2.1. Teorie o vzniku života

1. 2.1. Teorie o vzniku života Autor: PhDr. Přemysl Štindl Recenze: Mgr. Vladimír Bádr, Ph.D.

2. Obr. 1)

3. Společným rysem většiny současných vědeckých teorií je, že předpokládají vznik života postupným vývojem z neživé hmoty (abiogeneticky) přímo na Zemi (autochtonně). I přesto, že se názory vědců na jednotlivé fáze vzniku a vývoje života neztotožňují, hledají všichni odpověď na tři základní otázky.

4. Kdy život vznikl? (časové vymezení) • Kde život vznikl (v jakém prostředí) • Za jakých podmínek život vznikal (které vnější faktory se při formování živých soustav uplatňovaly)

5. Etapy evolučního vývoje • etapa chemické evoluce • vznikaly první organické látky • etapa biologické evoluce • popisuje vznik živých soustav a jejich vývoj až po dnešní dobu Obr. 2) Obr. 3)

6. Obr. 4) Jak asi probíhá evoluce?

7. Obr. 5) Nebo takto?

8. Nejvýstižnější je rozdělení etap podle Nováka (1972): • 1) Etapa abiogenetická • Odpovídá chemické fázi. • Vznik prvních organických monomerů a anorganických sloučenin a jejich následná polymerace. • 2) Etapa autoreprodukční • Období vzniku látek schopných vlastní autoreprodukce tzn. nukleových kyselin. • 3) Etapa buněčná • Trvá do současné doby. • Představuje vznik a vývoj buněčných struktur až k dnešním mnohobuněčným organismům.

9. 1. Etapa abiogenetická

10. Nejstarší mikrofosilie • nejstarší mikrofosilie (3,7 miliardy let) nalezeny v Barbertonských horách v JAR (Nagyová 1973) • Lze předpokládat, že první organické látky vznikaly na Zemi již více než před 4 miliardami let, tedy při formování naší planety. • Nalezené mikrofosilie totiž patřily zbytkům organismů s prokaryoticky organizovanou buňkou a s rozvinutým fotosyntetickým aparátem. Mohli bychom je srovnat s dnešními sinicemi.

11. Atmosféra • v té době měla zpočátku redukční charakter • kyslík byl vázán do sloučenin • obsahovala velké množství vodních par (zemský povrch byl zahřát na 100 – 150°C a proto veškerá voda byla v plynném skupenství) • obsahovala CO2, NH3, HCN, H2, N2, jednoduché uhlovodíky a další • dalšími faktory byly elektrické výboje a silné ionizační záření, protože nebyla vytvořena ozonová vrstva • značná část viditelného záření byla pohlcena hustou vrstvou par.

12. Důkaz vzniku látek experimentálně • Vědci se snažili napodobit tyto podmínky a dokázat vznik látek experimentálně. • V roce 1828 syntetizoval Wöhlermočovinu. • V roce 1861 syntetizoval Butlerovglukózu z anorganických látek. • Dnes je možné uměle vytvářet bílkoviny i celé geny. • Zajímavým experimentem bylo ostřelování oxidu uhličitého urychlenými částicemi z cyklotronu. Calvin analýzou dokázal v získaném roztoku kyselinu mravenčí, octovou, šťavelovou, jantarovou. Pro další pokusy použil směs amoniaku a kyseliny octové, po ozáření dostal nejjednodušší aminokyselinu – glycin. • V experimentech pokračovali Miller a Urey v roce 1959. Dokázali podobným způsobem připravit kyanovodík, Při jeho adici na aldehydy (kyanhydrinová reakce) vznikají aminokyseliny. Celkem jich Miller analyzoval 12 druhů. • K podobným výsledkům dospěl Palm, který zjistil ve vznikajících látkách heterocyklické sloučeniny – základy dusíkatých bází nukleových kyselin.

13. Uvedené pokusy doložily možnost abiogenetické tvorby základních stavebních monomerů dvou nejvýznamnějších látek v přírodě – bílkovin a nukleových kyselin.

14. Polymerace (polykondenzace) • Následným krokem musela být polymerace (polykondenzace). • Podle Oparinovy teorie se realizovala v praoceánech. Peptidy mohou vznikat přímou hydrolýzou kyanidových polymerů ve vodním prostředí (Moser 1968). Tehdy uvažovali vědci, že není pravděpodobné, aby taková reakce probíhala ve vodním prostředí. • Z tohoto vycházely i pokusy Foxovy. Fox v roce 1959 zahřál v bezvodém prostředí na polyfosfátovém podkladu směs dvaceti základních aminokyselin. Za teploty 150 – 180°C vznikaly jednoduché bílkoviny, zvané termální protenoidy. Úspěšné experimenty vedly k tvrzení, že první biopolymery se vytvářely na křemičitých a fosfátových horninách, možná v úbočí tehdejších sopek.

15. Prebiotické bahno • Organické sloučeniny vznikající abiogenetickou cestou téměř nepodléhaly rozkladu (v důsledku nepřítomnosti kyslíku) a hromadily se pravděpodobně v ohromném množství. • Pokrývaly dna oceánů a daly vzniknout tzv. prebiotickému bahnu. • Vytvořila se tak zásobárna pro následující biochemický vývoj.

16. 2. Etapa Autoreprodukční

17. V této etapě vznikaly látky schopné produkovat vlastní kopie, dokázaly se tedy zdvojovat. Vznikaly jakési prototypy dnešních nukleových kyselin. • Předpokladem byl kontakt nukleových kyselin a bílkovin. • Existuje několik názorů na jejich vzájemnou koexistenci.

18. a) Koacervátová teorie – Oparin • Předpokládal, že na základě fyzikálních a chemických změn ztrácí molekuly náboj, shlukují se, vyvločkují z vodného roztoku a vytváří tzv. koacerváty. Tyto děje lze napodobit v laboratorním prostředí. Avšak praoceány byly daleko zředěnější. • Dále bylo zjištěno, že koacerváty mají schopnost absorbovat ze svého okolí makromolekulární látky, tedy především další bílkoviny a nukleové kyseliny.

19. b) Teorie mikrosfér – Fox • Ke svým experimentům použil termální protenoidy syntetizované v bezvodém prostředí. • Při styku s vodou docházelo k jejich hydrataci, bobtnání. • Vznikající útvary označil Fox jako mikrosféry. • Vykazovaly také vlastnosti jako koacerváty, tedy schopnost absorbovat ze svého okolí další makromolekulární látky, zvětšovat svůj objem a zároveň se rozpadat na nové dceřiné částice.

20. c) Teorie jílových částic – Bernal • Vychází z absorpčních vlastností částic jílu, rozptýlených ve vodním prostředí. • Tyto částice absorbovaly ze svého okolí nukleové kyseliny a bílkoviny, tak umožnily jejich vzájemný kontakt.

21. d) Teorie koacervátu v koacervátu - Liebl • Vysvětluje vznik genetických struktur. • Z okolí byly absorbovány do nitra koacervátů abiogenně vzniklé bílkoviny a nukleotidy. • Bílkoviny uvnitř působily jako biokatalyzátory při syntéze nukleových kyselin z nukleotidů a ty opět řídily syntézu nových molekul bílkovin. • Replikací a neoddělováním dceřiných molekul nukleových kyselin se postupně formovala dvojšroubovitá struktura DNA. • Na matrici DNA se vytvářely transkripcí molekuly RNA, které řídily syntézu již specifických bílkovin. • Kolem každé molekuly DNA se shromažďovaly odpovídající molekuly RNA a bílkoviny. Tím vznikalo v jednom koacervátu několik zárodků nových útvarů, které se postupně od ostatních oddělily membránovou strukturou (koacervát v koacervátu).

22. První živé soustavy • Nově vzniklé částice měly: • svůj metabolismus • jednoduchý genetický aparát • na povrchu zřejmě i selektivní membránu. • Lze tedy předpokládat jejich růst a rozmnožování • Můžeme je tak považovat z první živé soustavy nazývané eobionta nebo protobionta. • Společný předek všech živých forem se označuje jako progenot.

23. 3. Etapa buněčná Pokračuje v částech II. a III. Evoluce buňky

24. Literatura: • Dostál, P. (2004) Historický vývoj organismů. Univerzita Karlova v Praze – Pedagogická fakulta. Praha. s. 5 – 7.

25. Zdroje obrázků: • Obr.1) http://stereo.gsfc.nasa.gov/img/spaceweather/preview/tricompSW.jpg • Obr. 2) http://www.i-zuby.cz/userimages/Zuby_ze_zkumavky_2.jpg • Obr. 3) http://nd01.blog.cz/221/467/889def856d_12914815_o2.jpg • Obr. 4) http://home.zcu.cz/~topicz/Foto/Muzska_evoluce.jpg • Obr. 5) http://www.jimisoft.cz/obrazky/evoluce.jpg

26. konec 01/09 PhDr. Přemysl Štindl