RůZNÉ TEORIE O VZNIKU ŽIVOTA NA ZEMI
Naivní abiogeneze: Již Aristoteles předpokládal, že živé organismy vznikají samovolně z neživé hmoty a že ve vzduchu je jakási životní síla. S postupným poznáváním organismů se představa posouvala ke stále nižším organismům, až byla vyvrácena francouzským chemikem Luisem Pasteurem, který sérií pokusů dokázal, že ani mikroorganismy nemohou vznikat samovolně. (Do kádinky, ve které byl umístěn vývar, zamezil přístupu bakterií a dokázal, že nic nevzniklo.)
Teorie pauspermie: Teorie předkládá zanesení života na Zem supercivilizací, ale neřeší kde a jak život vznikl
Teorie arrhenius: Tuto teorii vypracoval na počátku století švédský chemik S.Arrhenius. Ten předpokládal, že život je rozšířen po celém vesmíru ve formě zárodků - kosmozomy, které se v případě, že dopadnou na vesmírné těleso s podmínkami vhodnými pro život, rozvinou do složitějších forem. Tuto teorii v současné době zastává i spoluobjevitel struktury DNA H.C.Crick. Domnívá se, že genetický kód je tak jednotný a složitý, že pro jeho evoluci nebylo na Zemi dostatek času. Na druhou stranu ale neexistuje organismus, který by vše vydžel tak jako kosmozomy.
Kreační (kreacionistická) teorie: Kreační teorii nelze ani potvrdit ani vyvrátit. Předpokládá, že život vznikl náhle, zásahem nadpřirozené síly - Boha. Nejzákladnější je křesťanská teorie stvoření v sedmi dnech. Na počátku nebesa a Země - neměla tvar, voda světlo a tma...oddělení vody od par...Pangea - země, moře, rostlinstvo...měsíc, slunce,hvězdy... vodní a vzdušní živočichové...domácí a divoké zvíře + člověk - jako myslící nad všemi druhy...odpočinek. V minulosti zastával ideu stvoření např. C. Linné, R.Hooke, J.B.Lamarck.
Život se vyvinul sám, měl k tomu vhodné podmínky - vhodná velikost, vzdálenost od slunce, složení.
Etapa prebiotická - období, kdy vznikají jednoduché organické látky anorganickou etapou
Etapa biotická - vznik života z organických sloučenin
Oparinova teorie: Oparin předpokládal, že organické látky byly vlivem ochlazení spláchnuty z atmosféry a hromadily se ve stojatých vodách - primární bujón, prapolévka. Vyšel ze základního zjištění, že na Zemi všechny organické látky obsahují biogenní prvky, zvláště pak uhlík. Tento prvek dopadá na naši planetu v meteoritech (až 4,5 %) a v závislosti na teplotě se slučuje s jinými prvky, předně pak s vodíkem. Vznik nejjednodušších základů organických látek - uhlovodíků je pak ve vesmíru procesem zákonitým. Za přítomnosti dalších prvků a sloučenin litosféry a atmosféry vznikaly mimo jiné i aminokyseliny. (Experimentálně dokázal J. Miller - zkonstruoval přístroj, který mu umožnil dokázat, že ze směsi metanu, čpavku, vodíku a vody za pomoci elektrického výboje mohou vznikat některé aminokyseliny a oxokyseliny.) Z aminokyselin vznikly působením tepla a vody polymery, zvané koacerváty. Tyto koacerváty byly ohraničené povrchovou membránou - povrchové napětí, které dovoluje výměnu látek mezi koacerváty a prostředím - exparimentálně je prokázáno, že může nastat strukturální diferenciace, která umožňuje selektivní akumulaci látek. Tyto látky mohou spolu reagovat a vytvářet sloučeniny, které by nemohly vznikat mimo koacervát (jiný průběh reakcí). Koacerváty ale neměly schopnost reprodukce, a proto je nemůžeme označit za praorganismy. Prvotní organismus - eobiont - vznikl až po vzniku nukleových kyselin , jejich rozdělení mezi koacerváty a po vzniku identické replikace. Eobiont byla prokaryotická buňka schopná rozmnožování, její přesná podoba však není známa. Buňky se stávaly složitějšími a postupně se diferenciovaly.
Vývoj metabolismu: První organismy byly anaerobní heterotrofové. Vytvořila se barviva - pigment jako ochrana proti UV záření - využití světelné energie - chemickými reakcemi vzniká kyslík, uvolňuje se do ovzduší a vytváří se ozonová vrstva. Eobionty nemají potravu - anaerobní autotrofie - produkce kyslíku = jed - ochrana - dýchací enzymy - dýchání - aerobní organismy - využívají energii 18 x lépe (více ATP - 38 molekul z jedné glukózy), a proto na Zemi převládly.
Makarovova (novodobá) teorie: Makarovova teorie předpokládá, že primární atmosféra nebyla redukční, ale oxidační (1% O2), a proto nemohly vznikat organické látky a život se nemohl vyvíjet ve stojatých vodách. V roce 1979 Američané objevili gejzíry na dně oceánu, kde teplota dosahovala 300 °C a tlak 100 - 800 atm. Tato horká voda, která se na dně oceánů ohřívá o magma, vyvěrá z tzv. černých komínů, je praktický nasycený roztok minerálních látek a minerálů. Bylo objeveno, že v blízkosti černých komínů žijí bakterie, které nemohou využívat světlo, ale využívají geotermální energii (přežívají i ve 100 °C). Jsou přizpůsobené životu ve velkém tlaku a teplotě ---- život se vyvinul v hlubinných vodách.
Vývoj metabolismu: Nejprve byly anaerobní heterotrofové, kteří se šířily všemi směry i nahoru, kde narazily na kyslík - dýchcí enzymy - aerobní organismy (heterotrofové), teprve potom byly vytvořeny enzymy pro fotosyntézu - autotrofové.
Bernalova teorie: Bernal si všiml, že krystaly mají některé vlastnosti odobné organismům - rostou, dělí se, spojují se, a domnívalse, že impuls pro vznik organických sloučenin přišel od krystalů. Tato teorie se jeví jako nepravděpodobná, protože organismy zpravidla postrádají krystaly.
Foxova teorie: Fox zahříval fosfátové horniny v bezvodém prostředí s aminokyselinami při 100°C a získal jednoduché bílkoviny, o kterých se domníval, že byly později spláchnuty do vody - vznik ve vodě.
VÝVOJ TEORIÍ A NÁZORů NA EVOLUCI, DARWINISMUS
Kreacionistická teorie: Předpokládá, že život byl stvořen vyšší sílou v dnešní podobě, tento názor zastávali C. Linné.
Diluvionistická teorie: Robert Hooke. Tato teorie vycházela z biblického tématu o potopě světa - diluvium = potopa. Předpokládala, že život byl opakovaně zničen potopou a znovu stvořen. K těmto předpokladům vedly nálezy zkamenělin, které se vyskytovaly v několika vrstvách.
W. Smith sestavil první stratografickou tabulku organismů v určitých vrstvách. (1790)
Buffon přiznává vliv prostředí na organismy - proměnlivost druhů vlivem prostředí, ale stále popírá historický vývoj a fakt, že se z jednoho druhu mohl vyvinout jiný.
Teorie kataklysmat: G. Cuvier, přední paleontolog 19. století. Neuznával vývoj a proměnu druhů. Předpokládá, že život byl opakovaně zničen katastrofami - kataklysmaty.
Lamarckismus: Lamarck svou teorii opírá o představy, že všechny organismy mají přirozenou schopnost a vůli po pokroku ke složitějším a dokonalejším formám a jednají tak, aby se vyrovnaly s nároky prostředí a přežily jeho změny, že protředí samo změny nevyvolává,vzbuzuje však potřebu změny u orgamismů samých, že nově získané znaky jsou dědičné a přenášejí se na další generace. Lamarckismus tedy zastává názor, že se organismy aktivně přizpůsobují měnícím se podmínkám prostředí. Lamarck popírá samovolné a přirozené vymírání druhů - pouze se přeměňují, ale uznává vyhubení druhů člověkem.
Hillaire - neexistuje postupný vývoj - probíhá v rychlých obdobích - jde ve skocích, které jsou způsobeny vnějšími vlivy a mezi kterými je vždy období stagnace. Uznává již vymírání druhů.
Lyell - postupný vývoj druhů po drobných krocích, žádná zrychlení ve vývoji neexistují
Darwinismus: Charles Darwin (1809 - 1882) byl silně ovlivněn předchozí teorií Lyellovou. Absolovoval cestu kolem světa, na které shromažďoval poznatky, které v roce 1859 shrnul ve své knize O vzniku druhů přírodním výběrem. Podle jeho teorie rozšíření organismů není náhodné, ale zákonité, evoluce je pozorovatelný jev (paleontologický materiál), hlavní jednotkou evoluce je druh a ne organismus, evoluce je založena na čtyřech základních principech - nadprodukce potomstva
variabilita potomstva - potomci nejsou přesnou kopií vých rodičů a liší se i navzájem od sebe
přírodní výběr - dnes selekční tlak - soutěžení o místo na přežití, o zdroj živin, přírodní prostor, boj o získání partnera, přežívají lépe přizpůsobení jedinci, přírodní výběr zvýhodňuje nositele individuálních odchylek, lépe vyvinutých pohlanvích znaků..., potomky plodí hlavně nejlépe přizpůsobení jedinci a tím přenášejí své genetické vlastnosti ve zvýšené míře do dalších generací, původně příliš nepodstatné individuální rozdíly se s odstupem generací zvětšují a přecházejí až v rozdíly druhové
gradualismus - nejslabší místo celé teorie, v dnešní době bývá často napadán a zřejmě je nepravdivý; postupné drobné změny, které vedou ke změně celého druhu, postupné přizpůsobování - rovnoměrný vývoj; v dnešní době nálezy (zkameněliny v různých vrstvách se od sebe podstatně liší) nasvědčují tomu, že vývoj probíhal ve dvou fázích - stabilní ekosystém - druhy jsou přizpůsobené a příliš se nemění, - změna ekosystému - změna nároků prostředí na živé organismy, v rámci variability potomstva přežijí ti, co mají vhodnější znaky - rychlé upevnění nových znaků
Ve své další knize z roku 1871 nazvané Původ člověka a pohlavní výběr potom vysvětlil vznik pohlavních znaků díky sexuálnímu výběru - samice dávají přednost samci s lépe vyvinutými pohlavními znaky. Darwinovo dílo se setkalo i se značným odporem zejména díky vztažení evoluce i na člověka.
Teorie živé planety: J.E.Lovelock vychází z těchto předpokladů - měřítkem pro evoluci je Země, všechny živé organismy mají více či méně podobné nároky na prostředí, organismy mění své fyzikální a chemické prostředí, využívají k růstu každou příležitost, kterou jim poskytne prostředí, druhy, které rychleji rostou vytlačují pomalu rostoucí druhy; domnívá se, že je třeba život přijmout jako globální skutečnost
STAVBA PROKARYOTICKÉ BUŇKY
Prokaryotické organismy jsou jen jednobuněčné. Nikdy netvoří funkčně a tvarově diferenciované tkáně.
Velikost prokaryotické buňky se udává v mm (1 - 2 mm). Celý obsah buňky se nazývá protoplast. Prvkovým a molekulárním složením se prokaryotická buňka neliší od eukaryotické.
Šest hlavních biogenních prvků: C, O, N, H, P, S ; hlavní biomolekulární látky: bílkoviny, nukleové kyseliny, polysacharidy, lipidy (97% sušiny).
Kromě cytoplasmy má buňka jen čtyři nepostradatelné struktury:
cytoplasma: Velmi viskózní, koncentrovaný roztok mnoha malých a velkých molekul. Vyplňuje zcela prostor buňky.
jaderná hmota - nukleoid: Jediná do kruhu stočená (cyklická) dvoušroubovice DNA na bílkovinném nosiči. Je vlastně jediným chromozomem. DNA je asi 100 x delší než vlastní buňka, a proto je v buňce poskládána do smyček.
ribosomy: Tvořen rRNA, jsou volně umístěny v cytoplazmě, tvoří se na jadérku, klidová buňka jich obsahuje několik set, rostoucí 30 000 i více.
cytoplazmatická menbrána: Izoluje vnitřní prostředí buňky od vnějšího a má polopropustné vlastnosti.
buněčná stěna: Je složená z peptidoglykanu - murein. Je to tuhý obal, který uděluje buňce tvar a mechanicky ji ochraňuje před vlivy vnějšího prostředí.
Podle toho, jestli se buněčná stěna dá, nebo nedá obarvit speciálním barvivem, rozdělujeme prokaryotické buňky na grampozitivní (dají, G+) a gramnegativní (nedají, G-)
Kromě základních struktur může prokaryotická buňka mít ještě další struktury: tylakoidy (vychlípenina povrchové membrány, na které jsou umístěny enzymy potřebné pro fotosyntézu a dýchání), glykokalix (může být umístěn nad buněčnou stěnou), fimbrie (krátké brvy,které pomáhají buňce udržet se na určitém místě), bičíky (pomáhají buňce pohybovat se, mohou být jeden, dva nebo více), cytoskelet (mikrofilamenta, mikrotubuly; vyztužují buňku, pomáhají udržet si tvar).
STAVBA A ŽIVOTNÍ PROJEVY ROSTLINNÉ A ŽIVOČIŠNÉ BUŇKY
Velikost eukaryotické buňky se pohybuje od několika mm až do jednoho metru (neurony). Všechny eukaryotické buňky obsahují cytoskeletální systém. Je tvořen vlákénky - mikrofilamenty a trubičkami - mikrotubuly. V buňce tvoří svazky, které se mohou zkracovat a natahovat a umožňovat tak pohyb cytoplazmy uvnitř buňky. Podílejí se vzniku dělícího vřeténka. Jádro - nukleus - eukaryotické buňky je zřetelně ohraničeno od okolí cytoplazmy. Na povrchu jádra je dvojitá biomembrána - blána jaderná. Vnitřek je vyplněn polotekutou hmotou - karyoplazmou, v níž se nacházejí chromozomy. V jádře se nachází jedno nebo několik jadérek.
Stavba rostlinné buňky: Eukaryotická buňka rostlinná je ohraničena buněčnou stěnou, která je u rostlin tvořena celulozou a u hub chitinem. Buněčné stěny dřevin obsahují též dřevovinu - lignin. Dále rostlinná buňka obsahuje: mitochondrie - tyčinkovité až vláknité útvary, v buňce jich bývá několik set, jsou opatřeny dvěma biomembránami, uskutečňuje se v nich buněčné dýchání, endoplazmatické retikulum - membránový systém, na některé jeho membrány jsou připojeny ribosomy - hrubé ER - místo syntézy buněčných bílkovin, hladké ER bez ribozómů je místem, kde se syntetizují glykolipidy, Golgiho systém (ne nutně) - soustava měchýřků, ve kterých probíhají biochemické reakce upravující látky, které jsou vyměšovány z buňky, vakuoly - organely oddělené od cytoplazmy biomembránou - tonoplast - vnitřek je naplněn roztokem nejrůznějších látek a enzymů, které se zúčastňují metabolických přeměn, obsah vakuoly se nazývá buněčná šťáva, plastidy - chloroplasty - ohraničeny dvojitou biomembránou, která uzavírá bílkovinou plazmu - stroma, v ní je síť uzavřených tylakoidů, stupňovitě na sebe uložené tylakoidy tvoří grama obsahující zelený chlorofyl, asimilační barvivo, - chromoplasty - obsahují červená a žlutá asimilační barviva - kartenoidy, xantofyly, as. b. jsou nerozpustná ve vodě, leukoplasty - zejména v neosvětlených částech rostlin, hromadí se v nich zásobní látky (škrob, bílkoviny, lipidy). Mladé rostlinné buňky obsahují více malých vakuol, starší buňky často jednu velkou. Uvnitř rostlinných buněk se mohou ukládat některé často nápadné součásti - produkty jejich metabolismu - škrobová zrna, mikrokapénky tuků, krystalické inkluze, silice... Buňka hub obsahuje lyzozomy.
Stavba živičišné buňky: Od rostlinné buňky se liší hlavně svou biochemickou aktivitou. Další typický znak živočišné buňky je tvarová rozmanitost umožňující nejrůznější tkáňovou specializaci. Tento znak je umožnen tím, že nemají celulózní buněčnou stěnu. Buňky různých živočišných druhů stejného tkáňového typu mají podobný tvar. Živočišné buňky mívají jedno jádro. Vyjímkou jsou např.jaterní b.nebo b. chrupavek - dvě, nálevníci - morfologicky rozlišená (makro- a mikro- nukleus), osteoklasty - až sto, červené krvinky - žádné. U živočišných buněk jsou patrné charakteristické modifikace struktury jejich cytoplazmatické membrány v závislosti na vykonávané funkci. Dále živočišné buňky obsahují některé stejné útvary jako buňky rostlinné (mitochondrie, ER, Golgiho systém), lyzozomy - měchýřky tvořené biomembránou, obsahují trávicí enzymy, centriolu - dva kolmé svazky mikrotubulů v blízkosti jádra, zajišťuje tvorbu dělícího vřeténka, mikroplky - zprohýbaná membrána držící buňku pohromadě, a naopak některé útvary rostlinné buňky neobsahují - plastidy, většinou ani vakuoly - ...
everesta