Evoluce života na Zemi – od objevení se prvních organismů po rozmanitost moderních druhů

Evoluce je nevratný proces historického vývoje živé přírody, počínaje objevením se prvních známek života na Zemi až po moderní biosféru. Biologická evoluce je založena na dědičné variabilitě, boji o existenci a přirozeném výběru. Díky těmto faktorům se živá povaha naší planety vyznačuje úžasnou rozmanitostí forem a je v neustálém procesu vývoje.

Přehled

Rozmanitost živých organismů na Zemi je výsledkem biologické evoluce. Tímto pojmem se rozumí přirozený proces vývoje živé přírody, který je provázen změnami v genetickém složení populací, tvorbou adaptací, speciace a zánikem druhů, přeměnou ekosystémů a biosféry jako celku.

Pojem evoluce je aplikovatelný nejen na populace nebo biosféru, ale také na jednotlivé systematické skupiny a části těla: orgány, tkáně, orgánové soustavy a dokonce i jednotlivé bílkoviny, které rovněž procházejí cestou evolučního vývoje.

Biologická evoluce se vyznačuje následujícími rysy:

• Kontinuita. Od vzniku života na Zemi (asi před 4,5 miliardami let) byly živé organismy spojeny s vůbec prvními primitivními formami života nepřerušeným řetězcem generací.
• Účelnost. Všechny živé bytosti jsou bez výjimky přizpůsobeny svému prostředí a jsou schopny v něm nejen přežít, ale také přivést na svět potomstvo.
• Zlepšení a složitost živých organismů. Vývoj života na Zemi začal s jednobuněčnými tvory, kteří se vyvinuli v mnohobuněčné bezobratlé živočichy a poté v ryby, obojživelníky, plazy, ptáky a savce.

Prvním vědcem, který dal přesnou definici evoluce, byl Charles Darwin. Byl první, kdo navrhl, že všechny druhy živých organismů pocházejí z nižších bytostí. Jeho teorie, která způsobila značný ohlas ve společnosti, byla nastíněna ve vědecké práci „O původu druhů“ v roce 1859.

Hnací síly evoluce

Podle Darwinovy ​​teorie je evoluční vývoj na planetě možný pod vlivem několika důležitých faktorů:

• Dědičná variabilita je schopnost živého organismu měnit svůj genotyp. Díky genotypové variabilitě může jedinec získat vlastnosti, které dříve nebyly pro jeho druh charakteristické. Způsobeno výskytem různých typů mutací a jejich kombinací. Díky dědičné variabilitě se výrazně zvyšují šance organismů na přežití.
• Bojem o přežití jsou různé vztahy organismů s faktory prostředí a mezi sebou navzájem. V zájmu přežití a příležitosti přivést na svět potomky chrání živé bytosti sebe a svá mláďata před predátory a parazity, soutěží o potravu a stanoviště.
• Přirozený výběr je proces, při kterém přežívají jedinci, kteří se nejvíce přizpůsobili svému prostředí. V důsledku přirozeného výběru se nejužitečnější vlastnosti předávají z generace na generaci a vytvářejí se účinné adaptace na prostředí.

Hnací síly evoluce, působící po dlouhou dobu, utvářejí adaptace živých bytostí na různá stanoviště. Podílejí se na přeměně jednoho druhu v jiné, vzniku složitějších forem života z těch nejprimitivnějších. Takto probíhá evoluce na Zemi.

co jsme se naučili?

Co je evoluce v biologii, lze stručně probrat ve zprávě o biologii pro 9. ročník. Jedná se o komplexní proces přirozeného vývoje živé přírody od prvních archejských forem života až po rozmanitost flóry a fauny naší doby. Evoluce je založena na 3 faktorech: dědičná variabilita, boj o existenci a přírodní výběr.

V této lekci se seznámíte s hlavními fázemi vzniku života na Zemi a také s hypotézami vzniku eukaryotické buňky. Dozvíte se, že v biologickém stádiu došlo ke vzniku eukaryotické buňky a jejích organel. Tato lekce představuje následující pojmy: teorie biopoézy, koacervátové kapky, procelly.

Přehrávač: YouTube VKontakte

V tuto chvíli nemůžete sledovat ani distribuovat videolekci studentům

Chcete-li získat přístup k tomuto a dalším výukovým videím sady, musíte ji přidat do svého účtu.

Získejte neuvěřitelné příležitosti

1. Otevřete přístup ke všem videolekcím v sadě.

2. Distribuujte video lekce na osobní účty studentů.

3. Podívejte se na statistiky toho, jak studenti prohlížejí videolekce.
Získat přístup

Shrnutí lekce „Hlavní fáze vývoje života na Zemi“

Většina vědců se přiklání k hypotéze biochemické evoluce. Jeho základy položili ruský vědec Alexander Ivanovič Oparin a Angličan John Haldane.

Zastánci hypotézy biochemické evoluce věří, že život vznikl jako výsledek procesů, které se řídí chemickými a fyzikálními zákony přírody.

Hypotéza biochemické evoluce tvořila základ moderních představ o původu života.

Na základě Oparin-Haldaneovy hypotézy biochemické evoluce v roce 1947 zformuloval anglický badatel John Bernal moderní teorii vzniku života na Zemi, tzv. teorie biopoézy.

Tato teorie je založena na předpokladu chemické evoluce, která postupně přechází k biochemické a následně biologické evoluci. To znamená, že je založen na třech evolučních fázích.

1. Chemické stadium vzniku života na Zemi. Abiogenní výskyt organických monomerů.

2. Biochemické stadium. Tvorba biologických polymerů.

A 3. etapa. Biologický. Tvorba membránových struktur a primárních organismů.

V první fázi byla starověká atmosféra Země nasycena vulkanickými plyny, které zahrnovaly oxidy síry, dusíku, čpavku, oxidy uhlíku a oxid, vodní páru a řadu dalších látek.

Ke vzniku organických sloučenin přispěla aktivní sopečná činnost doprovázená silnými a častými elektrickými výboji při téměř nepřetržitých bouřkách a také ultrafialové záření.

Starověká atmosféra neobsahovala volný kyslík, takže organické sloučeniny neoxidovaly a mohly se hromadit v teplých a dokonce vařících vodách různých nádrží, postupně se stávaly složitější strukturou a tvořily takzvaný „primární vývar“.

Doba trvání těchto procesů byla mnoho milionů a desítky milionů let.

To znamená, v první chemické fázi vznikly organické sloučeniny – monomery. Pravděpodobně aminokyseliny.

Tuto skutečnost dokazuje experimentální studie amerického vědce Stanleyho Millera, který provedl experiment simulující hypotetické podmínky raného období vývoje Země, aby otestoval možnost chemické evoluce.

Ve druhé fázi vznikal život na Zemi polymerační reakce, který by mohl být aktivován při výrazném zvýšení koncentrace roztoku (vysychání ze zásobníku) a dokonce i ve vlhkém písku.

Polymery — bílkovinné látky — makromolekuly vznikly z monomerů (aminokyselin).

Tvorba komplexů protein-nukleová kyselina-lipid je druhá fáze – biochemická evoluce. Vlivem polymeračních reakcí vznikají sraženiny tzv koacervátové kapky.

Koacerváty, které byly schopny primitivního metabolismu a růstu, se v průběhu další evoluce proměnily v probionty – předchůdci živých organismů.

Díky přítomnosti proteinů a nukleových kyselin byli probionti schopni přenášet dědičnou informaci.

Takoví probionti s dědičností dělohy se mohli přemnožit. Probionty, u kterých se snoubil metabolismus se schopností se reprodukovat, lze již považovat za primitivní procelly.

A právě vznik dědičnosti představoval přechod od chemické evoluce k biologický.

3. – Biologická etapa evoluce.

V důsledku prebiologického přírodního výběru se objevily první primitivní živé organismy, které vstoupily do biologického přírodního výběru a daly vzniknout celému organickému světu na Zemi. Život se zjevně vyvinul ve vodním prostředí v určité hloubce, protože jedinou ochranou před ultrafialovým zářením byla voda.

Předpokládalo se, že první primitivní organismy se již v prvních fázích vývoje lišily ve způsobu výživy. Tento rozdíl byl způsoben nedostatkem živin.

Některé z primitivních organismů se živily abiogenními organickými látkami primordiálního bujónu a energii získávaly jejich fermentací. Vědci se domnívají, že tomu tak bylo primární prokaryota (například bakterie), tedy organismy, jejichž buňky nemají vytvořené, membránou ohraničené jádro. A podle toho, jak se krmili, byli anaerobní heterotrofy.

S nárůstem počtu heterotrofních prokaryotických buněk se zásoba organických sloučenin v primárním oceánu vyčerpala. Za těchto podmínek zesílila konkurence mezi starověkými prokaryoty, což na jedné straně přispělo ke složitosti jejich struktury, na druhé straně vedlo ke vzniku nových způsobů získávání energie pro životní procesy.

Některé primární organismy kvůli nedostatku organických sloučenin začaly využívat energii slunečního záření a přešly na autotrofní způsob výživy.

To znamená, že se objevily organismy, které v důsledku oxidačních a redukčních reakcí začaly využívat anorganické látky k životu a syntetizovat organické.

Takové autotrofní organismy získaly významné konkurenční výhody.

Díky fotosyntéze v atmosféře se začal hromadit kyslík, díky čemuž se v průběhu evoluce objevily předpoklady pro nový, efektivnější způsob získávání energie – dýchání, který se od glykolýzy a fermentace liší výrazně větším energetickým výdejem.

Schopnost syntetizovat více ATP během dýchání umožnila organismům rychleji růst a reprodukovat se a také zvýšit složitost jejich struktur a metabolismu.

Došlo tedy ke vzniku prokaryotických buněk. Jsou to buňky, které nemají jádro. Na rozdíl od eukaryotické buňky nemají prokaryota jiné membránové organely: endoplazmatickéеty, Golgiho komplex, mitochondrie, plastidy a lysozomy.

Jak však víte, všechny organismy kromě bakterií a archeí (a virů) jsou jaderné. Zvířata, rostliny, houby, protistové jsou všechny eukaryotické organismy.

Hypotézy původu eukaryot

Většina vědců se domnívá, že eukaryota se vyvinula z prokaryotických buněk. Existují dvě nejpřijímanější hypotézy o původu eukaryotických buněk a jejich organel.

Takže podle jedné hypotézy došlo k vytvoření organel eukaryotických buněk výčnělkem buněčná membrána. V důsledku toho se uvnitř buňky vytvořilo něco jako kuličky, obklopené membránou a obsahující cytoplazmu se zachycenými sloučeninami a strukturami uvnitř. V závislosti na tom, co bylo požito, se vytvořily různé organely.

Tato hypotéza vysvětluje přítomnost 2 membrán v jaderném obalu, mitochondrie a chloroplasty. Naráží na obtíže při vysvětlování rozdílů v detailech procesu biosyntézy proteinů v korpuskulárních organelách a cytoplazmě eukaryotické buňky.

Dnes je však ve vědeckém světě uznávána hlavní hypotéza původu eukaryot symbiogeneze.

Z ní vznikla eukaryotická buňka prostřednictvím symbiózy – soužití různých tvorů.

Tedy prostřednictvím srážky primární buňky a organel, které se z ní vytvořily odděleně. Jinými slovy, podle této hypotézy chloroplasty a mitochоandria byly kdysi volně žijící prokaryotické buňky a procesem symbiózy se staly organelami.

Důkazy pro teorii symbiogeneze pocházejí z existujících prvoků (jednobuněčných eukaryotických organismů), kteří nemají mitochondrie ani chloroplasty. Ale místo nich se v cytoplazmě usazují symbiontní prokaryota a vykonávají odpovídající funkce.

Tato skutečnost, stejně jako podobnost systému biosyntézy proteinů mitochondrií a plastidů s prokaryoty, jsou považovány za důkaz symbiogeneze.

Důkazem je také skutečnost, že mitochondrie a chloroplasty se množí nezávisle, nikdy je buňka nevytváří od začátku.

Chloroplasty a mitochondrie moderních buněk mají svou vlastní DNA a jsou schopné reprodukce. Na rozdíl od lineárních molekul jsou chloroplastová DNA a mitochondriální DNA uzavřené kruhové dvouvláknové molekuly.

Struktura mitochondriální RNA je podobná RNA purpurových bakterií a RNA chloroplastů je podobná RNA sinic.

Ještě jeden hypotéza původu eukaryotických buněk – hypotéza progynoty (progenitoru).

Podle této hypotézy se ze společného hypotetického předka, nazývaného „progenota“, vyvinuly tři různé větve prokaryot: eukaryota, eubakterie a archaebakterie.

K tomuto závěru dospěli vědci porovnáním sekvence nukleotidů v ribozomální RNA. Protože genetický kód je u všech tří skupin stejný, byla vyslovena hypotéza, že mají společného předka.

Předpokládá se, že eubakterie a archaebakterie mohly pocházet z progenotu.

A moderní typ eukaryotické buňky zřejmě vznikl jako výsledek symbiózy starověkého eukaryota (také pocházejícího z progenotu) s eubakteriemi.

Avšak bez ohledu na to, jak buňka vznikla, byla důležitá aromorfóza jejího vývoje izolace jádra. Bylo to objevení se buňky s jádrem a cytoplazmou, která vedla k silnému urychlení biologické evoluce.

Existují čtyři hypotézy vysvětlující vzhled jaderné membrány:

1. hypotéza invaginace buněčné membrány;

2. hypotéza endospor;

3. symbiotická hypotéza;

4. hypotéza fúze buněčných výrůstků.

Vzhledem k tomu, že všechny výše uvedené hypotézy mají své silné a slabé stránky a v mnoha ohledech se navzájem nevylučují, mohla podle našeho názoru hrát roli při vzniku struktur eukaryotických buněk kombinace mnoha faktorů popsaných různými hypotézami. .

Chemická evoluce trvající tři a půl miliardy let tedy vedla pouze ke vzniku multimolekulárních systémů.

A biologická evoluce za pouhou jednu a půl miliardy let zrodila nejen rozmanitý svět moderní flóry a fauny, ale také nejvyšší produkt hmoty – myslícího člověka.