II. Přírodní pozadí lidské existence A. Počátky světa a pozemského života

Transkript

1 II. Přírodní pozadí lidské existence A. Počátky světa a pozemského života Říká se, že nejzákladnější otázka po lidské existenci má trojdílnou podobu: Kdo jsme odkud přicházíme kam jdeme? Chceme-li také my hledat na ni odpověď, musíme alespoň krátce pohlédnout do velmi vzdálené minulosti. V rámci dějepisu nám nepůjde o podrobné zkoumání nejstarších podob života na světě, ale přesto bychom měli alespoň rámcově pochopit: a) do jaké míry člověk souvisí s okolní přírodou a zejména s ostatními živými tvory; b) jaký časový rozměr má dosavadní vývoj člověka jako rodu; c) nakolik je vývoj člověka určován obecnými zákonitostmi a nakolik je nahodilý nebo ovlivněný osobními rozhodnutími jedinců. Vesmír vznikl před asi 13,7 miliardami let událostí, která je označována jako Velký třesk (Big Bang): zárodek vesmíru (nazývaný singularita) o nekonečné hustotě a nekonečné teplotě se začal velmi prudce rozpínat, přičemž vznikly záření, hmota, prostor a čas. Rozpínání vesmíru pokračuje dodnes. Jeden z pokusů výtvarně vyjádřit Velký třesk. Po uplynutí několika set milionů let od Velkého třesku začaly vznikat galaxie: soustavy velkého počtu hvězd (od stamilionů až po biliony) a mezihvězdné hmoty. Galaxie, v níž se nacházíme, má podobu plochého spirálního disku, uprostřed zesíleného. Na jasné noční obloze můžeme vidět (vlastně zevnitř) její část: vyhlíží jako třpytivý hustý pás nebeských těles; proto se naše Galaxie také nazývá Mléčná dráha. Před zhruba 10 miliardami let dosáhla v podstatě dnešní podoby, nicméně její vývoj pokračoval. Naše galaxie Mléčná dráha Poloměr Galaxie činí asi světelných let (1 světelný rok = vzdálenost, kterou světlo urazí za 1 rok = 9,46 x kilometru). Asi v polovině galaktického poloměru se nachází naše Sluneční soustava, kterou tvoří hvězda Slunce, 8 planet (obíhajících kolem Slunce), jejich měsíce (oběžnice), dále pak planetky, komety aj. Sluneční soustava vznikla pod vlivem dramatických dějů v blízké části vesmíru. Nejčastěji se hovoří o supernově, tedy o katastrofickém výbuchu nějaké hvězdy, při němž za obrovského žáru (až 200 miliard stupňů Celsia) vzniklo mnoho chemických prvků, především těžkých. Pro zajímavost: památku na tuto pro nás veleužitečnou explozi neseme ve svém těle všichni: pochází z ní i veškeré železo v hemoglobinu, tedy v té složce krve, která je přítomna v červených krvinkách a která přenosem kyslíku v těle umožňuje dýchání. Sluneční soustava se utvořila před asi 4,6 miliardami let z oblaku mezihvězdné hmoty (z prachu a plynu), který se začal smršťovat, a tedy se zhušťoval, ohříval a roztáčel kolem své osy, až získal tvar velkého disku s výraznou převahou hmoty ve svém středu. V jádru tohoto středu se teplota vystupňovala natolik, že zde započaly termonukleární reakce (spočívající ve slučování jader vodíku za uvolňování velkého množství energie), a tak vznikla nová hvězda Slunce. Mračno mezihvězdné hmoty se pak zjednodušilo tím, že jeho částice v blízkosti Slunce se vypařily a částice vzdálenější se během své rotace kolem Slunce mechanickou cestou pospojovaly v planety (a další vesmírná tělesa). Celá soustava vytváří pevný celek díky gravitační (přitažlivé) síle, kterou působí Slunce na své planety, ale kterou také planety samotné působí na své měsíce. Slunce (jehož hmotnost je téměř tisícinásobkem souhrnné hmotnosti všech ostatních těles Sluneční

2 soustavy) představuje pro Sluneční soustavu zcela nezastupitelný zdroj světelné a tepelné energie. Zároveň však planety při svém vzniku získaly další tepelnou energii přeměnou pohybové energie mezihvězdné hmoty, z níž jsou utvořeny. V případě Země to mělo velký význam pro počátky života. Jak je možné, že na planetě Zemi existuje život a navíc v bezpočtu nejrozmanitějších forem? Zdá se, že za to vděčíme zcela výjimečné souhře mnoha příznivých okolností, mezi nimiž vynikají zejména tyto: a) Příhodná vzdálenost od Slunce přináší žádoucí množství světelné i tepelné energie; b) Existující parametry oběhu Země kolem Slunce i rotace Země kolem osy znamenají snesitelné teplotní rozdíly; c) Kombinace tepla ze Slunce a tepla z nitra Země umožňuje, aby se drtivá většina vody na Zemi vyskytovala v kapalném stavu; d) Atmosféra (plynný obal) Země chrání zemský povrch před škodlivými složkami slunečního záření, obsahuje dostatek kyslíku a celoplanetárním vzdušným prouděním přispívá k vyrovnávání teplot. Země A jak tedy odlišit hmotu živou od neživé? Živá hmota je schopna: a) látkové výměny; b) rozmnožování; c) reakcí na vnější podněty; d) přizpůsobování se vnějšímu prostředí. Podíváme-li se na periodickou soustavu prvků, všechny její položky představují hmotu neživou. Živá hmota vzniká teprve vhodným uspořádáním hmoty neživé: a) Základem je řetězení některých chemických sloučenin nazývaných aminokyseliny: jejich základní součástí je uhlík, poznávacím znamením je aminoskupina NH 2. b) Aminokyseliny se za vhodných podmínek řetězí v peptidy; c) Peptidy vytvářejí polypeptidové řetězce a jejich dalším řetězením vznikají proteiny (bílkoviny). d) Proteiny jsou hlavním stavebním materiálem buněk základních stavebních jednotek všech organismů (živých soustav). e) Buňky obsahují také deoxyribonukleové kyseliny (DNA), které jsou nositelem genetické informace (jejich dědičně předávané uspořádání určuje všechny znaky i vlastnosti organismu). Shrnutí: Vesmír vznikl před asi 13,7 miliardami let, Sluneční soustava včetně planety Země před asi 4,6 miliardami let. Souhrou příznivých vlivů z vesmíru i ze samotné Země došlo ke vzniku pozemského života. Otázky a úlohy: 1. Zjistěte, kde ve vašem okolí je nejbližší hvězdárna a jaké programy pro veřejnost nabízí. 2. V r se v Praze konalo zasedání Mezinárodní astronomické unie, které přijalo zásadní změnu v pohledu na Sluneční soustavu. Čeho se toto rozhodnutí týkalo? 3. Které potraviny jsou doporučovány jako nejvhodnější zdroj bílkovin pro lidské tělo? Výběr z odborné literatury: Jiří Grygar: Vesmír, jaký je. Praha Oldřich Hlad Jaroslav Pavlousek: Přehled astronomie. Praha Josip Kleczek: Náš vesmír. Praha 2005.

3 B. Vývoj organismů U vývoje organismů na Zemi by nás měly zajímat především 3 okolnosti: a) jeho poměrně časný začátek; b) jeho nerovnoměrnost; c) jeho pravidla i zásady. První organismy mohly vznikat jen v místech s vysokou koncentrací organických látek (složených z uhlíku, který na sebe váže především vodík, kyslík a dusík; patří mezi ně i proteiny; viz II.A.). Taková místa se nacházela v chráněných teplých mořských mělčinách; jejich prostředí označují dnešní vědci jako prapolévku nebo prvotní bujón. Život se tu zrodil v okamžiku, kdy zdejší organické sloučeniny začaly produkovat své vlastní kopie. Vznik prvních organismů (nebuněčných a jednobuněčných) se odehrál před asi 3,85 miliardami let. Tyto organismy žily jen ve vodním prostředí, protože se teprve utvářela zemská atmosféra. Jejím prvním hlavním zdrojem byly sopečné plyny uvolňované z nitra Země, a proto v ní vysoký podíl zaujímal např. oxid uhličitý (CO 2 ), zatímco volný kyslík (O 2 ) byl zastoupen minimálně. Postupně vznikaly také kontinenty (světadíly): ovšem jejich podoba a hlavně rozmístění se od dnešní situace velmi lišily. Zelené organismy (prvními byly mořské sinice i řasy) získávají energii k životu a stavební složky k svému rozvoji fotosyntézou: chemickým pochodem, při němž působením slunečního světla a vody vznikají z oxidu uhličitého některé organické sloučeniny. Dalším produktem této přeměny je ovšem volný kyslík, který obohacuje atmosféru. Výskyt zelených rostlin v moři, a tedy i podíl kyslíku v atmosféře se výrazně zvýšil zhruba před 2 miliardami let. Prakticky veškerý vzdušný kyslík kolem nás je výsledkem fotosyntézy a má zásadní zásluhu na tom, že život vykročil z moře na souš. Fotosyntéza je základní proces zabezpečující život na Zemi. Objevily se i mnohobuněčné organismy, které se zřetelně rozdělily na říši rostlinnou a živočišnou. Podstata fotosyntézy Odborníci (zejména geologové a paleontologové) rozeznávají v minulosti Země velmi dlouhá období, která nám umožňují alespoň základní časovou orientaci: Nejvýznamnější období ve vývoji planety Země (zjednodušeno): Eon Éra Perioda Věk (v milionech let před dneškem) fanerozoikum kenozoikum (doba rozvinutého kvartér 2, 588 Věk člověka života) terciér 3 Nejzazší počátky člověka Velký rozvoj ptáků a savců 65,5 Výrazná sopečná činnost mesozoikum Počátky alpinského vrásnění (druhohory) 225 První savci 251 Věk plazů (včetně veleještěrů-dinosaurů) paleozoikum První obratlovci (prvohory) Rozvoj suchozemského života 542 Již bohatý život v mořích (členovci trilobiti)

4 prekambrium proterozoikum První mnohobuněčné organismy (řasy) (doba vzniku (starohory) Výrazně přibývá kyslík v atmosféře planety Země, Vznikají středy i okraje kontinentů prvotního utváření archaikum Vznik prvních organismů jejího povrchu (prahory) Vznik jader kontinentů a vzniku Vznik nejstarších dodnes dochovaných hornin nejjednodušších hadaikum Vznik zemské kůry a oceánů organismů) Vznik Měsíce Představme si pro ilustraci vývoj vesmíru zhuštěný do 24 hodin. Potom Velký třesk se odehrál přesně o půlnoci a Sluneční soustava vznikla kolem 16. hodiny. Nejjednodušší organismy se na Zemi objevily zhruba v 17:15 h, ovšem jejich složitější formy se začaly zřetelně uplatňovat až po 23. hodině. Savci museli počkat do 23:36 h, k jejich výraznému rozšíření došlo až po 23:53 h a na člověka nezbývá víc než posledních 20 vteřin! Dnešní svět se na dávnou minulost Země dívá do značné míry českýma očima: český malíř Zdeněk Burian ( ) ve spolupráci s odborníky vytvořil (kromě množství dalších svých děl) během čtyřiceti let stovky olejomaleb i kreseb rekonstruujících dávné geologické doby a vývoj člověka, a stal se mezinárodně nejuznávanějším tvůrcem v tomto oboru. Dole: Burianovo ztvárnění prvohorního oceánu a největšího druhohorního dinosaura (z rodu Diplodocus). Shrnutí: První organismy vznikly před asi 3,85 miliardami let v pobřežních vodách prvních oceánů. Dlouho však byl pozemský život vzácný (toto období se nazývá prekambrium). Období rozvinutého života označujeme jako fanerozoikum: začalo teprve před 542 miliony let a dělí se na prvohory (věk mořských trilobitů), druhohory (věk plazů, zejména dinosaurů), třetihory (věk rozvoje savců) a čtvrtohory (věk člověka). Otázky a úlohy: 1. Na území České republiky najděte příklady lokalit (míst) z různých geologických dob. 2. Zjistěte, v kterých geologických dobách vznikly některé často používané nerostné suroviny. Výběr z odborné literatury: Stephen Jay Gould et al.: Dějiny planety Země. Praha J. Douglas Macdougall: Stručné dějiny planety Země. Praha Zdeněk V. Špinar Zdeněk Burian: Velká kniha o pravěku. Praha 2000.

5 C. Otázky evoluce, přirozeného výběru a dědičnosti Ještě nám zbývá objasnit si, jakým způsobem se vývoj od nejjednodušších forem života k vyšším organismům (a k člověku) odehrál. Tento vývoj se označuje jako biologická evoluce: biologický = týkající se biologie (vědy o životě organismů; řec. bíos = život; řec. lógos = mj. výklad); evoluce = vývoj založený na postupných změnách (lat. volutio = rozvinutí, vývoj); opakem může být revoluce = náhlý zvrat (lat. re-volvere = mj. znovu otáčet). Průběh evoluce v přírodě je předmětem odborných bádání i diskusí. Existuje však poměrně široká shoda na následujících poznatcích: 1. Všechny organismy se přizpůsobují svému prostředí, aby přežily a vyprodukovaly potomstvo. 2. Toto přizpůsobování neprobíhá přímočaře: obsahuje i četné slepé uličky vývoje, kdy mnohé organismy vymírají. 3. Z hlediska evoluce je základní skupinou organismů druh; zahrnuje jedince, kteří: a) si jsou navzájem podobní (sdílejí nějakou významnou výlučnou vlastnost, která je odlišuje od jiných organismů); b) mají velmi blízkou genetickou výbavu (mají společné výlučné předky); c) mohou se spolu plodně křížit (mají spolu plodné potomstvo); d) jsou reprodukčně izolováni od jiných podobných skupin. Podstata proměny a vývojové návaznosti jednotlivých druhů se označuje jako přirozený (přírodní) výběr a lze jej shrnout takto: 1. Vysoké rozmnožovací schopnosti živočichů překonávají poměrně omezené a víceméně stálé možnosti obživy. 2. Výsledkem je skutečnost, že žádný živočišný druh (s pozoruhodnou výjimkou člověka) nezaplavil svou přítomností planetu Zemi: mnoho příslušníků každého druhu totiž v boji o zdroje obživy hyne. 3. Zbývá otázka, co rozhoduje o úspěchu těch, kteří přežili. Nepochybně mají byť v rámci druhu účelnější vlastnosti než mnozí jejich příbuzní. 4. Z původní populace (souboru jedinců) jednoho druhu se někdy odštěpí právě ta část, která je spojena výskytem účelných vlastností; vede ji k tomu zejména nález nových, ještě nevyužitých možností obživy. 5. V odštěpené, poměrně izolované populaci se hojně zastoupené účelné vlastnosti prostřednictvím křížení upevňují a rozvíjejí natolik, že dochází ke vzniku nového druhu. 6. Původní populace vymírá. 7. Nový druh ztrácí svoji izolovanost a jeho vývoj ustrne, dokud nová nouze o zdroje obživy nevyvolá zopakování celého mechanismu, začínajícího vzestupem nových jedinců s novým souborem účelných vlastností. Podrobně si tento vývoj ukážeme na příkladu vzniku a vývoje člověka. Zatím jen zdůrazněme dvě často opomíjené skutečnosti: a) Na rozdíl od zakořeněné, ovšem chybné představy vítězí nejpřizpůsobivější, nikoli nejsilnější (gorila je bezesporu silnější než potkan, ale jsou to právě gorily, kdo je ohrožen vyhynutím). b) Nejproduktivnější a nejperspektivnější formy v rámci druhu se mohou zprvu jevit nikoli jako vývojové zákonitosti, ale jako okrajové výjimky, o jejichž uplatnění rozhodují teprve (zdánlivě) náhodné okolnosti.

6 V přírodě snadno nalezneme bezpočet důkazů o tom, jak měnící se prostředí působí na druhovou rozmanitost. Obtížnější už je představa, že tento mechanismus mohl vést ke vzniku vyšších živočichů z původních jednobuněčných organismů. Musíme tu však počítat s velkým množstvím vývojových změn v průběhu mimořádně dlouhých časových údobí, jejichž chápání se vymyká jakékoli lidské zkušenosti. Pokusme se opět o příměr. Představme si časovou přímku, kde jeden rok je znázorněn jedním milimetrem. Jedno tisíciletí se tedy vejde do jednoho metru a jediné naše rozpažení obsáhne celé dějiny českého státu. Pokud bychom takovou časovou přímku začali konstruovat směrem do minulosti dejme tomu na Václavském náměstí v Praze, pak by bod vzniku života byl od nás vzdálen téměř 4 tisíce kilometrů a ležel by až na pobřeží Perského zálivu! Dodejme, že na této přímce by rozmach mnohobuněčných organismů počínal někde ve východním Maďarsku a savci by ke svému vývoji měli k dispozici celou vzdálenost mezi Brnem a Prahou. Tři z badatelů, kteří zásadním způsobem přispěli k našim dnešním znalostem o biologické evoluci (zleva): Carl Linné (Švédsko, ): zakladatel systematického třídění rostlinných a živočišných druhů; Charles Robert Darwin (Velká Británie, ): nejvýznamnější badatel v oboru biologické evoluce, objevitel přirozeného výběru; Johann Gregor Mendel (České země, ): zakladatel genetiky a opat augustiniánského kláštera v Brně, jeho výzkumy (založené na křížení hrachu) a zformulování zákonů dědičnosti vedly k zpřesnění našich vědomostí o biologické evoluci. Shrnutí: Vývoj od nejjednodušších forem života k vyšším organismům (a k člověku) je založen na biologické evoluci, jejímž hybným mechanismem je přirozený výběr (v přírodě přežívají ty organismy, které se nejlépe přizpůsobují okolním podmínkám). To vede až ke vzniku nových druhů a k vymírání druhů starých. Otázky a úlohy: 1. Objasněte, co to v biologii znamená binomické pojmenování a uveďte příklady živočichů či rostlin se stejným jménem rodovým a různými přívlastky druhovými. 2. Zjistěte alespoň několik základních údajů z Darwinova života. Zaměřte se mj. na jeho slavnou plavbu, během níž provedl základní pozorování (a nasbíral počáteční přírodopisný materiál) pro své další výzkumy i pro zformulování svých proslulých názorů. Výběr z odborné literatury: Charles Darwin: O vzniku druhů přírodním výběrem. Praha Jaroslav Flegr: Zamrzlá evoluce, Praha Stephen Jay Gould: Pandin palec. Praha 1988.

7 D. Vznik člověka Existuje několik hypotéz (odborných předpokladů) o tom, jak probíhala biologická evoluce v případě člověka. Uveďme jeden z nejuznávanějších modelů, který v r zveřejnil americký vědec Clifford J. Jolly. Podle něj zvířecí předchůdci člověka prošli dvěma fázemi hominizace (polidštění): 1. Požírači semen (podle biologického třídění jim zřejmě odpovídá rod Ramapithecus z řádu primátů): Žili na vlhkých loukách u řek a živili se tam semeny trávy. Tento převážně sedavý způsob života, založený na sbírání drobných částí potravy a na jejich důkladném rozmělňování v ústech, vedl postupně k výrazným změnám, které můžeme rozdělit takto: a) přesun zubní hmoty ve prospěch stoliček (tedy zlidštění chrupu); b) pohyblivý jazyk připravený k řeči; c) lidské ruce; d) vzpřímená postava s chůzí jen po zadních končetinách; e) vytváření velkých rodin vedených nejsilnějším samcem. Skupina ramapitéků (obraz od Zdeňka Buriana) a doplněné poznámky o hlavních hominizačních změnách Na okraj: sedavý způsob života v lokalitách se vzrostlou travou patrně vedl i k tomu, že u zvířecích předchůdců člověka (stejně jako později u lidí) se různost druhotných pohlavních znaků (vousy u mužů, prsy u žen) soustředila v nejviditelnějších partiích, tedy v horní třetině těla. 2. Lidští hominidé (některý druh z rodu Australopithecus): Zvířecí předchůdci člověka využili svých dosavadních vývojových změn a vyrazili ve skupinách z vlhké louky do pralesa za všestrannou, to jest i masitou stravou. Ta zpětně trochu posílila přední zuby. Její získávání se neobešlo bez vzpřímené chůze, komunikace artikulovanou (článkovanou) řečí a dělby práce na lov zvířat a sběr jedlých částí rostlin. Při společné činnosti vzniklo myšlení. Myšlení můžeme zjednodušeně charakterizovat jako poznávací proces, který prostřednictvím představivosti a jiných duševních schopností směřuje k chápání vztahů (lovec si nejprve musel představit, jak by zvěř ulovil, a podle této představy si vyrobil zbraň či připravil past). Vznikem myšlení byla dovršena přeměna zvířete v člověka (před téměř let). Lidé začali vyrábět nástroje i zbraně a vést příbuzenský i manželský život. Upozorněme na jeden často opakovaný omyl: tvrzení, že člověk vznikl z opice, nelze chápat tak, jako by mezi předky člověka patřili dnešní lidoopi (šimpanz, gorila, orangutan). Nejstarší přímý předchůdce člověka, ramapithecus, žil před asi miliony let, byl vysoký kolem 100 centimetrů a dosahoval hmotnosti asi kilogramů. Z jeho následovníků je nejvýznamnější australopithecus, který je svými pozůstatky doložen z doby před asi 4 2 miliony let, měřil okolo cm a vážil asi kg. A první lidé, kteří se objevili před téměř 3 miliony let, byli vysocí asi cm a jejich hmotnost se pohybovala v rozmezí asi kg.

8 Skupina australopitéků Z biologického hlediska zařazujeme člověka (ve zjednodušeném přehledu) takto: říše živočichové (latinsky Animalia) kmen strunatci (Chordata) podkmen obratlovci (Vertebrata) třída savci (Mammalia) řád primáti (Primates) podřád vyšší primáti (Haplorrhini), který se dělí na: A. drtivou většinu dnešních opic; B. nadčeleď Hominoidea, do níž patří: 1. dnešní giboni; 2. čeleď Hominidae: a) rody orangutan, gorila a šimpanz; b) rody vymřelých předchůdců člověka: Ramapithecus (žil kdysi v Africe, u indicko-pákistánské hranice i v Maďarsku) a Australopithecus (jeho první pozůstatky byly nalezeny v jižní Africe; lat. australis = jižní); c) rod Homo (člověk). Shrnutí: Člověk patří do savčího řádu primátů (kam jako jeho vzdálenější příbuzní náležejí i opice). Souvislý vývoj přímých předchůdců člověka můžeme sledovat od mladších třetihor. Hominizace má dvě fáze, jež představují: 1. požírači semen (z vlhkých luk u řek; rod Ramapithecus, před miliony let) a 2. lidští hominidé (lovci a sběrači; rod Australopithecus, doložen z doby před 4 2 miliony let). Otázky a úlohy: 1. Zjistěte (a případně na mapě ukažte), kde se nacházejí nejvýznamnější lokality spojené s nálezy ramapitéků (Sialkot v Pákistánu, keňský břeh Viktoriina jezera, Rudabánya severně od maďarského Miskolce) a australopitéků (Taung severně od jihoafrického Kimberley, Laetoli u sopky Sadiman v tanzanské přírodní rezervaci Ngorongoro, Hadar asi 200 km severovýchodně od etiopského hlavního města Addis Ababa). 2. Objasněte důkladněji pojem artikulovaná řeč. Výběr z odborné literatury: Ann Gibbonsová: První lidé. Praha Richard Leakey: Původ lidstva. Bratislava Vratislav Mazák: Jak vznikl člověk (Sága rodu Homo). Praha 1986.

9