Etapy evoluce

Komentáře

Transkript

Etapy evoluce
Etapy evoluce
(materiál pro studium evoluce – listy č. 7 a 8)
Evoluční proces zahrnuje stránku materiálovou, která se zabývá vznikem stavebních látek
živé hmoty – chemická evoluce; a stránku informační, pro níž je typický vznik buněk a jejich
vývoj – biologická evoluce. Období mezi nimi je někdy označováno jako biochemická
evoluce.
Chemická evoluce
-
-
-
vznik jednoduchých organických sloučenin abiogenetickou cestou
už v období formování zemské kůry – před více než 4 mld let
prvotní zemská kůra neobsahovala kyslík Země měla redukční a obsahovala řadu
jednoduchých sloučenin – H2O, CO2, NH3, dusík, fosfan, kyanovodík, sulfan, jednoduché
plynné uhlovodíky vznikající hydrolýzou karbidů v zemské kůře
z těchto látek, je-li dodána energie, mohou vznikat jednoduché organické sloučeniny
(aminokyseliny a dusíkaté heterocykly), které jsou stavebními články bílkovin a nukleových
kyselin
zdrojem energie pro tyto přeměny bylo především UV záření, teplo vulkanických pochodů a
elektrické výboje v zemské kůře
v laboratorních podmínkách byly takto připraveny:
a) peptidy a bílkoviny
Urey, Miller (1959) – působením el. výbojů na směs metanu, vody, amoniaku a vodíku
připravili (přes kyanovodík) směs aminokyselin
Fox (1959) – zahříváním směsi AK v roztavené kyselině glutamové připravili polypeptidy s
dosti dlouhým řetězcem
Matthews, Moser (1968) – hydrolýzou polymerů kyanovodíku připravili peptidy
b) nukleové kyseliny
Oró – mírným zahříváním směsi amoniaku a kyanovodíku získal nukleotidy a dále i jejich
řetězce
Biochemická evoluce
možnosti vzniku života
a) vznik života bez bílkovin a nukleových kyselin
- jedna z hypotéz vychází ze schopnosti anorganických látek typu jílů zajišťovat přenos informace
- jíly mohou na svém povrchu katalyzovat syntézu bílkovin
- nepodařilo se ale najít žádný mechanismus, jak by informace obsažená v jílech mohla být později
předána nukleovým kyselinám
b) vznik života z bílkovin
- tato myšlenka je nejstarší
- uměle připravené směsi bílkovin vykazují některé vlastnosti živých soustav (metabolismus, růst),
ale nevznikají z nich potomci, kteří by měli stejné vlastnosti
c) vznik života z bílkovin a nukleových kyselin
- tzv. hypotéza koevoluce – předpokládá, že nukleové kyseliny a bílkoviny vznikaly společně už
od počátku a že nukleové kyseliny obsahovaly kód pro syntézu bílkovin
- tuto myšlenku se nepodařilo objasnit, není jasné, jak by takto složitá soustava mohla vzniknout
náhodným procesem
- tzv. hypotéza zmrazené náhody – podle ní vznikl genetický kód a život naprostou náhodou na
základě vysoce nepravděpodobné události (vědci se domnívají, že pravděpodobnost vzniku života
touto cestou je téměř nulová)
d) vznik života z nukleových kyselin
- tato představa se dnes jeví jako nejpravděpodobnější
- předpokládá se, že vznikla nukleová kyselina, které nenesla dědičnou informaci, ale měla
schopnost autoreplikace
- tyto první nukleové kyseliny asi také neměly schopnost enzymatické aktivity; vznik nukleových
kyselin schopných enzymatické aktivity byl jistě výhodou (autoreplikace mohla probíhat rychleji a
přesněji) – byl to začátek evoluce
- molekuly nukleových kyselin schopné enzymatické aktivity = ribozymy (vyskytují se i
v buňkách současných organismů – vlastnosti ribozymů mají především molekuly rRNA))
- ribozymy jsou i kofaktory (koenzymy) tvořené nukleotidy – je možné, že to jsou prastaré
struktury, které se přímo podílely na vzniku života
- koenzymy jsou místem vlastní katalytické funkce enzymů, protože bílkovinná složka enzymů
mnohonásobně zvyšuje účinnost jeho katalytického působení (spojení apoenzymu a koenzymu
vzniklo až v době, kdy život existoval)
- tuto představu podporuje mnoho poznatků, které dokládají evoluci genetického kódu, i když není
ještě jasné, kdy a jak se genetický kód vytvořil
- v minulosti asi existovaly přímé reakce mezi nukleovými kyselinami a bílkovinami, teprve
v průběhu evoluce vznikl dnešní systém proteosyntézy
Prvotní translační systém byl tvořen replikující se RNA a bílkovinami – prvotními RNA –
replikázami, které katalyzovaly replikaci RNA a prvními ribozómovými bílkovinami , které
katalyzovaly syntézu peptidových vazeb mezi aminokyselinami; tento komplex můžeme chápat
jako prvotní ribozóm. Aby se tento komplex mohl udržet a reprodukovat, musel se ohraničit proti
svému okolí. Jestliže se tento prvotní translační systém nacházel v prostředí obsahujícím vysoké
koncentrace fosfolipidů, mohla se kolem něho snadno vytvořit bimolekulární dvojvrstva, , která
vytvářela komplexy s bílkovinami a přecházela v lipoproteinovou membránu.
Tato teorie se zdá v současnosti pravděpodobnější než tzv. koacervace z koloidních roztoků
makromolekulárních látek vznikají za vhodných podmínek spojováním koloidních částic
s opačnými elektrickými náboji na svém povrchu shluky, které vytváření oddělenou disperzní fázi
ve formě malých kapiček – tak vznikly koacerváty (tento vznik prvních membránou ohraničených
útvarů předpokládá např. teorie evoluční abiogeneze)
Biologická evoluce
- stálým zdokonalováním takto membránou od okolí oddělených „jednotek“, vznikaly postupně
členitější a složitější útvary
- výše již bylo řečeno, že otázka vzniku života souvisí se vznikem genetického kódu a
zabezpečením přesné replikace nukleové kyseliny, která tuto informaci obsahuje ve své struktuře
- jako přímí předchůdci organismů se označují probionty; šlo o nedokonale se replikující systémy
bez ustáleného genetického kódu, jevily základní znaky života
- jejich systém obsahoval asi jednu celistvou molekulu RNA, která obsahovala několik tisíc
nukleotidů – replikovala se bez účasti enzymů některé její kopie se štěpily na úseky o délce asi
100 nukleotidů
- bezenzymová replikace těchto molekul byla značně nepřesná, častými mutacemi vznikal celý
soubor molekul RNA a zůstávaly jen ty stabilnější – schopné přesné autoreprodukce
- v souboru těchto molekul docházelo k nahodilým fluktuacím – některé z nich se mohly stát
začátkem souběžného vývoje genetického kódu a prvního kódovacího enzymu – RNA –
polymerázy
- vznikly prvotní organismy -prabuňky = protobionty = eobionty – u nich došlo k oddělení
mechanismu replikace od translace, tato změna byla spojena se vznikem DNA tzv. zpětnou
transkripcí RNA do DNA
- tyto praorganismy se vyvíjely ve vodě, šlo o organismy anaerobně heterotrofní – vývojově
směřovaly k buňce prokaryotního typu
- s jejich postupujícím vývojem a rostoucím množstvím se začal projevovat nedostatek
abiogeneticky vznikajících organických sloučenin
- tím, že některé praorganismy začlenily do své struktury molekuly barviv, získaly schopnost
využívat jako zdroje energie fotony viditelné části slunečního spektra
získaly schopnost
fotoautotrofie
- postupným vývojem vznikly fotosyntetizující bakterie, souběžně s nimi sinice (asi před 3,5 mld
let)
- sinice při fotosyntéze produkovaly jako vedlejší produkt kyslík
začala se vytvářet ozónová
vrstva
- zároveň došlo k redukci anaerobně heterotrofních organismů, pro které byl kyslík jedovatou
látkou
- asi před 2 mld let vznikly první eukaryotické buňky
- její vznik vysvětluje tzv. endosymbiotické teorie, podle níž asi před 2 mld let pohltily některé
prokaryotické buňky menší aerobní prokaryota – ta se v dalším vývoji přeměnila na mitochondrie
- druhá endosymbióza proběhla asi před 1,2 mld let – některé eukaryotické buňky pohltily menší
syntetizující prokaryota – z nich vznikly v dalším vývoji plastidy
- v období před 1,2 až 0,6 mld let vznikly první mnohobuněčné organismy
Úrovně evoluce




evoluce znamená vývoj, v rámci biologie jím myslíme vývoj živých soustav – tedy
biologickou evoluci
ta je uskutečňována na základě nevratných změn genetické informace, zahrnuje vznik
i zánik všech vývojových linií všech organismů od etapy vzniku života do současnosti
období vývoje živých soustav = fylogeneze
evoluce probíhá ve třech úrovních:
a) mikroevoluce



ta zahrnuje změny uvnitř druhů – tedy krátkodobé evoluční změny na úrovni populace
změny se sice uskutečňují v jedincích, ale ti žijí z hlediska evoluce velmi krátce,
zatímco populace přetrvává
v evoluci se spíš uplatňují postupné malé změny, výrazné změny obvykle organismus
poškozují
b) speciace




zahrnuje vznik nových druhů
druh lze definovat jako skupinu vzájemně se křížících jedinců, kteří dávají potomstvo
schopné rozmnožování
mezi jednotlivými druhy existují reprodukční izolace, jen výjimečně se kříží jedinci
mezidruhově; tato izolace je vytvořena bariérami
bariérami mohou být: geografické podmínky znemožňující migraci; různé období
rozmnožování; k páření může docházet jen v případě určitých pachových,


zrakových, zvukových aj. podnětů, které vnímají a produkují jen jedinci téhož
druhu; mechanické (stavba kopulačních orgánů)
v důsledku těchto bariér se mohou vytvářet poddruhy, které mohou být
počátkem vzniku nových druhů
geografické bariéry napomáhají vzniku nových druhů, rozdílná stavba reprodukčních
orgánů spíš udržuje existenci druhu
c) makroevoluce




znamená vznik a zánik nových skupin druhů
vznikají při ní evoluční novinky – ty se obvykle uplatní jako výhodná vlastnost při
přechodu do nového prostředí
evoluční novinkou pro původně mořské živočichy při přechodu na souš byl
dokonalejší centrální nervový systém a dokonalejší smyslové orgány a také kosterní a
svalová ústrojí, která umožňovala pohyb po souši
podílejí se na ní dlouhodobě působící mikroevoluce a speciace, katastrofické změny
prostředí, vznik evolučních novinek a zrychlení změn u těch organismů, které vlastní
evoluční novinky
v ontogenezi se vyskytují stádia, která naznačují struktury, které vznikaly během fylogeneze
neznamená to, že by ontogeneze v krátkosti zobrazovala fylogenezi (Haeckelův tzv.
biogenetický zákon, dokladovaný nákresem tzv. Haeckelových embryí – srovnávací nákres
embryí obratlovců bývá dnes označován jako jeden z největších podvrhů v dějinách biologie)
ale proto, že v ontogenezi se objevují nejprve znaky obecnější a teprve později znaky
speciálnější

Podobné dokumenty

Charakteristika, vznik a podmínky existence života (3)

Charakteristika, vznik a podmínky existence života (3) chemické reakce než v prostředí • Dochází k tvorbě organických sloučenin a také k uvolňování chemické energie z organických sloučenin • Obojí se uskutečňuje zpočátku pomocí nahromaděných anorganick...

Více

Vývoj názorů na vznik a původ života:

Vývoj názorů na vznik a původ života: • 1959 - S.W. Fox – zahříval v bezvodém prostředí na polyfosfátovém podkladu směs dvaceti základních aminokyselin na 150180oC • vznikaly jednoduché bílkoviny

Více

p. Poláček - Gymnázium Na Pražačce

p. Poláček - Gymnázium Na Pražačce Gymnázium Na Pražačce Nad Ohradou 2825/23 130 00 Praha 3-Žižkov www.gymnazium-prazacka.cz

Více

GYMNÁZIUM JAKUBA ŠKODY Vznik života na Zemi

GYMNÁZIUM JAKUBA ŠKODY Vznik života na Zemi Tím, že byla Země natavená, uspořádala se tak, že těžké částice (železo) byly v jejím středu a prvky lehčí (křemičitany a živce) na jejím povrchu. Tehdy ještě zemská kůra byla tenká, zárodky světad...

Více

ebook_jak_se_dostat_na_medicinu_2016

ebook_jak_se_dostat_na_medicinu_2016 Studium medicíny i samotná praxe lékaře jsou velice náročné. Nejinak tomu je u samotné přípravy na přijímací zkoušky na lékařské fakulty. Nároky jsou vysoké a uspět mohou pouze ti, kteří projeví sk...

Více

Vznik a vývoj života na Zemi II.

Vznik a vývoj života na Zemi II. velmi složité a dokonalé, se objevili už během prahor, kdy poklesnutím teplot se srazily v ovzduší vodní páry a v povrchových prohloubeninách ztuhlého zemského povrchu se vytvořily první praoceány....

Více

2. Stavební kameny - Fyzikální ústav UK

2. Stavební kameny - Fyzikální ústav UK UV záření – Většina atmosfér absorbuje UV záření – UV záření štěpí chemické vazby a tak poškozuje biomolekuly, systémy by zřejmě musely být založeny na odlišné biochemii

Více

ii. základy chemie přírodních látek

ii. základy chemie přírodních látek patří nejen všeobecně známé sloučeniny jako sacharidy, lipidy (např. tuky nebo oleje), peptidy a bílkoviny, nukleové kyseliny, vitaminy apod., ale i méně známé látky jako heterocyklické sloučeniny,...

Více

muslimove a evoluce - e

muslimove a evoluce - e 1. Jsme stvořeními Božími, ať už uvažujeme, že nás Bůh stvořil najednou takové, jací jsme, anebo nás tvaroval skrze dřívější formy. On je náš Stvořitel a Jemu se navrátíme. 2. Islám jako náboženstv...

Více