Autor: Jan Toman
Před stamiliony let naše planeta několikrát zamrzla. Podle nového výzkumu však organismy včetně prvních mnohobuněčných hub, rostlin a živočichů mohly přežít na styku kontinentálních ledovců s oceánem, kde se uvolňovala okysličená voda plná živin.
Před 800 až 600 miliony let prošla naše planeta několika cykly téměř kompletního zalednění. Tato období „Země – sněhové koule“ doprovázely nízké teploty, malý přísun živin a absence kyslíku v oceánech. Řada složitějších organismů, mnohobuněčné zástupce nevyjímaje, se přitom vyvinula už před těmito událostmi, nebo v jejich průběhu. Velkou záhadu starohor proto donedávna představovalo, kde a za jakých podmínek mohly tyto evoluční linie přežít. Podle nového výzkumu se nám odpověď skrývala celou dobu přímo pod nosem – respektive pod Antarktickým ledem. Relativně teplé, kyslíkem a živinami nasycené vody totiž dnes, stejně jako před miliony let, nalezneme v podloží ledovců. Podle geochemických analýz starohorních usazenin tyto podledovcové řeky a potoky během období globálních zalednění vytvářely při styku s mořem úzké pásmo vhodné pro život složitějších organismů.
V paleontologických a evolučně-biologických kruzích se často mluví o vymíráních „velké pětky“ – katastrofických událostech, které měly za následek vymizení podstatné části tehdy žijících druhů. Poslední z těchto milníků nastal koncem křídy, a kromě mnoha jiných skupin fatálně zasáhl také dinosaury. Ani největší katastrofa „velké pětky“ – hromadné vymírání na konci permu, při kterém vymřely více než čtyři pětiny pozemských druhů – ale nedosáhla takového rozsahu, jako klimatické výkyvy v mladších starohorách.
Pro tyto události, které předcházely masivnímu rozvoji mnohobuněčných organismů, se vžil název „Země – sněhová koule“. S největší pravděpodobností se jich opakovalo několik a byly způsobené nižším výkonem slunce, polohou kontinentů v nižších zeměpisných šířkách a úbytkem skleníkových plynů (ve větším detailu jsme se příčinám globálních zalednění věnovali v jednom z našich předchozích článků). Jisté je, že při nich naši planetu zcela, nebo téměř zcela, sevřela ledová krusta. Jedinou větší volnou vodní plochu představoval úzký pruh ledové břečky podél rovníku. Dále bychom se zřejmě setkali už jen s kapsami tekuté vody poblíž horkých vývěrů, prasklinami či loužemi na povrchu ledovců a rozbředlou solankou pod nimi.
Bakterie nebo podobně jednoduché organismy ze skupiny Archea nemají problém přežít ani za extrémnějších podmínek. Před 800 až 600 miliony let už ale na Zemi s jistotou existovaly také složité, eukaryotické, organismy, které jsou daleko náročnější na přísun živin a podmínky prostředí. Většina z nich náležela mezi řasy a prvoky, přinejmenším některé ale mohly spadat také mezi mnohobuněčné houby, rostliny a živočichy. Hmyz, měkkýši nebo obratlovci sice stále byli hudbou vzdálené budoucnosti, v daném období bychom ale bez problémů mohli potkat třeba nejstarší zástupce mořských hub.
Před dobou globálních zalednění většina pozemských oceánů oplývala prokysličenou povrchovou vrstvou a bezkyslíkatými hlubinami. Zamrzlé oceány však podle počítačových modelů musely být až na výjimky bezkyslíkaté. Ani s energií a živinami to v jejich rámci nebylo nijak slavné, o bakteriích, na kterých by se eukaryota mohla živit, nemluvě. Všechny skupiny, které ke svému životu kyslík a bohaté zdroje potřebují – tedy zejména eukaryota – tudíž musely najít vhodná útočiště. Identifikovat tato útočiště si dal za úkol mezinárodní tým geologů, který o svých výsledcích nedávno referoval v odborném časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.
Při svém výzkumu se badatelé zaměřili na železité usazeniny, které během globálních zalednění vznikaly u pobřeží starohorních kontinentů. Zkoumané vzorky pocházely z dnešní Namibie, Austrálie a Spojených států amerických. Díky kamenům, které se na povrch usazenin uvolňovaly z ledového krunýře na hladině, mohli vědci určit, jak daleko od pobřeží se daný vzorek v době svého vzniku nacházel. Horniny z příbřežního pásma obsahují i relativně velké balvany a nezřídka nesou záznamy o dramatických přepracováních. Více než deset kilometrů od pobřeží oproti tomu převažují velmi jemné usazeniny tvořené výhradně drobnými zrnky. Prostředí mezi těmito dvěma extrémy se potom hodnotí jako přechodná.
Geochemická analýza ukázala, že usazeniny z pásma těsně přiléhajícího k pobřeží obsahují absolutně i relativně větší množství železa než ty, které vznikly dále od pobřeží. Vzhledem k tomu, že v bezkyslíkaté vodě zůstává železo rozpuštěné a sráží se při styku s kyslíkem, podobný výsledek jasně značí, že pobřežní vody obsahovaly výrazně větší množství tohoto plynu nutného pro život naprosté většiny eukaryotických organismů.
Masivní oxidace železa ale není jediným dokladem o prokysličení pobřežních oblastí v době globálního zalednění. Velice podobně se chová také mangan, nebo vzácný cer. Oba tyto prvky se podle dostupných dokladů rovněž přednostně srážely u pobřeží.
Izotopová analýza železa obsaženého ve vzorcích tato zjištění jen podpořila. Výrazně nadproporční zastoupení izotopu železa 56Fe v oblastech dál od pobřeží značí malý či žádný obsah kyslíku. Rozsah tohoto fenoménu v dobách globálního zalednění navíc nemá od nasycení atmosféry kyslíkem obdoby. Opačný výkyv stejného izotopu u pobřeží naopak odpovídá bohatému prokysličení a oxidaci přítomného železa.
Srovnatelné prostředí, jaké zachytily starohorní usazeniny, nalezneme i dnes. Nachází se na styku antarktického kontinentálního ledovce s oceánem. Díky geotermální energii, tlaku, tření a obsahu solí zůstává tenká vrstva vody na spodní straně ledovce tekutá a nasycená kyslíkem. Díky ní může ledovec klouzat po podloží a tato vrstva také na styku ledovce s oceánem vytéká do moře. Na některých místech dokonce vznikají celé podledovcové rezervoáry, potoky nebo řeky, jejichž rozvětvená koryta zvětrávají horninu a přinášejí do oceánu další živiny. V ústí takových řek nebo dál u pobřeží mohly prosperovat eukaryotické organismy i během globálních zalednění.
Podobné oázy v blízkosti pobřeží mohly být daleko stabilnějším prostředím pro život eukaryotických organismů než praskliny v ledu, kaluže, nebo jiné doposud navržené možnosti. Střet kyslíkaté a bezkyslíkaté vody navíc podle geochemických analýz vytvářel ostrý chemický přechod, který mohly k získávání energie využívat železo oxidující bakterie a další srovnatelné organismy. Těmi se patrně živili prvoci a nejstarší mnohobuněční živočichové, zatímco v jejich blízkosti díky rozpuštěným živinám prosperovaly fotosyntetické organismy. Zkrátka malý ráj uprostřed zamrzlého pekla.
Biologové zatím pouze spekulují, jestli se tyto podmínky nějak odrazily na následné evoluci pozemského života. Zdá se ale přinejmenším podezřelé, že po období globálních zalednění následoval výrazný rozvoj mnohobuněčných živočichů a vlastně i vznik pozemské biosféry v její moderní podobě. V každém případě tyto výsledky ukazují, že život má tuhý kořínek a ta nejpříhodnější prostředí pro jeho rozvoj se často mohou skrývat na těch nejméně očekávaných místech.
Zdroj: Lechte MA, Wallace MW, van Smeerdijk Hood A, … & Planavsky NJ (2019): Subglacial meltwater supported aerobic marine habitats during Snowball Earth. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116.