2.2. Originea i evoluia vieii pe Pmnt

Cnd a aprut viaa?Destul de devreme n istoria Pmntului

Cnd a aprut viaa?Stromatolii (3.5 bill. Yr)Roci cu straturi definiteStraturi de microbi i sedimentStratul superior asigur fotosintezaStratul inferior asimileaz produsele sintetizate

Cnd a aprut viaa?Microfosile cu vrsta de 3,5 miliarde aniDificil de difereniat de structurile mineraleAnumite structuri conin carbon organic

Cnd a aprut viaa?Urme de via n roci de 3,85 miliarde aniRaportul C12/C13 din roci sugereaz prezena vieiiProcesele biologice prefer C12 fa de C13E prezent o concentraie mai mic de C13Procesele non-biologice nu au preferine, ca rezultat gsim raporturi egale

Cnd a aprut viaa?Rocile nainte de ~4 miliarde ani sunt rare i greu de gsitTimpul de bombardament a Pmntului s-a ncheiat 3.8-4.0 miliarde aniUltimul impact devastator a avut loc 4.2-3.9 miliarde aniDatele sugereaz prezena vieii acum 3.85 miliarde ani i confirm prezena ei la 3.5 miliarde aniRocile cu via au dominat planeta acum 100-500 milioane ani

Fosile viiBacteria i Archaea: materialul genetic Nu este separat de restul celuleiEukarya: ADN-ul este separat de restul celulei prin membranExtremophiles (din izvoarele termale) la baza rdcinii arborelui vieii

Unde a aprut viaa?Puin probabil c la suprafaa PmntuluiLipsa O2, lipsa ozonului: UV distruge structura molecularIazuri Prezena materialului organicLa evaporare crete concentraia substanelor organice ce pot forma mai uor complexeExperienele recente confirm posibilitatea existenei vieii pe contul energiei chimiceMriStructura ADN-ului sugereaz ideea c organismele timpurii au supravieuit n condiii similare cu izvoarele de mare adncime

Cum a aprut viaa?Prin creaie?!

Prin evoluie?!

Teoria creaionistViaa a fost fondat de o for divin ntr-un anumit timpSe bazeaz pe adevrul teologic absolutSe impune cnd autoritatea tiinific nu ofer rspunsuriExemplu de o lucrare popular despre natur, bazat pe autoritatea Scripturii: Thomas Burnet The Sacred Theory of the Earth, 1684.

Teoria creaionistJames Ussher (1581-1656)Arhiepiscop irlandezFixeaz data creaiei: Octombrie, 23, 4004 p.e.n.

Teoria autogenezei vieii Aristotel- tot ce este viu se poate obine nu numai n rezultatul ncrucirii, dar i la descompunerea solului van Helmont (1577-1644)Propune o reet de obinere a oriceilor prin autogenez F.Redi (1688), L.Pasteur (1860)Demonstreaz experimental imposibilitatea autogenezei vieii din materia moart n condiii normale

Teoria autogenezei vieii F.Redi L.Pasteur

Teoria panspermieiViaa a fost adus pe Pmnt din spaiul cosmic2 ipoteze:Litopanspermiei (M.Calvin, V.Vernadski, A.I.Oparin, J.B.Haldane) germenii vieii au fost transportai cu ajutorul metioriilorRadiopanspermiei (F.Crik, L.E.Orgel) viaa a aprut prin transportarea germenilor din corpurile cereti dotate cu via

Teoria panspermieiProPrezena hidrocarburilor, acizilor grai, aminoacizilor (17), hidrailor de carbon (manoza, glucoza), bazelor azotate (adenina, guanina) n meteoriiUniversalitatea codului geneticPerioada relativ scurt ntre formarea Pmntului i apariia cianobacteriilorPrezena formelor primitive de via (bacili) n meteorii Prezena de hidrocarburi, ap etc pe diferite corpuri ceretiProbabilitatea matematic

PanspermiaContra:Credibilitatea originii exobiogene a substanelor din meteoriiCondiiile extremale: Luna lipsa atmosferei, fora de gravitaie mic, variaii brute de temperatur (-170 +100) Venus - variaii brute de temperatur (100 700) Mercur - variaii brute de temperatur (-120 +400) Marte - ?!Lipsa datelor

Teoria panspermieiExist via pe Marte?Meteorii marieniProbe de fosile ce ar putea confirma existena vieii pe Marte

Teoria panspermieiEcuaia lui Drake

Nic = Numrul civilizaiilor capabile sau interesate de comunicareR* = Rata formrii stelei (Astronomie)Pp = Probabilitatea apariiei stelei ca planet (Astronomie)Pe = probabilitatea existenei zonei populate de via Zona populat de via n continuu (Astronomie, Evoluia planetelor, Evoluia chimic i biologic)Ne = Numrul de planete n CHZ (Astronomie, Evoluia planetelor, Evoluia chimic i biologic)PL = Probabilitatea c viaa va aprea n CHZ (Evoluia chimic i biologic)PI = Probabilitatea c viaa se va dezvolta ntr-o civilizaie inteligent (Evoluia chimic i biologicLic = Durata de via a civilizaiei inteligente (Sociologie speculativ)

Living cyanobacteriaMicrofossils in carbonaceous chondrites

Teoria evoluiei biochimiceViaa a aprut n rezultatul sintezei abiogene a substanelor organice A.I.Oparin (1924)n rezultatul unor procese fizico-chimice n condiii speciale au aprut primele substane organice (proteinele) J.B.Haldane- n rezultatul unor procese fizico-chimice n condiii speciale au aprut primele substane organice (acizii nucleici)Se bazeaz pe anumite dovezi experimentale

Teoria evoluiei biochimice S.Miller, H.C.Urey (1953)Balon de sticl parial umplut cu ap ce se nclzea pentru a obine vapori de ap (mare)Vaporii de ap se transferau n cel de al doilea balon cu metan i vapori de amoniac (atmosfera)Descrcrile electrice din balon serveau ca surs de energie pentru reaciile chimiceRcirea vaporilor (ploaie) di balonul al doilea i reciclarea lor n primul balon (mare)Rezultatul: formarea de acizi organici i aminoacizi

Teoria evoluiei biochimiceInstalaia lui S.Miller H.C.Urey

Teoria evoluiei biochimice S.FoxObinerea abiogen la temperatura de 170 - 180C de aminoacizi i polipeptide Obinerea de microsfere la rcirea polipeptidelor K.PonnamperumaObinerea din adenin i riboz n prezena UV, acidului fosforic i temperaturii de 40C a adenozinei, AMP, ADP, ATP G.ShrammObinerea abiogen la temperatura de 60C a nucleotidelor

Teoria evoluiei biochimiceProbleme:Posibilitatea sintezei substanelor organice n condiii extremaleDominaia formelor L de aminoaciziPrioritatea proteinelor sau a acizilor nucleiciRolul genetic al acizilor nucleici (ARN/ADN)Interdependena dintre proteine i ADN (codul genetic)Etc?!

Teoria evoluiei biochimice(Generalizare)

Teoria cuantelor P. Jordan (1956)Viaa organic se desprinde de formele anorganice nu ca ceva supus previziunii, ci ca ceva ce am putea numi ntmplare, salt cuantic, individual i izolat Susine c originea vieii reprezint procesul n care i-a gsit libertatea creatoareNu se bazeaz pe fapte reale, reprezentnd o mistificare a biologiei

Teoria biostructurii E. Machovschi (1958)Viaa apare odat cu diferenierea substanelor din protoplasm ntr-o structur special (biostructur), caracteristic numai materiei vii, i substane ce formeaz structura intraplasmatic Materia biostructurii reprezint o mas cu aspect spongios, iar soluia intraplasmatic este un furnizor de molecule i energie pentru biostructur K.Porter, J.Wolesewich, J.Tuker (1981)Indic prezena structurilor microreticulare a substanei citoplasmatice

Teoria biosintezei la rece I.C.Simionescu, F.Denes (1980)Viaa a putut s apar nu n mediul apos, ci pe suprafeele reci ale gheurilor oceanelor sau cristalele de ghea din atmosfer Din produse primare (amoniac, metan, ap) s-au sintetizat protobiopolimeri, apoi biopolimeri, care degradeaz n monomeri S.Miller, L.E.Orgel (1973)

Teoria absorbiei M.Katschaiski Apariia vieii a fost posibil datorit prezenei n mediu a unor minerale speciale (montmorelomit) care, manifestnd proprieti catalitice, favorizeaz desfurarea reaciilor de sintez, absorbia compuilor organici i selecia lor

Teoria caracterului primordial al protoproteinelor Donne (1983)Apariia vieii a fost determinat de apariia protoproteinelor, primele substane informaionale, ce au determinat evoluia biologic ulterioar

Teoria vitaidelor V.V.lepeoshkin (1936)Apariia vieii a fost determinat de apariia vitaidelor, complexe dintre proteine i lipide

Teoria genotipului Barbieri (1983)Viaa a aprut odat cu apariia abiotic a unei sau mai multor gene, care au generat posibilitatea codificrii procesului de cretere i multiplicareAdmit posibilitatea existenei vieii n lipsa proteinelor (perioada polinucleotidelor)

Teoria lui Monod J.Monod (1971)Susine c evoluia precelular a trecut prin 3 faze succesive:Formarea de nucleotide i aminoaciziFormarea unor macromolecule capabile de replicare (asemntoare ADN-ului actual)Formarea celulelor primitive

Teoria ribotipului Barbieri (1981)Viaa a aprut odat cu apariia strmoilor ribotipurilor actuali, evolund prin 3 etape succesive:a) Etapa precelular apariia ribozomilor (din ARN i ribonucleoproteine), nucleozidelor (cuacervate de ribozomi) i heterozidelor (nucleozizi membranari, contaminai cu ADN)b) Etapa protocelular mrirea greutii moleculare a ribozomilor i formarea procariotelor i microeucariotelor c) Etapa celular formarea din procariote a arhebacteriilor i eubacteriilor, iar din microeucariote a eucariotelor

Teoria progenotului Sogin (1972), Fox, Woese (1980)Toate organismele actuale au o origine ancestral, ancestorul universal fiind progenotulProgenotul (structur ipotetic) poseda o structur mai simpl dect celulele procariote actualeInformaia ereditar n progenot era determinat de acizii ribonucleiciProgenotul a generat dou linii evolutive (arhebacterii i eubacterii)Fiecare organism pstreaz n sine sub form de semantide (ADN, ARN, proteine), macromolecule informaionale, calea istoric a organismului respectiv

ntrebri?!

2.2.2. Originea eucariotelorFosilele dateaz cu 2.1 miliarde de aniApar odat cu creterea concentraiei O2 n atmosferAnaliza ADN-ului sugereaz ideea desprinderii procariotelor i eucariotelor de la un strmo comunO2 a jucat un rol important n evoluia eucariotelorCreterea eficienii n producerea energiei celulare pe contul metabolismului aerobic spre deosebire de cel anaerobicSporirea gradului de adaptabilitate a organismelor cu metabolism aerobic spre deosebire de organismele cu metabolism anaerobic

Originea eucariotelorTeoria mitului botanic (monofiletic)Eucariotele au aprut de la procariote n rezultatul mutaiilor i selecieiSchema evoluiei organismelor: bacteriile bacteriile fotosintetizante algele albastre-verzi fitoflagelatele ancestrale algele / ciupercile / plantele / animaleleTeoria simbiotic (polifiletic): L.Margulis, 1972Eucariotele au aprut de la procariote n rezultatul unor simbioze succesive

Originea eucariotelor Etapele apariiei eucariotelor n cadrul simbiozelor succesive (L.Margulis, 1972)Simbioza dintre un procariot anaerob (celula gazd) i un procariot aerob (promitocondrie) i formarea unui eucariot cu mitocondrie (amebele primitive)Simbioza dintre acest organism eucariot cu un procariot de tipul spirochetelor i formarea unui eucariot primitiv flagelat (ameboflagelate), de la care a aprut celula animal Simbioza dintre ameboflagelat cu o alg fotosintetizatoare albastr-verde (procloroplast) i apariia celulei vegetale

Originea eucariotelor

Originea eucariotelorPro:Independena genetic relativ a cloroplastelor i mitocondriilor (ADNc, ADNm circulari)Prezena ribozomilor proprii n cloroplaste i mitocondrii i a ARN-ului ribozomal de tip procariotPrezena ereditii necromozomiale (1%) aciunea virusului mozaicului galben al napului asupra cloroplastelorPosibilitatea de autodividere a cloroplastelor i mitocondriilorAciunea specific a unor preparate chimice (cloramfenicolul) asupra ADN-ului mitocondrial

Originea eucariotelorContra:Cum a aprut nucleul n cadrul acestor procese?!

Originea eucariotelorTeoria invaginrii membranei celulare (Uzzel, Sporoski, 1974)Eucariotele au aprut n rezultatul invaginrii membranei celulare a celulelor procariote i separarea mitocondriilor, cloroplastelor i nucleuluiTeoria clonrii materialului ereditar (Bogorad, 1975)Eucariotele au aprut n rezultatul separrii i multiplicrii relativ independente de cromozomi a genelor prin clonarea materialului ereditar iniial

2.2.3. Principii de evoluie molecular i celularTransferul funciei ereditare de la ARN la ADNARN-ul s-a difereniat structural (ARNm, ARNr, ARTt)ARN-ulu i-a asigurat o mai bun pstrare a informaiei ereditare, replicare i reparare (graie structurii bicatenare i localizrii nucleare)Presupune urmtoarea ordine de realizare a informaiei: ARN proteine ADN

Principii de evoluie molecular i celularDescoperirea ribozimelor, fragmente de ARNm, care i pot nltura intronii

Principii de evoluie molecular i celularEvoluia metabolismului energeticGlicoliza (degradarea anaerob a glucozei)Trecerea de la fotosinteza anaerob la cea aerobFermentaia Respiraia anaerobCelula ca unitate elementar structural i funcional a organismelorTeoria progenotului (celul ancestral universal)Diferenierea celularApariia primelor celule (coacervate, microsfere, progenot)

Principii de evoluie molecular i celularFormarea i dividerea coacervatelor

2.2.4. Evoluia grupelor principale de organismeEtapele majore n evoluia organismelor

Evoluia grupelor principale de organisme

Evoluia grupelor principale de organisme

Evoluia grupelor principale de organisme

Evoluia grupelor principale de organisme

Evoluia grupelor principale de organisme

Evoluia grupelor principale de organismeViaa a aprut odat cu existena apei lichideApariia vieii pe uscat a fost mult mai complicatA fost necesar s se dezvolte mijloace speciale de colectare a energiei solare i a substanelor nutritiveViaa a putut aprea la suprafaa iazurilor sau lng litoralEvaporarea apeiFavorizarea seleciei naturale

Evoluia grupelor principale de organismeAnaliza ADN-ului indic asupra posibilitii evoluiei plantelor de la algeLa doar 75 milioane de ani animalele au urmat plantele n ieirea sa pe uscat

ntrebri?!