Biosféra a vznik života na Zemi

Hana Pavelková

Biosféra • Biosféra (též Živý obal Země) je část planety

Země, kde se (byť i jen sporadicky a nepravidelně) vyskytují nějaké formy života. Zahrnuje část atmosféry (přibližně do výšky 18 km v oblasti tropů a 10 km v polárních oblastech), prakticky celou hydrosféru a povrch litosféry (do desítek metrů pod povrchem půdy, v případě výskytu jeskyní obývaných živými organismy až do hloubky několika kilometrů).

• Termín biosféra poprvé použil geolog Eduard Suess v roce 1875.

Popis biosféry:• Počátek vzniku biosféry je možné počítat od okamžiku

vzniku života na Zemi. Rozsah současné biosféry, která zahrnuje veškeré živé organismy a jejich životní prostředí, je definován schopností organismů adaptovat se na podmínky v tom, kterém prostředí a úzce tak souvisí s základními vlastnostmi, které definují život.

• V biosféře autotrofní (obzvláště fotosyntetické) organismy převažují nad živočichy a ostatními heterotrofními organismy. Rostliny a ostatní autotrofové zajišťují fotosyntézou energie energetický vstup pro běh celé biosféry. Na živočišnou složku v biosféře připadá jen asi 10% biomasy.

Pododdíly biosféry:• ekosféra – část planety Země s pravidelným a

zákonitým výskytem života (do 5-8 km v atmosféře, v oceánech a litosféře je její hranice stejná jako u biosféry, případně u litosféry je trochu blíže povrchu).

• noosféra – část planety Země obývaná lidmi, resp. technosféra – část povrchu Země obývaná a výrazně pozměněná člověkem.

Teorie Gaii

• Teorie Gaii nebo též Hypotéza Gaia (nebo také Gaea) je označení pro třídu vědeckých modelů, týkajících se geosféry, biosféry i atmosféry, které předpokládají, že živé organismy automaticky pomocí seberegulujících mechanismů regulují životní podmínky na planetě Zemi tak, aby pro ně byly přijatelné. S touto teorií poprvé přišel v 60. letech 20. století vědec, klimatolog a chemik Sir James Lovelock, a pojmenoval ji (na podnět Williama Goldinga) podle řecké bohyně Gaia.

Bohyně Gaia (ležící)

Vznik života na Zemi

• Vznik života je v současnosti ne zcela vyjasněná událost, během které se z neživé hmoty stala hmota živá, jež se začala rozmnožovat, přeměňovat svoje okolí a vyvíjela se. Jedná se o filosoficko-nábožensko-vědecký spor, kdy se jednotlivé strany snaží přinést svojí teorii, či důkazy o tom, jak k této události došlo.

Teorie kreační:

• 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.

Evoluční teorie • 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 • 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.

Chemická evoluce • 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.

Zdroje:

• http://cs.wikipedia.org/wiki/Vznik_%C5%BEivota

• http://www.prirodopis.estranky.cz/clanky/vznik-zivota-na-zemi.html

• http://cs.wikipedia.org/wiki/Biosf%C3%A9ra