Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

2007. Nejdůležitější události v historii života  bhu = to grow, make grow  to be  asmi = to breathe  am  is  (Jaynes, J., (1990) The Origin of.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "2007. Nejdůležitější události v historii života  bhu = to grow, make grow  to be  asmi = to breathe  am  is  (Jaynes, J., (1990) The Origin of."— Transkript prezentace:

1 2007

2 Nejdůležitější události v historii života

3  bhu = to grow, make grow  to be  asmi = to breathe  am  is  (Jaynes, J., (1990) The Origin of Consciousness in the Breakdown of the Bicameral Mind. Mariner Books, New York, p. 51)

4 1. metabolismus 2. autoreprodukce 3. složen z DNA a proteinů 4. princip hierarchie 5. dráždivost 6. Varela Maturana: kreativita, autopoiesis, samotvoření, realizace přirozených sklonů 7. dissipativní struktura (Prigogine)...mluvíme zde ale o životě samotném nebo jenom o charakteristikách života?

5  4, 65 miliard let – vznik Země  3,9 miliard let – konec éry bombardování meteority  4,2 – 3,8 miliardy let – hypotetický počátek života  3,8 miliard let – nejstarší horniny, Grónsko  horniny v Grónsku (Isua Rocks) jsou sice nejstarší, miliónů let, ale jsou metamorfované (prošly teplotou asi 500 o C), což znamená, že jejich případný fosilní obsah byl zničen

6  3,5 miliard let – nejstarší fosilní baktérie, stromatolity, Austrálie  3,2 miliardy let – nejstarší fosilní baktérie z hlubokomořských „černých komínů“ (hydrothermal vents)  2,7 miliardy – v atmosféře se začíná kumulovat kyslík, v souvislosti s rozvojem sinic

7  2,1 miliardy let – první eukaryota (možná již 2,7 mld)  1,2 miliardy let – první mnohobuněčná eukaryota  750 – 570 miliónů let – hypotéza „snowball Earth“  543 – 510 miliónů let – Kambrická exploze

8  Hadean  Archean  Proterozoikum

9

10  Tato atmosféra vznikala z proudění plynů z roztaveného vnitřku zemské kůry (skrze sopky)  Jak se Země ochlazovala, plyny kondenzovaly a vznikla první moře sestávající se z vody a rozpuštěných minerálů

11  Atmosféra obsahovala  Vodík (H 2 )  Dusík (N 2 )  Vodní páru (H 2 O)  Oxid uhličitý (CO 2 )  Oxid uhelnatý (CO)  Metan (CH 4 )  Amoniak (NH 3 )  Kyselinu chlorovodíkovou (HCl)  Kyanovodík (HCN)  Ale žádný (nebo velmi málo) kyslík (O 2 )

12 Byly mnohem intenzivnější  Blesky  Vulkanická aktivita  Bombardování meteority  UV záření

13 1. Abiotická syntéza malých organických molekul (monomerů), jako jsou aminokyseliny a nukleotidy 2. Monomery se spojují do polymerů, vznik proteinů a nukleových kyselin 3. Počátek samoreplikujících se molekul, vznik dědičnosti 4. Agregace polymerů do kapek zvaných „protobionta“, jejichž vnitřní chemie je odlišná od okolního prostředí

14  1. Buňka  2. Metabolismus  3. Replikace Alexandr Ivanovič Oparin ( )

15  1. Geny  2. Metabolismus  3. buňka Prokázal, že roztok nukleotidů může polymerizovat za vzniku NA která se může replikovat a ve které mohou vznikat mutace. Eigen však do roztoku musel přidat polymerasu z bakteriofága.

16  Prokázal, že za jistých podmínek může z nukleotidů vznikat spontánně RNA i za nepřítomnosti proteinů, pokud je přítomen templát RNA  všechny živé buňky však užívají templát i enzym.

17  1. Jíly  2. Enzymy  3. Buňky  4. Geny Mikrokrystaly jílů obsahují křemičité mřížky s pravidelně rozloženými místy, které mohou zaujímat ionty kovů s různým elektrickým nábojem. Takto mohou být přitahovány různé molekuly a katalyzovány různé reakce. Produkty mohou být uvolněny zpět do vody. Takto vznikly primitivní enzymy. * 1931

18  20. léta XX.stol.: A. I. Oparin a J. B. S. Haldane  Vysoká koncentrace kyslíku (O 2 ) v současné atmosféře není příhodná pro spontánní vznik organických molekul (je oxidační, odebírá látkám elektrony) Kyslík, jakožto velmi reaktivní molekula, pokud by byl přítomen, by zabraňoval vzniku organických molekul tak, že by nahrazoval většinu reaktantů v chemických reakcích.  Stará atmosféra byla redukční –byla příznivá pro vznik malých molekul  Energii pro syntézy poskytovalo sluneční záření, UV a radiace z kosmu

19

20  1920: Oparin a Haldane  Vysoká koncentrace kyslíku (O 2 ) v současné atmosféře není příhodná pro spontánní vznik organických molekul (je oxidační, odebírá látkám elektrony)  Stará atmosféra byla redukční –byla příznivá pro vznik malých molekul  Energii pro syntézy poskytovalo sluneční záření, UV a radiace z kosmu

21  Komplexní molekuly = kyselina octová, formaldehyd, aminokyseliny  Tyto typy molekul by mohly později sloužit jako stavební bloky pro syntézu polymerů

22  A.I. Oparin aj.B.S. Haldane nezávisle na sobě uvádí, že jednoduché organické molekuly mohou spontánně vznikat pouze za nepřítomnosti kyslíku (O 2 ). Kyslík, jakožto velmi reaktivní molekula, pokud by byl přítomen, by zabraňoval vzniku organických molekul tak že by nahrazoval většinu reaktantů v chemických reakcích.

23  Silně redukující atmosféra - CH 4, NH 3, H 2, N 2, CO, H 2 O  mírně redukující atmosféra - H 2 O, N 2, H 2, CO, CO 2  neredukující atmosféra - H 2 O, N 2, CO 2

24  1953: Miller a Urey  Testování Oparinovy-Haldaneovy hypotézy  Vytvoření umělé „pozemské atmosféry“  „atmosféra“ obsahovala H 2 O, H 2, CH 4, NH 3  „blesky“ byly realizovány elektrickými výboji  „moře“ tvořila horká voda  Tímto způsobem se podařilo vytvořit aminokyseliny a další organické molekuly

25  1953: Miller a Urey  Testování Oparinovy-Haldaneovy hypotézy  Vytvoření umělé „pozemské atmosféry“  „atmosféra“ obsahovala H 2 O, H 2, CH 4, NH 3  „blesky“ byly realizovány elektrickými výboji  „moře“ tvořila horká voda  Tímto způsobem se podařilo vytvořit aminokyseliny a další organické molekuly

26  Všech 20 aminokyselin  Cukry  Lipidy  Puriny a pyrimidiny  „primordiální polévku“

27  Monomery se kombinují a vytváří polymery.  Proteinoidy jsou abioticky vzniklé polypeptidy. Mohou být pokusně vytvořeny tak, že necháme roztok aminokyselin dehydrovat na horkém a suchém substrátu

28  Protobionta byly prekurzory buněk  Protobionta = agregace (shluky) abioticky vzniklých molekul  Uvnitř protobiont mohly probíhat chemické reakce, v rámci kterých mohlo dojít  Koacerváty = jeden z typů protobiont. Vznikají spontánně samosestavením (self-assembly) po protřepání suspenze makromolekul (polypeptidy, nukleové kyseliny a polysacharidy)

29  Jíly a pyrit obsahují elektricky nabitá místa  Tyto elektricky nabitá místa mohou k sobě vázat a koncentrovat aminokyseliny atd.  Ionty kovu mohou urychlovat kondenzační reakce, spojovat monomery  Vznikají polymery a další komplexní molekuly

30  Polypeptidy, proteiny (polymery aminokyselin)  Lipidy (komplexní molekuly tvořené mastnými kyselinami a triglyceridy)  Nukleové kyseliny (polymery nukleotidů)

31  Protobionta jsou agregace (shluky) abioticky vzniklých molekul  Koacerváty = protobionta která vznikly samosestavením (self-assembly) z roztoku proteinů, sacharidů, lipidů a nukleových kyselin  vnějškově připomínají buňky

32  Mají membránu tvořenou lipidy a proteiny  Tato membrána je selektivně permeabilní  Je schopna absorbovat (přijímat) látky z okolního prostředí  Uvnitř koacervátu mohou probíhat chemické reakce  „reprodukují se“tak, že se mohou rozdělit, jsou-li velké

33 Tyto tzv. mikrosféry vznikly ochlazováním roztoku proteinoidů. Mikrosféry rostou tak, že do sebe absorbují volné proteinoidy dokud nedosáhnou nestabilní velikosti. Potom se rozdělí na mikrosféry dceřinné. Toto dělení pochopitelně postrádá preciznost „buněčného“ dělení.

34  Protobionta jsou agregace abioticky vzniklých molekul  protobionta se nemohou precizně reprodukovat, ale mohou v sobě udržovat chemické prostředí odlišné od okolí, a mohou se u nich objevit některé vlastnosti života, jako je metabolismus a dráždivost

35  Koacerváty = protobionta která vznikly samosestavením (self-assembly) z roztoku proteinů, sacharidů, lipidů a nukleových kyselin  vnějškově připomínají buňky

36  Protobionta byly prekurzory buněk  Koacerváty = jeden z typů protobiont. Vznikají spontánně samosestavením (self-assembly) po protřepání suspenze makromolekul (polypeptidy, nukleové kyseliny a polysacharidy)

37  pokud roztok organických látek obsahuje jisté typy lipidů, mohou tyto lipidy spontánně obalit kapky roztoku za vzniku útvaru připomínající fosfolipidovou dvojvrstvu  tato membrána je selektivně permeabilní a liposom se díky osmóze může zvětšovat či svrašťovat  u některých z těchto liposomů vzniká i membránový potenciál  některé liposomy pohlcují menší, nebo jsou schopny dělení

38 Pokud jsou do roztoku přidány vhodné enzymy (zde fosforylasa a amylasa) a stanou se součástí liposomů, některá protobionta jsou schopna získávat z okolí jisté substráty a do okolí uvolňovat produkty těchto enzymy katalyzovaných reakcí

39 Teplota v komínu je až 400 o C. Tento komín je v hloubce m západně od ostrova Vancouver

40  moře relativně chrání proti dopadům meteoritů  moře chrání proti UV záření z kosmu; nezávislost na Slunci  vhodná teplota a dostatek organických látek  mnohé extremofilní baktérie mají teplotní optimum mezi 90 – 110 o C  molekulární fylogenetické analýzy naznačují, že předkové dnešních prokaryot mohli žít za vysokých teplot a oxidovat sloučeniny síry

41  černé komíny jsou rovněž zdrojem některých organických látek, jako je acetylkoenzym A, vznikajícím z CO a H 2 S

42  Komplexní molekuly = kyselina octová, formaldehyd, aminokyseliny  Tyto typy molekul by mohly později sloužit jako stavební bloky pro syntézu polymerů  reálná atmosféra Země ovšem zřejmě nebyla tak redukční, jak v experimentu nastavil Miller a Urey

43  Monomery se kombinují a vytváří polymery.  Proteinoidy jsou abioticky vzniklé polypeptidy. Mohou být pokusně vytvořeny tak, že necháme roztok aminokyselin dehydrovat na horkém a suchém substrátu, jakým je horký jíl, písek nebo skála  monomery se takto mohly vlnami vyplavit na tyto horké jíly, další vlna mohla vzniklé polymery smýt zpět do moře

44  experimenty Sidney Foxe  Zředěné roztoky monomerů  Mohly zalévat jíly, písky a skály (zejména pyrit)  Následné vypařování koncentruje monomery Sidney Fox *1912

45  Jíly a pyrit obsahují elektricky nabitá místa  Tyto elektricky nabitá místa mohou k sobě vázat a koncentrovat aminokyseliny atd.  Ionty kovu mohou urychlovat kondenzační reakce, spojovat monomery  Vznikají polymery a další komplexní molekuly

46  Polypeptidy, proteiny (polymery aminokyselin)  Lipidy (komplexní molekuly tvořené mastnými kyselinami a triglyceridy)  Nukleové kyseliny (polymery nukleotidů)

47  Doklady z fosilních nálezů  Prokaryotické buňky  Lokalita Fig tree chert – jižní Afrika  - 3,4 miliard let  Stromatolity  Západní Australie, jižní Afrika  - 3,5 miliard let

48  Koacerváty se liší v množství a složení látek které obsahují  Některé koacerváty mohou absorbovat látky z okolí rychleji, růst rychleji a dělit se rychleji  Tyto mohly být úspěšnější než jiné

49  Jak se „nejlepší“ koacerváty dělí, jedinečná kolekce molekul která jim dává výhody se stává více a více zředěnější  Je třeba předat „instrukce“ pro vytvoření užitečných molekul

50  Moderní buňky  DNA RNA proteiny DNA RNA  V prvotních systémech  První RNA RNA  Pozdější RNA peptidy

51 Krátké polymery RNA se mohou tvořit abioticky v laboratorních experimentech.

52 Pokud je v laboratoři přidána tato RNA ke směsi nukleotidů, vznikají podle pravidla o párování bází sekvence 5 – 10 nukleotidů dlouhé. Pokud je přidán jako katalyzátor zinek, mohou vzniknout spontánně sekvence až 40 nukleotidů dlouhé s chybou menší než 1%

53  1980 Thomas Cech (U. of Colorado) objevil že RNA může pracovat jako enzym při vyštěpení intronů z pre-mRNA a rovněž pomáhat při syntéze rRNA a tRNA u moderních buněk  Tato RNA s katalytickými účinky dostala název ribozym  Tím padla představa, že enzym musí být vždy bílkovina

54  RNA má katalytické vlastnosti, umí se sebereplikovat!  některé ribozómy se mohly přeměnit v ribozómy

55  = stav prebiotického prostředí, v němž vznikají a udržují se autoreplikujícíc se ribozymy

56  na rozdíl od DNA, která ve dvouřetězci tvoří uniformní helix, jednořetězcová RNA může zaujímat množství trojrozměrných tvarů  tato RNA má tedy jak genotyp (sekvenci nukleotidů), tak i fenotyp (prostorový tvar)  v konkrétním prostředí se tak RNA jisté sekvence a odpovídajícího tvaru replikuje rychleji a přesněji než jiné RNA

57  Rychleji se replikující, stabilnější molekuly RNA mohou být tedy v souboji o volné nukleotidy za dané teploty a koncentrace solí „evolučně úspěšnější“ než jiné  výsledkem bude rodina příbuzných sekvencí RNA, díky častým mutacím  Řada biologů uvažuje o „světě RNA“ (RNA world), raném období dějin života, kdy RNA plnila funkci jak nosiče genetické informace tak i enzymu

58 v současných ribozómech je to dodnes jedna z funkcí rRNA

59

60  Pokud by syntéza polypeptidu na RNA řetězci pomohla RNA se replikovat  potom by to mohly být počátky „molekulární kooperace“  tento krok mohl nastat dokonce ještě předtím, než RNA a polypeptidy byly obaleny membránou

61

62 RNA řetězec funguje jako templát pro tvorbu komplementárního řetězce, tak i seřazuje aminokyseliny pro vznik polypeptidu. V tomto modelu polypeptid pracuje jako enzym posilující replikaci RNA. V takovéto kooperaci můžeme spatřovat počátky translace genetické informace do struktury proteinu.

63  Ribozymy s funkcí tRNA  autoreplikující se ribozymy s funkcí genoforu a mRNA

64

65 Moderní stromatolit Fosilní stromatolit Západní Austrálie stáří 3,5 miliard let Stromatolity ze Shark Bay Austrálie

66  Vrstvy fotosyntetických bakterií a sinic  Písek a sedimenty pokrývají tyto bakterie a sinice  Buňky se přesunou nad sedimenty a vytvoří novou vrstvu  Časem dojde ke vzniku vrstveného sedimentu

67

68  Pokud prokaryota existovala a tvořila stromatolity před 3,5 miliardami let…  …pak se musel život objevit na Zemi ještě dříve

69

70

71

72

73  Koacerváty se liší v množství a složení látek které obsahují  Některé koacerváty mohou absorbovat látky z okolí rychleji, růst rychleji a dělit se rychleji  Tyto mohly být úspěšnější než jiné

74  Jak se „nejlepší“ koacerváty dělí, jedinečná kolekce molekul která jim dává výhody se stává více a více zředěnější  Je třeba předat „instrukce“ pro vytvoření užitečných molekul

75

76  Membrány  DNA = systém, který uchovává informaci  Přechod od ne-živých k živým systémům

77 Podle endosymbiotické teorie vznikají eukaryotické buňky ze vzájemně výhodného spojení prokaryotických buněk. Mitochondrie a chloroplasty byly podle této teorie prokaryota, pohlcené jinými prokaryotickými organismy. Takto vznikly eukaryota

78  Mitochondrie a chloroplasty se podobají bakteriím a sinicím složením DNA, RNA a mašinerií k výrobě proteinů:  Mitochondrie a chloroplasty se dělí nezávisle na mitóze celé buňky  Ribozómy mitochondrií a chloroplastů se podobají bakteriálním, ale odlišují se od eukaryotických  Tylakoidní membrána chloroplastů se velmi podobá fotosyntetické membráně sinic

79  První buňky byly anaerobní heterotrofové  „vynález“ fotosyntézy vede k produkci O 2  Hojně se vyskytující kyslík umožňuje:  Aerobní respiraci  Blokuje UV záření z kosmu (ozonová vrstva)

80

81 1. Miller ukázal, že atomy mohou tvořit jednoduché organické molekuly (aminokyseliny, nukleotidy) 2. Jíly a horké skály mohly fungovat jako katalyzátory polymerizace těchto organických molekul (polypeptidů, DNA, RNA atd.)

82 3. První genetický materiál a první enzymy mohly být RNA

83 Shrnutí: Počátek života

84 5. „Protobionta“, sferické shluky organických molekul, vykazující některé vlastnosti, kterými se vyznačuje život, mohly za určitých podmínek vzniknout. Pokud jsou zředěné roztoky aminokyselin vystaveny na horké skály nebo jíly, tvoří krátké polypeptidy. Pokud se roztok obsahující proteinoidy ochlazuje pomalu, vznikají mikrosféry

85 6. Jisté lipidy mají rovněž schopnost tvořit sférické struktury zvané liposómy. V laboraoři dokonce vznikly liposómy, které se samy „reprodukují“! 7. Pokud by se protobionta seskupovaly za spolupráce liposómů, výsledkem by byla velmi jednoduchá „buňka“

86 Záběry jsou z meteoritu, který před asi lety Dopadl do Antarktidy. Tento meteorit byl objeven 1984

87  chondrity – typ meteoritů s vysokým obsahem uhlíku (1 % - 2 %)  v jižní Austrálii objeven chondrit stáří 4,5 miliard let, obsahující přes 80 aminokyselin, některé ve velkém množství  jejich složení je podobné výsledkům Miller – Ureyova experimentu  obsahují polovinu D a polovinu L forem, nemůže tedy jít o kontaminace pozemskými

88 1. složení z DNA a proteinů 2. metabolismus 3. autoreprodukce 4. hierarchické uspořádání 5. dráždivost

89  bhu = to grow, make grow (v sanskrtu)  to be  asmi = to breathe (v sanskrtu)  am  is  ve světě, kde ještě nebylo vynalezeno slovo „existence“ se život opisoval slovy „růst“ a „dýchat“  (Jaynes, J., (1990) The Origin of Consciousness in the Breakdown of the Bicameral Mind. Mariner Books, New York, p. 51)

90

91

92 Systém šesti říší Prokaryota jsou rozdělena Na dvě říše na základě Důkazů z molekulární Biologie o brzkém rozdělení Prokaryot na eubacteria a archea Systém osmi říší Krom rozdělení prokaryot na dvě říše je možno rozdělit i protista do tří říší

93 Systém tří domén Toto rozdělení si všímá starobylého evolučního rozdělení mezi eubakteria A archea. Používá se taxon „nadříše“ zvaný doména. Doména eukarya zahrnuje 4 říše eukaryot

94

95

96 SIMPLE PHYLOGENETIC TREE WITH THE THREE DOMAINS OF LIFE-BACTERIA, ARCHAEA, AND EUCARYA (EUKARYOTES)-AND A FEW REPRESENTATIVE ORGANISMS. The origin of eukaryotes with a mitochondrion about 2 billion years ago is depicted as a fusion of an α- proteobacterium with an Archaean. An alternative explanation for the origin of eukaryotes is that the α- proteobacterium fused with a cell from a lineage that diverged directly from the common ancestor of Bacteria and Archaea. Chloroplasts arose from the fusion of a cyanobacterium with the precursor of algae and plants.

97

98

99

100 HYPOTHESIS FOR PREBIOTIC EVOLUTION TO LAST COMMON ANCESTOR. Simple chemical reactions are postulated to have given rise to ever more complicated RNA molecules to store genetic information and catalyze chemical reactions, including self-replication, in a prebiotic "RNA world." Eventually, genetic information was stored in more stable DNA molecules, and proteins replaced RNAs as the primary catalysts in primitive cells bounded by a lipid membrane.

101 Nejdůležitější události v historii života

102


Stáhnout ppt "2007. Nejdůležitější události v historii života  bhu = to grow, make grow  to be  asmi = to breathe  am  is  (Jaynes, J., (1990) The Origin of."

Podobné prezentace


Reklamy Google