Evoluce, kyslík a masová vražda
6. 1. 2010
Před několika sty milióny let se na Zemi odehrála událost, která naši planetu navždy změnila. Vyvinula se nová forma života, která začala využívat energii Sluce, a přitom uvolňovala plyn, který byl natolik jedovatý, že vedl k zániku většiny tehdejších živých organismů. Tím plynem byl kyslík! Michael jej uvede do souvislosti s evolucí a v prostředí své laboratoře rozluští jeho výbušné a násilnické vlastnosti. Odhalí vše, co jste kdy o kyslíku potřebovali vědět, ale báli jste se na to zeptat.
Tereza: Před třemi miliardami let se na Zemi objevila nová forma života. Forma tak jedovatá, že hrozilo zničení veškerého tehdy existujícího primitivního života na planetě.
Filip: Tento vládnoucí organismus dosud nezmizel. Je stále zde.
Tereza: Tiše žije mezi námi. Jsou to rostliny.
Michael: The new mutant life form was noticeably different than all its ancestors; it was a bright green colour, able to use the Sun’s energy directly, and released a gas from its cell membranes. A highly reactive and toxic gas.
Tato nová změněná forma života byla pozoruhodně odlišná od všech předchozích. Byla jasně zelená, schopna přímo využívat energii Slunce. Z membrán svých buněk uvolňovala plyn. Plyn vysoce reaktivní a jedovatý.
Kyslík.
Filip: Počkej Michaele. Kyslík toxický a výbušný? Přece – kyslík potřebujeme k dýchání. Ten potřebujeme k životu. To není možné.
Michael: It’s true, that we evolved not only to survive oxygen, but to use oxygen. Three billion years ago, when oxygen was first released into our atmosphere, it was highly deadly.
A tady je důvod, proč… Kapalný kyslík.
Ano, vyvinuli jsme se, abychom v kyslíku nejen přežili, ale abychom jej využívali. Když se před třemi miliardami let kyslík poprvé začal uvolňovat do naší atmosféry, byl vysoce smrtící.
Michael: Krásná modrá barva. Totiž kyslík je mimořádně reaktivní …
And that’s the effect it has on all organic material.
A tento účinek má na všechny organické látky.
Filip: Ptáte se, jak si sami doma vyrobit kyslík? Jednoduše. Pomocí jater a peroxidu vodíku. Játra si nakrájíme na malé kousky …
Michael: … a do kádinky – peroxid vodíku.
Filip: Nakrájené kousky jater vezmeme a vložíme do kádinky.
Michael: Přidáme trošku vody …
Filip: … a jdeme na to.
Michael: Játra obsahují enzym, který katalyzuje …
Filip: … neboli urychluje…
Michael: … rozklad peroxidu vodíku na vodu a kyslík. Přítomnost kyslíku si můžeme ověřit pomocí zápalky. Je tam kyslík?
Tereza: O nadbytku kyslíku v baňce svědčí zjasnění plamene naší zápalky. Ještě lepší důkaz než zápalka dává doutnající špejle. Ve vzduchu obohaceném kyslíkem z rozkládajícího se peroxidu jasně vzplane.
Michael: However, as a chemist I have a big advantage of having a cylinder here of a very pure gaseous oxygen in my laboratory, which I can use along with the very cold liquid nitrogen to condense oxygen gas as liquid oxygen here.
Jako chemik mám ovšem výhodu. Ve své laboratoři v této bombě mám totiž velice čistý plynný kyslík. Ten mohu použít spolu s velmi studeným kapalným dusíkem, abych plynný kyslík zkapalnil.
OK. Turn it on. So gaseous oxygen is passing along this tubing here and it’s coming through this apparatus. I’m going to pour liquid nitrogen.
Pusť to. Plynný kyslík tedy proudí touto hadicí a vstupuje do tohoto přístroje. Já sem naliji kapalný dusík.
Liquid nitrogen is considerably colder than liquid oxygen. So the oxygen gas passing through this glassware will condense into the liquid oxygen. All we have to do is to wait.
Kapalný dusík je o poznání chladnější než kapalný kyslík. Plynný kyslík proudící touto skleněnou nádobou, kondenzuje na kapalný kyslík. Teď musíme jen počkat.
Michael: A patient chemist is a good chemist.
Trpělivý chemik je dobrý chemik.
Filip: Kapalný kyslík je úžasná látka. Podívejte, jakou má krásně namodralou barvu.
Michael: This beautiful blue colour is due to the electronic structure of molecular oxygen. The electrons, that hold the two individual oxygen atoms together, have in their outer most valence molecular orbital. Two unpaired electrons. And it is these unpaired electrons that give it this wonderful colour.
Tuto krásnou modrou barvu má díky elektronové stavbě svých molekul. Elektrony, které drží dva jednotlivé atomy kyslíku spolu, mají molekuly ve svém vnějším valenčním molekulovém orbitalu. Jsou to dva nepárové elektrony. Právě tyto nepárové elektrony dávají molekule kyslíku její nádhernou barvu.
Filip: Tyto nepárové elektrony také způsobují, že kapalný kyslík má ještě jinou důležitou vlastnost – že je magnetický.
Tereza: Magnetismus kyslíku uvidíte snadno, když je kapalný. Silný neodymový magnet právě přitahuje jeho kapičku ve zkumavce.
Filip: Obsah kyslíku v ovzduší je dnes asi dvacet procent. Ale nebylo tomu tak vždy.
Michael: Koncentrace kyslíku v naší atmosféře během posledních 500 miliónů let kolísala mezi 12 až 35 procenty.
Filip: A právě toto kolísání mělo velký vliv na typy zvířat, která u nás žila.
Michael: Víte, různá zvířata mají rozdílné požadavky na kyslík.
Filip: Například tato obří vážka pro své mávání křídly potřebuje kyslíku opravdu mnoho.
Michael: Vědci se domnívají, že díky vysoké úrovni kyslíku v pravěku se mohli vyvinout – například obří létající hmyz.
Filip: Jak pak koncentrace kyslíku v ovzduší klesala, některé druhy vymřely a jiné, jako například my dva s Michaelem, si našly své místo na slunci.
Filip: Ale kyslík neexistuje jen jako molekula O2.
Michael: Máme také O3 – ozón.
Filip: V horních vrstvách atmosféry naší planety, mezi deseti až padesáti kilometry nad povrchem, existuje ozónová vrstva. Tedy vrstva molekul O3.
Michael: Tato vrstva je mimořádně důležitá, protože zadržuje vysokoenergetické, ultrafialové záření, které přichází ze Slunce.
Filip: Z ultrafialového záření s nižší energií, jakou má například toto solárium, Michaelova kůže hnědne. A když nebude opatrný, …
Michael: … můžu se spálit.
Without the ozone layer we would not survive the intense energy of UV radiation. Once again oxygen has come to our rescue.
Bez ozónové vrstvy bychom nepřežili účinek silné energie ultrafialového záření. Kyslík nás ještě jednou přišel zachránit.
Michael: So it’s a balancing act. For us the current concentration of oxygen in the atmosphere is just about right. Too little – and we could have not enough for our respiratory needs. Too much – and we might have burn out.
Jde tedy o rovnováhu. Současná koncentrace kyslíku je pro nás tak zrovna. Příliš málo – a nestačilo by to potřebám našeho dýchání. Příliš mnoho – a my bychom prostě shořeli.
Michael: Hele, co děláš, Filipe? Tady se v žádném případě nekouří. Obzvlášť v laboratoři, obsahující hodně kyslíku.
Filip: Nebude ta cigareta zdravější, když je tam teď kyslík?
Michael: Tak to uvidíš.
Tereza: Nejen kuřáku Filipovi teď Michael ukáže, co s obyčejnou cigaretu udělá troška kapalného kyslíku.
Filip: Á – děkuji. Oheň, prosím.
Filip: Pokus číslo dva.
Tereza: Molitanová houbička hned tak nevzplane. Ale co ji ponořit na chvilku do kapalného kyslíku? Pak vzplane rychlostí blesku.
Michael: Pokus číslo tři.
Filip: Snídaně v atmosféře bohaté na kyslík.
Tereza: Tentokrát Michael obětoval pár kousků svých oblíbených sucharů.
Filip: Nehoří.
Tereza: Ale stačí, když suchary nasáknou jen trochou kapalného kyslíku. Tolik energie se skrývá v troše obyčejných sucharů.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough