GYMNÁZIUM JAKUBA ŠKODY

Transkript

1 GYMNÁZIUM JAKUBA ŠKODY Ročníková práce z biologie Vznik života na Zemi Zpracoval: Štěpán Hlavička, IV.A Přerov 2005

2 Obsah: 1 Úvod a cíle Teoretická a metodická část Vznik života na Zemi Názory na vznik života Myšlenky vycházející z náboženství Lamarcova teorie Weissmanova teorie Teorie kosmozoí a Cuviera Darwinova teorie Neodarwinismus Co předcházelo vzniku života Velký třesk Vznik hvězd Vznik planety Země Cesta k životu na Zemi Vznik prvních sloučenin za pomoci energie Voda základ života Koacerváty Autoreprodukce a zápis do DNA Autoreprodukce Aminokyseliny Kyselina ribonukleová Šroubovicová struktura kyseliny deoxyribonukleové Mitóza základní proces dědičnosti Změny a chyby při přenosu genetické informace Vznik a vývoj života První živé organismy Eobionty a první bakterie Sinice - první vodní rostliny Fotosyntetická asimilace Aerobní bakterie Dýchání u bakterií Rozdělení bakterií Říše živočišná Říše rostlinná Říše hub Závěr Seznam literatury Příloha Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 2 z 22

3 1 Úvod a cíle Pro téma vzniku života na Zemi jsem se rozhodl z několika důvodů. Tím hlavním je to, že tato záhada ještě nebyla prokazatelně vysvětlena a existuje hned několik teorií, jak život vznikl. Některé jsou jednoduché, jiné zase natolik složité, že by na ně jedna práce nestačila. Jedna teorie vyvrací druhou a ani vědci a filozofové nedokáží určit tu správnou. Ve své práci vás s těmito teoriemi seznámím, ale pro detailnější představu vzniku a vývoje života budu vycházet z nejnovějších poznatků vědy. Pokusím se objasnit otázky typu: Kde se vzal ve vesmíru život? Byla to jen náhoda nebo zákonitý jev? Podle jakého plánu se život vyvíjel?. První bychom si však měli uvědomit, že život není jen něco úžasného, fantastického. Ale život jsme i my, prožíváme ho a utváříme, někdy i ničíme. Žasneme nad množstvím forem a krásou jejich tvarů, ale pochopit jej nemůžeme, dokud nepronikneme do jádra jednotlivých organismů a návaznosti jedné části na druhou. Avšak vznik je jen jednou částí života, zde k pochopení docházíme až v posledních letech, ale to neznamená, že své předky máme považovat za nevzdělance. Pravdou je, že vznik života odhalit nedokázali, zato již v polovině devatenáctého století pronikli do tajů jeho vývoje a to díky známému vědci Ch. Darwinovi, který přišel s teorií přirozeného výběru. Největšího pokroku od dob Darwina bylo dosaženo vývojem vědy v oblasti genetiky a průniku do tajů DNA a složité organické chemie. To vše svědčí o atraktivitě a zajímavosti práce na téma vznik života na Zemi. 2 Teoretická a metodická část Při psaní této práce jsem čerpal informace převážně z dvou publikací zabývajících se problematikou vzniku života na Zemi. První je kniha Po stopách života autora Vítězslava Říhy z roku Pravdou je, že neobsahuje nejnovější poznatky, ale umožnila mi si udělat alespoň prvotní představu o vzniku života. Druhá kniha Život (1987) se mnohem podrobněji zabývá vznikem života a nechává prostor čtenáři udělat si vlastní úsudek. Autorem této knížky není jednotlivec, nýbrž sedmičlenná skupina vědců o složení: Jan Buchar, Jaroslav Drobník, Emil Hadač, Jan Jansko, Jan Květ, Jan Lellák a Zbyněk Roček. Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 3 z 22

4 Avšak jen tyto informace by mi k ucelenému názoru nestačily. Proto jsem převážně v první části práce použil informace nabyté z Encyklopedického slovníku napsaném kolektivem autorů Encyklopedického institutu Československé akademie věd. Tato kniha mi nejvíce pomohla při získávání informací o vědcích a vědeckých teorií různých období. Jelikož všechny z těchto publikací jsou přes 15 let staré, využil jsem internetové stránky: Ta mi poskytla nejnovější poznatky vědy a zpřesnění letopočtů. To byl výčet jednotlivých zdrojů, ze kterých jsem čerpal. Jednotlivě se od sebe liší jak pojetím, tak i rozsahem. Nejvíce mi při psaní pomohla nejpodrobnější zpracování knížky Život. Knihu Po stopách života, Encyklopedický slovník a internetovou adresu jsem použil při doplňování některých kapitol. Stejně jako informace, tak i obrázky jsem použil převážně z knihy Život. Jedinou výjimkou je obrázek DNA, který jsem našel s pomocí internetového vyhledavače Tím bych teoretickou a metodickou část uzavřel. 3 Vznik života na Zemi 3.1 Názory na vznik života Myšlenky vycházející z náboženství Odjakživa se lidé snažili vysvětlit svou existenci. První myšlenky byli silně ovlivněny náboženstvím. Mezi nejznámější patří stvoření Adama a Evy Bohem z Bible. Podle této teorie Bůh za 6 dní stvořil svět spolu s veškerou faunou a florou a hlavně dvě lidské bytosti - Adama a Evu. Ti spolu žili v ráji a užívali si života. Jednoho dne však přišlo pokušení z rukou zrádného hada a Adam s Evou mu podlehli. Za trest je Bůh z Ráje vyhnal a ponechal osudu. Adam s Evou přežili a zplodili potomky, a tak přišli na svět první lidé. Další teorií je buddhistická představa cyklu zrození a zániků. Tu buddhisté aplikují na celí vesmír, zde však nejde o zrození, ale právě o neustálý koloběh života, který tu je odjakživa. Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 4 z 22

5 3.1.2 Lamarcova teorie Postupem času, jak upadal vliv náboženství a objevili se první zkamenělé nálezy (hlavní podíl na nálezu těchto zkamenělin měla těžba nerostných surovin), poznání lidí se prohlubovalo. Na přelomu 18. a 19. století přichází s novou teorií Jean Baptiste Lamarc. Ten tvrdil, že neživé hmotě byl vdechnut život takzvanou životní silou. V této době již odborná veřejnost přijala, že vše živé má svého prapředka, a že žijící organismy nejsou neměnné a také připustila vznik jednoho druhu z druhého. Tento vývoj Lamarc vysvětloval na příkladu žirafy. Předvídal, že předci žiraf měli krátké krky, ale potřeba natahovat se za potravou vyústila v delší a delší krky jejich potomků. Lamarcova teorie však nebyla nikdy přijata, protože nemohl dokázat krátké krky u žirafích předků. Navíc oponenti poukazovali na příklad dřevorubců, jejichž děti se nerodí s mozoly Weissmanova teorie O pár let později přišel s jinou teorií Weissman, ta přímo popírala tu Lamarcovu. Podle nové teorie se v raném stádiu vývoje oddělují buňky nesoucí genetickou informaci, tak se zabrání přenosu zkušeností na potomky. Ale ani tato představa neuspokojila některé konzervativně smýšlející vědce, kteří věřili v teorii samozplození, podle které z neživé hmoty vznikli živé organismy. Například z bahna žáby Teorie kosmozoí a Cuviera Na počátku 20. století švédský fyzik a chemik Svante August Arrhenius rozpracoval teorii kosmozoí (zárodků), ta předpokládá rozšíření života po celém vesmíru, který se rozvine jen v příhodných podmínkách (Země). Mezi další zajímavé teorie patří určitě i ta G. Cuviera. Cuvier tvrdil, že jednou za čas se objeví katastrofa, která zničí život a na její místo přijdou dokonalejší živočichové Darwinova teorie S největším převratem v novodobé biologii přišel v polovině 19. století anglický vědec Charles Darwin. Podle něj probíhá evoluce tak, že potomků se narodí více než rodičů. Potomci mají částečně odlišné vlastnosti a přežít mohou jen ti nejpřizpůsobivější. Tento běh života Darwin nazval přirozený (někdy také přírodní) výběr. Přirozeným výběrem dochází k vzniku nových druhů, navzájem neschopných se křížit (mutace). Darwina silně ovlivnila Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 5 z 22

6 cesta kolem světa v letech , na které se plně věnoval příbuznostmi a rozdíly mezi organismy Neodarwinismus V třicátých letech 20. století se objevuje takzvaný neodarwinismus. Neodarwinismus předpokládá, že veškerá druhová odlišnost organismů je způsobena náhodnou mutací genetické informace. Ta je pak dále předána na potomka a u něj se projeví. Pokud je tato vlastnost dobrá a pomůže mu s přežitím a bude předána i na jeho potomka. Ale pokud tato vlastnost bude špatná, jedinec a nebo jeho potomci budou odsouzeni k zániku, tak se nevýhodná vlastnost odstraní. Neodarwinismem bych výčet teorií o vzniku a následném vývoji života uzavřel a dále se věnoval pohledu na vznik života očima současných vědců. 3.2 Co předcházelo vzniku života Velký třesk Asi před patnácti až deseti miliardami let započala éra vesmíru a to velkým třeskem (big bang). Hustý a žhavý plyn se začal rozpínat, vznikl prostor a začali platit fyzikální zákony. Hned poté došlo k vytvoření základních stavebních částic hmoty protonů, elektronů a neutronů. Za 200 sekund se protony a neutrony začali spojovat, a tak byla vytvořena jádra vodíku, helia a lithia. Neustále probíhalo rozpínání vesmíru a sním spojené ochlazování. Jakmile se teplota přiblížila k C, elektrony se začaly slučovat s protony do elektroneutrálních atomů. Se stále větším vlivem hmoty přišla i gravitační síla. Jejím působením vznikly zahuštěné oblasti a z nich následně galaxie, hvězdy a planety Vznik hvězd Vzniku hvězd předcházelo smrštění chladných mračen prachu. Následně přeměna pohybové energie částic na tepelnou. Tím stoupla teplota i hustota hmoty. Když teplota ve středu přesáhla 7 milionů C, zažehla se termonukleární reakce (dvě vodíková jádra se sloučila do jednoho jádra helia ) a hvězda začala svítit. Životnost takovéto hvězdy byla přímo Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 6 z 22

7 závislá na její hmotnosti. Ze zbytků vesmírného prachu se utvořil prstenec kolem hvězdy a z něj následně planety a jejich měsíce Vznik planety Země Naše planeta vznikla asi před 4,6 miliardami let. Po svém vzniku byla natavená, a to díky ohromné energii, která se uvolňovala z dopadajících meteoritů a z jaderných reakcí. Tím, že byla Země natavená, uspořádala se tak, že těžké částice (železo) byly v jejím středu a prvky lehčí (křemičitany a živce) na jejím povrchu. Tehdy ještě zemská kůra byla tenká, zárodky světadílů se teprve rodily a navíc neprobíhalo konvenční proudění v astenosféře (oblast asi 150 km pod zemským povrchem), tudíž neprobíhal ani pohyb litosférických desek. Atmosféru tvořili: amoniak, vodík, vodní páry, metan, fosfan, dusík, kyanovodík a sulfan, avšak scházela ozonová vrstva. Tato atmosféra byla redukční, to znamená, že odjímala kyslík z okolí. 4 Cesta k životu na Zemi 4.1 Vznik prvních sloučenin za pomoci energie Každý atom a molekula mají určitou volnou energii, podle toho, jak jsou uspořádány elektrony v atomech. Pokud se jejich uspořádání změní, změní se i obsah energie. V chemii tyto reakce označujeme jako endotermické (spotřebují energii) a exotermické (vydávají energii). Nejvariabilnější prvek v chemii je uhlík. Jeho atomy se mohou téměř neomezeně slučovat mezi sebou a navíc několika způsoby i s prvky jinými a to převážně s vodíkem, kyslíkem, dusíkem a sírou. Různé kombinace jsou však různě energeticky bohaté. Ty energeticky chudší, jsou stabilnější a naopak na volnou energii bohatší molekuly méně stabilní. Avšak přestavba již vzniklé molekuly na jinou třeba i energeticky výhodnější není tak jednoduchá, jak vznik sloučeniny z atomů. Nejprve je nutné stávající sloučeninu rozebrat a potom uspořádat její elektrony do nového postavení. K tomu je potřebná aktivační energie z okolí například UV záření nebo sopečná činnost, popřípadě elektrické výboje. Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 7 z 22

8 Uhlík, vodík a kyslík se mohou slučovat do sloučeniny zvané hroznový cukr neboli glukóza, která nám polymerizací (zřetězením) dá celulózu (dřevo) nebo škrob. S použitím stejných atomů, ale jiného uspořádání nám vznikne oxid uhličitý a voda. V prvním případě obsahuje sloučenina o 20 megajoulů energie více než ve druhém. Dnes tyto pochody můžeme demonstrovat v laboratořích. Z poznatků astronomie a geologie víme, že na Zemi před 4 miliardami let probíhaly procesy, při nichž se uvolňovalo mnoho energie a ta se potom ukládala do sloučenin uhlíku. Víme také, že neexistoval téměř žádný volný kyslík a tudíž ani energeticky chudý oxid uhličitý. 4.2 Voda základ života Pro nás naprosto běžná a nejobyčejnější chemikálie je v chemii považována za naprosto výjimečnou a pořád ještě nepoznanou sloučeninu. Mezi nejznámější zvláštnosti patří vodíkový můstek. Ten umožňuje vypůjčování vodíku mezi dva atomy kyslíku. V biologii je tato funkce nezbytná k přesnému zápisu DNA, odlišnosti enzymů a mnoha dalším procesům. Další zajímavostí vody jsou její skupenství. Za normálních teplot by měla být plynem a kapalinou se stát až při -80 C. Důvodem, proč tomu tak není jsou síly, které spojují její molekuly. Nejen vodíkové můstky, ale i elektrostatické síly. Vzhledem k vodě dělíme látky na hydrofilní (milující vodu), ty se ve vodě rozpustí a smísí se s ní a látky hydrofobní (nesnášející vodu), které voda mezi své molekuly nepustí. Pro život začala být voda nezbytná, až teplota na Zemi klesla pod sto stupňů celsia a stala se z plynné látky kapalinou. Tak jako dnes je hlavním přepravcem hornin a minerálů do moří a oceánů, tak i v minulosti přepravovala sloučeniny uhlíku, vodíku, kyslíku a dusíku do vodních nádrží. Jak se voda vypařovala, stoupala koncentrace těchto látek. 4.3 Koacerváty Větší molekuly a hlavně polymery (molekula vzniklá ze spojení více jednoduchých jednotek) tvoří jednak části hydrofilní, tak i hydrofobní. Ve vodě se potom tyto polymery uspořádají do klubka a to tak, aby hydrofilní úseky byly s vodou v co největším kontaktu a Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 8 z 22

9 úseky hydrofobní naopak ukryty uvnitř klubka. Je-li v roztoku polymerů více, mohou vytvořit shluk, v němž se navzájem poutají většími silami. Tento shluk nazýváme koacervát, což je vločkovitý útvar složen převážně z polymerů a částečně ze solí, vody a jiných menších molekul. Již u koacervátů můžeme sledovat jisté povrchové napětí a s ním spojený tvar koule. Proč zrovna koule? Jelikož právě koule je prostorový útvar s nejmenším povrchem. U koacervátů můžeme také poprvé zaznamenat oddělení vnější a vnitřní vrstvy. I když se koacerváty již v mnohém životu podobaly, stále ještě o životu mluvit nemůžeme. Hlavním důvodem je neschopnost koacervátů vytvářet sobě podobné. Je pravdou, že se koacerváty dělí, ale to jen v důsledku velkého nahromadění polymerů, které už nedokáže udržet pohromadě. Tedy z čistě fyzikálního důvodu. Období koacervátů nazýváme prebiotické neboli období fyzikálně chemických útvarů. 5 Autoreprodukce a zápis do DNA 5.1 Autoreprodukce Autoreprodukce je schopnost předávat dědičnou informaci. Právě tato část vývoje a vlastně vzniku života patří i přes velkou snahu vědců nerozluštěna. Mezi nejdokonalejším koacervátem a nejjednodušším živým systémem je ohromný vývojový skok. I když koacervát po dobu své existence zjistí, jak lépe ukládat energii či hromadit nějakou látku, pokud tuto informaci nepředá svým potomkům, tak zahyne spolu s ním a vývoj zůstane stát na mrtvém bodě. Ovšem pokud se mu to jen z části podaří, tak koacerváty vzniklé jeho rozpadem za chvíli vytlačí všechny ostatní z daného prostředí. Schopnost zapisovat dědičnou informaci je pro život natolik důležitá, že dnes na Zemi nenajdeme žádný přechod. Tak jako nekoupíme černobílý televizor, který nemůže konkurovat barevnému, tak i v přírodě nemohou existovat příbuzné ovšem vývojově různé formy dlouhodobě vedle sebe. Jednotlivé životní funkce lze do jisté míry omezit, ale autoreprodukci ne. Stejně i u auta lze tolerovat poškrábaný lak, ale poškozené brzdy asi těžko. I nejjednodušší organismy, které nemají vlastní látkovou výměnu ani schopnost slučovat bílkoviny jsou vybaveny "nejnovější" Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 9 z 22

10 autoreprodukcí pomocí nukleových kyselin. Základem nejen těchto nukleových kyselin, ale i všech bílkovin jsou aminokyseliny. 5.2 Aminokyseliny Dnes známe asi dvacet aminokyselin z odlišnými funkcemi. Je však velice pravděpodobné, že úlohy dávných aminokyselin byly odlišné od dnešních. Dokonce na asteroidech vědci našli aminokyseliny, které se v bílkovinách nevyskytují vůbec. Vznik aminokyselin demonstrovali američtí vědci Miller a Oró pokusy v laboratořích: HCN + NH 3 + CH 4 +el. výboje primitivní aminokyseliny (glycin, valin). Prvotně se aminokyseliny spolu slučovaly náhodně, až časem přišel řád v podobě matričního slučování. To znamená, že shluky aminokyselin začali vznikat podle dané předlohy - matrice. Pro představu lze aminokyseliny zaměnit za diváky a matrici za sedadla v kině. Každý z diváků si koupí lístek s jiným číslem sedadla. Takto vzniká pokaždé jiné uspořádání. Ovšem pokud bude mít každý předem určené, kam si má sednout a to nejen dnes, ale i příště, tak složení bude stejné až na malé odchylky (v našem případě onemocnění jednoho či dvou diváků) Kyselina ribonukleová Nejdůležitější sloučenina vzniklá z aminokyselin je kyselina ribonukleová. A jak vznikla? Ke každé části určité aminokyseliny se navázal zbytek kyseliny fosforečné s jednou funkcí. A protože funguje jako přenašeč aminokyselin při řazení do matrice, říká se této kyselině ribonukleová transferová (přenosová), zkráceně trna. Svůj zkrácený název má i matrice a to mrna, jež je odvozen od ribonukleové kyseliny a její funkce, tou je schopnost nést informaci o vlastnosti vytvářené bílkovině, podle anglického slova messenger (posel) Šroubovicová struktura kyseliny deoxyribonukleové Proces slučování trna a mrna je natolik složitý, že ho v této práci nebudu podrobně rozvádět. Zjednodušeně to funguje jako zip na vaší bundě, jedna polovina zapadá do té druhé za pomoci prostředníka. Výsledný produkt je však nestálý a náchylný k poškození změnou prostředí. Příroda si poradila i s tímto problémem a vyřešila ho uspořádáním sloučeniny do stabilnější šroubovicové struktury, která nejen že lépe Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 10 z 22

11 překonává chemické a fyzikální nástrahy, ale dokáže se v případě poškození sama opravit. Navíc ještě před sloučením byly odstraněny nepotřebné části obou kyselin, takže lze mluvit o jakémsi zušlechtění prvotních materiálů a tudíž i výsledného produktu. V chemii označujeme vzniklou kyselinu jako deoxyribonukleovou, zkráceně DNA (viz obr. č. 5.1 Schéma DNA).. Všechny pochody týkající se DNA (regulace, štěpení, opravy, atd.) provádí bílkoviny enzymy. Obr. č. 5.1 Schéma DNA 5.3 Mitóza základní proces dědičnosti Tak jak lidé uchovávají vzory metru a kilogramu z platiniridia, tak i DNA je pečlivě uschována a oddělena od ostatních částí buňky v jádře buňky. Jedinou výjimkou jsou bakterie a sinice, jelikož nemají jádro. Všechny ostatní buňky u živočichů, rostlin a hub dostali název eukaryotní. Což znamená s pravým jádrem. U eukaryotních buněk se také poprvé objevují chromozomy, což jsou vlastně jednotlivé části dědičné informace se specifickým tvarem. Při dělení buňky se uspořádají na rozhraní matečného jádra s dceřiným a po odpojení se chybějící poloviny samy obnoví. Tento způsob dělení jádra se jmenuje mitóza a je jedním ze základních procesů zabezpečujících dědičnost. Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 11 z 22

12 5.4 Změny a chyby při přenosu genetické informace Naštěstí pro evoluci nic není dokonalé, takže je tu prostor pro vývoj. Největší podíl na chybách při přenosu genetické informace má ultrafialové a radioaktivní záření a také některé chemikálie (mutageny). Nejzávaznější je chyba v matrici v DNA. Nejen, že se tato chyba bude promítat po celý život buňky, ale přenese se i na buňky dceřinné a ty pak zase dále svým potomkům. Takovéto změně se říká mutace. Mutací máme mnoho druhů a četnost jejich výskytu je jedna mutace na milion jedinců u mutací zjistitelných ve vnějším projevu, ovšem u dílčích mutací je mnohem větší. Další větší změny zaznamenáváme také při spojování dvou genetických archivů, tedy při splývání mateřských a otcovských pohlavních buněk, to však jen u buněk s pohlavním rozmnožováním. 6 Vznik a vývoj života 6.1 První živé organismy Abychom vypátrali první živé organismy, musíme se znovu vrátit do období koacervátů. O životě můžeme mluvit až tehdy, když koacerváty dokázaly zkušenosti nabyté za svou existenci předat dceřiným útvarům vzniklých jejich rozpadem. V jejich případě ještě nelze hovořit o dělení, nýbrž o rozpadu. Nejpodobnější dnes žijící organismy jsou bakterie a sinice. Pokud si myslíte, že přece viry jsou nejjednodušší organismy, pak se velmi pletete, jelikož viry sice existují, ale nežijí. 6.2 Eobionty a první bakterie Původní organismy utvořené z koacervátů se nazývají eobionty (eo=už; bios=život). Podobaly se spíše dnešním živočichům než rostlinám, jelikož využívaly k životu organické látky rozpuštěné v praoceánu, kde se také vyskytovaly. Zpočátku při hojnosti organických látek, se eobionty množily a druhově rozrůzňovaly. Ovšem jelikož byly závislí na živinách Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 12 z 22

13 druhých, časem se dříve nezměrná zásoba začala zmenšovat a vyústila až v hromadné odumírání eobiontů. Ty si "uvědomily", že pokud chtějí i nadále přežít, tak musí být schopny sami si životní energii vytvářet. Na výběr měli z roztoků se zbytky živin (ty ale rychle mizely), oxidu uhličitého a tepla. Pro eobionty, které potřebují neustále obnovovat stavbu svého těla o sloučeniny uhlíku, bylo nezbytné přetvořit se tak, aby touto obnovou dokázaly získat uhlík z oxidu uhličitého nebo lépe využít organických zbytků. Vybraly si časově méně náročnou přeměnu, a to tu druhou - využití organických zbytků. K této přeměně ovšem potřebovaly energii. Tu nakonec přijaly v podobě tepla. Ze zbytků těl vytvořily enzymy, které potom přeměnu urychlovaly. Tak vznikly první bakterie, které dokázaly mnohem efektivněji přetvářet zbytky těl na uhlíkaté sloučeniny, a tím si vytvořily čas nezbytný pro další změny. 6.3 Sinice - první vodní rostliny Ve druhé fázi se eobionty naučily získat uhlíkaté sloučeniny z oxidu uhličitého. K tomu však znovu potřebovaly nalézt nějaký nový zdroj energie. A jelikož jediným stálím přísunem energie bylo sluneční záření, eobionty se rozhodly právě pro něj. Avšak ne všechny bakterie dokázaly tuto energii zachytit, to mohly jen ty barevné. Zprvu byly pravděpodobně červené, později hnědé a na závěr zelené. Zelené pak obsahovaly chlorofyl (barvivo). Tak vznikly první vodní rostliny sinice. 6.4 Fotosyntetická asimilace Sinice a i všechny ostatní rostliny se živí anorganickými látkami, odborně se tomu říká autotrofní výživa. A jak probíhá tato přeměna? Probíhá ve vodě a lze ji zapsat jako: energie + oxid uhličitý + voda cukr + kyslík Tento děj pak nazýváme fotosyntetická asimilace. V biologii je to jeden z největších mezníků, protože jednak nejjednodušší sinice mohly získávat složitou přeměnou vše co k životu potřebovaly, ale hlavně poprvé v historii Země se objevuje volný kyslík. Avšak sinice se již více nevyvíjely, ale ani nevyhynuly a své místo si na Zemi drží pořád. Proč tomu tak Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 13 z 22

14 bylo? Jelikož vlastnosti nezbytně potřebné k životu již sinice měly a nebylo tedy nutné vytvářet nové a také proto, že stavba jejich těl byla velmi jednoduchá a pro další vývoj nevyhovující. 6.5 Aerobní bakterie Spolu s volným kyslíkem se objevil i nový zdroj energie, jelikož s jeho slučováním s jinými prvky či sloučeninami vzniká teplo. Do té doby musely bakterie napřed kyslík získat ze sloučeniny a až potom ho dále využít. K tomu zase potřebovaly energii, takže potom získaná energie byla tím menší, čím více energie bakterie vynaložily na její vznik. Avšak jakmile byl v atmosféře volný kyslík, tak ty bakterie, které se ho naučily využívat hned, získaly ohromnou výhodu a jejich schopnost množit se byla třicetkrát vyšší, tyto bakterie známe jako aerobní (vzdušné). 6.6 Dýchání u bakterií Dalším vývojovým skokem bylo nepochybně dýchání. A jak tehdejší bakterie dýchaly, když neměli plíce? Dýchat se přece dá celým povrchem těla. Některé bakterie této možnosti využily, kyslík jim umožnil přeměňovat složité látky na jednodušší a z těch pak znovu stavět své tělo. A funguje zde stejný proces jako u fotosyntézy, ale naopak: cukr + kyslík oxid uhličitý + voda + energie Dýcháním se začala nová etapa vývoje života. 6.7 Rozdělení bakterií Jak šel vývoj dál, rozvětvily se bakterie do tří hlavních linií, (viz obr. č. 6.1 Vývoj života). První je archaebacteria, ta nedokázala využít vzdušného kyslíku, který se pro ni stal jedovatý. Dnes se vyskytuje jen velmi vzácně ve specifickém prostředí. Druhá větev - eubakteria měla pro dnešní tvář života větší význam. Jejími nejznámějšími produkty jsou Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 14 z 22

15 mitochondrie a chloroplasty, které se spojily s buňkami třetí větve - eukaryotes. A jak k tomu došlo? Mitochondrie a chloroplasty byly původně samostatné, avšak zjistily, že symbióza by prospěla oběma stranám. Obr. č. 6.1 Vývoj života Později dokonce symbióza přerostla do úplného sloučení. Právě buňky poslední skupiny eukaryotes se výrazně liší oproti jiným větvím. Nejen, že jsou tisíckrát hmotnější, ale navíc mají mnohem složitější a strukturovanější obsah, který vyplňují organely (buněčné orgány). Všechny ostatní, jednodušší buňky (bakterie a sinice) nazýváme prokaryota. Eukaryotní buňky se dělí na tři hlavní linie a to v důsledku příjmu potravy různými způsoby. První jsou buňky živočišné (viz obr. č. 6.2 Živočišná buňka), druhou rostlinné (viz obr. č. 6.3 Rostlinná buňka) a třetí houby. Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 15 z 22

16 Obr. č. 6.2 Živočišná buňka Obr. č. 6.3 Rostlinná buňka Říše živočišná Prvoci Nejstarší jednobuněční živočichové jsou prvoci. Tyto organismy se skládaly z jedné eukaryotní buňky, která byla plná organel zajišťujících základní životní potřeby. Téměř pro všechny prvoky je k životu nezbytný pohyb. Ten zajišťuje bičík, vlnící se membrána nebo jemné řasinky. Přesouvat se potřebují nejen za potravou, ale i do lepšího prostředí. Velké rozdíly můžeme pozorovat i u příjmu potravy. Jedni filtrují organický roztok celým tělem - pinocytóza, jiní pohlcují pevné částice - fagocytóza. Fagocytóza probíhá tak, že prvok obalí pevnou částici svým tělem a pak ji stráví. A i tento proces provádí každý prvok jinak. Za zmínku stojí dosažená citlivost prvoků na zvuk, teplo, náraz či překážku. Citlivost se projevuje tak, že se přibližuje nebo vzdaluje od zdroje hluku nebo tepla podle toho, zda je mu to příjemné či nepříjemné. Takovému projevu říkáme schopnost reakce. Pro prvoka byla sice velmi významná, ale rozvinout se mohla až u organismů mnohobuněčných. Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 16 z 22

17 Mnohobuněční živočichové Mnohobuněční živočichové se na Zemi objevili před 650 až 680 miliony let a v následujících 100 milionech letech nastal jejich bouřlivý vývoj. Příčinou této expanze pravděpodobně byla schopnost využívat vzdušného kyslíku produkovaného sinicemi. A jak mnohobuněční živočichové přišli na svět? Jednotlivé jednobuněčné organismy zjistily, že spoluprácí a specializací každé buňky na jinou činnost dosáhnou lepšího postavení v potravním řetězci a vytlačí "konkurenci". Mezi první mnohobuněčné živočichy patřili bezobratlí, ti se poté ve svém zlatém věku rozdělili do mnoha a mnoha forem. Tento vývoj probíhal a stále probíhá podle pravidel Darwinova přírodního výběru Říše rostlinná Sinice Jak už víme, nestarší organismy získávající energii z fotosyntézy byly sinice (viz obr. č. 6.4 Sinice). Obr. č. 6.4 Sinice Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 17 z 22

18 Sinice dokáží ze vzduchu získávat nejen oxid uhličitý, ale i dusík ke stavbě svých těl. Dnešní zelené rostliny nejsou pokračováním vývoje sinic, ovšem mají s nimi společné organely fotosyntézy - chloroplasty. Avšak fotosyntéza může probíhat jen za přítomnosti slunečního záření a jelikož i přes noc musí rostliny doplňovat zásobu energie, tak bez světla žijí stejně jako živočichové ze vzdušného kyslíku Řasy a směry jejich vývoje Dalším vývojovým stupněm jsou řasy, ty byly prvními eukaryotními rostlinami a ubíraly se třemi hlavními směry: červenou, hnědou a zelenou větev. Červená větev je v současnosti zastoupena hlavně červenými mořskými řasami - ruduchami. Ruduchy se vyskytují v moři v hloubkách kolem 200 metrů. Zde nemají žádnou konkurenci, jelikož žádné jiné řasy nedokážou žít s tak malým přísunem světla. Hnědá větev je již rozmanitější. Zastupuje ji několik druhů bičíkovců a mnohobuněčné chaluhy. Právě s chaluhami se dnes můžeme nejčastěji setkat u mořského pobřeží. Poslední, zelená větev (viz obr. č. 6.5 Zelená řasa) má zastoupení nejen ve vodě, ale i na zemi. Obr. č. 6.5 Zelená řasa Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 18 z 22

19 Druhově je velmi různorodá a tvoří ji jak jednobuněčné, tak i mnohobuněčné organismy. Jednotlivý zástupci se liší způsobem rozmnožování, tvarem i místem působení Říše hub I když se může zdát, že houby nejsou tak významné jako rostliny, které přeměňují anorganické látky na organické (z těch pak živočichové "vysají" energii až zůstane pouze organický zbytek), tak právě opak je pravdou. Rostliny by za chvíli všechnu anorganickou hmotu přeměnily a časem i spolu se živočichy vymřely. Právě proto vznikla skupina organismů, které měnily organickou hmotu zpátky na anorganickou. Tuto skupinu takzvané rozkladače (destruenty) tvoří hlavně houby (viz obr. č. 6.6 Houba produkující kyselinu citrónovou a obr. č. 6.7 Houba způsobující hnilobu citrónů ) a také z části bakterie. Obr. č. 6.6 Houba produkující kyselinu citrónovou Ty z vás, kteří se domnívají, že houby rostou v lese a na podzim se sbírají do smaženice musím vyvézt z omylu. Většina hub je mikroskopických rozměrů a vyskytuje se všude kolem nás. První houby se objevily asi před 550 miliony let ve vodě. Toto prostředí je však dnes u hub spíše neobvyklé. Stejně jako živočichové a rostliny, jsou také houby jednobuněčné i vícebuněčné. Mezi nejznámější patří nepochybně u jednobuněčných kvasinky Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 19 z 22

20 a u mnohobuněčných již dříve zmíněné jedlé či jedovaté lesní houby. Ale druhů hub je nepřeberné množství a i u nich se, tak jako u všeho živého, uplatňují pravidla přírodního výběru. Obr. č. 6.7 Houba způsobující hnilobu citrónů 7 Závěr Problematika vzniku života ještě stále nebyla úplně odhalena a ani nejmodernější laboratoře nedokáží vznik živého organismu z neživé hmoty simulovat. Musíme si však uvědomit, že ve vesmíru tento děj probíhal miliardy let. Je život jen náhoda? Právě tuto otázku si vědci kladli mnohá staletí, někteří se domnívají, že náhoda je, jiní zase naopak. Já ze získaných informací při psaní této práce jsem došel k závěru, že život není náhoda a rozvinout se mohl v jakékoliv části vesmíru pokud k tomu měl dobré podmínky. Na naší planetě k tomu došlo asi před 3.85 miliardami let v praoceánu. První životní formy byly velmi jednoduché a rozlišit je od organických sloučenin bylo velmi obtížné. Život se odlišoval tím, že dokázal předávat zkušenosti nabyté za dobu svého bytí potomků, kteří vznikli rozpadem živé hmoty. První živé organismy získávaly Ročníková práce z biologie, Štěpán Hlavička, IV.A, 2005 strana 20 z 22