zakladna klasifikacia a vznik zivota

Základné

Základ

rozdelenie organizmov

rozdelenie organizm

Genéza klasifikácie organizmov

Genéza klasifikácie organizm

Rastliny

Rastl

versus

vers

živočíchy

živočíc

Tradičná rozdelenie organizmov na

rastliny

rastl

a živočíchy

živočíc

- prvý

pokus klasifikovať živú hmotu v najvšeobecnejšej rovine.

Zároveň je vyjadrením pravdepodobne odvekého pohľadu na

základné rozdelenie všetkých organizmov.

Genéza klasifikácie

Genéza klasifiká

organizmov

organizm

Ernst

Ern Haeckel

Haeck spochybnil rozdelenie

všetkého živého na rastliny a živočíchy,.

V práci Generelle Morphologie

Generelle Morpholo

der

d

Organismen

Organism

z roku 1866 upozornil na

skutočnosť, že jednobunkové

jednobunko

formy

for

života - prvoky

života - prvo

, nemožno uspokojivo

zaradiť do žiadnej z dvoch uvedených

kategórií.

Predpokladal, že prvoky sa museli vyvinúť

nezávisle na živočíchoch a rastlinách.

Haeckelom skonštruovaný strom života

už pozostáva namiesto z dvoch až z

troch hlavných vetiev.

2004

Vznik všetkých organizmov zo spoločných predkov –

vetvenie evolúcie

vetvenie evolú

„Spriaznenosti všetkých

organizmov tej istej triedy sa

niekedy prirovnávali k veľkým

stromom. Domnievam sa, že toto

prirovnanie je do značnej miery

pravdivé“ Ch. Darwin, Pôvod druhov

Gustav Klimt – Lebensbaum

1905/09

Jozef Hoffmann, Palais Stoclet, Bruxelles.

Jedáleň s mozaikami podľa Gustáva Klimta 1905-11

Genéza klasifikácie

Genéza klasifiká

organizmov

organizm

Až po takmer sedemdesiatich rokoch

pribudla stromu života ďalšia vetva.

H.F. Copeland (v roku 1938

19

) tým

zavŕšil úsilie zreteľne oddeliť

baktérie

bakté

od ostatných

organizmov.

O dve desaťročia neskôr (1959)

pridal

R.H. Whittaker ešte

piatu hlavnú vetvu, do ktorej boli

vydelené

huby

hu

.

Genéza klasifikácie organizmov

Genéza klasifikácie organizm

Tým bola vytvorená schéma základnej klasifikácie súčasného života na našej planéte.

Pozostávala z piatich ríš (Whittaker et Margulis 1978).:

Animalia

Anima

, Plantae

Plan

, Fungi

Fun , Protista a

, Protist

Monera

Mon

(Procaryotae

Procaryo

)

Animalia

Anima

, Plantae

Plan

, Fungi

Fun , Protista a

, Protist

Monera

Mon

(Procaryotae

Procaryo

)

Toto tzv. Whittakerovo, resp. päťríšové rozdelenie je v súčasnosti stále veľmi

rozšíreným pohľadom na klasifikáciu organizmov.

Genéza klasifikácie organizmov

Genéza klasifikácie organizm

Eukaryonta

Eukaryo

versus

vers

Prokaryonta

Prokaryo

námietky voči Whittakerovej schéme piatich ríš:

klasifikácia nie je v súlade s fylogenézou organizmov, a preto

nepredstavuje prirodzený klasifikačný systém

napr. vytvorenie dvoch samostatných taxónov pre jednobunkové

eukaryotické organizmy (Protista a Fungi) je umelé;

najzávažnejší argument:

ríša Monera

ríša Mon

(Prokaryotae

Prokaryo

) nemôže

nemô

mať

m

rovnakú

rovna

taxonomickú

taxonomic

hodnotu

hodn

ako zostávajúce štyri

ako zostávajúce šty .

Predstavitelia rastlín, živočíchov, húb a prvokov sa od zástupcov

ríše Monera líšia podstatnejšie, kvalitatívne iným spôsobom, ako sú

rozdiely medzi spomenutými štyrmi ríšami.

primárne rozdelenie

primárne rozdele

života musí

života mu ležať medzi baktériami

ležať medzi baktéria

a

eukaryotickými

eukaryotický

formami

forma

rozdelenie rastliny versus živočíchy je s konečnou platnosťou sekundárne

Eukaryonta

Eukaryo

versus

vers

Prokaryonta

Prokaryo

primárne rozdelenie života musí ležať medzi baktériami a eukaryotickými formami

Genéza klasifikácie organizmov

Genéza klasifikácie organizm

Dichotómia Eukaryotae versus Prokaryotae nie je až taká nová.

Mikrobiológovia upozorňovali na principiálne rozdiely v morfológii pro- a

eukaryotických buniek temer celé storočie.

klasifikácia Eu

klasifikácia

/Pro-

/Pr karyonta

karyo

je vo svojej podstate

vo svojej podst

cytologická a až

cytologická a

sekundárne

sekundár

, nepriamo

nepria

, fylogenetická.

, fylogenetick

eukaryotická

eukaryotic

forma

for

organizácie bunky predstavuje zmysluplnú

organizácie bunky predstavuje zmyslup

fylogenetickú

fylogenetic

jednotku

jedno

Eukaryotae

Eukaryo

versus

vers

Prokaryotae

Prokaryo

Organizmy, ktorých bunky majú príslušné

cytologické parametre (t.j.

jadro), spája práve to, že sú ich vlastníctvom pozitívne

pozitív

definované

definova

.

To neplatí pre zástupcov prokaryontov; spoločným menovateľom je pravý opak,

t.j.

chýbanie charakteristík

chýbanie charakteris

Definovanie prokaryontov

Definovanie prokaryon

je negatívne

negatív

, čím je fakticky prázdne z

hľadiska zmysluplnej fylogenetickej informácie.

Genéza klasifikácie organizmov

Genéza klasifikácie organizm

S postupným pribúdaním poznatkov o molekulovej biológii

molekulovej bioló

prokaryotickej bunky

prokaryotickej bun

od začiatku päťdesiatych rokov 20. storočia

však začali byť aj Prokaryonta

Prokaryo

definované

definova

pozitívne

pozitív

.

Toto napredovanie skrývalo však aj isté úskalia. Intenzívny a hlboký molekulovo-

biologický výskum bol uskutočňovaný len u niektorých modelových

prokaryotických organizmov.

Hlavne Escherichia coli bola pokladaná za akéhosi typického

predstaviteľa všetkých prokaryotov a poznatky získané na tomto

organizme boli nadmieru generalizované

.

To vyústilo až do unáhleného záveru, že Prokaryonta

Prokaryo

sú

monofyletického pôvodu.

Výsledkom bol potom názor, že existujú

dve primárne ríše:

Prokaryotae a Eukaryotae (Murray 1968, Allsopp 1969).

Až objav archebaktérií (archeónov – Archaea) odhalil skutočnosť,

že uvedený pohľad bol neprípustne zjednodušený.

Genéza klasifikácie organizmov

Genéza klasifikácie organizm

Z cytologického

cytologické

hľadiska

hľadis

sú totiž

archeóny

archeó

(Archaea

Archa

) skutočne

prokaryontami

prokaryonta

(nevykazujú nijaké

charakteristiky, ktorými sú definované Eukarya

).

Avšak na molekulovej

molekulov úrovni

úrov sa

nepodobajú

nepodob

ostatným prokaryontom

prokaryon

,

reprezentovaným baktériami, o nič viac

(skôr menej),

ako sa tieto podobajú na

eukaryontov.

Úsilie o vypracovanie prirodzeného

systému klasifikácie organizmov vyústilo

v súčasnosti do názoru, že existujú tri

základné, principiálne odlišné ríše:

Archaebacteria

Archaebacte

, Eubacteria

Eubacte

a

Eucaryotae

Eucaryo

, resp. domény

domé

:

ARCHAEA, BACTERIA, EUKARYA

ARCHAEA, BACTERIA, EUKAR

.

Doba

Do

mikroorganizmov

mikroorganizm

Vek Zeme sa odhaduje na približne 4,5 miliardy rokov

podmienky prijateľné pre život sa na Zemi neutvorili skôr ako pred

4,2-4,3 miliardami rokov

Vek najstarších mikrofosílií, ktoré možno na základe viacerých kritérií

označiť za biogénne a celulárne,

bol rádiometricky stanovený na 3,8-4,0

miliardy rokov

Doba

Do

mikroorganizmov

mikroorganizm

Doba

Do

mikroorganizmov

mikroorganizm

Č

asovo rozsiahle obdobie bunkovej evolúcie

obdobie bunkovej evolú

, tzv. doba alebo vek

v

mikroorganizmov

mikroorganizm

, predstavuje veľmi významný úsek v evolučnej histórii, a to

nielen dĺžkou svojho trvania, ale predovšetkým charakterom evolučných zmien,

ktoré sa počas približne troch miliárd rokov odohrali.

Doba

Do

mikroorganizmov

mikroorganizm

Prokaryotické bunky sa rozčlenili do

širokej škály rozmanitých typov, ktoré

osídlili veľké množstvo stanovísk

najrôznejšieho druhu

Prvé solitárne eukaryotické

bunky sa začali objavovať pred

1,4 miliardami rokov (2,1 - 1,2)

"Vek mikroorganizmov", počas ktorého

neexistovali žiadne vyššie formy, trval až

do obdobia pred 670 miliónmi rokov, do

ktorého sú datované nálezy prvých

mnohobunkových organizmov

Fylogenéza organizmov

Fylogenéza organizm

v novom svetle

novom sve

Výsledkom zavedenia efektívnych metód sekvenovania

sekvenova

nukleových

nukleový

kyselín

kyse

do rutinnej laboratórnej praxe na celom svete je okrem

iného i obrovský nárast úplne sekvenovaných ribozómových

ribozómový

RNA,

RN

resp

r

. ich génov

ich gén

všetkých typov a zároveň z najrozmanitejších

zdrojov.

Fylogenetické vzťahy medzi organizmami sa odvíjajú od analýzy

primárnych štruktúr celých rRNA génov( rDNA).

Osobitosti 16S rRNA – impulz pre rozsiahly výskum archeónov s

cieľom nájsť všeobecné znaky a vlastnosti, ktoré spájajú ich

jednotlivých predstaviteľov, a zároveň stanoviť, do akej miery sú

odlišné od charakteristických čŕt baktérií a eukaryontov.

Celý rad pozorovaní potvrdil, že medzi prokaryontami skutočne

existuje hlboká fylogenetická priepasť.

Táto ich delí na dve od seba nezávislé vývojové línie - archeóny

archeó

a

baktérie

bakté

, ktoré sú zase v tej či onej miere odlišné od eukaryontov.

BACTERIA, EUKARYA, ARCHAEA

Carl Woese

Fylogenéza organizmov

Fylogenéza organizm

v novom svetle

novom sve

Porovnávanie sekvencií ribozómových RNA z malých podjednotiek

ribozómov (resp. ich génov – rDNA) významný medzník v

objasňovaní fylogenetických vzťahov medzi organizmami

(predovšetkým prokaryotickými)

Na tomto základe možno skonštruovať prirodzený systém klasifikácie

organizmov, ktorý by bol odrazom skutočných evolučných vzťahov.

Molekulárno-biologické prístupy k analýze životných procesov viedli

k zásadným zmenám nielen v taxonómii baktérií

život na Zemi možno rozdeliť do troch principiálne odlišných skupín

organizmov: na archeóny

archeó

, baktérie a

, baktéri

eukaryontov

eukaryon

Rozdiely medzi týmito tromi zoskupeniami sú naozaj veľmi hlboké, oveľa významnejšie

ako rozdiely, ktorými sa od seba líšia typické ríše, akými sú napr. rastliny a živočíchy

Vypracovanie formálneho klasifikačného systému organizmov, v

ktorom nad úrovňou ríše existuje ešte nový vyšší taxón, nazvaný

doména (Woese et al. 1990). V takejto schéme je všetok život na Zemi

rozdelený do troch

domén:

Bacteria, Archaea a Eukarya.

BACTERIA, ARCHAEA, EUKARYA

Objav

Ob

archebaktérií stimulom ďalšieho bádania

archebaktérií stimulom ďalšieho báda

Objav archeónov (Archaea) ako samostatnej primárnej vývojovej

línie predstavuje sám o sebe zistenie obrovského významu, ktoré

môže navyše veľa prezradiť aj o počiatkoch života na Zemi.

Za predpokladu, že existujú len dve primárne vývojové línie, ťažko

možno evolučne interpretovať rozdiely medzi nimi.

Odhalenie tretej línie, rovnako vzdialenej od oboch ostatných,

poskytuje možnosť stanoviť, ktoré vlastnosti sú pôvodné a ktoré sa

vyvinuli relatívne nedávno.

Objav archeónov nebývalou mierou sprístupnil a stimuloval riešenie

dvoch centrálnych evolučných problémov: charakteru

charakt

spoločného

spoločné

predka všetkého

predka všetké

živého na Zemi a

živého na Zem

pôvodu

pôvo

a evolúcie eukaryotickej

evolúcie eukaryotick

bunky

bun

.

Predpokladá sa, že spoločný vývoj archeónov a baktérií nesiahal

ď

alej ako po úroveň komplexnosti všeobecného predka, ktorý sám o

sebe ešte nebol prokaryotom.

Tento primitívny predstupeň živej bunky, nazvaný progenot

progen (Woese et

Fox 1977),

prípadne protobiont, probiont, eobiont, protobunka,

predstavoval prechodnú vývojovú formu od koacervátov,

proteinoidných mikrosfér, či podobných štruktúr, k prokaryotickej

bunke.

Progenot sa pravdepodobne pôvodne diferencoval na baktérie a

spoločného predka archeónov a eukaryontov, ktorý sa až následne

rozčlenil na dve vývojové línie - Archaea a Eukarya (pôvodný

predpoklad – diferencoval sa na predchodcov troch samostatných vývojových línií

(archebaktérie, eubaktérie a urkaryota)

Molekulárno-biologické

údaje svedčia o tom, že

vetvy divergovali v

období, kedy otázka

efektívnosti, rýchlosti a

presnosti mnohých

životných procesov

(predovšetkým

transkripcie a translácie)

nebola ešte úplne

zodpovedaná.

Predpokladá sa, že sa to

odohralo približne pred

3,8 miliardami rokov.

BACTERIA, ARCHAEA, EUKARYA

BACTERIA, ARCHAEA,

EUKARYA

BACTERIA, EUKARYA, ARCHAEA

BACTERIA, EUKARYA,

ARCHAEA

Umiestnenie tzv. environmentálnych

sekvencií z neznámych archeónov v

nezakorenenej verzii univerzálneho

fylogenetického stromu.

Dendrogram je skonštruovaný na základe

porovnávania rozdielov v sekvencií nukleotidov

v ribozómových RNA z malých ribozómových

podjednotiek.

Environmentálne sekvencie sa získali pomocou

techniky PCR a univerzálnych primerov pre

zástupcov domény Archaea, z celkovej DNA

izolovanej z bližšie nedefinovanej biomasy z

rôznych stanovíšť.

Predstavujú rRNA z doposiaľ bližšie neurčených
archeónov, ktoré sa zatiaľ nepodarilo kultivovať.

Environmentálne sekvencie sú označené číselným a

písmenovým kódom (napr. pSL22).

pJP 27 a pJP 78 sú svojim sekvenčným zložením

najbližšie k bodu vetvenia všetkých troch domén,

resp. koreňu fylogenetického stromu.

Tieto sekvencie vytvárajú hypotetickú skupinu archeónov

nazvanú "Korachaeota", do ktorej by mohli patriť teoreticky

najstarobylejšie organizmy (podľa Barns et al. 1996)

Koncepcia troch domén zároveň umožňuje oveľa lepšie riešiť otázku

evolučného vzťahu medzi dnešnou prokaryotickou a eukaryotickou

bunkou.

Tradičná postupnosť, podľa ktorej sa eukaryotická bunka jednoducho vyvinula z

predkov súčasných prokaryotov, je vo svetle zásadných rozdielov v molekulárnej

biológii eukaryotických a prokaryotických buniek dosť nepravdepodobná.

Postupnosť prokaryonta

Postupnosť prokaryo

- eukaryonta treba chápať

eukaryonta treba cháp

v zmysle

zmy

organizačnom

organizačn

, nie fylogenetickom

nie fylogenetick

(Woese et Fox 1977).

Na eukaryotickú bunku sa nazerá ako na fylogenetickú chiméru,

ktorá vznikla viacnásobným endosymbiotickým splynutím a

následnou reorganizáciou viacerých, pôvodne samostatných

predstaviteľov prokaryontov.

Eukaryotickú bunku z tohto dôvodu nemožno pokladať za produkt

jednej vývojovej línie, ktorý by bol porovnávateľný s predstaviteľmi

dvoch prokaryotických vývojových línií - takto sa možno pozerať len

na niektoré z jej komponentov.

Pôvod mitochondrií

Pôvod mitochond

a chloroplastov

chloroplas

možno

mož

odvodiť

odvo

od baktérií.

od baktér

* Rýchlosť molekulárnej evolúcie

Rýchlosť molekulárnej evolú

* Molekulárna

Molekulár

podstata

podsta

mutácii

mutác a charakterizovanie tendencií

charakterizovanie tendenc v

substitúcii nukleotidov

substitúcii nukleotido (aminokyselín

aminokyse

)

* Rozdiely

Rozdi

v rýchlosti substitúcií

rýchlosti substitúc v génoch

géno

, vo vnútri génov

vo vnútri géno (exóny

exó

intróny

intró

), v

),

oblastiach medzi génmi

oblastiach medzi gén

priemerná rýchlosť synonymných mutácií nukleotidov

priemerná rýchlosť synonymných mutácií nukleotid

(t.j. tichých –

(t.j. tichých

nemenia

nemen

aminokyselinové

aminokyselinov zloženie

zlože

) per

) p

miesto

mie

za rok:

za ro

* v

*

plastidoch

plastidoc (ctDNA

ctD

) – 1,5 x 10

) – 1,5 x

-9

* v

*

jadre

jad

(nDNA

nD

) rastlín

rast

a živočíchov dvojnásobok

živočíchov dvojnásob

– 3,0 x 10

– 3,0 x

-9 *

* v

*

mitochondriách

mitochondriác (mtDNA

mtD

) rastlín

rast

3-4krát

3-4kr

nižšia ako

nižšia ak v ctDNA

ctD

– 3,75-5,0 x 10

– 3,75-5,0 x

-10

* v mitochondriách

mitochondriá

(mtDNA

mtD

) živočíchov

živočích

10-100krát

10-100kr

vyššia ako

vyššia a

v mtDNA rastlín

mtDNA rast

–

3,75 – 5,0 x 10

3,75 – 5,0 x

-8/-9

-8

rýchlosť štruktúrneho preskupovania

rýchlosť štruktúrneho preskupovan

je v

je

mtDNA rastlín mimoriadne

mtDNA rastlín mimoriadn vysoká v

vysok

porovnaní s

porovnan

mtDNA živočíchov aj

mtDNA živočíchov

s ctDNA plastidov

ctDNA plastid

substitúcie

substitúc

typu

typ tranzícií

tranzíc (purín

pur

za

z purín

pu

, resp

r

. pyrimidín

pyrimid

za

z pyrimidín

pyrimi

) jasne

jasn

prevládajú

prevláda

nad

na transverziami

transverziam (purín

pur

za

z pyrimidín

pyrimid

a vice versa

vice v

)

Vznik života na Zemi

Vznik života na Ze

Definovať život nie je jednoduché.

Definovať život nie je jednoduch

Pretože názory sa rôznia, odpoveď na otázku ako tento fenomén

Pretože názory sa rôznia, odpoveď na otázku ako tento fenom

vznikol je zložitá aj z tohto dôvodu.

vznikol je zložitá aj z tohto dôvod

Za dva základné

Za dva základn atribúty života

atribúty živ

sa všeobecne považujú

sa všeobecne považ

autoreplikácia

autorepliká

a metabolizmus

a metabolizm

.

V súvislosti so vznikom života sa najčastejšie kladú otázky:

V súvislosti so vznikom života sa najčastejšie kladú otázk

kedy, kde, ale hlavne ako vznikol život?

kedy, kde, ale hlavne ako vznikol živ

Ako vznikol život?

Ako vznikol živ

Overovanie hypotéz, týkajúcich sa procesov akými mohol život

vzniknúť, sa v súčasnosti zameriava na tri kľúčové problémy:

(i) Akým spôsobom vznikli základné

(i) Akým spôsobom vznikli základ

monoméry

monom

, z ktorých

, z ktorý

pozostávajú nukleové kyseliny a bielkoviny, v podmienkach

pozostávajú nukleové kyseliny a bielkoviny, v podmienka

primitívnej Zeme?

primitívnej Zem

Experimentuje sa s rôznymi zmesami plynov, hlavne NH

3, CH4, H2,

H

2O, HCN, a prímesami H2S, CO, CO2, N2, ktoré sa vystavujú

vysokým teplotám, UV žiareniu, elektrickým výbojom.

Výsledné produkty chemických reakcií sa analyzujú, s dôrazom na

prítomnosť aminokyselín, purínov, pyrimidínov, cukrov,

kondenzačných činidiel.

Pionierske práce na tomto poli uskutočnili S. Miller a H. Urey (1953).

Je takmer isté, že prvotná atmosféra Zeme neobsahovala kyslík, resp. ak, tak len

minimum.

Predbiologická syntéza kyanovodíka a aldehydov

HCN – východisková látka pre syntézu purínových a
pyrimidínových báz

Aldehydy – syntéza aminokyselín

Glykolaldehyd – syntéza ribózy

Kondenzačné činidlá:
*plyfosfáty
*karbodiimid
*montmorilonit

Ako vznikol život?

(ii) Akým spôsobom sa z príslušných

) Akým spôsobom sa z príslušný

monomérov

monomér

(aminokyseliny,

(aminokyselin nukleotidy

nukleot

) sformovali bielkoviny a

) sformovali bielkoviny

nukleové kyseliny bez pomoci enzýmovej katalýzy?

nukleové kyseliny bez pomoci enzýmovej katalýz

Predpokladá sa, že súčasne so vznikom jednoduchých
organických látok sa v podmienkach primitívnej Zeme
sformovali aj látky, ktoré mali schopnosť kondenzovať
monoméry do polymérov – kondenzačné činidlá

kondenzačné čini

.

Najčastejšie sa v tejto súvislosti spomínajú polyfosfáty,
karbodiimid a ílovitý minerál montmorilonit.

Ako vznikol život?

(iii) Ako sa mohla vyvinúť schopnosť autoreplikácie?
Objav katalyticky aktívnej RNA (nazýva sa ribozým)
favorizuje

myšlienku,

že

hľadaným

primitívnym

autoreplikátorom mohla byť práve táto molekula.

Termín

svet RNA

svet R

sa vžil na označenie súboru hypotéz o tom,

že prvou etapou existencie života na Zemi bolo obdobie, v ktorom

všetky pre život nevyhnutné funkcie – autoreplikačnú

autoreplikač

aj

metabolickú

metabolic

(v zmysle enzýmovej katalýzy)

– vykonávali molekuly RNA.

vykonávali molekuly RN

Svet RNA sa postupne pretransformoval do sveta

ribonukleoproteínových komplexov.

Vďaka katalytickej aktivite RNA sa začali syntetizovať prvé

proteíny.

Martin W., Russell M.J.: On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions

from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to

nucleated cells. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 358, 59-83, 2003

Martin W., Russell M.J.: On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions

from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to

nucleated cells. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 358, 59-83, 2003

Ako vznikol život?

Spočiatku bola syntéza proteínov náhodným procesom, ktorý sa

neskôr zmenil na proces riadený matricou RNA

(akási prvotná mRNA).

RNA ako nosiče genetickej informácie boli podľa všetkého dosť

nestabilné a nepresné.

Významným posunom vo vývoji smerom k živým sústavám ako ich

poznáme v súčasnosti bolo objavenie sa DNA

objavenie sa D

.

V porovnaní s RNA je DNA oveľa stabilnejším a presnejším

nosičom genetickej informácie.

Následne molekuly DNA prevzali úlohu

DNA prevzali úlo

replikátorov

replikátor

a bielkoviny

a bielkov

úlohu enzýmov.

úlohu enzýmo

Bielkoviny sú v porovnaní s RNA podstatne efektívnejšími

katalyzátormi a aj paleta ich funkcií je oveľa pestrejšia.

Napriek tomu sa žiada dodať. Pretože molekuly RNA vykazujú isté typy

katalytickej aktivity aj v súčasnosti, existuje názor, že svet RNA nezanikol, ale sa

istým spôsobom začlenil do súčasnej podoby života.

Ako vznikol život?

Nevyhnutnou podmienkou pre zabezpečenie stability

spomenutých ribonukleoproteínových translačných systémov

(ako prvotných foriem života), bolo ich

ohraničenie voči okoliu.

ohraničenie voči okol

Museli sa sformovať prvé membrány. Takéto membrány

mohli pozostávať z fosfolipidov, ktoré vo vodnom prostredí

vytvárajú dvojvrstvové guľovité štruktúry – lipozómy

lipozó

.

Priekopníkmi na poli skúmania vzniku života boli ruský

biochemik A.I. Oparin a anglický evolucionista J. Haldane

(1920-30).

Nezávisle na sebe si uvedomili, že povrch a zloženie atmosféry na

primitívnej Zemi boli odlišné od súčasnosti.

V takýchto podmienkach mohli zo zmesi plynov za pomoci elektrických

výbojov vznikať jednoduché organické látky a formovať sa jednoduché

formy života.

Ako vznikol život?

V poslednom období púta čoraz väčšiu pozornosť hypotéza, že

život mohol vzniknúť v hlbinách morí

život mohol vzniknúť v hlbinách m

, vďaka geotermálnej

energii sopiek.

Významnú úlohu mohli pri tom zohrávať sulfidy

sulf

železa a

želez

niklu

ni

. Predpokladá sa, že primitívna Zem, jej atmosféra a
oceány boli oveľa horúcejšie ako v súčasnosti;

* hlbokomorské hydrotermálne systémy boli jedinými

miestami na Zemi, kde život mohol nájsť ochranu pred

prvotným katastrofickým bombardovaním meteoritmi;

* prebiotická syntéza organických zlúčenín sa začala na

rozhraní tuhá látka/tekutina pri vysokých teplotách;

* spoločným predkom všetkých organizmov bol

hypertermofilný mikroorganizmus.

Život

Živ v extrémnych

extrémny

podmienkach

podmienk

Kedy vznikol život?

Planéta Zem sa sformovala pred približne 4,6 miliardami

rokov.

Predpokladá sa, že pre život prijateľné podmienky sa na nej

nevytvorili skôr ako pred 4 miliardami rokov (najmä z

dôvodu intenzívneho kozmického žiarenia a

bombardovaniu meteoritmi; zemská kôra sa len

formovala).

Organické zlúčeniny však mohli vznikať v období pred 4,0

až 4,2 miliardami rokov.

Nálezy najstarších mikrofosílií, ktoré dokumentujú

prítomnosť bunkovej formy života na Zemi, sú datované do

obdobia 3,5 až 3,8 miliardy rokov.

Z toho vyplýva, že proces vzniku života od najjednoduchších

organických látok až k prvým bunkám sa odohrával v období pred

3,5 až 4,0 miliardami rokov

Kde vznikol život?

Vznikol na Zemi, alebo sem bol prinesený z vesmíru?

Hypotéza panspermie uvažuje o mimozemskom pôvode života a

jeho šírení sa kozmickým priestorom.

V základoch bola sformulovaná už začiatkom 20. storočia švédskym

chemikom Svante Arrheniom

Svante Arrhen

.

Kde vznikol život?

Vznikol na Zemi, alebo sem bol prinesený z vesmíru?

Nerieši otázku vzniku života (spravidla vychádza z predpokladu, že

život je večný – eternizmus), ale zaoberá sa len spôsobmi jeho

rozširovania vo vesmíre (tlak žiarenia, meteority, kométy, prípadne

zahŕňa aj špekulácie o mimozemských inteligentných bytostiach).

Idey o extraterestrickom pôvode života sú stále živé i vďaka

niektorým najnovším vedeckým poznatkom.

Život

Živ v extrémnych podmienkach

extrémnych podmienk

(na Zemi; i mimo nej?)

voda na Marse a mesiacoch Jupitera Európa a Callisto

Kde vznikol život?

Patria k nim napr. objavy mikroorganizmov (tzv.

extrémofilov), ktoré sú schopné života aj vo veľmi

extrémnych podmienkach (teplota, tlak, pH, radiácia,

vysoké koncentrácie toxických látok), t.j. takých, ktoré sa

donedávna pokladali za nezlučiteľné so životom.

Pretože voda, ako nevyhnutná podmienka pre život v

podobe v akej ho dnes poznáme, sa vyskytuje aj mimo

Zeme (napr. na Marse a mesiacoch Jupitera Európa a

Callisto) existujú snahy dokázať stopy života prednostne na

týchto mimozemských stanovištiach.

Prvé organizmy žili pravdepodobne v anaeróbnom prostredí

(kyslík sa v atmosfére takmer nevyskytoval).

Ich metabolizmus mohol byť chemoheterotrofný (založený na využití

organických látok, ktoré vznikli prebiotickým spôsobom).

V súčasnosti sa však považuje za pravdepodobnejšie, že metabolizmus

prvých buniek bol chemoautotrofný

(zdrojom energie mohli byť FeCO

3 a H2S).

Pomerne skoro sa objavila aj schopnosť fotosyntézy.

Využitie slnečnej energie pre metabolické procesy nemuselo byť od

počiatku späté s kyslíkom (niektoré fotosyntetizujúce baktérie využívajú

aj v súčasnosti ako donor elektrónov H

2S).

približne v období pred dvomi miliardami rokov sa začal O

2 postupne

využívať ako akceptor elektrónov pri aeróbnych organizmoch

Avšak vznik baktérií, ktoré boli schopné využívať pri fotosyntéze ako

zdroj elektrónov H

2O, predstavuje významný medzník v evolúcii života

na Zemi.

Podobali sa na súčasných

predstaviteľov cyanobaktérií

cyanobakté

(siníc).

O ich dávnej existencii svedčia

makroskopické fosílne útvary –

stromatolity

stromato

, ktoré boli vytvorené ich

činnosťou pred približne

3,5 miliardami rokov.

Stromatolity

Stromato

– makroskopické

útvary pripomínajúce kamenné stĺpy

ukončené hemisférami, ktoré boli

vytvorené činnosťou

vytvorené činnosť

cyanobaktérií

cyanobakté

(siníc).

Pre vnútornú štruktúru stromatolitov je

typické jemné koncentrické vrstvenie

koncentrické vrstve

, ktoré je

výsledkom pravidelných zmien v životnej

činnosti organizmov.

Fosílne

Fosí

stromatolity

stromato

patria medzi najstaršie

patria medzi najstar

doklady o prítomnosti života na Zemi.

doklady o prítomnosti života na Zem