Možno to len na prvý pohľad nepoznáte, ale uhlík je základným prvkom života na Zemi. DNA a RNA sú vyrobené z uhlíka. Nielen uhlík, samozrejme, ale uhlík sa môže viazať s inými molekulami a vytvárať dlhé reťazce, ktoré sú nevyhnutné pre existenciu života. Nielen ľudský život, ale každý jeden druh života od rastlín cez huby až po cicavce, hmyz a tak ďalej. Všetko živé na našej planéte sa skladá z hmoty založenej na uhlíku.
Z technického hľadiska by mal byť život kdekoľvek založený na uhlíku. Je možné, že iný prvok by mohol nahradiť uhlík pri tvorbe týchto molekulárnych reťazcov, ktoré tvoria stavebné kamene života, ale to je všetko teoretické. Nikdy predtým sme nevideli formu života, ktorá nie je založená na uhlíku; väčšinou ich len hádžeme do sci-fi a potom ich robíme dosť zvláštnymi.
Ak je všetok život skutočne založený na uhlíku, potom to vyvoláva otázku prečo. Čo robí z uhlíka ideálny prvok pre život vo forme vzorcov? A aká je pravdepodobnosť niektorej z týchto teórií, ktoré sme mali o iných prvkoch? Ktoré prvky by mohli tvoriť život a ako to vôbec vieme? Pozrime sa na to!
Čo umožňuje uhlíku tvoriť život?
Hoci je vodík najrozšírenejším prvkom vo vesmíre a kyslík nevyhnutný pre život, skutočným základom života je uhlík. Tento prvok má jedinečné vlastnosti, ktoré z neho robia kľúčový stavebný prvok všetkých živých organizmov. Uhlík vyniká svojou schopnosťou vytvárať pevné väzby s inými prvkami – je „tímový hráč“, ktorý sa dokáže spájať s množstvom partnerov a vytvárať stabilné štruktúry.
Vďaka sile týchto väzieb môže uhlík tvoriť veľmi zložité molekuly, ako je napríklad DNA. Táto molekula je nesmierne komplexná, no funguje práve preto, že ju pohromade držia uhlíkové väzby. Uhlík umožňuje vznik dlhých reťazcov – polymérov, ktoré sú základom DNA, proteínov či ďalších biologických zlúčenín.
Molekulárny vzorec DNA, C₁₅H₃₁N₃O₁₃P₂, ukazuje, že uhlík je v jej štruktúre výrazne zastúpený. Spája sa s vodíkom, dusíkom, kyslíkom a fosforom – teda s prvkami, ktoré tvoria jadro všetkého živého. Uhlík tu pôsobí ako akási kostra alebo lešenie, na ktorom je vystavaný celý život.
Vo vesmíre je uhlík štvrtým najrozšírenejším prvkom, po vodíku, héliu a kyslíku – všetkých plynoch. Je preto najbežnejšou pevnou látkou, čo logicky vysvetľuje jeho význam pre život.
Keďže atómy uhlíka sú veľmi malé, umožňujú vznik obrovského množstva zložitých molekulárnych reťazcov. Práve na uhlíku sú založené bielkoviny, cukry aj ďalšie organické zlúčeniny, ktoré poskytujú živým organizmom energiu a stavebný materiál. Život teda stojí na uhlíku nielen doslova, ale aj v prenesenom zmysle – pretože živé bytosti získavajú energiu rozkladaním iných uhlíkových zlúčenín.
Uhlíkový cyklus
Zem funguje vďaka procesu známemu ako uhlíkový cyklus – ide o obrovský systém, ktorý umožňuje planéte neustále recyklovať uhlík, rozptyľovať ho po celej biosfére a tým udržiavať život v chode.
Množstvo uhlíka na Zemi je obmedzené – nedokážeme ho ani zničiť, ani vytvoriť nové zásoby. To znamená, že planéta má stále rovnaké množstvo uhlíka, aké mala od svojho vzniku. V dôsledku toho sa uhlík neustále presúva medzi rôznymi formami života a prostredím. Je teda celkom možné, že niektoré atómy uhlíka vo vašom tele kedysi patrili Abrahámovi Lincolnovi, tyranosaurovi rexovi alebo dokonca prvým jednobunkovým organizmom, ktoré kedysi obývali pradávne oceány.
Rastliny pohlcujú oxid uhličitý zo vzduchu počas fotosyntézy a ukladajú ho vo svojich tkanivách a koreňoch. Keď odumierajú, časť uhlíka sa vracia späť do pôdy alebo atmosféry. Oceány tiež absorbujú uhlík, zatiaľ čo živočíchy ho pri dýchaní uvoľňujú späť do ovzdušia vo forme oxidu uhličitého.
Významná časť uhlíkového cyklu súvisí s atmosférou a tým, ako koncentrácia oxidu uhličitého ovplyvňuje klímu a teplotu Zeme. No uhlík neputuje iba vzduchom – koluje aj cez potravinové reťazce. Rastliny ho prijímajú, zvieratá konzumujú rastliny, ľudia jedia zvieratá – a tak sa atómy uhlíka neustále preskupujú a používajú v rôznych podobách. Nie vždy ide o oxid uhličitý; uhlík sa nachádza aj v bielkovinách, cukroch a ďalších organických zlúčeninách, ktoré spolu tvoria nekonečný cyklus života.
Sú možné aj iné biochemické procesy?
Ak teda uhlík môže tvoriť základy života, pretože sa ľahko viaže s inými prvkami, sú nejaké iné prvky schopné vykonávať rovnakú úlohu? Hoci je uhlík na túto úlohu vhodný, nie je sám. Majte na pamäti, že toto všetko je čisto teoretické, ale čo je veda, ak nie kladenie otázok, aby sa zistilo, či je niečo možné?
Kremík
Kremík, ktorý sa v periodickej tabuľke nachádza priamo pod uhlíkom, je často považovaný za jeho „alternatívu“ pri úvahách o iných formách života. Dokáže tvoriť podobné molekuly ako uhlík, no jeho väzby sú menej pružné a menej vhodné pre zložitú chémiu života, akú poznáme na Zemi.
Dobre reaguje s kyslíkom a je stabilný pri vysokých teplotách, no pri bežných podmienkach sú jeho väzby slabšie než uhlíkové. Navyše má väčšie atómy, čo sťažuje tvorbu dlhých a zložitých reťazcov.
Vedcom sa síce podarilo v laboratóriu prinútiť mikróby vytvárať kremíkové zlúčeniny, no v prírode sa to bežne nevyskytuje. Napriek tomu táto schopnosť naznačuje, že kremíkový život by mohol niekde vo vesmíre teoreticky existovať.
