GYMNÁZIUM JAKUBA ŠKODY Vznik života na Zemi

GYMNÁZIUM JAKUBA ŠKODY
Ročníková práce z biologie
Vznik života na Zemi
Zpracoval: Štěpán Hlavička, IV.A
Přerov 2005
Obsah:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Úvod a cíle ........................................................................................................................ 3
Teoretická a metodická část.............................................................................................. 3
Vznik života na Zemi........................................................................................................ 4
3.1
Názory na vznik života ............................................................................................. 4
3.1.1
Myšlenky vycházející z náboženství ................................................................ 4
3.1.2
Lamarcova teorie .............................................................................................. 5
3.1.3
Weissmanova teorie .......................................................................................... 5
3.1.4
Teorie kosmozoí a Cuviera ............................................................................... 5
3.1.5
Darwinova teorie............................................................................................... 5
3.1.6
Neodarwinismus ............................................................................................... 6
3.2
Co předcházelo vzniku života................................................................................... 6
3.2.1
Velký třesk........................................................................................................ 6
3.2.2
Vznik hvězd ...................................................................................................... 6
3.2.3
Vznik planety Země.......................................................................................... 7
Cesta k životu na Zemi ..................................................................................................... 7
4.1
Vznik prvních sloučenin za pomoci energie............................................................. 7
4.2
Voda základ života.................................................................................................... 8
4.3
Koacerváty ................................................................................................................ 8
Autoreprodukce a zápis do DNA...................................................................................... 9
5.1
Autoreprodukce ........................................................................................................ 9
5.2
Aminokyseliny........................................................................................................ 10
5.2.1
Kyselina ribonukleová .................................................................................... 10
5.2.2
Šroubovicová struktura kyseliny deoxyribonukleové..................................... 10
5.3
Mitóza – základní proces dědičnosti....................................................................... 11
5.4
Změny a chyby při přenosu genetické informace ................................................... 12
Vznik a vývoj života ....................................................................................................... 12
6.1
První živé organismy .............................................................................................. 12
6.2
Eobionty a první bakterie........................................................................................ 12
6.3
Sinice - první vodní rostliny ................................................................................... 13
6.4
Fotosyntetická asimilace......................................................................................... 13
6.5
Aerobní bakterie ..................................................................................................... 14
6.6
Dýchání u bakterií................................................................................................... 14
6.7
Rozdělení bakterií ................................................................................................... 14
6.7.1
Říše živočišná ................................................................................................. 16
6.7.2
Říše rostlinná .................................................................................................. 17
6.7.3
Říše hub .......................................................................................................... 19
Závěr ............................................................................................................................... 20
Seznam literatury ............................................................................................................ 21
Příloha............................................................................................................................. 22
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 2 z 22
1
Úvod a cíle
Pro téma vzniku života na Zemi jsem se rozhodl z několika důvodů. Tím hlavním je
to, že tato záhada ještě nebyla prokazatelně vysvětlena a existuje hned několik teorií, jak
život vznikl. Některé jsou jednoduché, jiné zase natolik složité, že by na ně jedna práce
nestačila. Jedna teorie vyvrací druhou a ani vědci a filozofové nedokáží určit tu správnou.
Ve své práci vás s těmito teoriemi seznámím, ale pro detailnější představu vzniku a
vývoje života budu vycházet z nejnovějších poznatků vědy. Pokusím se objasnit otázky typu:
Kde se vzal ve vesmíru život? Byla to jen náhoda nebo zákonitý jev? Podle jakého plánu se
život vyvíjel?. První bychom si však měli uvědomit, že život není jen něco úžasného,
fantastického. Ale život jsme i my, prožíváme ho a utváříme, někdy i ničíme. Žasneme nad
množstvím forem a krásou jejich tvarů, ale pochopit jej nemůžeme, dokud nepronikneme do
jádra jednotlivých organismů a návaznosti jedné části na druhou.
Avšak vznik je jen jednou částí života, zde k pochopení docházíme až v posledních
letech, ale to neznamená, že své předky máme považovat za nevzdělance. Pravdou je, že
vznik života odhalit nedokázali, zato již v polovině devatenáctého století pronikli do tajů
jeho vývoje a to díky známému vědci Ch. Darwinovi, který přišel s teorií přirozeného
výběru. Největšího pokroku od dob Darwina bylo dosaženo vývojem vědy v oblasti genetiky
a průniku do tajů DNA a složité organické chemie. To vše svědčí o atraktivitě a zajímavosti
práce na téma vznik života na Zemi.
2
Teoretická a metodická část
Při psaní této práce jsem čerpal informace převážně z dvou publikací zabývajících se
problematikou vzniku života na Zemi. První je kniha Po stopách života autora Vítězslava
Říhy z roku 1970. Pravdou je, že neobsahuje nejnovější poznatky, ale umožnila mi si udělat
alespoň prvotní představu o vzniku života. Druhá kniha – Život (1987) se mnohem
podrobněji zabývá vznikem života a nechává prostor čtenáři udělat si vlastní úsudek.
Autorem této knížky není jednotlivec, nýbrž sedmičlenná skupina vědců o složení: Jan
Buchar, Jaroslav Drobník, Emil Hadač, Jan Jansko, Jan Květ, Jan Lellák a Zbyněk Roček.
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 3 z 22
Avšak jen tyto informace by mi k ucelenému názoru nestačily. Proto jsem převážně v
první části práce použil informace nabyté z Encyklopedického slovníku napsaném
kolektivem autorů Encyklopedického institutu Československé akademie věd. Tato kniha mi
nejvíce pomohla při získávání informací o vědcích a vědeckých teorií různých období.
Jelikož všechny z těchto publikací jsou přes 15 let staré, využil jsem internetové stránky:
www.Evolucezivota.wz.cz. Ta mi poskytla nejnovější poznatky vědy a zpřesnění letopočtů.
To byl výčet jednotlivých zdrojů, ze kterých jsem čerpal. Jednotlivě se od sebe liší jak
pojetím, tak i rozsahem. Nejvíce mi při psaní pomohla nejpodrobnější zpracování knížky
Život. Knihu Po stopách života, Encyklopedický slovník a internetovou adresu
www.Evolucezivota.wz.cz jsem použil při doplňování některých kapitol. Stejně jako
informace, tak i obrázky jsem použil převážně z knihy Život. Jedinou výjimkou je obrázek
DNA, který jsem našel s pomocí internetového vyhledavače www.seznam.cz. Tím bych
teoretickou a metodickou část uzavřel.
3
Vznik života na Zemi
3.1
3.1.1
Názory na vznik života
Myšlenky vycházející z náboženství
Odjakživa se lidé snažili vysvětlit svou existenci. První myšlenky byli silně ovlivněny
náboženstvím. Mezi nejznámější patří stvoření Adama a Evy Bohem z Bible. Podle této
teorie Bůh za 6 dní stvořil svět spolu s veškerou faunou a florou a hlavně dvě lidské bytosti Adama a Evu. Ti spolu žili v ráji a užívali si života. Jednoho dne však přišlo pokušení z
rukou zrádného hada a Adam s Evou mu podlehli. Za trest je Bůh z Ráje vyhnal a ponechal
osudu. Adam s Evou přežili a zplodili potomky, a tak přišli na svět první lidé. Další teorií je
buddhistická představa cyklu zrození a zániků. Tu buddhisté aplikují na celí vesmír, zde však
nejde o zrození, ale právě o neustálý koloběh života, který tu je odjakživa.
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 4 z 22
3.1.2
Lamarcova teorie
Postupem času, jak upadal vliv náboženství a objevili se první zkamenělé nálezy
(hlavní podíl na nálezu těchto zkamenělin měla těžba nerostných surovin), poznání lidí se
prohlubovalo. Na přelomu 18. a 19. století přichází s novou teorií Jean Baptiste Lamarc.
Ten tvrdil, že neživé hmotě byl vdechnut život takzvanou životní silou. V této době již
odborná veřejnost přijala, že vše živé má svého prapředka, a že žijící organismy nejsou
neměnné a také připustila vznik jednoho druhu z druhého. Tento vývoj Lamarc vysvětloval
na příkladu žirafy. Předvídal, že předci žiraf měli krátké krky, ale potřeba natahovat se za
potravou vyústila v delší a delší krky jejich potomků. Lamarcova teorie však nebyla nikdy
přijata, protože nemohl dokázat krátké krky u žirafích předků. Navíc oponenti poukazovali
na příklad dřevorubců, jejichž děti se nerodí s mozoly.
3.1.3
Weissmanova teorie
O pár let později přišel s jinou teorií Weissman, ta přímo popírala tu Lamarcovu.
Podle nové teorie se v raném stádiu vývoje oddělují buňky nesoucí genetickou informaci, tak
se zabrání přenosu zkušeností na potomky. Ale ani tato představa neuspokojila některé
konzervativně smýšlející vědce, kteří věřili v teorii samozplození, podle které z neživé hmoty
vznikli živé organismy. Například z bahna žáby.
3.1.4
Teorie kosmozoí a Cuviera
Na počátku 20. století švédský fyzik a chemik Svante August Arrhenius rozpracoval
teorii kosmozoí (zárodků), ta předpokládá rozšíření života po celém vesmíru, který se rozvine
jen v příhodných podmínkách (Země). Mezi další zajímavé teorie patří určitě i ta G.
Cuviera. Cuvier tvrdil, že jednou za čas se objeví katastrofa , která zničí život a na její místo
přijdou dokonalejší živočichové.
3.1.5
Darwinova teorie
S největším převratem v novodobé biologii přišel v polovině 19. století anglický
vědec Charles Darwin. Podle něj probíhá evoluce tak, že potomků se narodí více než rodičů.
Potomci mají částečně odlišné vlastnosti a přežít mohou jen ti nejpřizpůsobivější. Tento běh
života Darwin nazval přirozený (někdy také přírodní) výběr. Přirozeným výběrem dochází k
vzniku nových druhů, navzájem neschopných se křížit (mutace). Darwina silně ovlivnila
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 5 z 22
cesta kolem světa v letech 1832 – 1836, na které se plně věnoval příbuznostmi a rozdíly mezi
organismy.
3.1.6
Neodarwinismus
V třicátých letech 20. století se objevuje takzvaný neodarwinismus. Neodarwinismus
předpokládá, že veškerá druhová odlišnost organismů je způsobena náhodnou mutací
genetické informace. Ta je pak dále předána na potomka a u něj se projeví. Pokud je tato
vlastnost dobrá a pomůže mu s přežitím a bude předána i na jeho potomka. Ale pokud tato
vlastnost bude špatná, jedinec a nebo jeho potomci budou odsouzeni k zániku, tak se
nevýhodná vlastnost odstraní.
Neodarwinismem bych výčet teorií o vzniku a následném vývoji života uzavřel a dále
se věnoval pohledu na vznik života očima současných vědců.
3.2
3.2.1
Co předcházelo vzniku života
Velký třesk
Asi před patnácti až deseti miliardami let započala éra vesmíru a to velkým třeskem
(big bang). Hustý a žhavý plyn se začal rozpínat, vznikl prostor a začali platit fyzikální
zákony. Hned poté došlo k vytvoření základních stavebních částic hmoty – protonů,
elektronů a neutronů. Za 200 sekund se protony a neutrony začali spojovat, a tak byla
vytvořena jádra vodíku, helia a lithia. Neustále probíhalo rozpínání vesmíru a sním spojené
ochlazování. Jakmile se teplota přiblížila k 10000°C, elektrony se začaly slučovat s protony
do elektroneutrálních atomů. Se stále větším vlivem hmoty přišla i gravitační síla. Jejím
působením vznikly zahuštěné oblasti a z nich následně galaxie, hvězdy a planety.
3.2.2
Vznik hvězd
Vzniku hvězd předcházelo smrštění chladných mračen prachu. Následně přeměna
pohybové energie částic na tepelnou. Tím stoupla teplota i hustota hmoty. Když teplota ve
středu přesáhla 7 milionů °C, zažehla se termonukleární reakce (dvě vodíková jádra se
sloučila do jednoho jádra helia ) a hvězda začala svítit. Životnost takovéto hvězdy byla přímo
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 6 z 22
závislá na její hmotnosti. Ze zbytků vesmírného prachu se utvořil prstenec kolem hvězdy a z
něj následně planety a jejich měsíce.
3.2.3
Vznik planety Země
Naše planeta vznikla asi před 4,6 miliardami let. Po svém vzniku byla natavená, a to
díky ohromné energii, která se uvolňovala z dopadajících meteoritů a z jaderných reakcí.
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 světadílů se teprve rodily a navíc neprobíhalo konvenční proudění v astenosféře
(oblast asi 150 km pod zemským povrchem), tudíž neprobíhal ani pohyb litosférických
desek. Atmosféru tvořili: amoniak, vodík, vodní páry, metan, fosfan, dusík, kyanovodík a
sulfan, avšak scházela ozonová vrstva. Tato atmosféra byla redukční, to znamená, že
odjímala kyslík z okolí.
4
4.1
Cesta k životu na Zemi
Vznik prvních sloučenin za pomoci energie
Každý atom a molekula mají určitou volnou energii, podle toho, jak jsou uspořádány
elektrony v atomech. Pokud se jejich uspořádání změní, změní se i obsah energie. V chemii
tyto reakce označujeme jako endotermické (spotřebují energii) a exotermické (vydávají
energii). Nejvariabilnější prvek v chemii je uhlík. Jeho atomy se mohou téměř neomezeně
slučovat mezi sebou a navíc několika způsoby i s prvky jinými a to převážně s vodíkem,
kyslíkem, dusíkem a sírou. Různé kombinace jsou však různě energeticky bohaté. Ty
energeticky chudší, jsou stabilnější a naopak na volnou energii bohatší molekuly méně
stabilní. Avšak přestavba již vzniklé molekuly na jinou třeba i energeticky výhodnější není
tak jednoduchá, jak vznik sloučeniny z atomů. Nejprve je nutné stávající sloučeninu rozebrat
a potom uspořádat její elektrony do nového postavení. K tomu je potřebná aktivační energie
z okolí například UV záření nebo sopečná činnost, popřípadě elektrické výboje.
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 7 z 22
Uhlík, vodík a kyslík se mohou slučovat do sloučeniny zvané hroznový cukr neboli
glukóza, která nám polymerizací (zřetězením) dá celulózu (dřevo) nebo škrob. S použitím
stejných atomů, ale jiného uspořádání nám vznikne oxid uhličitý a voda. V prvním případě
obsahuje sloučenina o 20 megajoulů energie více než ve druhém. Dnes tyto pochody
můžeme demonstrovat v laboratořích. Z poznatků astronomie a geologie víme, že na Zemi
před 4 miliardami let probíhaly procesy, při nichž se uvolňovalo mnoho energie a ta se
potom ukládala do sloučenin uhlíku. Víme také, že neexistoval téměř žádný volný kyslík a
tudíž ani energeticky chudý oxid uhličitý.
4.2
Voda základ života
Pro nás naprosto běžná a nejobyčejnější chemikálie je v chemii považována za
naprosto výjimečnou a pořád ještě nepoznanou sloučeninu. Mezi nejznámější zvláštnosti
patří vodíkový můstek. Ten umožňuje vypůjčování vodíku mezi dva atomy kyslíku. V
biologii je tato funkce nezbytná k přesnému zápisu DNA, odlišnosti enzymů a mnoha dalším
procesům. Další zajímavostí vody jsou její skupenství. Za normálních teplot by měla být
plynem a kapalinou se stát až při -80°C. Důvodem, proč tomu tak není jsou síly, které spojují
její molekuly. Nejen vodíkové můstky, ale i elektrostatické síly. Vzhledem k vodě dělíme
látky na hydrofilní (milující vodu), ty se ve vodě rozpustí a smísí se s ní a látky hydrofobní
(nesnášející vodu), které voda mezi své molekuly nepustí.
Pro život začala být voda nezbytná, až teplota na Zemi klesla pod sto stupňů celsia a
stala se z plynné látky kapalinou. Tak jako dnes je hlavním přepravcem hornin a minerálů do
moří a oceánů, tak i v minulosti přepravovala sloučeniny uhlíku, vodíku, kyslíku a dusíku do
vodních nádrží. Jak se voda vypařovala, stoupala koncentrace těchto látek.
4.3
Koacerváty
Větší molekuly a hlavně polymery (molekula vzniklá ze spojení více jednoduchých
jednotek) tvoří jednak části hydrofilní, tak i hydrofobní. Ve vodě se potom tyto polymery
uspořádají do klubka a to tak, aby hydrofilní úseky byly s vodou v co největším kontaktu a
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 8 z 22
úseky hydrofobní naopak ukryty uvnitř klubka. Je-li v roztoku polymerů více, mohou
vytvořit shluk, v němž se navzájem poutají většími silami. Tento shluk nazýváme koacervát,
což je vločkovitý útvar složen převážně z polymerů a částečně ze solí, vody a jiných menších
molekul. Již u koacervátů můžeme sledovat jisté povrchové napětí a s ním spojený tvar
koule. Proč zrovna koule? Jelikož právě koule je prostorový útvar s nejmenším povrchem. U
koacervátů můžeme také poprvé zaznamenat oddělení vnější a vnitřní vrstvy.
I když se koacerváty již v mnohém životu podobaly, stále ještě o životu mluvit
nemůžeme. Hlavním důvodem je neschopnost koacervátů vytvářet sobě podobné. Je
pravdou, že se koacerváty dělí, ale to jen v důsledku velkého nahromadění polymerů, které
už nedokáže udržet pohromadě. Tedy z čistě fyzikálního důvodu. Období koacervátů
nazýváme prebiotické neboli období fyzikálně chemických útvarů.
5
5.1
Autoreprodukce a zápis do DNA
Autoreprodukce
Autoreprodukce je schopnost předávat dědičnou informaci. Právě tato část vývoje a
vlastně vzniku života patří i přes velkou snahu vědců nerozluštěna. Mezi nejdokonalejším
koacervátem a nejjednodušším živým systémem je ohromný vývojový skok. I když
koacervát po dobu své existence zjistí, jak lépe ukládat energii či hromadit nějakou látku,
pokud tuto informaci nepředá svým potomkům, tak zahyne spolu s ním a vývoj zůstane stát
na mrtvém bodě. Ovšem pokud se mu to jen z části podaří, tak koacerváty vzniklé jeho
rozpadem za chvíli vytlačí všechny ostatní z daného prostředí. Schopnost zapisovat
dědičnou informaci je pro život natolik důležitá, že dnes na Zemi nenajdeme žádný
přechod. Tak jako nekoupíme černobílý televizor, který nemůže konkurovat barevnému, tak i
v přírodě nemohou existovat příbuzné ovšem vývojově různé formy dlouhodobě vedle sebe.
Jednotlivé životní funkce lze do jisté míry omezit, ale autoreprodukci ne. Stejně i u auta lze
tolerovat poškrábaný lak, ale poškozené brzdy asi těžko. I nejjednodušší organismy, které
nemají vlastní látkovou výměnu ani schopnost slučovat bílkoviny jsou vybaveny "nejnovější"
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 9 z 22
autoreprodukcí pomocí nukleových kyselin. Základem nejen těchto nukleových kyselin, ale
i všech bílkovin jsou aminokyseliny.
5.2
Aminokyseliny
Dnes známe asi dvacet aminokyselin z odlišnými funkcemi. Je však velice
pravděpodobné, že úlohy dávných aminokyselin byly odlišné od dnešních. Dokonce na
asteroidech vědci našli aminokyseliny, které se v bílkovinách nevyskytují vůbec. Vznik
aminokyselin demonstrovali američtí vědci Miller a Oró pokusy v laboratořích: HCN + NH3
+ CH4 +el. výboje → primitivní aminokyseliny (glycin, valin). Prvotně se aminokyseliny
spolu slučovaly náhodně, až časem přišel řád v podobě matričního slučování. To znamená, že
shluky aminokyselin začali vznikat podle dané předlohy - matrice. Pro představu lze
aminokyseliny zaměnit za diváky a matrici za sedadla v kině. Každý z diváků si koupí lístek
s jiným číslem sedadla. Takto vzniká pokaždé jiné uspořádání. Ovšem pokud bude mít každý
předem určené, kam si má sednout a to nejen dnes, ale i příště, tak složení bude stejné až na
malé odchylky (v našem případě onemocnění jednoho či dvou diváků).
5.2.1
Kyselina ribonukleová
Nejdůležitější sloučenina vzniklá z aminokyselin je kyselina ribonukleová. A jak
vznikla? Ke každé části určité aminokyseliny se navázal zbytek kyseliny fosforečné s jednou
funkcí. A protože funguje jako přenašeč aminokyselin při řazení do matrice, říká se této
kyselině ribonukleová transferová (přenosová), zkráceně tRNA. Svůj zkrácený název má i
matrice a to mRNA, jež je odvozen od ribonukleové kyseliny a její funkce, tou je schopnost
nést informaci o vlastnosti vytvářené bílkovině, podle anglického slova messenger (posel).
5.2.2
Šroubovicová struktura kyseliny deoxyribonukleové
Proces slučování tRNA a mRNA je natolik složitý, že ho v této práci nebudu
podrobně rozvádět. Zjednodušeně to funguje jako zip na vaší bundě, jedna polovina zapadá
do té druhé za pomoci prostředníka. Výsledný produkt je však nestálý a náchylný k
poškození změnou prostředí. Příroda si poradila i s tímto problémem a vyřešila ho
uspořádáním sloučeniny do stabilnější šroubovicové struktury, která nejen že lépe
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 10 z 22
překonává chemické a fyzikální nástrahy, ale dokáže se v případě poškození sama opravit.
Navíc ještě před sloučením byly odstraněny nepotřebné části obou kyselin, takže lze mluvit o
jakémsi zušlechtění prvotních materiálů a tudíž i výsledného produktu. V chemii označujeme
vzniklou kyselinu jako deoxyribonukleovou, zkráceně DNA (viz obr. č. 5.1 Schéma DNA).
. Všechny pochody týkající se DNA (regulace, štěpení, opravy, atd.) provádí bílkoviny –
enzymy.
Obr. č. 5.1 Schéma DNA
5.3
Mitóza – základní proces dědičnosti
Tak jak lidé uchovávají vzory metru a kilogramu z platiniridia, tak i DNA je pečlivě
uschována a oddělena od ostatních částí buňky v jádře buňky. Jedinou výjimkou jsou
bakterie a sinice, jelikož nemají jádro. Všechny ostatní buňky u živočichů, rostlin a hub
dostali název eukaryotní. Což znamená s pravým jádrem. U eukaryotních buněk se také
poprvé objevují chromozomy, což jsou vlastně jednotlivé části dědičné informace se
specifickým tvarem. Při dělení buňky se uspořádají na rozhraní matečného jádra s dceřiným a
po odpojení se chybějící poloviny samy obnoví. Tento způsob dělení jádra se jmenuje
mitóza a je jedním ze základních procesů zabezpečujících dědičnost.
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 11 z 22
5.4
Změny a chyby při přenosu genetické informace
Naštěstí pro evoluci nic není dokonalé, takže je tu prostor pro vývoj. Největší podíl na
chybách při přenosu genetické informace má ultrafialové a radioaktivní záření a také některé
chemikálie (mutageny). Nejzávaznější je chyba v matrici v DNA. Nejen, že se tato chyba
bude promítat po celý život buňky, ale přenese se i na buňky dceřinné a ty pak zase dále
svým potomkům. Takovéto změně se říká mutace. Mutací máme mnoho druhů a četnost
jejich výskytu je jedna mutace na milion jedinců u mutací zjistitelných ve vnějším projevu,
ovšem u dílčích mutací je mnohem větší. Další větší změny zaznamenáváme také při
spojování dvou genetických archivů, tedy při splývání mateřských a otcovských pohlavních
buněk, to však jen u buněk s pohlavním rozmnožováním.
6
6.1
Vznik a vývoj života
První živé organismy
Abychom vypátrali první živé organismy, musíme se znovu vrátit do období
koacervátů. O životě můžeme mluvit až tehdy, když koacerváty dokázaly zkušenosti nabyté
za svou existenci předat dceřiným útvarům vzniklých jejich rozpadem. V jejich případě ještě
nelze hovořit o dělení, nýbrž o rozpadu. Nejpodobnější dnes žijící organismy jsou bakterie a
sinice. Pokud si myslíte, že přece viry jsou nejjednodušší organismy, pak se velmi pletete,
jelikož viry sice existují, ale nežijí.
6.2
Eobionty a první bakterie
Původní organismy utvořené z koacervátů se nazývají eobionty (eo=už; bios=život).
Podobaly se spíše dnešním živočichům než rostlinám, jelikož využívaly k životu organické
látky rozpuštěné v praoceánu, kde se také vyskytovaly. Zpočátku při hojnosti organických
látek, se eobionty množily a druhově rozrůzňovaly. Ovšem jelikož byly závislí na živinách
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 12 z 22
druhých, časem se dříve nezměrná zásoba začala zmenšovat a vyústila až v hromadné
odumírání eobiontů. Ty si "uvědomily", že pokud chtějí i nadále přežít, tak musí být schopny
sami si životní energii vytvářet. Na výběr měli z roztoků se zbytky živin (ty ale rychle
mizely), oxidu uhličitého a tepla. Pro eobionty, které potřebují neustále obnovovat stavbu
svého těla o sloučeniny uhlíku, bylo nezbytné přetvořit se tak, aby touto obnovou dokázaly
získat uhlík z oxidu uhličitého nebo lépe využít organických zbytků. Vybraly si časově méně
náročnou přeměnu, a to tu druhou - využití organických zbytků. K této přeměně ovšem
potřebovaly energii. Tu nakonec přijaly v podobě tepla. Ze zbytků těl vytvořily enzymy,
které potom přeměnu urychlovaly. Tak vznikly první bakterie, které dokázaly mnohem
efektivněji přetvářet zbytky těl na uhlíkaté sloučeniny, a tím si vytvořily čas nezbytný pro
další změny.
6.3
Sinice - první vodní rostliny
Ve druhé fázi se eobionty naučily získat uhlíkaté sloučeniny z oxidu uhličitého. K
tomu však znovu potřebovaly nalézt nějaký nový zdroj energie. A jelikož jediným stálím
přísunem energie bylo sluneční záření, eobionty se rozhodly právě pro něj. Avšak ne všechny
bakterie dokázaly tuto energii zachytit, to mohly jen ty barevné. Zprvu byly pravděpodobně
červené, později hnědé a na závěr zelené. Zelené pak obsahovaly chlorofyl (barvivo). Tak
vznikly první vodní rostliny – sinice.
6.4
Fotosyntetická asimilace
Sinice a i všechny ostatní rostliny se živí anorganickými látkami, odborně se tomu
říká autotrofní výživa. A jak probíhá tato přeměna? Probíhá ve vodě a lze ji zapsat jako:
energie + oxid uhličitý + voda → cukr + kyslík
Tento děj pak nazýváme fotosyntetická asimilace. V biologii je to jeden z největších
mezníků, protože jednak nejjednodušší sinice mohly získávat složitou přeměnou vše co k
životu potřebovaly, ale hlavně poprvé v historii Země se objevuje volný kyslík. Avšak sinice
se již více nevyvíjely, ale ani nevyhynuly a své místo si na Zemi drží pořád. Proč tomu tak
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 13 z 22
bylo? Jelikož vlastnosti nezbytně potřebné k životu již sinice měly a nebylo tedy nutné
vytvářet nové a také proto, že stavba jejich těl byla velmi jednoduchá a pro další vývoj
nevyhovující.
6.5
Aerobní bakterie
Spolu s volným kyslíkem se objevil i nový zdroj energie, jelikož s jeho slučováním s
jinými prvky či sloučeninami vzniká teplo. Do té doby musely bakterie napřed kyslík získat
ze sloučeniny a až potom ho dále využít. K tomu zase potřebovaly energii, takže potom
získaná energie byla tím menší, čím více energie bakterie vynaložily na její vznik. Avšak
jakmile byl v atmosféře volný kyslík, tak ty bakterie, které se ho naučily využívat hned,
získaly ohromnou výhodu a jejich schopnost množit se byla třicetkrát vyšší, tyto bakterie
známe jako aerobní (vzdušné).
6.6
Dýchání u bakterií
Dalším vývojovým skokem bylo nepochybně dýchání. A jak tehdejší bakterie
dýchaly, když neměli plíce? Dýchat se přece dá celým povrchem těla. Některé bakterie této
možnosti využily, kyslík jim umožnil přeměňovat složité látky na jednodušší a z těch pak
znovu stavět své tělo. A funguje zde stejný proces jako u fotosyntézy, ale naopak:
cukr + kyslík → oxid uhličitý + voda + energie
Dýcháním se začala nová etapa vývoje života.
6.7
Rozdělení bakterií
Jak šel vývoj dál, rozvětvily se bakterie do tří hlavních linií, (viz obr. č. 6.1 Vývoj
života). První je archaebacteria, ta nedokázala využít vzdušného kyslíku, který se pro ni stal
jedovatý. Dnes se vyskytuje jen velmi vzácně ve specifickém prostředí. Druhá větev eubakteria měla pro dnešní tvář života větší význam. Jejími nejznámějšími produkty jsou
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 14 z 22
mitochondrie a chloroplasty, které se spojily s buňkami třetí větve - eukaryotes. A jak k
tomu došlo? Mitochondrie a chloroplasty byly původně samostatné, avšak zjistily, že
symbióza by prospěla oběma stranám.
Obr. č. 6.1 Vývoj života
Později dokonce symbióza přerostla do úplného sloučení. Právě buňky poslední skupiny
eukaryotes se výrazně liší oproti jiným větvím. Nejen, že jsou tisíckrát hmotnější, ale navíc
mají mnohem složitější a strukturovanější obsah, který vyplňují organely (buněčné orgány).
Všechny ostatní, jednodušší buňky (bakterie a sinice) nazýváme prokaryota. Eukaryotní
buňky se dělí na tři hlavní linie a to v důsledku příjmu potravy různými způsoby. První jsou
buňky živočišné (viz obr. č. 6.2 Živočišná buňka), druhou rostlinné (viz obr. č. 6.3 Rostlinná
buňka) a třetí houby.
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 15 z 22
Obr. č. 6.2 Živočišná buňka
6.7.1
6.7.1.1
Obr. č. 6.3 Rostlinná buňka
Říše živočišná
Prvoci
Nejstarší jednobuněční živočichové jsou prvoci. Tyto organismy se skládaly z jedné
eukaryotní buňky, která byla plná organel zajišťujících základní životní potřeby. Téměř pro
všechny prvoky je k životu nezbytný pohyb. Ten zajišťuje bičík, vlnící se membrána nebo
jemné řasinky. Přesouvat se potřebují nejen za potravou, ale i do lepšího prostředí. Velké
rozdíly můžeme pozorovat i u příjmu potravy. Jedni filtrují organický roztok celým tělem pinocytóza, jiní pohlcují pevné částice - fagocytóza. Fagocytóza probíhá tak, že prvok obalí
pevnou částici svým tělem a pak ji stráví. A i tento proces provádí každý prvok jinak. Za
zmínku stojí dosažená citlivost prvoků na zvuk, teplo, náraz či překážku. Citlivost se
projevuje tak, že se přibližuje nebo vzdaluje od zdroje hluku nebo tepla podle toho, zda je mu
to příjemné či nepříjemné. Takovému projevu říkáme schopnost reakce. Pro prvoka byla
sice velmi významná, ale rozvinout se mohla až u organismů mnohobuněčných.
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 16 z 22
6.7.1.2
Mnohobuněční živočichové
Mnohobuněční živočichové se na Zemi objevili před 650 až 680 miliony let a v
následujících 100 milionech letech nastal jejich bouřlivý vývoj. Příčinou této expanze
pravděpodobně byla schopnost využívat vzdušného kyslíku produkovaného sinicemi. A jak
mnohobuněční živočichové přišli na svět? Jednotlivé jednobuněčné organismy zjistily, že
spoluprácí a specializací každé buňky na jinou činnost dosáhnou lepšího postavení v
potravním řetězci a vytlačí "konkurenci". Mezi první mnohobuněčné živočichy patřili
bezobratlí, ti se poté ve svém zlatém věku rozdělili do mnoha a mnoha forem. Tento vývoj
probíhal a stále probíhá podle pravidel Darwinova přírodního výběru.
6.7.2
6.7.2.1
Říše rostlinná
Sinice
Jak už víme, nestarší organismy získávající energii z fotosyntézy byly sinice (viz obr.
č. 6.4 Sinice).
Obr. č. 6.4 Sinice
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 17 z 22
Sinice dokáží ze vzduchu získávat nejen oxid uhličitý, ale i dusík ke stavbě svých těl. Dnešní
zelené rostliny nejsou pokračováním vývoje sinic, ovšem mají s nimi společné organely
fotosyntézy - chloroplasty. Avšak fotosyntéza může probíhat jen za přítomnosti slunečního
záření a jelikož i přes noc musí rostliny doplňovat zásobu energie, tak bez světla žijí stejně
jako živočichové ze vzdušného kyslíku.
6.7.2.2
Řasy a směry jejich vývoje
Dalším vývojovým stupněm jsou řasy, ty byly prvními eukaryotními rostlinami a
ubíraly se třemi hlavními směry: červenou, hnědou a zelenou větev.
Červená větev je v současnosti zastoupena hlavně červenými mořskými řasami ruduchami. Ruduchy se vyskytují v moři v hloubkách kolem 200 metrů. Zde nemají žádnou
konkurenci, jelikož žádné jiné řasy nedokážou žít s tak malým přísunem světla. Hnědá větev
je již rozmanitější. Zastupuje ji několik druhů bičíkovců a mnohobuněčné chaluhy. Právě s
chaluhami se dnes můžeme nejčastěji setkat u mořského pobřeží. Poslední, zelená větev (viz
obr. č. 6.5 Zelená řasa) má zastoupení nejen ve vodě, ale i na zemi.
Obr. č. 6.5 Zelená řasa
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 18 z 22
Druhově je velmi různorodá a tvoří ji jak jednobuněčné, tak i mnohobuněčné organismy.
Jednotlivý zástupci se liší způsobem rozmnožování, tvarem i místem působení.
6.7.3
Říše hub
I když se může zdát, že houby nejsou tak významné jako rostliny, které přeměňují
anorganické látky na organické (z těch pak živočichové "vysají" energii až zůstane pouze
organický zbytek), tak právě opak je pravdou. Rostliny by za chvíli všechnu anorganickou
hmotu přeměnily a časem i spolu se živočichy vymřely. Právě proto vznikla skupina
organismů, které měnily organickou hmotu zpátky na anorganickou. Tuto skupinu takzvané
rozkladače (destruenty) tvoří hlavně houby (viz obr. č. 6.6 Houba produkující kyselinu
citrónovou a obr. č. 6.7 Houba způsobující hnilobu citrónů ) a také z části bakterie.
Obr. č. 6.6 Houba produkující kyselinu citrónovou
Ty z vás, kteří se domnívají, že houby rostou v lese a na podzim se sbírají do
smaženice musím vyvézt z omylu. Většina hub je mikroskopických rozměrů a vyskytuje se
všude kolem nás. První houby se objevily asi před 550 miliony let ve vodě. Toto prostředí je
však dnes u hub spíše neobvyklé. Stejně jako živočichové a rostliny, jsou také houby
jednobuněčné i vícebuněčné. Mezi nejznámější patří nepochybně u jednobuněčných kvasinky
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 19 z 22
a u mnohobuněčných již dříve zmíněné jedlé či jedovaté lesní houby. Ale druhů hub je
nepřeberné množství a i u nich se, tak jako u všeho živého, uplatňují pravidla přírodního
výběru.
Obr. č. 6.7 Houba způsobující hnilobu citrónů
7
Závěr
Problematika vzniku života ještě stále nebyla úplně odhalena a ani nejmodernější
laboratoře nedokáží vznik živého organismu z neživé hmoty simulovat. Musíme si však
uvědomit, že ve vesmíru tento děj probíhal miliardy let.
Je život jen náhoda? Právě tuto otázku si vědci kladli mnohá staletí, někteří se
domnívají, že náhoda je, jiní zase naopak. Já ze získaných informací při psaní této práce jsem
došel k závěru, že život není náhoda a rozvinout se mohl v jakékoliv části vesmíru pokud k
tomu měl dobré podmínky. Na naší planetě k tomu došlo asi před 3.85 miliardami let v
praoceánu. První životní formy byly velmi jednoduché a rozlišit je od organických sloučenin
bylo velmi obtížné. Život se odlišoval tím, že dokázal předávat zkušenosti nabyté za dobu
svého bytí potomků, kteří vznikli rozpadem živé hmoty. První živé organismy získávaly
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 20 z 22
uhlík (nejdůležitější prvek při stavbě těl organismů) z látek rozpuštěných v praoceánu, avšak
těch bylo jen omezené množství. Některé organismy vyřešily tento problém schopností
získávat uhlík z atmosféry, kde ho bylo nezměrné množství. Tyto jednobuněčné organismy
nazýváme sinice – prapředci rostlin. S příchodem sinic se objevil i první vzdušný kyslík.
Velká část z původních organismů se však přizpůsobit nedokázala. Naštěstí pro ně
jejich příbuzní (sinice) to zvládli a začali vytvářet pro ostatní k životu nezbytný kyslík. Z
těch přeživších organismů využívajících kyslík se vyvinuli dnešní živočichové a houby. Celý
tento proces vývoje výstižně znázorňuje biologický rok (viz. Příloha č.1.: biologický rok )
8
Seznam literatury
[1] Buchar Jan, Drobník Jaroslav, Hadač Emil, Jansko Jan, Květ Jan, Lellák Jan, Roček
Zbyněk: Život, 1987
[2] Říha Vítězslav: Po stopách života, 1970
[3] www.Evolucezivota.wz.cz: Evoluce života,
[4] www.seznam.cz: Obrázek DNA,
[5] Kolektiv autorů Encyklopedického institutu Československé akademie věd pod vedením
hlavní redakce Československé encyklopedie: Ilustrovaný encyklopedický slovník I., II., III,
1980
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 21 z 22
9
Příloha
Příloha č.1: Biologický rok
Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005
strana 22 z 22