Ďábelské dvojče Země

PAVEL HOUSER  |  Příroda
Příděl tepla od naší nejbližší hvězdy bude stále stoupat, bez ohledu na množství skleníkových plynů.

Je naše planeta nekompetentní šílenec ohrožující vše živé? O hypotéze Gaia už nejspíš slyšel téměř každý. Byla by ale určitě nuda, kdybychom se měli omezit na představu Země jako hodné matičky veškerého života. Když už jsme u těch příměrů z antické mytolog ie, co si vybrat do hlavní role jinou hrdinku? Peter Ward, profesor biologie na University of Washington, tedy přišel s hypotézou Médeia.

V knize Medea Hypothesis představil Ward pohled, podle něhož Země hubí své děti, tedy živé organismy, podobně jako Médeia zabila svoje syny. Nepropadejte iluzím, říká Ward, že největší pozemská vymírání mají na starosti vnější nepředvídatelné vlivy, jako jsou dopady asteroidů. Život je sám sobě nepřítelem – a tím se nemyslí činnost člověka ani hra kočky s myší.

Hodná Gaia mnoha tváří

Ward samozřejmě netvrdí, že by planeta Země nějak „záměrně“ chtěla vyhubit bující život. Název jeho knihy je prostě mediální slogan. Abychom mu ale porozuměli, je třeba se vrátit k tomu, vůči čemu se Médeia vymezuje: k hypotéze Gaia. Její autor James Lovelock tohoto názvu občas litoval, protože na jednu stranu mu sice přinesl popularitu mezi náboženskými hnutími typu New Age, na druhé straně nedůvěru vědecké obce.

Namísto výrazu Gaia zkoušel proto používat třeba termín globální geofyziologie, což je sice střízlivé, ale zdaleka ne tak chytlavé; takže zde máme Gaiu a Médeiu. Hypotézu Gaia můžeme chápat mnoha způsoby, od celkem rozumných vědeckých teorií po blouznivé mystické vize. Do druhé skupiny patří představa, že by naše planeta byla nějakým superorganismem, eventuálně dokonce superorganismem obdařeným vědomím. K tomu se nedá moc říct: z pohledu neodarwinismu jsou organismy a jejich účelné vlastnosti prostě výsledkem přírodního výběru, mají své předky a potomky.

Gaia nic takového nemá. O nějakém jejím „vědomí“ nejde vůbec nic rozumného říct, lze si tak maximálně někam v extázi klekat o slunovratu. Z druhé strany můžeme celou hypotézu zformulovat zcela střízlivě. Život, ač hmotnost živých organismů představuje jen zlomek váhy celé planety, není totiž nějaký nepodstatný šlem na zemském povrchu.

Země je opravdu živá planeta: složení atmosféry (kyslík a jen minimum oxidu uhličitého) je výsledkem existence života. Organismy radikálně ovlivňují biochemické cykly řady látek. Možná samotná existence oceánů nebo i povaha tektonického pohybu pevninských desek (zdánlivě zcela „anorganický“ fyzikální proces) by bez života neexistovaly, nebo by měly úplně jinou povahu.

Z tohoto pohledu je patrný obrovský rozdíl dejme tomu mezi Zemí a Marsem – i kdybychom na rudé planetě našli několik místních mikroorganismů, Mars je jako celek mrtvý, s atmosférou i povrchem ve stavu chemické rovnováhy. Život na Zemi je naopak celoplanetární fenomén. Lovelock ve své knize přináší řadu podpůrných důkazů pro tuto představu, a i když v jednotlivostech mohou být chybné, celkově tady mezi Gaiou a Médeiou nebude sporu.

Jak udržet život

Zajímavá je třetí verze hypotézy Gaia, kterou nejspíš zastává sám Lovelock. Nemyslí si, že by Země měla vědomí, ale přece jen naší planetě přičítá schopnost reagovat jako celek (tím se samozřejmě myslí něco sofistikovanějšího než například reakci na gravitační působení Slunce). Lovelock si všímá toho, že se život na Zemi udržel po dobu nějakých čtyř miliard let.

Představuje si, že naše planeta, respektive sám život (Gaia v tomto pohledu znamená prostě biosféra) nějakým způsobem dokáže na Zemi udržovat po celou dobu relativně konstantní podmínky. To vůbec není samo sebou: na Marsu kdysi tekly řeky, dnes ale povrch zabírá poušť. Venuše byla možná v minulosti podobná Zemi, ale dnes se stala horkým peklem bez vody, zato s hojností kyseliny dusičné.

Zemi navíc nestačí pouze udržovat jednou vytvořený „metabolismus“, v představách Lovelocka se ho snaží i přizpůsobovat měnícím se vnějším podmínkám. Slunce totiž dodává stále více tepla; zatímco před čtyřmi miliardami let bylo tedy cílem Země se spíše zahřívat, dnes se musí čím dál více chladit. Teplota má stále tendenci stoupat a energetickou bilanci planety je třeba neustále vyvažovat. Působí zde jistě i řada dalších vlivů, například chladnutí zemského jádra.

To, že Slunce generuje stále více tepla, všechny procesy určitě nevysvětlí, vždyť třeba na Marsu bylo před miliardami let tepleji než dnes. Nicméně udržování stabilní teploty je základem celého homeostatu. Podle Lovelocka přitom neustálé vyvažování energetické bilance Země není vůbec jednoduché: kdyby Země před miliardami let zmrzla, nedokázala by už rozmrznout, protože světlý led většinu tepla odrazí – a hotovo. Mechanismy, jimiž Země reaguje na vnější a vnitřní změny, musejí být proto velice propracované. Lovelock na tomto základě mimochodem tvrdí, že současné klimatické změny nejsou žádnou hrozbou pro Gaiu, ta to nějak zvládne, ale naopak pro moderní civilizaci.

Země neměla problém vyhubit trilobity, savcovité plazy ani dinosaury. Země je už moc stará a moc
života jí nezbývá, ale nezdá se, že by jí to vadilo.

Svět sedmikrásek

Teď ale do hry vstupuje zásadní námitka z pohledu evoluční biologie: jistěže organismy nějakým způsobem mění své prostředí, činí to však ve svůj prospěch (respektive, v další metafoře, ve prospěch svých „sobeckých genů“), nikoli kvůli nějakému „globálnímu dobru“. Vždyť naopak organismy si navzájem konkurují, probíhá mezi nimi přírodní výběr. Myslí si snad Lovelock, že vlci a zajíci se někde sejdou a dohodnou se, jak má Gaia fungovat, aby to bylo ku prospěchu celku? Navíc si samozřejmě vlci konkurují s jinými vlky a zajíci s jinými zajíci. Na tuto námitku Lovelock odpověděl docela půvabným modelem, jímž je tzv. svět sedmikrásek.

Představte si svět, na němž jako jediný živý organismus existují sedmikrásky. Mohou být zbarvené od bílé po černou. Pokud se Země přehřívá, budou jistě ve výhodě bílé sedmikrásky, které odrazí více slunečního tepla a samy se neuvaří. V populaci proto postupně převládnou bílé sedmikrásky. Důležité je, že světlé sedmikrásky přitom ochladí i Zemi jako celek, takže ta zůstane dále obyvatelná pro život. Až nastane chladno, vyplatí se sedmikráskám být naopak tmavší atd. Svět sedmikrásek ukazuje, jak se globální mechanismy mohou ustavit zcela samovolně tak, že jsou v souladu s darwinismem výhodné i pro jednotlivé organismy.

Z lokálního řádu povstává globální, z jednoduchých základních pravidel složitě koordinovaný systém, mezi hypotézou Gaia a darwinismem není vlastně žádný spor, jen oba tábory používají jiný jazyk a popisují fungování světa na jiné úrovni. Lovelock si takhle nějak představoval smířlivý závěr svého sporu s biology. Země podle něj měla být homeostat (systém udržující konstantní hodnoty fyzikálních veličin), který sám sebe reguluje pomocí systému záporných zpětných vazeb. Respektive se Země o takové chování alespoň snaží; až Slunce začne generovat příliš mnoho tepla, pak se autoregulace zhroutí, systém zkolabuje a po zániku života teplota vzroste skokem. I dobrý termostat se dá odpálit…

Problém modelového světa sedmikrásek je v tom, že jde o systém zkonstruovaný tak, aby generoval záporné zpětné vazby. Existují ale přece i zpětné vazby kladné: kdyby se ostatní sedmikrásky přehřívaly, ale některá díky mutaci dokázala snášet vyšší teplotu, pak by v jejím zájmu naopak bylo oteplování dále prohlubovat a získat konkurenční výhodu. Nakonec i reálné fungování pozemského metabolismu může zahrnovat kladné zpětné vazby: když se oteplí a roztaje věčně zmrzlá půda, uvolní se do atmosféry velké množství metanu, který je v permafrostu zamrzlý. Takže oteplování může tedy klidně vyvolat další, ještě větší oteplování.

Zlá Médeia přichází

A zde konečně přichází na scénu hypotéza Médeia. Země je podle Warda sice živá planeta, ale rozhodně se k životu nechová nějak účelně a ochranářsky. Naopak, evoluce života několikrát přímo vyvolala velká vymírání a biosféra stála před zánikem; existence inteligentních bytostí je nejspíš jen neuvěřitelná náhoda. Podobně jako u slabého antropického principu v kosmologii nad tím lze prostě jen pokrčit rameny: to, že jsme tady, je podmínkou nutnou k tomu, abychom mohli vytvářet podobné teorie, asi jako když odsouzence minou všechny kulky popravčí čety.

Jiní odsouzenci mají typičtější osud a nad problémem dumat nemohou. Podívejme se na pár příkladů, které Ward uvádí na podporu své hypotézy. Především Země podle něj není homeostat, neexistuje zde žádná celkově udržovaná teplota ani složení atmosféry. Problémy nepůsobí zdaleka jen asteroid, který si to dovolí napálit do Země, ale především život sám. Systém, který nějakým způsobem sám generuje své kolapsy, odkazuje třeba k popisům pomocí teorie chaosu. Tím se ale v tomto článku nebudeme zabývat a namísto toho se podíváme na ony konkrétní události z dějin pozemského života.

Tak předně tvrzení o tom, že pozemská teplota je relativně konstantní a jednou zamrzlá Země už nerozmrzne, je zřejmě chybné. V dávné minulosti došlo k radikálnímu ochlazení, při němž kapalná voda zůstala sotva u rovníku. Jak to, že pak Země znovu rozmrzla, což by podle teorie Gaia neměla? Tyhle události a jejich mechanismy byly celkem složité a detailně je neznáme, ale další existenci biosféry mohl například zachránit gigantický sopečný výbuch, při němž se do atmosféry dostalo více oxidu uhličitého, čímž nastoupil skleníkový efekt a Země opět rozmrzla. Popsanou největší dobu ledovou způsobily fotosyntetizující organismy, které předtím vyčerpaly oxid uhličitý z atmosféry.

Fotosyntéza byla na svém počátku skutečně zbraní hromadného ničení. Už předtím fotosyntetizující organismy způsobily masové vymírání tehdy převažujících anaerobních bakterií, které prostě otrávily při fotosyntéze generovaným kyslíkem. Odpůrci kyslíku dodnes živoří jen u podmořských vulkánů nebo kdesi v bahně, ale ani my, respektive biosféra jako taková, se s kyslíkem nedokážeme přes veškerou jeho nezbytnost skamarádit beze zbytku – škodlivé produkty oxidačních reakcí nás v konečném důsledku obvykle zahubí, léčebný přípravek deklarovaný jako „antioxidant“ či „lapač volných radikálů“ má marketingovou nálepku s reálným jádrem.

Vymírání a další vymírání

Ale ani před kyslíkem nežily organismy v žádné rajské zahradě. Ještě předtím, snad už před nějakými 3,7 miliardy let, metanogenní organismy naopak zahalily atmosféru smogem a téměř zabránily dopadu slunečního záření na zemský povrch. První mnohobuněčné organismy mohly způsobit kolaps rozsáhlých jednobuněčných „povlaků“, což asi znamenalo snížení živé hmoty jako celku. Dalším kataklyzmatem byl devon, kdy rostliny pronikly v masovém měřítku na souš. Následný zásadně větší rozsah fotosyntézy opět způsobil pokles koncentrace oxidu uhličitého a ochlazení.

Kolaps byl tehdy podpořen i dalšími vlivy, rostliny svými kořeny rozrušily povrch souše, změnily mechanismy zvětrávání a cykly různých látek. Výsledkem bylo opět masové vymírání. Vyprávění o masových vymíráních se většinou soustředí na perm (vůbec největší kolaps v dějinách pozemského života, kdy vymřelo až 90 % všech živočišných druhů), trias (otevřela se cesta k dominanci dinosaurů) a křídu (skončila éra dinosaurů). Je to pochopitelné, protože se jedná o nejmladší vymírání, z nichž máme k dispozici nejvíce paleontologických dokladů. Z toho, jak nějaké mikroorganismy otrávily kyslíkem jiné, se těžko může dochovat něco tak názorného jako zuby tyranosaura. Největší kolapsy jsou ale nejspíš staršího data a vyvolaly je války všemožných titěrných potvor.

Shody i rozdíly

Mezi Wardem a Lovelockem je styčným místem pohled, v němž biochemii Země ovlivňují hlavně mikroorganismy. „Je jen lidské, že se zabýváme ochranou líbivých ptáčků a roztomilých zvířátek, která žijí kdesi daleko v rousseauovských lesích, ale to jsou jen takoví hejsci dnešní civilizace; pro to, aby Gaia fungovala, toho moc nedělají. Hlavní úkol plní obyvatelé půdy, mikroorganismy, houby, červi, hlenky a stromy. Ekologie se tímhle přírodním proletariátem, podsvětím přírody, zabývá málokdy. Většinou se věnuje radikálním politickým aktivitám,“ píše Lovelock v knize Gaia vrací úder (český překlad letos vydalo nakladatelství Academia).

Lovelock i Ward se mimochodem shodují i v tom, že – bez ohledu na nějaké hádky o globální oteplování či vymírání způsobené člověkem, bez ohledu na člověka vůbec – je pozemská biosféra už téměř před zánikem. Ať už je Země Gaia či Médeia, má za sebou čtyři miliardy let, před sebou pak dobu kratší: „…už je stará a moc života jí nezbývá. Protože se Slunce ohřívá, brzy bude příliš žhavé na to, aby pod ním přežili živočichové, rostliny a různé četné mikrobiální formy života,“ uvádí Lovelock. Zajímavé je, že Ward vidí ve vývoji pozemské biosféry především tendenci k neustálému poklesu koncentrace oxidu uhličitého, který nakonec způsobí vyhubení rostlin. Emise CO2 podle něj tedy nemusíme snižovat, ale raději nyní přebytečný oxid uhličitý někam ukládat – jako pojistku třeba pro případ, že na dveře zaklepe nová doba ledová.

Možná si hodně fandíme, když připisujeme globální oteplení sobě a ne šílené Zemi. Zemi je úplně jedno, jestli vše na jejím povrchu pomře i když jí samotné to uškodí.

Nekompetentní Země

Z Wardových postojů ovšem na rozdíl od Lovelocka vyplývá i jeden optimistický závěr: Lidé si nemají co připadat jako ničitelé, kteří nějak ohrožují laskavou matičku Zemi – ta je totiž šílená či alespoň k řízení nekompetentní a už několikrát život málem sama vyhladila. Nemá tedy cenu proti různým geoinženýrským projektům vznášet ideologické námitky ve stylu „ale nevíme přece, co to nakonec udělá“. To rozhodně neví ani Země. Přitom paleta nápadů a technologií, které se mají postavit proti klimatickým změnám, je široká: odrazivé zrcadlo na oběžné dráze, podpora fytoplanktonu „hnojením“ mořské vody minerály, geneticky modifikované rostliny odrážející více slunečního světla…

To už se ale dostáváme někam úplně jinam. Existuje z toho všeho nějaké shrnutí? Možná tohle: Hypotéza Médeia má celkově podobný problém jako Gaia; vnímá biosféru jako systém propojený různými zpětnými vazbami do jediného celku. Je samozřejmě sympatické bořit všemožné mýty, třeba ten o moudré matičce Zemi. Předpokládat, že život jako celek generuje své vlastní kolapsy, ale nakonec znamená podobný přístup: že totiž biosféra nejen existuje, ale za tím vším hemžením je nějaký hlubší smysl, i kdyby mělo jít o sebedestruktivní činy šílence. Nicméně i pro ty, kdo si to nemyslí, může být nyní zábavné sledovat, jak se bude dále vyvíjet střet a osud dvou mytologických metafor…

Život a déšť

James Lovelock přišel na svou teorii při práci pro NASA, když se snažil najít důkaz života na Marsu.

Živé organismy jsou odpovědné i za zdánlivě tak čistě fyzikální proces, jako je déšť. Ne snad, že by bez života vůbec nepršelo. Srážky v atmosféře se formují kolem řady kondenzačních jader, krystalků solí, prachu, které na sebe nabalují vodu a způsobují její vymrzání. Ovšem bakterie dělají něco podobného a v řadě případů ještě účinněji. Jako kondenzační jádra fungují proteiny na povrchu jejich buněk. Například proteiny bakterie Pseudomonas syringae se z hlediska okolních molekul vody tváří svým geometrickým uspořádáním jako krystalek ledu, takže na sebe vodu přímo nabalují.

Ke srážkám může proto docházet i za vyšší teploty, než by to bylo možné bez přítomnosti bakterií. Analýza prvního sněhu, který napadne třeba ve Francii nebo v USA, ukázala, že v něm jsou vždy přítomny proteiny nebo DNA (to ovšem, pravda, není důkaz, že bakterie jsou za tento proces přímo odpovědné). Vědci z Louisiana State University tvrdí, že přímým odběrem vzorku nalezli bakterie i v mracích. Většina pozemského deště je tedy nejspíš přímo vyvolána živými organismy. Proč to ale bakterie dělají? Sice dokážou přežívat i v atmosféře, je však pro ně výhodnější spadnout zpět na zemský povrch – a tak si na pomoc přivolávají déšť.

Gaia

Gaia byla podle řecké mytologie manželka boha nebe Urana, prvního vládce mezi bohy. Ponoukala však proti němu jejich syna Krona, který Urana svrhl a vykastroval. Posléze byl Kronos svržen zase svým synem Diem a nastoupilo poslední období bohů olympských; Gaia v té době z Uranovy krve zrodila giganty, kteří proti olympským bohům povstali a které musel pobít Herakles. Dalším jejím pokusem o vzpouru byl obr Týfón, jehož Zeus srazil bleskem. Takže mimochodem – Gaia také byla bohyní docela temnou a intrikářskou.

Médeia

Médeia byla v řecké mytologii dcerou kolchidského krále Aiéta. Její osud je spojen s výpravou argonautů pro zlaté rouno. Poté, co se Médeia z rozhodnutí bohů totálně zamilovala do velitele výpravy Iasona, se začala odvíjet řada peripetií, v nichž se projevila jako schopná – a také všeho schopná – kouzelnice a intrikánka. Když se Iason nakonec rozhodl pro jiný sňatek, který mu měl zajistit trůn, zabila Médeia nejen jeho nastávající, ale i děti, které mezitím s Iasonem měla. Médeia je od antiky do dnešní doby oblíbenou postavou dramatiků i malířů. Proč zbavit Zemi svéprávnosti Měnit okolní prostředí je přímo podstatou života, není důvod, proč by se lidé měli najednou začít chovat jinak.

Apokalyptická budoucnost

Jak vypadá budoucnost pozemského života podle i v češtině vyšlé knihy – Peter Ward, Donald Brownlee: Život a smrt planety Země? Je docela dobře možné, že míra diverzity pozemského života dosáhla vrcholu někdy v druhohorách a my už žijeme v době úpadku. Prostřednictvím křemičitanového zvětrávání bude v atmosféře i přes současné trendy klesat podíl oxidu uhličitého. V určité chvíli již nebudou rostliny schopné dále provádět fotosyntézu.

Následně vyhynou živočichové, pevnina se vylidní, do moře přestanou z pevniny proudit organické látky. Změní se i podoba řek – meandrovité zákruty jsou do značné míry výsledkem existence kořenů pozemské vegetace. Život se vrátí na úroveň předcházející vzniku mnohobuněčných organismů před zhruba miliardou let. Vyšší teplota pak povede k většímu odparu vody. Pára bude způsobovat skleníkový efekt, teplota se bude dále zvyšovat (i s minimem CO2).

Voda bude vymrzat až ve vyšších vrstvách atmosféry, snáze tedy unikne ze Země. Dusík zmizí po reakci s kyslíkem a poslední vodní plochy budou proměněny v kyselinu dusičnou. Při teplotě nad 374 °C už voda nemůže existovat v kapalné podobě pod žádným tlakem. Tehdy zahynou i poslední živé organismy, nejspíš nějaké litoautotrofní bakterie obývající místa pod povrchem pólů.

Současně se zastaví tektonické pohyby, jejichž existence podle Warda, stejně jako podle Lovelocka souvisí s existencí života. Země se promění ve vyschlou rovnou placku potaženou solemi ze zmizelých moří, nad níž se budou vznášet mraky kyslíku. Kyslíková atmosféra bude snad jediný větší rozdíl oproti stavu na počátku života, jinak bude nehostinná Země na konci své éry opět dávnou neživou planetou.

Je pro vás Země spíše matička, nebo nevypočitatelný šílenec? Hlasovat v anketě můžete zde.

Nejčtenější