Vznik života na zemi

Názory na vznik života
Kreační teorie: zastávají názor, že život vznikl nadpřirozenou silou (zásahem Boha). Tuto teorii zastávali např. C. Linné, R. Hooke, J. B. Lamarck, atd.

Teorie samozplození: předpokládala vznik živých organismů přímo z neživé hmoty. Měla původ již u starověkých filosofů, ale L. Pasteur svými pokusy dokázal, že z neživé hmoty nemohou vzniknout ani mikrobi.

Teorie panspermická: vytvořil ji S. Arrhenius, předpokládal, že život je rozšířen po celém vesmíru ve formě zárodků. Dopadnou-li na vesmírné těleso s podmínkami vhodnými pro život, rozvinou se do vyšších složitějších forem.

Teorie evoluční abiogeneze (teorie autochtonní abiogeneze): předpokládá vznik života postupným vývojem z neživé hmoty přímo na Zemi.

Evoluční proces vzniku života zahrnuje dvě stránky: chemickou evoluci (zabývá se vznikem stavebních látek živé hmoty) a biologickou evoluci (vznik buněk a jejich vývoj až po dnešní dobu).


Chemická evoluce
Chemická evoluce proběhla v několika etapách a zahrnuje v sobě:

1. Vznik jednoduchých organických sloučenin abiogenetickou cestou již v období formování zemské kůry (tj. před více než 4 mld. let). Prvotní zemská atmosféra neobsahovala kyslík, praatmosféra Země měla tedy redukční ráz a obsahovala řadu jednoduchých sloučenin (voda, vodík, amoniak, dusík, fosfan, …). Z těchto látek, je-li dodána energie, mohou vzniknout jednoduché organické sloučeniny (aminokyseliny a dusíkaté heterocykly), které jsou základními stavebními jednotkami bílkovin a nukleových kyselin. Zdrojem energie pro tyto přeměny byla hlavně UV část slunečního záření. Tvorbu aminokyselin a dusíkatých heterocyklů dokázali svými pokusy američtí biochemikové S. Miller, J. Oró.

Organické látky vznikající abiogenetickou cestou vytvářely pravděpodobně masu hromadící se v kalužích lagun či v tůňkách. Odpařením značné části vody působením slunečního záření docházelo k zahuštění roztoků a ke vzniku podmínek pro průběh polymerací.

2. Koacerváty a metabolony: Koacerváty jsou kapičky nebo kapalné vrstvy, které vznikly shlukováním částic kapalných látek(zpravidla koloidních roztoků makromolekulárních látek). Modelové pokusy prováděli A. Oparin a J. B. S. Haldane. Předpokládali, že buňkám nejdříve předcházely mikroskopické shluky makromolekulárních částic – protenoidní mikrosféry. Mikrosféry vykazují řadu vlastností charakteristických pro buňky (např. mají dvojitý obal, rostou, …). Koacerváty či protenoidní mikrosféry představují první termodynamický otevřený systém – metabolon. Je schopen přijímat z prostředí energeticky bohaté živiny, metabolicky je přeměňovat a odpadní látky vylučovat zpět do prostředí. To umožňovalo metabolonům některé projevy charakteristické pro organismy, jako pohyb, růst a dráždivost. Přesto nemohou být metabolony označeny za přímé předchůdce živých organismů, neboť informace o struktuře a aktivitě protenoidů, se ztrácela se zánikem metabolonu. Nebyla zde přímá generační posloupnost, jež je podmíněna schopností autoreplikace (sebeopakování), bez které nemůže být dalšího vývoje.


Biologická evoluce
I nejjednodušší bakteriální buňka obsahuje několik tisíc různých druhů makromolekul, které jsou propojeny ve fungující celek. Tak složitý celek nemohl vzniknout náhodným seskupením svých složek. Mezi metabolonem a nejjednodušší buňkou existuje tedy obrovská mezera, která musela být překlenuta velmi dlouhým vývojem. Aby mohly některé metabolony nastoupit tuto cestu, musely nejdříve získat schopnost autoreplikace. Tím jim bylo umožněno uchovávat a postupně obohacovat informace o podmínkách své existence. Schopnost autoreplikace je zakódována v nukleových kyselinách. Nukleové kyseliny – RNA a později DNA – se staly nositelkami genetické informace. Otázka vzniku života tedy souvisí se vznikem genetického kódu a zabezpečením přesné replikace nukleové kyseliny, obsahující genetickou informaci.

Vznik prabuněk – protobiontů(eobiontů)

Probionty, jako přímí předchůdci organismů, byly nedokonale se replikující systémy bez ustáleného genetického kódu. Jejich systém obsahoval pravděpodobně jednu celistvou molekulu RNA délky několika tisíc nukleotidů, která se replikovala bez účasti enzymů, a tedy nepřesně. Proto vznikal častými mutacemi celý soubor molekul RNA a zůstávaly jen ty, které byly stabilnější a schopné přesné autoreplikace. V souboru molekul docházelo tedy k nahodilým změnám, z nichž některé se mohly stát začátkem souběžného vývoje genetického kódu a prvního kódovacího enzymu RNA-polymerázy. Při některé změně mohlo dojít k situaci, kdy určitá molekula RNA soustředila ve své nukletidové sekvenci tři různé na sebe navazující funkce:

1. Po autokatalyckém štěpení dala vznik množině ribonukleových kyselin, z nichž každá kódovala jednoznačně určitou aminokyselinu.

2. Při překladu se těmito RNA syntetizoval enzym RNA-polymeráza.

3. Byla selektivně replikována touto RNA-polymerázou, protože ve své sekvenci obsahovala vazebné místo pro tento enzym.

Tím se změny stabilizovaly a selektovaná molekula RNA nabyla charakteru pravého genomu. Tak vznikly protobionty, prvotní organismy, u nichž došlo k oddělení mechanismu replikace od translace. Tato změna byla spojena se vznikem DNA tzv. zpětnou transkripcí RNA do DNA. Molekula DNA je stabilnější a replikuje se přesněji. Tak se začaly v živém systému uskutečňovat tři navzájem oddělené toky informace:

1. Replikace prostřednictvím DNA(umožňující přenos genetické informace při reprodukci buňky).

2. Transkripce DNA do RNA.

3. Translace RNA do primární struktury bílkovin.

Praorganismy se vyvíjely ve vodě(vytvářelo ochranu před UV zářením). Byly to organismy anaerobně-heterotrofní(potřebnou energii získávaly z organických sloučenin vznikajících abiogenetickou cestou) . Vývojově směřovaly k buňce prokaryotního typu. Začleněním barevných molekul do své struktury získaly některé praorganismy schopnost využívat jako zdroje energie fotonů části slunečního spektra. Získaly schopnost fotoautotrofie. Postupným vývojem vznikly fotosyntetizující bakterie a sinice. Typ sinicové fotosyntézy produkuje jako vedlejší produkt kyslík, který významně ovlivnil další vývoj. Atmosféra se začala sytit kyslíkem a vytvořila se ozónová vrstva. Současně došlo k zániku anaerobě-heterotrofních organismů, pro které byl kyslík toxickou látkou a k šíření aerobních organismů.