rostliny vymírají, potravinový řetězec je narušen a dochází k vymírání většiny života na planetě včetně vymření dinosaurů Odehrálo se to asi před 65 miliony let. Přibližně ve stejné době došlo na území dnešní Indie k obrovské vulkanické činnosti, důsledkem které mohlo podobně dojít k hromadnému úhynu dinosaurů. Zánik dinosaurů umožňuje rozvoj jiné skupiny obratlovců – savce. Tím, že žily pod zemí se zachránily před žárem. Jelikož jedí všechno, měly mnohem větší šance na přežití, než jiné druhy, kteří se specializuji jenom na určitou stravu. Jsou to právě ony, kteří převezmou po dinosaurech panovnické žezlo. V tomto světě se ale také vyvíjejí naši savčí předkové, podobní dnešním malým hrabošům. Proti svým předchůdcům mají již větší oči i mozek. Nazývájí se Darwinius masillae, neboli IDA. Zatím vše nasvědčuje tomu, že se z těchto tvorů vyvinuly postupně opice, lidoopi i lidé. Jsme 47 milionů let nazpátky. Poté opět dochází K značným pohybům tektonických desek, Indie se spojuje s Asií, oceán, který byl mezi nimi se dostává nad povrch Země. Povstává obrovský horský masiv, dlouhý přes 2500 km a vysoký téměř 10 km. Vznikají Himaláje. Před 20 miliony let již všechny oceány i pevniny na Zemi vypadají téměř stejně, jak je známe. Stala se však ještě jedna důležitá událost. Vlivem pohybu tektonických desek došlo k rozsáhlému vrásnění podél celého východního břehu afrického kontinentu, kde vzniklo pohoří v délce přes 6 tisíc km. Vlahý mořský vzduch ztratil možnost přístupu do afrického vnitrozemí, v důsledku čehož tam hynula vegetace a na její místo nastoupila poušť. Dnes se ještě rozcházejí názory odborníku na určení místa kolébky lidstva. Jejich větší část se přiklání k africkému kontinentu, jiná část preferuje teorii o souběžném vývoji člověka na různých místech planety. Důležitým činitel nutícím lidoopy postavit se na 2 nohy, bylo nejspíše toto postupné oteplování životního prostředí. Donutilo je migrovat do vzdálenějších míst a tam si hledat potravu. Byl to patrně nejvýznamnější milník ve vývoji lidstva. Někdy před 7 miliony
let se na scéně objevují hominidi, po oddělení se od společné vývojové linie vedoucí k dnešním šimpanzům. Od té doby se na Zemi vystřídala široká paleta druhů hominidů. Tak před asi 1,5 miliony let se objevuje Člověk vzpřímený – Homo erectus - poté, když si vytvořil na košatém Darwinovském stromu přirozeného výběru svojí samostatnou větev. Historie moderního člověka je však stará asi jenom 150 tisíc let. Je dosti pravděpodobné, že po jistou dobu druh člověka moderního – homo sapiens sapiens žil souběžně s některými jinými druhy hominidů. Je téměř jisté, že v období před 50 tisíci lety byla naše Země na některých místech obydlená i druhem homo sapiens neandertalis. Dokonce se z té doby rovněž nalezly stopy po existenci druhu homo erectus. Kosterní nálezy člověka neandrtálského i okolí těchto nálezů nasvědčuji tomu, že uměl vyrábět podobné nástroje i zbraně jako člověk vyspělý. Dle výsledků genetického výzkumu lze usuzovat, že tento druh již při vzájemné komunikaci používal jistou formu řeči. Nadále však zůstává záhadou jeho vymření. Předpokládá se, že neobstál v konkurenci s člověkem vyspělým, který měl lepší genetické předpoklady k přežití A který ho postupně ze svého konkurenčního životního prostoru vytlačil. Po definitivním vymření posledního z druhů hominidů – neandertálců, asi před 24,5 tisíci lety, už zůstává planeta pouze v rukou druhu jediného – Homo sapiens sapiens. Dodnes však není jednoznačně rozhodnuto, zda se moderní člověk vyvinul souběžně několikrát z lokálních populací druhu homo erectus žijícího v Africe, Evropě i Asii, nebo všichni moderní lidé pocházejí z jednoho místa Afriky kolem dnešní Etiopie. Asi před 7 miliony let se neobjevují jenom hominidi, ale i předchůdcové mamuta v Africe i asijských slonů. Mamut se později zabydlel v Severní Americe, na Aljašce a po pevné zemi v místech dnešní Beringové úžiny se dostal i na Sibiř a Číny. Vědci se zatím neshodli na příčinách vyhynutí mamutů. Začaly hynout v končící době ledové, asi před 12,9 tisíci léty, ale jejich stopy lze najít i v období před asi 4,5 tisíci léty na Wrangelově ostrově poblíž břehů Aljašky, tedy v době, kdy v Egyptě byly stavěny pyramidy. Někteří badatelé při zkoumání příčin jejich vyhynutí upřednostňují teorii o pádu velkého meteoritu nebo komety v Severní Americe před 12,9 tisíciletími kterého důsledkem byla změna směru mořských proudů a následné ochlazení klimatu planety, jiní preferují vzrůstající lov mamutů člověkem. Jejich oponenti argumentují tím, že mamuti vyhynuly i tam, kam ještě v té době lidská noha nevkročila. Před 70 tisíci léty klesá hladina Rudého moře, které se stává mělkým. Vzdálenost mezi břehy Afriky a Arabským poloostrovem se zkracuje na 13 km. Tak se předchůdci člověka snadněji dostávají z Afriky do Asie a postupně do celého světa. Před 40 tisíci let dochází k dalšímu ochlazení v tehdejší době ledové. Ledovce postupují od severu k rovníku a brázdí zem a hloubí v ní obrovské prolákliny. Planeta již nikdy nebude vypadat jako dříve. Avšak v době před 20 tisíci léty začne se další postup zalednění zastavovat, mezi Aljaškou a Sibiří se v Beringově moři vynořuje pruh souše. Po ní se lidé dostanou i do posud posledního neosídleného kontinentu, do Ameriky. Je to zároveň poslední velká migrace lidí. Před 6 tisíci léty je již ukončen ústup ledu směrem do Arktidy i Antarktidy. Život na planetě Zemi se vyvinul, jako výsledek katastrof a shod okolností. Každý triumf, jako i každá pohroma byly krokem na stezce, která nás vede až do dnešní současnosti. Mnohé se odehrálo a mnohé se ještě stane. Země bude existovat ještě nejméně dalších 4,5 miliardy let. Další kapitoly příběhů Země se ještě jenom budou psát.
