Kdy a kde začal vývoj života na Zemi?

Vědci z Nagoyské univerzity v Japonsku prokázali, že předchůdci živých organismů na Zemi mohli být spíše molekuly podobné DNA než RNA. Řekneme vám, co to znamená a jak se vyvíjel život na planetě Zemi.

Přečtěte si “Hitech” v

Kdy začal vývoj života na Zemi?

Evoluce života na Zemi začala od okamžiku, kdy se objevil první živý tvor – asi 2,7 miliardy (a podle některých zdrojů – před 4,1 miliardami let) a pokračuje dodnes. Podobnosti mezi všemi organismy naznačují přítomnost společného předka, ze kterého pocházejí všechny ostatní živé věci. Rohože ze sinic a archaea byly dominantní formou života na začátku archeanského období a představovaly obrovský evoluční krok té doby. Kyslíková fotosyntéza, která se objevila asi před 2,5 miliardami let, nakonec vedla k okysličení atmosféry, které začalo asi před 2,4 miliardami let. Nejstarší důkazy o eukaryotech pocházejí z doby před 1,8 miliardami let, i když se mohly objevit již dříve – diverzifikace eukaryot se zrychlila, když začala využívat kyslík ve svém metabolismu. Později, asi před 1,7 miliardami let, se začaly objevovat mnohobuněčné organismy s diferencovanými buňkami k provádění specializovaných funkcí. Asi před 1,2 miliardami let se objevily první řasy a již asi před 450 miliony let se objevily první vyšší rostliny. Bezobratlí se objevili v ediakarském období a obratlovci vznikli asi před 525 miliony let během kambrické exploze. Během permského období dominovali velkým obratlovcům synapsidi, předkové savců, ale událost vymírání v Permu (před 251 miliony let) zničila 96 % všech mořských druhů a 70 % suchozemských druhů obratlovců, včetně většiny synapsidů. Během období zotavování z této katastrofy se archosauři stali nejběžnějšími suchozemskými obratlovci a nahradili therapsidy v polovině triasu. Na konci triasu dali archosauři vzniknout dinosaurům, kteří dominovali v období jury a křídy. Předchůdci savců v té době byli drobní hmyzožraví živočichové. Po vyhynutí z období křídy a paleogénu, ke kterému došlo asi před 66 miliony let, vyhynuli všichni neptačí dinosauři a jako archosauři zůstali pouze krokodýli a ptáci. Poté se savci začali rychle zvětšovat ve velikosti a rozmanitosti, protože nyní s nimi téměř nikdo nekonkuroval. Taková masová vymírání pravděpodobně urychlila evoluci tím, že poskytla příležitosti k diverzifikaci novým skupinám organismů. Fosilní důkazy ukazují, že kvetoucí rostliny se objevily v rané křídě (před 130 miliony let) nebo o něco dříve a pravděpodobně pomohly evoluci opylujícího hmyzu. Sociální hmyz se objevil přibližně ve stejnou dobu jako kvetoucí rostliny. Přestože zabírají jen malou část hmyzího „rodokmenu“, v současnosti tvoří více než polovinu celkového počtu. Lidé patří mezi primáty, kteří začali chodit vzpřímeně asi před 6 miliony let. Přestože velikost mozku jejich předků byla srovnatelná s velikostí mozku jiných hominidů, například šimpanzů.

Vznik života

Podle moderního pojetí světa RNA byla ribonukleová kyselina (RNA) první molekulou, která získala schopnost sebereplikace. Než se na Zemi objevila první taková molekula, mohly uplynout miliony let. Ale po jeho vzniku se na naší planetě objevila možnost vzniku života. Molekula RNA může fungovat jako enzym, spojující volné nukleotidy do komplementární sekvence. Takto se RNA množí. Tyto chemické sloučeniny však ještě nelze nazvat živou bytostí, protože nemají hranice těla. Každý živý organismus má takové hranice. Pouze uvnitř těla izolovaného od vnějšího chaotického pohybu částic může docházet ke složitým chemickým reakcím, umožňujícím tvorovi se krmit, rozmnožovat, pohybovat se a tak dále. Vzhled izolovaných dutin v oceánu je poměrně častým jevem. Tvoří je mastné kyseliny (alifatické kyseliny), které se dostávají do vody. Jde o to, že jeden konec molekuly je hydrofilní a druhý hydrofobní. Mastné kyseliny ve vodě tvoří koule takovým způsobem, že hydrofobní konce molekul jsou uvnitř koule. Možná do takových sfér začaly padat molekuly RNA.

Schopnost reprodukce a přítomnost tělesných hranic nejsou všechny znaky, které odlišují živou bytost od neživé přírody. Aby se molekula RNA reprodukovala uvnitř sféry mastných kyselin, potřebovala k vytvoření metabolického procesu.

Jak se první buňky skládající se z molekuly RNA a membrány mastných kyselin začaly dělit, není v současné době známo. Možná se nová molekula RNA zabudovaná uvnitř membrány začala od té první odtlačovat.

Nakonec jeden z nich prorazil membránu. Spolu s molekulou RNA odešla i část molekul mastných kyselin, které kolem ní vytvořily novou kouli.

Prekambrium nebo kryptozoikum

Prekambrium trvalo téměř 4 miliardy let. Během tohoto časového období došlo na Zemi k významným změnám: kůra se ochladila, objevily se oceány a hlavně se objevil primitivní život. Stopy tohoto života ve fosilních záznamech jsou však vzácné, protože první organismy byly malé a neměly tvrdé schránky.

Prekambrium tvoří většinu geologické historie Země – asi 3,8 miliardy let. Navíc je jeho chronologie mnohem méně rozvinutá než chronologie fanerozoika, která ji následovala.

Důvodem je to, že organické pozůstatky jsou v prekambrických usazeninách extrémně vzácné, což je jeden z charakteristických rysů těchto starověkých geologických formací. Proto paleontologická metoda studia není použitelná pro prekambrické vrstvy.

• Catarchaean Eon (před 4,54-4,0 miliardami let)

Studie meteoritů, hornin a dalších materiálů z té doby ukazují, že naše planeta vznikla přibližně před 4,54 miliardami let. Do této doby byl kolem Slunce pouze rozmazaný disk složený z plynu a kosmického prachu. Pak se vlivem gravitace začal prach shromažďovat do malých těles, která se nakonec proměnila v planety.

Po mnoho milionů let na Zemi neexistovaly žádné formy života. Po archejské epizodě tání svrchního pláště a jeho přehřívání se vznikem magmatického oceánu v této geosféře se celý nedotčený povrch Země spolu s její primární a zpočátku hustou litosférou velmi rychle ponořil do tavenin svrchních vrstev. plášť.

Atmosféra v té době nebyla hustá a sestávala z jedovatých plynů, jako je amoniak (NH₃), metan (CH₄), vodík (H₂), chlor (Cl₂), síra. Jeho teplota dosáhla 80 °C. Přirozená radioaktivita byla mnohonásobně vyšší než dnes. Život v takových podmínkách byl nemožný.

Před 4,533 miliardami let se Země údajně srazila s nebeským tělesem velikosti Marsu, hypotetickou planetou Theia. Srážka byla tak prudká, že trosky vzniklé srážkou byly vymrštěny do vesmíru a vytvořily Měsíc.

Vznik Měsíce přispěl ke vzniku života: způsobil příliv a odliv, který pomáhal čistit a provzdušňovat moře a stabilizoval zemskou rotační osu.

Katarchean eon, před 4,54-4 miliardami let, je známý jako protoplanetární stadium vývoje Země. Pokrývá první polovinu kryptozoické éry. Země byla v té době chladným tělesem s tenkou atmosférou a bez hydrosféry. Za takových podmínek se nemohl objevit žádný život.

Během katachea nebyla atmosféra hustá. Skládal se z plynů a vodní páry, které se objevily při srážce Země s asteroidy.

Vzhledem k tomu, že Měsíc byl tehdy příliš blízko (pouze 170 tisíc km) k Zemi (délka rovníku je 40 tisíc km), den netrval dlouho – pouhých 6 hodin. Ale jak se Měsíc vzdaloval, dnů začalo přibývat.

První chemické stopy života, staré přibližně 3,5 miliardy let, byly objeveny v horninách Austrálie (Pilbara). Organický uhlík byl později objeven v horninách starých 4,1 miliardy let. Možná život vznikl v horkých pramenech, kde bylo mnoho živin, včetně nukleotidů.

Život v Archaea se vyvinul do bakterií a sinic. Vedli bentický životní styl: dno moře pokrývali tenkou vrstvou hlenu.

Eoarchean

Trvalo před 4-3,6 miliardami let. Možná se prokaryota objevila na konci Eoarcheanu. Eoarchean navíc zahrnuje nejstarší geologické horniny – souvrství Isua v Grónsku.

Paleoarchean

Paleoarchean trval před 3,6 až 3,2 miliardami let. Nejstarší forma života pocházející z této éry byla nalezena v Austrálii – dobře zachované zbytky bakterií staré 3,46 miliardy let.

Mesoarchean

Mesoarchean trval před 3,2-2,8 miliardami let. Stromatolity se nacházejí již v Mesoarcheanu.

Neoarchean

Neoarchean trval před 2,8-2,5 miliardami let. V tomto období se objevila kyslíková fotosyntéza, která se stala příčinou kyslíkové katastrofy, ke které došlo v paleoproterozoiku. Během tohoto období se aktivně vyvíjejí bakterie a řasy.

Jaký byl předek živých organismů?

Vědci z Nagoyské univerzity v Japonsku věří, že před vznikem první živé buňky existoval svět pre-RNA založený na xenonukleových kyselinách (XNA).

Na rozdíl od řetězců RNA replikace a sestavení XNA nevyžadují enzymy. Řetězce xenonukleových kyselin jsou dostatečně stabilní, aby nesly genetickou informaci.

Jsou také schopny se vázat na proteiny a mají enzymatické funkce jako ribozymy (jak vědci nazývají ribonukleové kyseliny, které mohou katalyzovat biochemické reakce).

Vědci syntetizovali fragmenty alifatické (necyklické) nukleové kyseliny L-threoninolu (L-aTNA), o které se předpokládá, že existovala před příchodem RNA.

Vytvořili také delší řetězec L-aTNA, který byl komplementární k původní sekvenci fragmentu, podobně jako dva komplementární řetězce DNA vytvářejí dvojitou šroubovici.

In vitro, za kontrolovaných podmínek, se kratší L-aTNA fragmenty spojily a spojily se navzájem na delším L-threoninolovém řetězci. K tomu došlo v přítomnosti sloučeniny zvané N-kyanoimidazol a kovového iontu, jako je mangan, z nichž oba byly s největší pravděpodobností přítomny na rané Zemi.

Fragmenty L-aTNA by se také mohly vázat na DNA a RNA. To naznačuje, že genetický kód lze přenést z DNA a RNA do L-aTNA a naopak.

Výsledky studie podle vědců pomohou budoucímu vývoji ve vytváření umělého života a vysoce funkčních biotechnologických nástrojů sestávajících z acyklické XNA.

Čtěte více

Stáří Země je více než 4.5 miliardy let, tedy více než 4500 milionů let. Během této doby se planeta hodně změnila. Celé toto období, od vzniku planety až po naši dobu, je rozděleno do segmentů. Zároveň se rozlišují menší od větších. Rozdělení vychází z důležitých událostí v dějinách Země, které vedly k jejím geologickým a klimatickým změnám, hromadnému vymírání živých forem a rozkvětu nových typů a tříd živých organismů.

V některých učebnicích se ve starším či zjednodušeném podání rozlišuje šest epoch v historii planety – katarchejská, archejská, proterozoická, paleozoická, druhohorní a kenozoická. Říká se, že archean, paleozoikum atd. Nicméně s novějším nebo hlubším přístupem jsou katarchean, archean a proterozoikum považovány za eony a paleozoikum, mezozoikum a kenozoikum jsou spojeny do eonu fanerozoika.

Diagram nezobrazuje všechny éry a období. Prvním obdobím fanerozoika a zároveň paleozoika je kambrium. Proto se celou dobu před tím nazývá prekambrium. Význam tohoto rozdělení je spojen s tzv. kambrickou explozí, kdy přibližně před 540 miliony let začala aktivní tvorba druhů, které měly vnější nebo vnitřní kostru a byly předky aktuálně existujících druhů zvířat. Toto je okamžik, od kterého se fosilní záznamy stávají úplnějšími a spolehlivějšími.

Období není nejmenší časovou jednotkou při popisu fází vývoje života na Zemi. Jednotlivá období se dělí na epochy a epochy na vrstvy. Čím blíže našemu času, tím menší je rozdělení, protože vědci mají více materiálu k zaznamenání důležitých změn, ke kterým dochází v historii vývoje života na Zemi.

Je důležité si uvědomit dvě nuance. Na jedné straně fanerozoikum, nejkratší eon, trvá jen asi 500 milionů let. Avšak právě v této době se objevují téměř všechny složité formy života. Na druhé straně, navzdory primitivnosti života v dřívějších eonech, právě v nich byly „vynalezeny“ všechny základní chemické procesy a vlastnosti charakteristické pro všechny živé věci. Stejně jako všechny buněčné organely.

Dalo by se tedy říci, že život se dlouhou dobu zrychloval a v procesu evoluce testoval různé možnosti, dokud nenašel tu nejlepší. Poté se začala rozvíjet na plné obrátky. Kambrickému výbuchu však předcházelo nahromadění kyslíku v atmosféře. A to je pravděpodobně to, co hrálo klíčovou roli ve zrychlení tempa evoluce.

První stopy života na Zemi pocházejí z doby před 3.5 miliardami let. Je však pravděpodobné, že život mohl vzniknout dříve, na hranici mezi Katarchaean a Archaean, asi před 3.8 miliardami let. Konec Katarchaea je spojen s posledním bombardováním meteority a následným ochlazením Země.

К catarchaea označují období, kdy se Země již zformovala jako planeta vlivem gravitační přitažlivosti okolní hmoty, ale její povrch ještě nevychladl, byla vystavena častému bombardování kosmickými tělesy. Catarchaea začala asi před 4.6 miliardami let a skončila asi před 4 miliardami let. V katarce s největší pravděpodobností nebyl žádný život, i když některé hypotézy jeho výskyt připouštějí.

1. Jádro planety se dále formovalo. Obklopoval ji plášť, na jehož povrchu se nacházely roztavené horniny – magma. Následně jeho ochlazení vedlo ke vzniku zemské kůry.
2. Na počátku katarského období byly teploty vysoké kvůli aktivním geologickým procesům, dopadům asteroidů a radioaktivnímu rozpadu.
3. Pád tělesa, ze kterého následně vznikl Měsíc, vedl k částečnému tání zemského pláště, nárůstu množství magmatu a uvolnění velkého množství látek do atmosféry.
4. Mnoho látek se usadilo, ale vodní pára, oxid uhličitý a vodík zůstaly v atmosféře.
5. Těžká atmosféra vytvořila velký tlak. Voda proto i přes vysokou teplotu začala kondenzovat v kapalinu. Objevily se oceány.
6. Voda absorbovala oxid uhličitý, čímž se snížil skleníkový efekt. Tím se teplota snížila. Klesla i kvůli poklesu aktivity procesů uvnitř Země.
7. Na konci katarchee klesla teplota pod 100 stupňů.

В archaean Následující fáze evoluce života probíhají v určeném pořadí:

1. Chemosyntéza je výroba energie oxidací anorganických látek.
2. Glykolýza je výroba energie bezkyslíkatou oxidací organických látek.
3. Rozdělení na bakterie a archaea.
4. Vzhled fotosyntézy u prokaryot, ve kterých se neuvolňuje kyslík.
5. Vzhled sinic, které při fotosyntéze uvolňují kyslík.
6. Protože většina prokaryot jsou anaeroby, kyslík nahromaděný na konci archeanu a začátku proterozoika způsobuje jejich smrt.

Archaean skončil před 2.5 miliardami let. Příští eon Proterozoikum – nejdelší, trvala asi 2 miliardy let, z doby před 2.5 miliardami let do 0.54 miliardy Během této doby došlo k těmto fázím vývoje života na Zemi:

1. Změna z anaerobních společenství na aerobní.
2. Vzhled prokaryotických kolonií podobných mnohobuněčným řasám.
3. Vznik eukaryot asi před 1.7 miliardami let.
4. Vznik mnohobuněčných organismů asi před 1.2 miliardami let.
5. Pohlavní rozmnožování se poprvé objevilo u červených řas.
6. Vzhled hub.
7. Zvířata vyvinula pohlavní rozmnožování a trávicí trakt.
8. Blíže fanerozoiku se vyvíjí biota Ediocaran – poměrně složité organismy, většinou bentické, přisedlé a zploštělé. Asi to nejsou předci moderních typů.
9. Tvorba ozonové vrstvy a nájezdy organismů na pevninu.

Paleozoikum – první éra fanerozoického eonu – začala před 540 miliony let a skončila přibližně před 250 miliony let. Paleozoikum zahrnuje období – kambrium, ordovik, silur, devon, karbon, perm. Během této doby došlo ve vývoji života na Zemi k následujícím důležitým událostem:

1. Rychlý vývoj mnoha druhů zvířat, jejichž zástupci přežili do naší doby. Objevují se i primitivní strunatci a členovci.
2. Před 485 miliony let se objevili první obratlovci.
3. Před 435 miliony let přišly na zem rostliny a houby.
4. Po několika milionech let se objevují suchozemští členovci.
5. Asi před 400 miliony let se objevily první dřeviny.
6. Asi před 350 miliony let zde již žili obojživelníci a semenné kapradiny.
7. Před 330 miliony let se objevili plazi a o něco později se od nich oddělili budoucí předci savců.
8. Objevují se brouci a nahosemenné rostliny.

Paleozoické období končí před 252 miliony let permským masovým vymíráním, které zlikvidovalo asi 90 % mořských druhů a asi 70 % suchozemských druhů. Mezi nejpravděpodobnější příčiny patří vulkanická činnost nebo srážka s velkým asteroidem.

Druhohorní éra (před 252 – 66 miliony let) zahrnuje období triasu, jury, křídy, během kterých došlo k následujícím fázím vývoje života na Zemi:

1. Objevují se dinosauři (před 225 miliony let) a kostnaté ryby.
2. Dominance nahosemenných rostlin.
3. Vzhled želv a dvoukřídlého hmyzu.
4. Na konci triasu se již objevili první savci (před 215 miliony let).
5. Na začátku jurského období se objevili první létající a vodní dinosauři.
6. Na konci jurského období se objevují placentární savci (před 160 miliony let).
7. Objevují se ptáci (před 150 miliony let) a krytosemenní (před 130 miliony let), později se objevuje společenský hmyz (včely, mravenci).

Poslední Cenozoická éra začal před 66 miliony let další katastrofou v historii Země, pravděpodobně pádem asteroidu, který vedl k ekologické katastrofě. Mnoho skupin zvířat vyhynulo, včetně dinosaurů. Cenozoikum se dělí na období paleogénu, neogénu a kvartéru.

V paleogénu se dominantní třídou stali savci, mimo jiné se objevil i oddíl primátů. Rozmanitost ptáků se zvyšuje. Později se mezi savci objevily velké a gigantické formy, které v době dinosaurů nemohly existovat.

Neogén začal přibližně před 25 miliony let. V této době se objevují mořští a létající savci. Vačnatci přetrvávají pouze v izolovaných oblastech.

V období čtvrtohor neboli antropocénu, které začalo před 2.5 miliony let, se objevuje rod Homo (člověk).