Historia świata w pigułce EKOLOGIA Historia świata w pigułce

Początek Wszechświata ok. 15 mld lat temu: temperatura: +∞ gęstość: +∞ WIELKI WYBUCH 10-12 s: temp. +1015K; powstanie cząstek elementarnych i antycząstek 10-5 s: powstanie protonów, neutronów, etc. 3 min: epoka nuklosyntezy (powstanie jąder pierwiastków lekkich) 106 lat: powstanie atomów 109 lat: powstanie pierwszych galaktyk i kwazarów 15×109 lat: obecny Wszechświat

Historia Ziemi Wiek Ziemi – obecnie oceniany na ok. 4,4 mld lat Najstarsze znane skały: zach. Grenlandia: 3,7 – 3,8 mld lat gnejsy z Acasta (USA): ok. 3,96 mld lat cyrkon z zach. Australii: 4,1 – 4,3 mld lat Najstarsze znane ślady życia: Australia i Afryka Pd.: sinice (ok. 3,5 mld lat) Grenlandia: mat. organiczna? (ok. 3,8 mld lat)

Pierwotna atmosfera Ziemi i jej pochodzenie Skład pierwotnej atmosfery: CO2 – główny składnik N2 – mniejsze znaczenie NH3, CH4, SO2, HCl – śladowo BRAK O2 Powstanie: hipoteza odgazowania – około 80% – 85% atmosfery powstało w wyniku odgazowania w ciągu pierwszego miliona lat

Warunki termiczne na Ziemi Era archaiczna (4,4 – 2,5 mld lat temu): aktywność słońca ok. 75% obecnej  jak w takich warunkach mogło powstać życie? Hipoteza Sagana i Mullera: duża zawartość CH4 i NH3  „superefekt cieplarniany” Hipoteza Ramanathana: śladowe ilości CH4 i NH3, lecz duża zawartość CO2  „ superefekt cieplarniany”

Zawartość i kontrola CO2 w atmosferze Model abiotyczny (Walker, Kasting, Hays): początkowa zawartość CO2 wysoka  ocieplenie klimatu  wzrost tempa parowania wody  wzrost opadów  wymywanie CO2 z atmosfery i wiązanie w skałach osadowych  spadek zawartości CO2 w atmosferze  osłabienie efektu cieplarnianego Model biotyczny (Lovelock): początkowa zawartość CO2 w atmosferze wysoka  rozwój fitoplanktonu  wiązanie CO2  powstawanie osadowych skał węglanowych  spadek zawartości CO2 w atmosferze i wodzie morskiej  osłabienie efektu cieplarnianego

Zawartość i kontrola O2 w atmosferze produkcja wolnego O2: wyłącznie organizmy żywe początkowe 1 – 2 mld lat: większość O2 wiązana na skutek utleniania minerałów, głównie związków żelaza od ok. 2 mld lat temu: po utlenieniu większości Fe – gromadzenie O2 w atmosferze ok. 1,5 mld temu: zawartość O2 w atmosferze zbliżona do obecnej  możliwość wyjścia życia na ląd Obecna, ok. 21% zawartość O2 w atmosferze jest wynikiem procesów fotosyntezy

Biogeneza: podstawowe problemy do rozwiązania Powstanie białek Powstanie kodu genetycznego Połączenie syntezy białek z kodem genetycznym

Biogeneza: białka jako początek życia Koncepcja Oparina i Haldane’a: w redukującej wczesnej atmosferze (H2, CH4, NH3) w wysokiej temperaturze i przy udziale wyładowań atmosferycznych związki organiczne mogą powstawać samorzutnie doświadczenie Stanleya Millera  powstanie aminokwasów doświadczenie Juana Oró  powstanie aminokwasów oraz adeniny doświadczenie Sidneya Foxa  powstanie krótkich łańcuchów proteinowych Problemy: autoreplikacja? ewolucja?

Biogeneza: RNA jako początek życia Koncepcja Woese’a, Cricka i Orgela: prebiotyczny RNA posiadał zdolność autoreplikacji bez udziału białek oraz katalizowania syntezy białek doświadczenie Cecha i Altmana  niektóre typy RNA faktycznie posiadają zdolność autorepliacji doświadczenie Szostaka  zbudowanie RNA posiadającego zarówno zdolność cyklicznej autoreplikacji jak i własności enzymatyczne Problemy: niedobór rybozy trudności z syntezą wszystkich składników bez katalizatorów

Od RNA do DNA kodującego białka

Katalizatory Hipoteza Cairns-Smitha i Dagensa: kataliza na związkach nieorganicznych – kryształy minerałów ilastych, np. kaolinit i montmorylonit  w obecności minerałów ilastych związki wielkocząsteczkowe (węglowodory, mono- i polisacharydy, fosfolipidy, aminokwasy i peptydy) tworzą się z wydajnością tysiące razy większą niż bez udziału ich matrycy

Źródła hydrotermalne przesłanki: wszystkie Archaebacteria preferują środowiska o wysokich temperaturach, niektóre tolerują do 120oC, pewne gatunki preferują beztlenowe, kwaśne środowiska z wysoką zawartością siarki

Powstanie i ewolucja życia Sprzężenie reakcji abiotycznych: replikacji RNA tworzenia struktur fosfolipidowych lub koacerwatów reakcji biochemicznych Pierwotny organizm (heterotroficzny, beztlenowy) Archaebacteria Procaryota - bakterie - sinice Eucaryota - śluzowce - grzyby - pierwotniaki - rośliny - zwierzęta