Šest protonů v jádře, schopnost vytvářet čtyři vazby, za pozemských teplot a tlaků pevné skupenství, tak takový je uhlík. Právě on je základním stavebním kamenem veškerého života, jak jej na naší planetě známe.

Nové výzkumy však ukazují, že nejen on je teoreticky schopen vytvářet živé organismy..

Podle čerstvé studie by na jiných světech mohly fungovat soběstačné chemické reakce, které by mohly podporovat biologii radikálně odlišnou od pozemského života. Zejména proto, že v těchto reakcích nemusí nutně figurovat uhlík.

Na Zemi je život založen na organických sloučeninách. Tyto molekuly se skládají z uhlíku a často obsahují další prvky, jako je vodík, kyslík, dusík, fosfor a síra. Vědci si však dlouho kladli otázku, zda se mimozemský život nemůže vyvinout na základě nějakého výrazně odlišného chemického složení.

Badatelé například již dlouho spekulují o tom, že by páteří biologie na vzdálených planetách mohl být také křemík. I on je podobně jako uhlík čtyřvazný, byť jeho vazby bývají křehčí.

Pro pozemský život je klíčový druh chemické reakce, kterému se říká autokatalýza. To je zvláštní případ katalýzy, kde jako katalyzátor působí jeden z produktů reakce. Autokatalytické reakce jsou samoudržující, což znamená, že mohou vytvářet molekuly, které podporují opakování stejné reakce.

Lze to připodobnit k populaci králíků v Austrálii. Na počátku bylo několik málo párů, které vyvedly na svět své mladé. Po pár generacích však už počet králíků v Austrálii byl problém. Jinými slovy, stačí málo králíků, aby jich brzy bylo mnoho.

Podobně fungují i autokatalytické reakce. „Jedním z hlavních důvodů, proč se výzkumníci zabývající se původem života zajímají o autokatalýzu, je to, že rozmnožování – klíčový rys života – je příkladem autokatalýzy,“ přiblížila astrobioložka z University Wisconsin-Madison Betül Kaçar.

„Život katalyzuje vznik dalšího života. Jedna buňka vytváří dvě buňky, z nichž se mohou stát čtyři a tak dále. Jak se množí počet buněk, násobí se odpovídajícím způsobem i počet a rozmanitost možných interakcí.“.

Právě Kaçar hledala v nové studii příklady autokatalytických reakcí, na kterých se nepodílí organické sloučeniny. Vědci se zaměřili na tzv. synproporcionální cykly, které mohou vytvářet více kopií molekuly.

„Synproporcionace je pravděpodobně jedinečná, protože se jedná o jedinou reakci, která vytváří násobky výstupu – hodně se podobá rozmnožování,“ přiblížil další z autorů studie, evoluční biolog Zhen Peng.

Při hledání těchto reakcí vědci analyzovali vědecká data sesbíraná za dvě století a sepsaná v mnoha různých jazycích. Nakonec objevili 270 různých cyklů autokatalytických reakcí. „Autokatalýza nemusí být tak vzácná, ale naopak může být obecným rysem mnoha různých prostředí, dokonce i těch, která se od Země opravdu liší,“ řekla Kaçar.

Většina z nalezených 270 cyklů nevyužívala organické sloučeniny. V některých hrály hlavní roli prvky, které se v pozemském životě vůbec nevyskytují nebo jsou v něm mimořádně vzácné, jako je rtuť nebo radioaktivní kov thorium.

Řada cyklů pravděpodobně probíhá pouze za extrémně vysokých nebo nízkých teplot či tlaků. Pozoruhodné bylo zejména to, že byly objeveny hned čtyři autokatalytické cykly zahrnující vzácné plyny. Ty přitom bývají velmi samotářské a s jinými prvky reagují jen v opravdu vzácných případech.

„Pokud se autokatalýzy mohl účastnit i inertní plyn, jako je xenon, je dobrý důvod se domnívat, že autokatalýza probíhá snadněji i u jiných prvků,“ řekl Peng. Bez zajímavosti není ani to, že pouze osm z těchto cyklů bylo relativně složitých, tvořených čtyřmi a více reakcemi.

Většina z 270 cyklů byla jednoduchá, při nich byly potřeba nanejvýš dvě reakce. Autoři studie připomněli, že je možné kombinovat více cyklů dohromady, i když se od sebe velmi liší. To by mohlo vést k samovolným chemickým reakcím, při nichž vzniká rozmanitá škála molekul, které vytvářejí velmi složité látky.

Zásadním vzkazem tohoto výzkumu je fakt, že autokatalýzy nejsou odkázány pouze na uhlík. „Když máme k dispozici tolik základních receptů pro autokatalýzu, můžeme se nyní zaměřit na pochopení toho, jak může mít autokatalýza prostřednictvím synproporcionace výraznější vliv na utváření chemie jednotlivých planet,“ uvedla Betül Kaçar.

Vědci doufají, že budoucí výzkum bude moci experimentálně ověřit tuto novou kuchařku, kterou vytvořili. „Zde představené cykly jsou řadou základních receptů, které lze míchat a kombinovat způsoby, které dosud nebyly na naší planetě vyzkoušeny,“ řekl Peng. „Mohly by vést k objevu zcela nových příkladů komplexní chemie.“.

Výzkumníci zároveň upozorňují, že stále není jisté, nakolik jsou tyto cykly pravděpodobné. „Není zaručeno, že všechny příklady, které jsme shromáždili, lze spustit v laboratoři nebo je nalézt na jiných vesmírných tělesech,“ zdůraznil Peng.

Kromě důsledků, které by tato práce mohla mít pro hledání života ve vesmíru a pochopení jeho vzniku, může mít tento výzkum i praktické využití, například, jak píší vědci, pro „optimalizaci chemické syntézy a efektivní využívání zdrojů a energie“.