TYLER VOLK: Gaia’s body, towards a physiology of the earth

V posledním desetiletí se v teorii Gáia objevil jakýsi blok. (Teorie říká, že svět je jeden velký, navzájem propojený organizmus, který je do značné míry schopen regulovat vlastní prostředí a udržovat takové klimatické podmínky, jež jsou pro biologickou evoluci nezbytné, viz Vesmír 70, 545, 1991/10.) Myšlenka propojenosti světa, před dvaceti lety nová, je v době internetu a ekonomických otřesů na Jávě, které nakonec způsobí devalvaci ukrajinské hrivny, dost samozřejmá. Hypotéza Gáia se sice stala součástí kulturního povědomí, ale spíš jako filozofická úvaha nebo parareligiózní jev. Ovlivnila vědecký svět v tom smyslu, že se stále více laboratoří zabývá globálními cykly prvků nebo globálními mechanizmy environmentálních změn, ale neříkají tomu Gáia.

Volkova kniha je pokusem smířit romantickou duši, až panteisticky cítící „celý svět v zrnku písku“, s vědeckým zkoumáním globálních mechanizmů. Jaká nová či zajímavá fakta publikace přináší? Především se podívejme na cyklus uhlíku. Obsah oxidu uhličitého (viz Vesmír 72, 310, 1993/6; Vesmír 73, 55, 1994/1 ad.), jak známo, stoupá, jenže křivka je zubatá, protože během produktivní poloviny roku je víc uhlíku vázáno v rostlinné hmotě. V 60. letech byl rozdíl v obsahu oxidu uhličitého v atmosféře mezi produktivní a neproduktivní polovinou roku 6 ppm (1ppm = partes per milion, 10^–4 %, tedy 1 miliontina), dnes to je 7 ppm. Dech Země se prohlubuje a biota je schopná do určité míry reagovat na zvýšený obsah oxidu uhličitého v atmosféře tím, že jej víc váže do organických hmot. Největší globální oteplení se odehrává mezi 30–80° s. š. a zde také pozorujeme největší ukládání uhlíku. To ještě není všechno – právě v této oblasti pozorujeme časnější příchod jara, což znamená, že se produktivní délka roku mírně (asi o týden) prodlužuje.

Velmi zajímavý je globální cyklus dusíku. Především je třeba si uvědomit, že většina z těch 78 % dusíku, který ve vzduchu dýcháme, byla uvolněna následkem životního cyklu bakterií zpracovávajících kyslík z dusičnanů. Vlastně dýcháme bakteriální exkrementy. Anorganických mechanizmů, které oxidují dusík na dusičnany, nebo naopak dusičnany redukují, je málo – jde hlavně o blesky a o reakce v sopečném magmatu, celkem jen o několik procent globálního oběhu dusíku. Jedním z nejzvláštnějších rysů globálních homeostatických mechanizmů (homeostáze = dynamická rovnováha systému) je malé množství mikrobiálních oceánských druhů schopných oxidovat vzdušný dusík na dusičnany.

Představme si, že by ve větší míře v moři existovaly organizmy (na pevnině běžné), které jsou schopny fixovat dusík do dusičnanů. Výsledkem by byla eutrofizace světového oceánu – oceán by se změnil na páchnoucí louži podobnou rybníčku na české návsi. Eutrofizace by vedla k zrychlení činnosti pumpy oxidu uhličitého – jeho obsah by vzhledem k vazbě na mořské řasy rychle poklesl, a tím by se snížila i účinnost skleníkového jevu. Globální teplota by poklesla, ale jen na chvíli, protože vzápětí by se v důsledku nedostatku kyslíku zhroutilo prostředí a většina oxidu uhličitého by se opět uvolnila do ovzduší. Cyklus by se opakoval, takže na Zemi by se sice vyvinulo prostředí soupeřících bakteriálních týmů, ale klimatické změny by byly tak velké, že by neumožnily evoluci vyšších organizmů. Je dokonce pravděpodobné, že Země nějakou dobu v nějakém podobném pulzačním režimu fungovala, ale snad více než před miliardou let se tok látek zrovnoměrnil a dusíkový cyklus byl pro většinu mořských mikroorganizmů „tabuizován“.

Uvažovat o globálním cyklu prvků bez mikroorganizmů je nemožné – téměř všechen kyslík, dusík, oxid uhličitý a metan v atmosféře jsou biogenní produkty. Žijeme na dně žumpy naplněné mikrobiálním odpadem. Říkáme jí atmosféra. Teprve posledních (zanedbatelných) 300 milionů let je oběh dusíku a kyslíku udržován hlavně suchozemskými rostlinami. Samotný chlorofyl se pravděpodobně vyvinul ve tmě světového oceánu poblíž hydrotermálních výronů a pravděpodobně původně sloužil k využívání infračervené části spektra. Svědčí pro to srovnání chlorofylu dnešních archeobakterií a chlorofylu z paleontologických nálezů. Chemotrofní bakterie žijící u hydrotermálních výronů udělaly životu ještě jednu velkou službu – dokázaly po celém moři „rozeslat balíčky“ obsahující rozpuštěné dvoumocné železo jako důležitý biogenní prvek využitelný dalšími mikrobiálními druhy.

Volk přejímá názor M. a D. McMenaminových o výstupu rostlin na souš. Obvykle se předpokládá, že v zóně mezi přílivem a odlivem se část řas adaptovala na suchozemské podmínky. Oba paleontologové naproti tomu předpokládají, že důležitou roli sehrály mikrobiální kolonie žijící na zvodnělých zlomech a že možná první velké suchozemské organizmy byly houby symbioticky vázané na řasové kolonie spodních vod. Pod pojmem „houby“ je však nutné rozumět spíš povlakovité organizmy vytvářející mineralizované krusty, které se (na rozdíl od hub tvaru klasického hřibu) ve fosilním záznamu najdou poměrně často.

Celkové množství skutečně nových informací je ve Volkově knize poměrně malé, ale je přesně předáváno – autor sám publikoval řadu prací (mj. i v Nature) o uhlíkovém cyklu, megavzorcích života a různých úrovních komplexity. Knihu nemohu zatratit (na to je příliš dobrá a poctivá), ale ani se mi nechce příliš ji chválit (na to je příliš zředěná). Možná bych ji mohl přirovnat k rybízovému vínu, na němž bych si pochutnal, kdyby nic jiného nebylo po ruce.