Vznik a evoluce života na Zemi. Co je život termodynamicky: klesá entropie vznikem živého organismu (ale i v neživé přírodě jsou známy procesy poklesu.

Prezentace na téma: "Vznik a evoluce života na Zemi. Co je život termodynamicky: klesá entropie vznikem živého organismu (ale i v neživé přírodě jsou známy procesy poklesu."— Transkript prezentace:

1 Vznik a evoluce života na Zemi

2 Co je život termodynamicky: klesá entropie vznikem živého organismu (ale i v neživé přírodě jsou známy procesy poklesu entropie – např. vznik krystalu; naopak při stárnutí postupně roste entropie organismu) systémově: dochází k řízené výměně hmoty a energie s okolím, život je spojen s otevřeností systému; pro život jsou typické velice složité systémy procesně: pro život typickými procesy jsou evoluce, ontogeneze, fylogeneze, rozmnožování, koordinace diferencovaných funkcí

3 Život na Zemi vzniká v určitém příznivém rozmezí fyzikálních a chemických parametrů prostředí a je charakteristický vazbou svých projevů na prostorově ohraničené jedince a jejich populace specifickou strukturou molekul, seskupených ve vyšší funkční celky, včetně významné úlohy prostorové struktury a orientace molekul uchováváním informace o stavbě a funkcích jedinců v čase a jejich přenos na nové jedince aktivní výměnou látek mezi jedincem a okolím se snižováním entropie jedince na úkor okolí krátkodobou i dlouhodobou (změna chování, geny, memy, vznik a zánik druhů, funkční uzpůsobení druhu novým podmínkám, změna složení ekosystému) reakcí jedince (organismu) na změny fyzikálních a chemických parametrů prostředí a na přítomnost a projevy dalších organismů

4 život na Zemi je založen na sloučeninách uhlíku, uchovávaných ve vodném prostředí sloučeniny uhlíku a voda mají unikátní vlastnosti, které jsou plně využívány pozemským životem voda je výborné iontové rozpouštědlo je stavební složkou těl organismů, médiem po transport látek a pro chemické reakce má velkou tepelnou kapacitu, čímž snižuje tepelné výkyvy těl organismů a stabilizuje tepelné poměry na povrchu Země a v atmosféře minimální objem má voda při teplotě 4 0 C, takže vodní nádrže hlubší než několik metrů nikdy nezamrzají při nízkých teplotách ke dnu za běžných podmínek v dostatečném množství rozpouští kyslík, nezbytný pro aerobní organismy

5 uhlík vytváří obrovské množství jednoduchých i složitých sloučenin zejména s vodíkem a kyslíkem tyto sloučeniny mohou vstupovat do dobře definovaných a stabilních prostorových konfigurací řada sloučenin uhlíku je za běžných teplot dostatečně stabilní, současně může vstupovat do mnoha reverzibilních i ireverzibilních reakcí mezi stabilní sloučeniny uhlíku patří i obrovské makromolekuly s "polymerní" strukturou (střídání několika stejných stavebních částí), které jsou základem uchování genetické informace (DNA, RNA) energie nutná k syntéze organických látek založených na uhlíku leží v pásmu PAR, kde je společně s blízkým IČ nejvyšší intenzita slunečního záření CO 2 je plynnou sloučeninou obsaženou v atmosféře a je tak volně dostupným zdrojem pro další biochemické transformace

6 Vznik a geneze života voda v tekutém stavu, nasycená primitivními organickými látkami, vznikajícími za přispění výbojů v atmosféře, dala vznik čemusi zpočátku zcela nepravděpodobnému, primitivnímu, avšak postupně velmi efektivně se vnějším podmínkám přizpůsobujícímu – životu zatímco vznikaly na Zemi působením geologických sil, vodní a větrné eroze a dalším živelným působením fyzikálních a chemických sil oceány, mělká moře a na pohybujících se kontinentech složitější útvary (sopky, hory, údolí, nížiny, delty řek atd.), vstupuje do tohoto dění život s jeho schopností nejen se životnímu prostředí přizpůsobit, ale také na toto prostředí aktivně působit jakmile se život naučil využívat energii slunečního záření fotosyntézou, podstatně mění koloběh uhlíku a složení atmosféry, která je ochuzována o oxid uhličitý a obohacována kyslíkem; současně vznikají aerobní organismy s efektivnějším metabolismem v porovnání s anaerobními organismy

7 Vznik a geneze života z redukční atmosféry vzniká oxidační atmosféra kyslík zpočátku intenzivně reaguje s prvky a sloučeninami na zemském povrchu (např. Fe), později však jeho koncentrace v atmosféře roste, postupně se ustaluje zhruba na 21% a zůstává zhruba stabilní stovky miliónů let organismy se dále specializují roste složitost organismů změna složení atmosféry má podstatný vliv i na teplotu povrchu Země - došlo ke snížení vlivu skleníkového efektu vlivem CO 2 a následnému snížení teploty zemského povrchu živé organismy se výrazně diferencují mezi druhy a v rámci druhu, vyvíjí se specializované buňky a postupně i specializované orgány umožňující efektivnější látkovou výměnu uvnitř organismu i s jeho okolím informace o stavbě buněk je na následující generace přenášena „knihovnami“DNA

8 Vznik a geneze života vedle podvědomých i vědomých reakcí na změny prostředí se rozvíjejí složité vztahy mezi jednotlivými druhy a vyvíjí se mezidruhová specializace a současně i závislost jednoho druhu na dalších druzích trofické (potravní) řetězce rostoucí složitosti dávají vznik složitějším vyšším organismům, současně vedou ke vzniku téměř uzavřených cyklů organických látek a biogenních prvků odpad těchto cyklů dává vznik fosilním palivům, korálovým útesům, obohacení půdy humusem a biogenními prvky, oceánským sedimentům

9 Vznik a geneze života dlouhodobě (až na krátká období katastrof) roste složitost životních forem a na začátku kulturního vývoje člověka existuje asi 50 miliónů druhů (do konce 20.století popsáno člověkem pouze asi 1,5 miliónu druhů). velkou pozornost jako případná ukázka vlivu velkých katastrof na evoluci života přitahuje z geologického pohledu rychlá změna směru vývoje živočichů od dinosaurů k savcům s jejich delší péčí o mláďata a endotermností, způsobená nejspíše dopadem asteroidu a celoplanetární katastrofickou změnou podnebí na několik let základním mechanismem vývoje druhů je přirozený výběr, související s proměnami genetického kódu (mezidruhové křížení, mutace, rekombinace mezi rodiči, předávání genetického kódu u bakterií) a memy

10 Úvahy, otázky (zatím nezodpovězené) Vznikl život z jednoho předchůdce? Nebyl život na Zemi zavlečen z vesmíru? Je vůbec možné, aby život vznikl přirozeným způsobem (vysoce nepravděpodobné, život se významně liší od neživé přírody)? Jak vysvětlit vznik mnoha důležitých životních funkcí – např. kódování genetické informace do DNA, přechod od jednobuněčných k vícebuněčným organismům? Existuje život i jinde ve vesmíru? Jaká je pravděpodobnost jeho vzniku a jaký by mohl být jeho základ?

11 Literatura a zdroje informací Begon M., Harper J. L., Townsend C. R.: Ekologie, jedinci, populace a společenstva, vydavatelství Univerzity Palackého Olomouc 1997, ISBN 80-7067-695-7