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

Obr. 1)

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.

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)

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)

Obr. 4) Jak asi probíhá evoluce?

Obr. 5) Nebo takto?

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.

1. Etapa abiogenetická

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.

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.

Důkaz vzniku látek experimentálně Vědci se snažili napodobit tyto podmínky a dokázat vznik látek experimentálně. V roce 1828 syntetizoval Wöhler močovinu. V roce 1861 syntetizoval Butlerov glukózu 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.

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

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.

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.

2. Etapa Autoreprodukční

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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

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

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

konec 01/09 PhDr. Přemysl Štindl