Základy evoluční biologie

Základy evoluční biologie

Vznik a vývoj života

• tři základní otázky

  • kdy život vznikl (časové vymezení)

  • kde život vznikl (v jakém prostředí)

  • za jakých podmínek život vznikal (které vnější faktory se uplatňovaly při formování života)

• kreační teorie

  • život vznikl zásahem nadpřirozené síly (boha)

  • tuto myšlenku zastávali mj. i C. Linné, R. Hooke, J. B. Lamarck

  • mnozí ale uznávají i myšlenku evoluce – např. P. Teilhard de Chardin: křesťanský evolucionismus

  • Marek Vácha- český profesor, zabývá se

• teorie samoplození

  • vznik organismů přímo z neživé hmoty (např. žáby z bahna, myši z obilí apod.)

  • vyvrátil francouzský chemik Louis Pasteur – pasterizoval polévku, aby v ní nebyly žádné organismy (sifon)

• teorie panspermismu

  • život rozšířen v celém vesmíru ve formě tzv. kosmozoí, která se ve vhodných podmínkách rozvinou do vyšších forem

  • nevysvětluje tedy vznik života jako takového, jen jeho objevení se na Zemi

  • rozpracoval švédský chemik S. Arrhenius, současně zastává i H. C. Crick (jeden z objevitelů struktury DNA)

• teorie evoluční, autochtonní abiogeneze

  • vznik života postupných vývojem z neživé hmoty přímo na Zemi

Teorie evoluční, autochtonní abiogeneze

• proces vzniku života zahrnuje dvě fáze

  • chemická evoluce = vznik stavebních látek živé hmoty

  • biologická evoluce = vznik buněk a jejich vývoj po dnešní dobu

chemická evoluce

• proběhla v několika etapách a zahrnuje v sobě vznik jednoduchých organických sloučenin abiogenetickou cestou již v době formování zemské kůry (tj. cca před 4 mld. let)

  • praatmosféra měla redukční charakter, obsahovala řadu jednoduchých sloučenin (voda, vodík, oxid uhličitý, sulfan, amoniak, dusík, fosfan, kyanovodík…)

  • z těchto látek mohou při dodání energie (např. UV záření, tlak, teplo, elektrické výboje) vzniknout jednoduché sloučeniny (aminokyseliny, dusíkaté heterocykly)

  • dokázáno pokusy – Miller, Fox

  • teorie jílů - vrstvy

  • koacerváty a metabolony

    • z koloidních roztoků makromolekulárních látek vznikají za vhodných podmínek spojováním koloidních částic s opačnými elektrickými náboji na svém povrchu shluky – ty vytvářejí oddělenou disperzní fázi ve formě malých kapiček bílkoviny = KOACERVÁTY (pokusy Oparin, Haldane)

    • předchůdci buněk = PROTENOIDNÍ MIKROSFÉRY – bílkoviny a metabolismus (vznikají spontánně ochlazením vodných roztoků polypeptidů, podobné vlastnosti jako buňky: růst, komplexita, dvojitý obal, elektrický potenciál apod.)

    • koacerváty a mikrosféry představují první otevřený systém = METABOLON (pozor, nejedná se ale o předchůdce organismů – informace o struktuře a katalytické aktivitě protenoidů, jejichž nahodilé uskupení umožnilo metabolické projevy, se ztrácela se zánikem metabolonu, chybí schopnost autoreplikace!)

• biologická evoluce

  • aby mohly metabolony nastoupit cestu evoluce, musely nejdříve získat schopnost autoreplikace – otázka vzniku života souvisí se vznikem genetického kódu a zabezpečením přesné replikace nukleové kyseliny, obsahující ve své struktuře genetickou informaci

  • přímí předchůdci organismů = PROBIONTY: nedokonale se replikující systémy bez ustáleného genetického kódu, replikace RNA bez účasti enzymů (nepřesné), RNA štěpy - při některé nahodilé fluktuaci mohlo dojít k situaci, kdy určitá molekula RNA soustředila ve své nukleotidové sekvenci tři na sebe navazující funkce:

  • po autokatalyckém štěpení dala vznik množině ribonukleových kyselin, z nichž každá kódovala jednoznačně jednu určitou aminokyselinu,

  • při překladu se těmito RNA syntetizoval enzym RNA-polymeráza,

  • byla selektivně replikována touto RNA-polymerázou, protože ve své sekvenci obsahovala vazebné místo pro tento enzym

  • tím se fluktuace stabilizovala a selektovaná molekula RNA nabyla charakteru pravého genomu, vznikly PROTOBIONTY: prvotní organismy, u nichž došlo k oddělení replikace od translace (spojeno se vznikem DNA zpětnou transkripcí RNA) => tři navzájem oddělené toky informací:

  • replikace prostřednictvím DNA,

  • transkripce DNA do mRNA,

  • translace mRNA do primární struktury proteinů

  • o tyto praorganismy vývojově směřovaly k buňce prokaryotního typu, vznik eukaryotních buněk vysvětluje teorie endosymbiózy