Jak a kdy se na naší planetě objevil praotec všeho života?

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.

Kdy začal vývoj života na Zemi?

Evoluce života na Zemi začala objevením se prvního živého tvora – 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 počátku archejského období a představovaly v té době obrovský evoluční krok. Kyslíková fotosyntéza, která se objevila asi před 2,5 miliardami let, nakonec vedla k okysličování 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 v metabolismu. Později, asi před 1,7 miliardami let, se začaly objevovat mnohobuněčné organismy s diferencovanými buňkami k provádění specializovaných funkcí.

První řasy se objevily přibližně před 1,2 miliardami let a první vyšší rostliny se objevily přibližně před 450 miliony let. Bezobratlí se objevili v ediakarském období a obratlovci vznikli asi před 525 miliony let během kambrické exploze.

Během permu dominovali synapsidi, předkové savců, velkým obratlovcům, ale událost vymírání v Permu (před 251 miliony let) vyhladila 96 % všech mořských druhů a 70 % suchozemských druhů obratlovců, včetně většiny synapsidů.

Během období zotavení po této katastrofě se archosauři stali nejběžnějšími suchozemskými obratlovci a vytlačili 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 křídy a paleogénu, ke kterému došlo asi před 66 miliony let, vyhynuli všichni neptačí dinosauři a mezi archosaury zůstali pouze krokodýli a ptáci.

Poté se savci začali rychle zvětšovat ve velikosti a rozmanitosti, protože nyní neměli téměř žádnou konkurenci. Taková masová vymírání pravděpodobně urychlila evoluci tím, že poskytla novým skupinám organismů příležitosti k diverzifikaci.

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 stejné době jako kvetoucí rostliny. Přestože zabírají jen malou část hmyzího ‚rodokmenu‘, v současnosti tvoří více než polovinu jejich 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 objevila možnost vzniku života na naší planetě.

Molekula RNA může fungovat jako enzym, spojující volné nukleotidy do komplementární sekvence. Tak dochází k množení RNA.

Tyto chemické sloučeniny však ještě nelze nazvat živými bytostmi, 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, které tvorovi umožňují krmit se, rozmnožovat se, pohybovat se a tak dále.

Vzhled izolovaných dutin v oceánu je poměrně častým jevem. Jsou tvořeny mastnými kyselinami (alifatickými kyselinami), které se dostávají do vody. Celá podstata spočívá v tom, že jeden konec molekuly je hydrofilní a druhý hydrofobní.

Mastné kyseliny, které vstupují do vody, tvoří koule takovým způsobem, že hydrofobní konce molekul jsou uvnitř koule. Je možné, že molekuly RNA začaly vstupovat do takových sfér.

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.

<strong>Prekambrium nebo kryptozoikum</strong>

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