Powstanie i ewolucja życia

Zobacz slidy

Treść prezentacji

Slide 1

Powstanie i ewolucja życia

Slide 2

To zwykła bzdura, zastanawiać się teraz nad pochodzeniem życia; równie dobrze można by się zastanawiać nad pochodzeniem materii. Karol Darwin

Slide 3

Odkrycia dziewiętnastowieczne 1828 F. Wohler Synteza mocznika 1850 A. Strecker Synteza aminokwasu alaniny 1861- A. M. Butlerow Synteza cukrów z formaldehydu 1861 L. Pasteur Ostateczne obalenie teorii samorództwa

Slide 4

Dedukcja Darwina: prosta geneza monomerów CHON Mówi się często, że wszystkie warunki potrzebne do powstania pierwszych żywych organizmów istnieją nadal na Ziemi, jakiekolwiek by one nie były. Jeśli jednak (oh! jak wielkie jeśli) potrafimy wyobrazić sobie ciepły stawek z tak różnymi solami amoniaku i fosforu, światłem, ciepłem elektrycznością etc., że mógł w nim powstać na drodze chemicznej białkowy związek zdolny do jeszcze bardziej złożonych zmian, to dziś taka substancja byłaby natychmiast rozłożona lub absorbowana, co niekoniecznie musiało nastąpić w czasie przed powstaniem życia

Slide 5

Warunki niezbędne, aby obiekt uznać za żywy To, co żywe musi być oddzielone od nieożywionego fizyczna barierą Proces organizacji jest napędzany przez źródło energii Uwolnienie energii musi być sprzężone z procesami organizacji, które tworza i podtrzymują życie Musi powstać chemiczna sieć, która pozwoli na adaptacje i ewolucję Sieć musi rosnąć i powielać się

Slide 6

Powstanie Ziemi około 4,56 miliarda lat temu 4,5-4,4 miliardy lat temu Ziemia mogła mieć stałą skorupę i płynną atmosferę około 3,9 miliarda lat temu nastąpiło intensywne bombardowanie meteoroidami inna intensywność promieniowania słonecznego

Slide 7

Skład chemiczny pierwotnej atmosfery CO2 NH3 H2O H2S CO CH4 H2 N2

Slide 8

Wzrost poziomu tlenu w atmosferze Rdzewienie Ziemi

Slide 9

Warunki powstania życia Brak wolnego tlenu Obecność źródła (źródeł) energii Dostępność potrzebnych związków organicznych Odpowiednia ilość czasu

Slide 10

Związki organiczne mogły tworzyć się z prostych substancji samoistnie koncepcja A. I. Oparina (1924) i J. B. S. Haldane (1929). Pojęcie koacerwatu i zupy pierwotnej.

Slide 11

Test hipotezy Oparina eksperyment Stanleya Millera i Harolda Ureya

Slide 12

Inne hipotezy Dostarczenie składników odżywczych na Ziemię przez meteoryty, komety i inny gruz międzyplanetarny Życie powstało na powierzchni minerałów ilastych

Slide 13

Związki organiczne mogły powstawać w kominach hydrotermalnych teoria G. Wächtershäusera Hipoteza chemo-autotroficznego pochodzenia życia w świecie żelaza i siarki.

Slide 14

Od minerałów do praorganizmu 1. 2. 3. Szlak białkowo-enzymatyczny Szlak lipidowo-enzymatyczny Szlak nukleinowo-genetyczny Które z funkcjonalnych biomolekuł powstały jako pierwsze i umożliwiły syntezę pozostałych?

Slide 15

Podstawowy problem jak powstała molekularna replikacja komórek? Hipoteza świata RNA skład chemiczny pierwotnej Ziemi umożliwił powstanie samoreplikujących się cząsteczek RNA, które były jednocześnie katalizatorami i substratami swojej własnej reakcji

Slide 16

Świat RNA Dwoiste właściwości cząsteczki RNA RNA może pełnić funkcję współczesnej polimerazy RNA Odkrycie rybozymów Dla hipotezy świata RNA prawdopodobnie nie ma alternatywy (choć ma ona liczne ograniczenia)

Slide 17

A może jednak początki były prostsze?

Slide 18

Ewolucja sieci chemicznych

Slide 19

Pierwsze komórki Protobionty kompleksy polimerów organicznych przypominające komórki pod pewnymi względami. Odmianą protobiontów są mikrosfery struktury złożone z protenoidów Struktura komórkowa izoluje układy replikacji i metabolizmu od otoczenia; umożliwia utrzymanie właściwych stężeń substratów; integruje układ metaboliczny z replikacyjnym w jeden obiekt, który może podlegać doborowi

Slide 20

Pierwsze komórki najprawdopodobniej heterotrofy Wczesne komórki nie syntetyzowały związków organicznych pobierały je ze środowiska Energię uzyskiwały poprzez fermentacje tych związków Później pojawiły się adaptacje pozwalające wykorzystywać energię słoneczną Pierwotnie źródłem elektronów do redukcji dwutlenku węgla był np. siarkowodór Dopiero sinice rozkładały wodę

Slide 21

Rozkwit organizmów tlenowych Około 2 miliardów lat temu wzrosła ilość tlenu wytwarzanego przez sinice Większość bezwzględnych beztlenowców wymarła w wyniku wzrostu stężenia tlenu Rozpoczął się obieg węgla w biosferze Wytworzył się ozon w górnych warstwach atmosfery

Slide 22

Najwcześniejsze komórki prokarionty Życie istnieje co najmniej 3,8 miliarda lat Issua, Grenlandia Stromatolity wytwory niektórych prokariontów; pierwsze stromatolity 3,46 miliardów lat temu

Slide 24

Współczesne stromatolity, zachodnia Australia

Slide 25

Czy stromatolity są przykładem syndromu Volkswagena? Brak zmian w pokroju zewnętrznym, maskujący części składowe. Mikroorganizmy żyjące w takich samych warunkach budowały w ciągu miliardów lat te same formy stromatolitów

Slide 26

Powstanie komórek eukariotycznych teoria endosymbiotyczna Eukarionty w zapisie kopalnym pojawiły się 1,5-1,6 mld lat temu, ale mogły istnieć znacznie wcześniej Eukarionty pochodzą od komórek prokariotycznych teoria endosymbiozy Lynn Margulis

Slide 28

Jedność życia (monofiletyczność) wszystkie główne związki budujące żywe organizmy mają niski stopień utlenienia ten sam zestaw L-aminokwasów praktycznie identyczna organizacja kodu genetycznego błony lipidowe u pro- i eukariontów

Slide 29

Drzewo życia LUCA Last Universal Common Ancestor