Kde se vzala ruda
Bakterie v pravěkých oceánech čerpaly energii z železa

Prastaré oceány obývali mikrobi, schopní získávat energii přeměnou dvojmocného železa na trojmocné. Vzdušný kyslík k tomu nepotřebovali. Jejich činností vznikla dnešní železná ložiska.

Nejstarší železná ložiska na Zemi pochází z období prekambria, konkrétně z časů před čtyřmi miliardami let. Samotná Země je stará 4,6 miliardy let. Železo se podle vědců dostávalo na povrch z mořských gejzírů ve dvojmocné formě. Nejspíš si ještě pamatujete, že atomy ve sloučeninách se dají charakterizovat veličinou, zvanou oxidační číslo, nebo taky mocenství. Ta vyjadřuje, zjednodušeně řečeno, počet přebývajících nebo chybějících elektronů atomu oproti neutrálnímu stavu. Elektrony jsou záporně nabité.

Kladné oxidační číslo mají atomy, kterým nějaké elektrony chybí. Záporné naopak atomy s elektrony navíc. Zvyšování oxidačního čísla, tj. předávání elektronů nějakému jinému majiteli, se říká oxidace. Většina železa v současných rudách je v trojmocné formě. To znamená, že se muselo nějak oxidovat.

V prostředí současné Země dochází k oxidaci většinou v přítomnosti vzdušného kyslíku. Jenže toho bylo před čtyřmi miliardami let na Zemi ještě málo. Jak tedy vznikla dnešní železná ložiska? Podle práce mezinárodní skupiny vědců, vedené Andreasem Kapplerem z Tübingenské univerzity, která vyšla v časopise Nature Communications, jsou výsledkem činnosti bakterií.

Neekologické sinice

Jako organizmy závislé na kyslíku máme ve zvyku ho považovat za životadárný plyn. Byly ale časy, kdy to byl naopak jed. Pro spoustu bakterií je to tak dodnes. Zhruba do doby před 2,4 miliardami let byla atmosféra Země kyslíku prostá. Náhlý vzrůst jeho koncentrace byla asi nejhorší ekologická katastrofa v dějinách. Měly ji pravděpodobně na svědomí sinice, skupina bakterií, která si nebere servítky ani dnes. Objevily se dvě stě miliónů let před kyslíkovou revolucí. Provozovaly fotosyntézu.

Při ní se uvolňovalo obrovské množství jedovatého plynu. Během zhruba dvou set miliónů let jím zamořili většinu zeměkoule. Zůstalo to tak dodnes. Bariéru proti kyslíkové katastrofě mělo představovat železo. Dokud zbývalo nějaké, které se dalo oxidovat, ukládal se kyslík v železných rudách. Teprve když došlo, mělo začít kyslíku v atmosféře přibývat. Nejstarší trojmocné železo by tedy mělo být výsledkem kyslíkové revoluce.

Mikrobi železožrouti

Zhruba před dvaceti lety ale vědci objevili první bakterie, schopné získávat energii oxidací železa. K výrobě rezu nepotřebují vzdušný kyslík, stačí jim ten vázaný v molekulách vody. To by znamenalo, že dnešní železná ložiska mohla vzniknout i jejich přičiněním. Dlouho ale neexistoval důkaz, že to tak opravdu bylo. Přišel s ním až Kapplerův tým. Vědci umístili minerály, které vznikají jako následek činnosti bakterií oxidujících železo, do speciálních kapslí společně s organickým materiálem.

Pak je podrobili silnému tlaku a teplotě, aby tak nahradili jejich pomalou přeměnu v geologickém časovém měřítku. Vznikl minerál Siderit, který je k nalezení i v současných nejstarších ložiscích. Vypadá to, že svrchní vrstvy prekambrických oceánů obývaly fotosyntetizující sinice. Pod nimi, kam sluneční světlo neproniklo, se rozkládala temná říše bakterií oxidujících železo.