Jan Jehlička, exobiolog hledající stopy života

Profesor Jan Jehlička je výjimečným průkopníkem exobiologie – nové disciplíny 21. století. Spolu se svými kolegy a s využitím Ramanovských spektrometrů se snaží odpovědět na otázku: Existuje či v minulosti existoval život mimo planetu Zemi? Za úspěchy v bádání, realizované projekty a studie v rámci mezinárodních vědeckých týmů obdržel na sklonku roku 2020 ocenění Donatio Universitatis Carolinae.

Pane profesore, v čem je stopování uhlíku tak fascinující?

Uhlík se v geosféře vyskytuje v různém stavu. Uhlí a ropa jsou jen ty nejvýznamnější organické látky, které se podílely na rozvoji lidstva nejvíce za poslední dvě století. Čistý, elementární uhlík se v horninách vzácněji vyskytuje jako krystalický grafit anebo diamant. Častěji bývají organické sloučeniny v horninách rozptýleny a jsou amorfní. A právě ty rozptýlené a ne zcela krystalické černé uhlíkaté sloučeniny v horninách mohou být fascinující. Dovídáme se o nich poměrně špatně a zejména v minulosti neexistovaly vhodné metody pro jejich studium. Je jistě zajímavé stopovat například prekurzory organické hmoty v horninách a třeba jejich přeměnu na grafit v geologických procesech během metamorfóz.

Jak jste se ke studiu hornin vůbec dostal?

Poté co jsem dokončil studia na své Alma Mater – Přírodovědecké fakultě UK a obhájil diplomovou práci s panem docentem Bohdanem Kříbkem, průkopníkem organické geochemie v Československu, jsem nastoupil do Ústředního ústavu geologického (dnes Česká geologická služba). Ve Francii, v Orléans jsem pak na Univerzitě a v Centre de Recherche à Organisation Cristalline Imparfaite (C. N.R. S.) pokračoval v doktorských studiích. Zde jsem se dál věnoval uhlíkatým sloučeninám v horninách západočeské oblasti a začal jsem se učit a využívat, v 90. letech moderní, analytické techniky transmisní elektronové mikroskopie (TEM) a Ramanovy spektrometrie…

Takže jste mohl využít hned dvě metody!

Ano. Jednu těžkopádnou, ale výtečnou pro poznání strukturních a mikrotexturních aspektů třeba uhlíkaté hmoty, kterou je však nezbytné izolovat, rozpouštět z matrice dominantní horniny, kdy obsahy uhlíku jsou velmi nízké. Grafit lze krásně pozorovat různými metodikami TEM včetně těch, které ukazují přechod aromatických prekurzorů přes mikrotexturu antracitového typu na grafit. Vše je jak na dlani, ale tak černé!

A v Orléans přišla ta druhá: moderní, analytická technika Ramanova mikrospektrometrie?

Šlo o zcela novátorskou Ramanovu mikrospektrometrii, kdy ale přístroj ještě zabíral celou laboratoř – laser byl veliký a musel se chladit vodou, získání dobrého spektra trvalo hodiny. V Čechách se v té době tyto přístroje takřka nevyskytovaly a metoda se sotva prosazovala: nebyla moc rozšířena, ačkoli zde existovaly významné skupiny vědců, kteří si přístroje byli schopni sestavit z dílů, jako například na Fyzikálním ústavu MFF UK nebo na Přírodovědecké fakultě.

Ramanova mikrospektromerie, to je asi učiněný poklad „geovědce“. Je to tak?

To rozhodně. Umožňuje totiž získávat spektroskopickou, strukturní informaci z malinkých mikrometrických objemů. A to i uvnitř průsvitných či průhledných minerálů. Ale třeba i z atmosférických částic, pokud by nás zajímalo jejich fázové složení. Navíc je nedestruktivní; lze jí zkrátka změřit jakýkoliv a často neupravovaný vzorek a pak se rozhodnout pro použití jiných metod a analýz. Lze studovat minerály, biomarkery, mikroskopické částice, buňky, tkáně. Od roku 2010 se začaly vyvíjet miniaturizované a přenosné Ramanovy spektrometry. Právě tyto spektrometry mají široké uplatnění v terénních podmínkách v oblasti kriminalistiky, uměleckých artefaktů a pro studium geovědních, geobiologických anebo astrobiologických problémů…

A třeba i pro výzkum uměleckých artefaktů, že?

Přesně tak. U uměleckých artefaktů, spadajících do dnes stále více studované oblasti „cultural heritage“ lze metodu využívat bez vzorkování a zcela nedestruktivně. Ramanovskými spektrometry je například snadné ověřit pravost drahokamů vsazených do historických klenotů a u rubínů anebo smaragdů určit lokalitu původu kamenů. Galeristy, kurátory, sběratele anebo restaurátory zajímají z různých důvodů pigmenty použité na obrazech, jejich přemalbách, lze doložit jejich pravost anebo odhalit například použití modernějších pigmentů. Obdobně lze miniaturními přenosnými přístroji studovat například stav maleb, fresek, stavebního kamene, polychromie na kamenných, dřevěných skulpturách, alteraci kovových soch přímo tam, kde stojí bez vzorkování pro analýzy v laboratoři.

Vás – exobiologa – ovšem asi nejvíce fascinuje možná existence života mimo Zemi. Není-liž pravda?

Tento směr moderní přírodovědy má mnoho aspektů, oblastí a podotázek. Věnuje se různým vesmírným tělesům, včetně planet a satelitů Sluneční soustavy, a také objektům i planetám mnohem menším a vzdálenějším. Zabývá se třeba samotnou definicí života, obecnějšími otázkami jeho udržování v čase, a také problematikou identifikací jakýchkoli projevů životních procesů. Exobiologie navrhuje projekty, které by například mohly prokázat přítomnost organismů v extrémních podmínkách, které mimo Zemi ve Vesmíru panují, i detekovat chemické stopy po biologických procesech v dávné minulosti.

V současnosti jich probíhá celá řada. Které projekty jsou ty nejsnáze představitelné?

V pokročilém stadiu jsou to třeba projekty NASA zaměřené na Mars (foto vlevo), nebo projekt ExoMars Evropské vesmírné agentury (ESA) (foto vpravo dole). Jejich zásadní součástí je rover, „napěchovaný“ kamerami a analytickými přístroji. Americký rover „Perseverance“ je vedle řady nástrojů a přístrojů vybaven poprvé dvěma Ramanovskými spektrometry. Jeden přístroj je zaměřen na detailní analýzu vzorků, druhý sytém umožňuje získávání Ramanovských spekter na výchozech hornin na více než desetimetrovou vzdálenost.

Rover ESA „Rosalind Franklin“, který bude na Marsu působit pravděpodobně od roku 2023 zahrnuje také Ramanův spektrometr a bude umožňovat analýzu vzorků, které získá z hloubky až dva metry robotický vrták. Cílem těchto pokročilých analytických nástrojů je detekce minerálních i organických stop v horninovém prostředí. Znalost minerálního složení napomůže poznání prostředí Marsu v minulosti. Umožní například posoudit historii rozšíření vody a vývoj vodních prostředí, jejich stabilitu. Detekce organických stop, biomarkerů by mohla naznačit, zda se v minulosti nemohly vyvinout biologické procesy, pravděpodobně využívané velmi jednoduchými mikroorganismy. Právě identifikace biomarkerů v endolitech, v kamenech, ve kterých se extremofilové někdy rozvíjejí recentně, ve více méně povrchových podmínkách na Zemi, je téma našich současných výzkumů.

Pane profesore, omlouvám se, nejste vy tak trochu i romantik a snílek?

Každý, kdo bádá, a tak či jinak se věnuje výzkumu, přece musí mít fantazii, být zvědavý a nadšenec. Ano, možná i snílek. Nevím, do jaké míry anebo snad zda víc by to mělo platit i v případě hledání stop života na Marsu anebo v nehostinných pouštích, mrazivých lagunách Antarktidy anebo velmi zásaditých jezerech Austrálie nebo Turecka. Bádání zde anebo měření sofistikovanými aparaturami či miniaturními prototypy Ramanovských spektrometrů, které budou tápat po povrchu Marsu, je zcela vzrušující. Výsledky, které získáváme, mají přímý vztah k projektům zaměřeným na lepší pochopení složení horninových výchozů jak na Marsu, tak i v podmínkách docela pozemských.

„Jde o vápenec, jehož šedé až černé zbarvení je u sedimentárních hornin způsobeno příměsí organické hmoty, zastoupené v různém strukturním stavu. My jsme schopni rozeznat o jakou strukturu jde; blíží-li se krystalické dokonalosti grafitu, nebo je zcela amorfní, či něco mezi tím. Podle množství organické hmoty a způsobu jejího rozptýlení v hornině pak můžeme usuzovat na podmínky sedimentace v sedimentární pánvi. Ve skutečnosti vůbec nemusíme nacházet morfologicky zachovalé zbytky po organismech. Ale samotná zachovalá organická hmota nám poskytuje spoustu zásadních informací, které je třeba jen dobře přečíst a správným způsobem interpretovat,“ dozvěděl se mimo jiné magazín Forum od Jana Jehličky, při setkání na Naučné stezce Barrandovské skály. Právě tam pana profesora fotografoval Michal Novotný.

Můžeme se ještě vrátit k uhlíku, třeba k bádání ze starých hornin v Českém masivu?

Černých hornin je na naší Zemi plno. Sedimentární a metamorfofané horniny Českého masivu nejsou Archaického stáří, ale přesto je uhlík v nich zachovaný zajímavým svědkem o biologickém prekurzoru i o procesech přeměn hornin v geologické historii.

Před časem jsem se věnoval otázce možnosti detekce fullerenů C₆₀ a podobným molekulám uhlíku v horninách a různých přírodních uhlíkem bohatých matricích. Řekl jsem si, proč se nepodívat na to, zda by uhlík některých zvláštních hornin nemohl obsahovat třeba stopy fullerenu. Okruh „podezřelých”, na které se zdálo že bude vhodné se zaměřit, se rychle vyčlenil z mraků uhlí, běžných i neběžných břidlic. Nápad zanalyzovat některé horninové vzorky vyšel z debat s fyzikem Liborem Juhou z Fyzikálního ústavu AV ČR, který se problematice exotických fází uhlíku a jejich stabilitě již od osmdesátých let věnoval, jako jeden z prvních u nás. Ostatně hledání shluků molekul fullerenů, anebo jejich vykrystalovaných kubických krystalů, v masivech hornin mi připadá stejně „snílkovské“ jako běžnější hledání jehly v kupce sena. A jistě aspoň tak zábavné (s úsměvem).

Prosím, představte svůj vědecký tým.

Je malý ale účinný. Adam Culka se zde věnuje nejen rozborům měření biomarkerů a pokročilému vyhodnocování našich měření, ale třeba i zvláštnímu černému pigmentu melaninu. Filip Košek zjišťuje možnosti Ramanovy spektroskopie při detekci biomolekul uvnitř mikroskopických inkluzí v různých solích, krystalických součástkách, ku příkladu evaporitických sedimentů, tak jak je známe například z bezodtokých oblastí. Navazuje tak na výzkumy Petra Vítka, který ve své doktorské práci a řadě publikací věnuje možnosti detekce karotenoidů i dalších pigmentů v krustách halitu nebo sádrovce pouští Kalifornie či extrémní Atacamy. Současná doktorandka Kateřina Němečková vystudovala mikrobiologii a praktickou geobiologii, zaměřuje se na lepší poznání „who is there“ v endolitických kolonizacích sádrovce. Julian-Andreas Corzo Acosta z Kolumbie, který přijede na doktorát, se začíná učit, jak rozeznávat „obranné mechanismy“ sinic kolonizujících povrchové partie výchozů vápence a sádrovce tam, kde prostředí charakterizuje také extrémní intenzita UV záření.

Dokážete vůbec někdy na vědu zapomenout?

Rád poslouchám hudbu, převážně tu, co se jí říká vážná – a je často nevážná –, starší anebo moderní. Poslouchám ji někdy od svých deseti let, kdy mě na první komorní koncerty začal brát přítel prarodičů a shodou okolností lékař-porodník, který mě přivedl na svět.  Jinak v různém věku jsem měl své oblíbence… a Beethoven byl jeden z nich, Stravinkij další, a Vivaldi, pak přes Mahlera, Ravela, Smetanu k těm z Pařížské šestky a dál.

Taky rád čtu, knihy nám krom jiného umožňují cestování v prostoru i čase tam, kam bychom se jinak nepodívali. Mám rád i bloumání: někdy lítat po kopcích, jindy vysedávat v baru a srkat campari s ledem. Ale velice rád nedělám vůbec nic. V letních měsících, kdy vysokoškolský pedagog má většinou více volna, pobývám na malé chalupě poblíž rodiště mého dědečka. Tam chodím po lese, neběhám, koukám po ptácích, sbírám houby, když rostou a taky je moc rád vařím a samozřejmě jím. Tomuto koníčku se věnuji od svých dětských let.