Statečný poutník, nebo soběstačný zápecník?

Biosféra k svému fungování potřebuje energetické i látkové zdroje a také vysokokapacitní úložiště odpadů. Naše planetární biosféra získává energii buď ze slunečního záření, nebo oxidoredukčními proměnami anorganických látek; odpadní energie (teplo) je vyzářena do vesmírného prostoru. Látkové zdroje jsou vesměs planetárního původu a zemská kůra je také konečným úložištěm chemického odpadu – likvidace je možná prostřednictvím kůrové tektoniky poháněné radioaktivními rozpady v hlubinách. Než získaná energie a vytěžené suroviny skončí na „skládce“, propadávají komplikovanou sítí složitých syntéz, cyklů a recyklů, a do této spolupráce jsou zapojeny všechny ty myriády různých živáčků, co jich na planetě žije.

Z dlouhodobého hlediska je tedy vše v pořádku, máme dva zdroje energie, suroviny a dvojí odkladiště. Aby to fungovalo i krátkodobě, jsou potřeba zmíněné sítě organismů (většinou mikroorganismů) propojených dělbou práce. Existuje na tisíc způsobů, jimiž jsou napojeny na zdroje, zajišťují logistiku pochodů v síti a také vyměšování. Velice pružně reagují jak na nedostatek, tak na městnání všeho druhu.

Srovnejme to s pokusy o modelování.

Umělé biosféry (vzpomeňme nedávné projekty Biosféra II, kosmické lodi, nebo hračičky typu skleněná koule na okně, uvnitř s chaluhou a garnáty) poměrně záhy degenerují a hynou právě vinou selhání buď zdrojů, nebo odkladišť, nebo recyklačních pochodů. Hynou také proto, že se nedostává různorodosti „profesí“ nutných k zajištění hladkých proměn energie či materiálu. Tato dělba práce se zdá být podmínkou fungování biosféry. Zapomeňte na monstra planetárních superorganismů – bytostí typu Solaris nebo Gaia. Poznání tohoto druhu nejsou nijak nová, avšak teprve poslední dobou se nám dostalo možnosti nahlédnout do úžasné komplikovanosti biosférických vztahů.

Teď udělejme malou odbočku. Představme si, že nějaký tým má grant na výzkum toků látek a energií městem, třeba Strakonicemi. Výchozí hypotézou samozřejmě bude, že fungování je podmíněno lidmi, a proto je třeba především zjistit, co kdo dělá. Půjdou na to tak, že třikrát denně vypraví do ulic komando, které pochytá reprezentativní vzorek občanů a vyždímá z nich co nejvíc informací. Kdeco se jim při tom podaří zjistit, ale část obyvatel se jim nepodaří odlovit nikdy (senátory, lidi dojíždějící za prací jinam, pecivály). Jen málokdy odloví hasiče, noční hlídače, instalatéry nebo primátora. Zato babky-nakupovačky a různí povaleči budou zastoupeni v množství jistě ne malém (i ti se ale začnou po první zkušenosti s našimi výzkumníky skrývat). Přitom senátor, primátor i hasiči bývají pro fungování města dost důležití, naši výzkumníci však třeba ani nevědí, že takové funkce existují (k výzkumu se má přistupovat s nepředpojatou myslí, že?). Lepší strategií bude dojít si na matriku. Tam vám řeknou přesně (nejen řeknou, sami se přesvědčíte, ukážou vám to černé na bílém), kolik lidí je ve městě hlášeno a čím se zabývají. Odhalí se vám složité toky materiálů a informací – od výroby fezů a zbraní až po funkci dozoru nad uklízením sněhu.

V podobné situaci se nacházeli donedávna mikrobiální ekologové. Odlovené bakterie vypadají jedna jako druhá, a aby se dalo zjistit jejich chování, musí se jich napěstovat větší množství v laboratoři. To naprostá většina z nich (snad víc než 95 %) odmítá a radši zhyne. Takže se nevědělo, ani kdo tam žije, natož aby byl znám jeho podíl na práci společenstva.

Moderní metody rychlého a vysokokapacitního sekvencování nám dnes dovolují nahlédnout do „matriky“ organismálních společenstev. Přečte se DNA všech jejich obyvatel a na základě známých „signatur“ se zjistí, komu patří; říká se tomu metagenomika neboli environmentální genomika. Extrahujete tedy DNA z hrsti půdy, oceánského sedimentu, kamene z naftového vrtu nebo z kravského, býčího či telecího bachoru ¹⁾ a zjistíte všechny sekvence v extraktu. Ukázalo se, že všude tam lze detekovat DNA stovek různých druhů organismů – a jak už bylo řečeno, o existenci, natož způsobu života většiny z nich jsme neměli doposud ani potuchy.

Získané sekvence srovnáváte (tedy ne vy, ale výkonný počítač) s obrovským tezaurem sekvencí v databázích a podle shody či příbuznosti se známými signaturami vyvodíte, jaké „profese“ organismů ve vzorku žijí, spí (třeba spory) nebo tam složily své kosti (pardon, DNA). Víme tedy, jaké obyvatele společenstvo má či může mít nebo mívá, a z jejich genové výbavy se dozvíme, co dokážou dělat. Zda to doopravdy dělají a jak často, ba dokonce jak jsou v populaci zastoupeni, popř. jak jsou důležití či nahraditelní, se z této analýzy nedozvíme, ale umožňuje nám už vytvářet lépe zaostřené hypotézy, stavět modely a navrhovat experimenty.

Obecná představa o bohatých sítích byla nedávno doplněna informací o existenci poustevníků. ²⁾ Izolovali DNA z horké vody (60 °C, pH 9,3) vyvěrající v hloubce 2,8 km v jednom jihoafrickém dolu. ³⁾ Čekali obvyklé zoo – a nalezli signaturu jediného druhu bakterie. Zjistili sekvenci celého genomu a nalezli 2157 úseků kódujících protein. Z této výbavy odvozují, co všechno tento poustevník zemských hloubek, odkázaný sám na sebe, umí či musí umět. ⁴⁾ Rekonstrukce vypadá asi takto (ano rekonstrukce, oni tu bakterii nepěstovali, ba snad ani neviděli, vše, co je k dispozici, je opis z „matriky“): Zdrojem energie je dýchání – spalování vodíku síranem. Sírany se vyplavují z okolní horniny, vodík vzniká rozkladem vody účinkem radioaktivního záření. Zplodinou jsou sulfidy nebo pyrit. Přísun energie považují autoři za nicotný – domnívají se, že generační doba těchto živáčků je řádově stovky, ba tisíce let! (Srovnejte to s laboratorními bakteriemi, které se dovedou dělit jednou za 15–20 minut.) Získaná energie se pak známými biochemickými drahami použije k fixaci CO₂, k syntéze aminokyselin (fixací amoniaku nebo dusíku) no a k veškerému dalšímu provozu buňky. Řadu enzymů nutných k tomuto poustevnickému životu získala bakterie horizontálním přenosem genů ⁵⁾ od archeí.

Všechno je to strašně zajímavé, jen jedno mi nesedí: navržené jméno Desulforudis audaxviator. „Hůlka odstraňující sírany“ by ještě šlo, ale „Audax viator“ znamená „odvážný cestovatel“. No…