BIOGENEZA
Biogeneza - pochodzenie życia
Rosyjski uczony w 1926 roku - Oparin opracował swoją teorię. Nie została ona odrzucona, ani potwierdzona. Wiele współczesnych badań potwierdza niektóre założenia tej teorii ewolucji.
Mówi się, że powstawanie życia na ziemi dokonywało się powoli, z materii martwej i nie było dziełem przypadku, ani celowym procesem.
Ewolucję przedstawia się jako przejście od związków nieorganicznych, przez związki organiczne do białka - podłoża życia.
Mówi się, że ziemia istnieje ok. 4,5 - 5 mld lat. Powstawała z pyłków kosmicznych, które były wynikiem wybuchu kosmosu.
10 mld lat temu świetlista kula wybuchła. Materia poruszała się ruchem odśrodkowym i opadała. Po pewnym czasie ostygła i wytworzył się atomy różnych pierwiastków : Hel i Wodór.
Słońce to gwiazda powstała 5 - 10 mil lat temu. Na skutek sił grawitacji nastąpiło szerzenie materii słonecznej i wytworzenie ogromnej ilości ciepła. Przyczyniło się to także do wytworzenia innych pierwiastków, na podłożu wodoru i helu
Materia pochodząca z kosmosu ulegała zagęszczeniu :
metale ciężkie np. nikiel, żelazo - wytworzyły jądro ziemi
metale średnie - płaszcz ziemi
metale najlżejsze - okrywę ziemi
Pierwotna atmosfera składała się z wodoru i helu. Potem zanikła. Początkowo ziemia była zimna. Gdy materia zagęszczała się, następowała akumulacja ciepła i jego powiększeni się. To powodowało rozpad różnych substancji radioaktywnych i wyzwolenie ciepła na zewnątrz. Ciepło pochodziło też z wybuchów termojądrowych. Temu towarzyszyło też wydzielanie gazów, które łącząc się z pierwiastkami z atmosfery - -powodowały powstawanie pary . To wszystko powodowało , że drobne pierwiastki łączyły się ze sobą i powstawały większe np. CO2, Azot, woda w postaci pary, amoniak, siarkowodór, metan. Kolejne rozżarzona Ziemia ochładzała się. Opady deszczu spadające na Ziemię powodowały wyżłobienie głębin, które następnie wypełniały się wodą tworząc zbiorniki wodne.
Towarzyszą temu etapy ewolucji :
EWOLUCJA CHEMICZNA - aby zaszła musi być brak tlenu, dopływ energii ( ze słońca, wybuchu wulkanów ) i występowanie pierwszych prostych substancji chemicznych spowodowały powstanie H2O i soli mineralnych, ok. 4,5 - 5 mld lat temu
Ukształtowani się układów nadcząsteczkowych - EWOLUCJA MOLEKULARNA : niewielkie cząsteczki - monomery łączyły się w polimery, co doprowadziło do powstania protodiontów. Istniało coś w rodzaju biologicznego doboru naturalnego, z czym wiąże się też powstanie związków organicznych. Oparin mówił o mikrosferach protodiontów ( lizosomy - protodionty z lipidów, konserwaty patoalionty z 2 cząst. organicznych ( białka) - to już formy żywe
EWOLUCJA BIOLOGICZNA ( organizmalna ) - przejście od protodiontów do komórek żywych; powstanie pierwszej komórki eukariotycznej i tzw. stromatolitów. Stromatolity to wzgórza, które powstały z osadów. Na te osady składały się protobianty, sinice przykryte osadami. Sinice sprzed 2,5 mld są takie same jak obecnie
EWOLUCJA KOMÓREK odbywa się na zasadzie wielu etapów :
replikacja molekularna : mówi się, że RNA było pierwszą cząsteczką informacyjną, do powstawania pierwszej komórki. Białko i DNA pojawiły się później, ale kiedy nie wiadomo. RNA istniało w rybosomach, które były cząsteczkami do powstania cząstek białka. Nie wiadomo jak powstał kod genetyczny i jak makromolekuły zostały pokryte błoną oddzielającą je od środowiska (ciałka zieleni, mitochondria i inne). Makromolekuły łączyły się ze sobą, korzystały z siebie, do dwóch dochodziły inne i zostały otoczone wspólną błoną komórkową, ale nie wiadomo jak. Metabolizm, który istniał przed miliardami lat, zachodził tak jak obecnie. Badania laboratoryjne potwierdziły powstawanie prostych białek. Prawdopodobnie pierwsze organizmy jakie były, to poza sinicami (autotrofy) - heterotrofy. Mówi się, że powstały nawet wcześniej niż sinice. Mówi się także, że między heterotrofami mogły zajść mutacje i powstać komórki lepiej przystosowane do życia w środowisku. Gdy sinice żyły (3-4 mld lat temu) to uwolniły one bardzo dużą ilość tlenu do wody i do atmosfery. Tlen spowodował, że część heterotrofów bakteryjnych wyginęło. Niektóre heterotrofy nauczyły się pozyskiwać w obecności tlenu energię - z utleniania substancji pokarmowych i te przetrwały. Wpływ tlenu i CO2 spowodował, że zaczęły się silniej rozwijać inne autotrofy - glony o bardzo prostej, jednokomórkowej budowie. Jak wytworzyła się u glonów ściana komórkowa nie wiadomo. Opracowano teorię endosymbiantów : mitochondria, centroplasty, wici i inne mogły powstać w wyniku współzależności między dwoma organizmami. Gdy 2 organizmy połączyły się razem, mogły współżyć i w takiej postaci przetrwać.
CZYNNIKI EWOLUCJI
Zmienność genetyczna, rekombinacyjna jest czynnikiem sprawczym ewolucji :
a) w genomie organizmu oliploidalnego (dziecka) każdy gen jest reprezentowany przez dwa allele : ojcowski i matczyny, i jeśli one są identyczne, to osobniki pochodne względem tego genu są homozygotyczne, jeśli różne - to osobniki - potomstwo są heterozygotyczne.
- Jeśli allele są jednakowe i potomstwo homozygotyczne to ewolucja nie jest możliwa
- Jednak gdy allele są różne i potomstwo heterozygotyczne to ewolucja jest możliwa
SELEKCJA - zwiększa przystosowanie populacji do środowiska
a) stabilizująca - eliminuje osobniki o skrajnym fenotypie, a osobniki o fenotypie przeciętnym są uprzywilejowane np. kiedy wśród szympansów urodzi się albinos, to w naturze zginie, a jeśli zostanie umieszczony w zoo to przeżyje. Bo inne fenotypy są ze środowiska eliminowane
b) kierunkowa - faworyzuje jeden fenotyp kosztem drugiego - specjalny fenotyp znajdujący się w skrajnych pozycjach np. ćma włochacz nabrzozek w rejonach uprzemysłowionych przyjmuje ubarwienie ciemne, natomiast w obszarach rolniczych - jasne. Potomstwo upodabnia się do otoczenia
c) rozdzielająca - wyróżnia fenotypy skrajne; prowadzi do wyodrębnienia grupy osobników (dywergercja). Mówimy o tzw. mimikra - upodobnieniu się jednych zwierząt do drugich, np. :
- występuje to najczęściej u motyli
- ziembyz wyspy Galapagos,
- dzięcioły z długimi dziobami, które mogły dostać nimi do wnętrza kory po pożywienie - przeżyły; te żywiące się inaczejwygineły, np. gdy brakowało nasion
IZOLACJA - mechanizmy biologiczne uniemożliwiające krzyżowanie się organizmów (ograniczenie przepływu genów).
a) prazygotyczna - zapobiega zapłodnieniu i obejmuje izolacje :
- sezonową - rożne pory rozrodu
- siedliskową - zamieszkiwanie różnych miejsc siedliskowych
- etologiczną - niechęć samców do samic innego gatunku
- mechaniczną - niezgodność budowy narządów rozrodczych
- genetyczną - różnice w budowie chemicznej i molekularnej gamet
b) postzygotyczna
Zdarza się, że mimo poprzednich przeszkód dojdzie
BEZPOŚREDNIE DOWODY EWOLUCJI
WIEK ZIEMI
Wiek Ziemi oceniany jest na ok. 5 mld lat. Do jego określenia służą izotopy promieniotwórczych pierwiastków : Uran 238, Potas 40 - do określania wieku skał i minerałów. Węgiel C14 służy do określania wieku młodszych obiektów.
SKAŁY OSADOWE
Powstałe na skutek opadania drobnych cząsteczek piasku, mułu, błota, popiołów, szczątków itp. oraz nakładania się ich warstwowo. Wiele z tych składników, poprzez erozję zostało przeniesione w inne miejsce. Trwało to miliardy lat. Najstarsze pokłady znajdują się najniżej, najmłodsze najwyżej. Są one poprzedzielane. Według pokładów wyodrębniono 5 er :
- archaik
- prekambr
- paleozoik
- mezozoik
- kenozoik
Wpływ na powstawanie skał osadowych miały też ruchy skorupy ziemskiej ( trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów ). Powodowały one powstanie głębin, które wypełniły się wodą oraz wypiętrzenie mas górskich o różnych wysokościach.
SKAMIENIAŁOŚCI
Martwe w postaci wykopalisk
- kości z ery mezozoicznej
- odciski stóp - tropy zwierząt
- sylwetki ludzi i zwierząt wydobyte ze zmarzlin lodowych czy torfu
- paprotniki, skrzypy, widłaki i paprocie w postaci odcisków na płytach węglowych
Żywe
- ryba trzonopłetwna latimura ( Ocean Indyjski )
- hapteria ( wyspy otaczające Nową Zelandię )
- stekowce i torbacze ( Australia )
- żółwie ( wyspa Galapagas )
POŚREDNIE DOWODY EWOLUCJI
Ewolucja to stopniowa, nieustanna zmiana, to proces nieodwracalny zachodzący w czasie i przestrzeni, jest to proces kierunkowy.
Dowody pośrednie
wspólne pochodzenie organizmów żywych
dane z dziedziny taksonomii - uwzględniają one :
• wygląd zewnętrzny
• sposób poruszania się
• sposób zdobywania pożywienia
• symetrię ciała
• sposób rozmnażania się
• typ rozwoju zarodkowego
• właściwości fizjologiczne
Na 1 milion budowa owadów jest taka sama (mają taki sam układ wydalniczy)
NARZĄDY HOMOLOGICZNE
mają takie same pochodzenie, ten sam plan budowy, ale spełniają one różne czynności : skrzydła ptaka, noga konia, płetwa wieloryba, ręka człowieka - wszędzie są te same kości, ale kończyny te spełniają różne funkcje. Mózgi kręgowców, pokrycie ciała kręgowców - to też narządy homologiczne
NARZĄDY ANALOGICZNE
Spełniają tę samą czynność, ale pochodzenie jest inne i plan budowy inny np. skrzydło ptaka i skrzydło motyla - oba służą do latania, oko kręgowca i oko owada. Z roślin : korzenie u organowców i chwytniki u mszaków - utrzymują roślinę w podłożu, pobierają wodę, ale budowa i pochodzenie jest różne.
NARZĄDY SZCZĄTKOWE U CZŁOWIEKA :
• Owłosienie ciała ( na klatce piersiowej u mężczyzn),
• wyrostek robaczkowy,
• zęby mleczne,
• budowa mięśni brzusznych,
• mięśnie przewodzące i odwodzące,
• paluch stopy,
• chwytność stopy u niemowlaka
ATAWIZMY U CZŁOWIEKA
• owłosienie lamugo płodu
• ogon; nawet do 25 cm długości
• pazury zamiast paznokci
• dodatkowa para sutek
• silnie wyrastający kieł
EMBRIOLOGICZNE DOWODY EWOLUCJI
W wczesnym rozwoju zarodkowym kręgowców w wyniku bruzdkowania powstaje morula, w wyniku dalszego podziału tworzy się blastula zbudowana z jednej warstwy komórek otaczających przestrzeń wypełniając płynem tzw. blastocelem. Gastrulacja - tworzenie się listków zarodkowych, czyli ektodermy, endodermy i mezodermy u wszystkich kręgowców przebiega tak samo.
DOWODY Z ZAKRESU BIOCHEMII
• wszystkie żywe organizmy zbudowane są tych samych pierwiastków, oprócz glinu, są to : węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor, siarka,
- nieorganiczne : woda
- organiczne : białka, cukry, tłuszcze, udział procentowy tych związków i wody jest podobny u wszystkich organizmów
• skład płynów ustrojowych zwierząt jest podobny do składu wody morskiej
• budowa i funkcja wielu enzymów są podobne
• podobna budowa chlorofilu
• podobna jest struktura białek ( np. insulina ) - wykorzystano to w medycynie
• podoba jest budowa hormonów, choć pełnią one inną funkcję : prolaktyna u ssaków, ptaków, gadów
• obecność czynników RH+, RH- - u małp i ludzi
• anty perny grupowe krwi, czyli A, B, 0
• mitochondria u wszystkich eucariota są podobnie zbudowane i pełnią taką samą czynność
• kwasy nukleinowe - zbudowane z takich samych nukleotydów, wszędzie obowiązuje kod trójkowy i wzór semikonserwatywnej replikacji DNA
• mitoza u wszystkich eucariota przebiega tak samo
ROZMIESZCZENIE NA ZIEMI
• zasiedlenie Australii przez ssaki bezłożyskowe
• jeleniowate, wielbłądowate, niedźwiedziowate występują w Afryce, Eurazji i Ameryce
• żółwie na wyspach Galapago są to formy reliktowe, prawie się nie zmieniły
• skrzypłacz (ryba) jego larwa jest identyczna z larwą wymarłych już trylobitów
• ryby dwudyszne i trzonopłetwna latimura jest jajożyworodna
• miłorzęb japoński od 400 mln lat się nie zmienił, drzewo samicze i samcze
• brzoza karłowata, wierzba
• foka obrączkowana
PRAWIDŁOWOŚCI EWOLUCJI
Przez ewolucję realizuje się rozwój biologiczny organizmu. Organizmy żyjące teraz są lepiej rozwinięte i przystosowane do życia w środowisku, niż ich przodkowie np.
- gady dzięki wytworzeniu błon płodowych wyszły na ląd
- żółwie wtórnie przystosowały się do życia w wodzie
- zwierzęta stałocieplne mogą żyć nawet w zimnym klimacie, ale potrzebują różną ilość energii ( drobne - dużo, zasypiają na zimę, lub gdy brak wody - mało )
- zmiennocieplne - gdy temperatura przekroczy próg minimalny giną
Postęp biologiczny zachodzi przez :
- wymieranie gatunków, a czasem i całych populacji
- walka o byt
- dobór naturalny
Różne gatunki konkurują o wodę, miejsce, światło. Organizmy lepiej przystosowane przeżywają i opanowują środowisko. Dobór ten przyczynił się do wydawania silniejszego potomstwa. Populacje słabiej przystosowane wymierają bardziej. Tak np. stało się z dużymi gadami, gady drobne przeżyły. Dobór naturalny powoduje selekcję cechami.
Ewolucja jest to procesem różnokierunkowym. Z dotychczasowych gatunków mogą powstać nowe, co trwa ok. 10 tyś lat. Zjawisko powstawania nowych gatunków to specjacja.
Zmienność dziedziczona i dobór naturalny prowadzą do nieodwracalności ewolucji, np. żółwie morskie - kiedyś żółwie lądowe dobrze czuły się na lądzie, miały olbrzymi i ciężki karapaks. Lecz, gdy zaczął dokuczać im brak pożywienia przeniosły się nad wodę. Po długim okresie czasu, w procesie ewolucji ich karapaks zmienił się na lżejszy, płytszy i mniejszy - było to przystosowanie do życia w wodzie ( 200 tyś lat ). Teraz żółwie te mogą żyć także na lądzie, ale nie ma odwrotu do karapaksu kostnego. Jest on nadal płaski, lekki i skórny.
Ewolucja zachodziła i zachodzi w czasie i przestrzeni i jest procesem historycznym :
- latimeria - od 3250 tyś lat nie zmieniła się. Po raz pierwszy została wyłowiona 1936 roku w Oceanie Indyjskim ( Madagaskar )
- miłorząb od 200 mln lat się nie zmienił, to roślina dwupienna, relikt, właściwe środowisko : Azja
- człowiek - jego rozwój ewolucyjny trwa ok. 1 mln lat. Człowiek istniał już w erze mezozoicznej, w okresie gadów. Potem na ok. 100 tyś lat istoty człowiekowate zniknęły. Potem pojawiły się w Afryce
- ssaki w mezozoiku żyły w cieniu potężnych gadów; był raczej owadożerne; właściwy ich rozwój nastąpił w kenozoiku; drobne ssaki opanowały drzewa, potem ląd.
Tempo ewolucji jest różne i zależy od :
- czasu trwania zmian
- częstości zmian
- intensywności zmian
- ostrości walki o pokarm
Powodują one powstawanie organizmów coraz lepiej przystosowanych do życia i dających coraz silniejsze potomstwo.
Każda ewolucyjnie bardziej zaawansowana grupa pochodzi od grup prymitywniejszych.