Początki życia na Ziemi

Podobne dokumenty
Początki życia na Ziemi

Ewolucja 8. BIOGENEZA. Jerzy Dzik. Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW

Ewolucja 8. BIOGENEZA. Jerzy Dzik. Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW

TEORIA KOMÓRKI (dlaczego istnieją osobniki?)

TEORIA KOMÓRKI (dlaczego istnieją osobniki?)

FIZJOLOGIA ORGANELLI (jak działa komórka?)

EKOLOGIA. Początek Wszechświata. Historia Ziemi. Historia świata w pigułce

FIZJOLOGIA ORGANELLI (jak działa komórka?)

Historia informacji genetycznej. Jak ewolucja tworzy nową informację (z ma ą dygresją).

Powstanie życia i dzieje informacji genetycznej. Oraz (bardzo) krótka historia życia.

Powstanie życia i dzieje informacji genetycznej. Oraz (bardzo) krótka historia życia.

Plan działania opracowała Anna Gajos

Bliskie spotkania z biologią. METABOLIZM część II. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW

Reakcje zachodzące w komórkach

PROCESY BIOGEOCHEMICZNE NA LĄDACH

Bliskie spotkania z biologią METABOLIZM. dr hab. Joanna Moraczewska, prof. UKW. Instytut Biologii Eksperymetalnej, Zakład Biochemii i Biologii Komórki

Powstanie i dzieje informacji genetycznej. Oraz (bardzo) krótka historia życia.

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

Powstanie i dzieje informacji genetycznej. Oraz (bardzo) krótka historia życia.

Różnorodność życia na Ziemi

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Wykład 1. Od atomów do komórek

Przemiana materii i energii - Biologia.net.pl

Spis treści. 1. Wiadomości wstępne Skład chemiczny i funkcje komórki Przedmowa do wydania czternastego... 13

CORAZ BLIŻEJ ISTOTY ŻYCIA WERSJA A. imię i nazwisko :. klasa :.. ilość punktów :.

GLOBALNE CYKLE BIOGEOCHEMICZNE pierwiastki życia

wielkość, kształt, typy

6. Z pięciowęglowego cukru prostego, zasady azotowej i reszty kwasu fosforowego, jest zbudowany A. nukleotyd. B. aminokwas. C. enzym. D. wielocukier.

Chmura pyłu nad wulkanem Eyjafjoll, Fot. Jon Gustafsson AP

Nukleotydy w układach biologicznych

Oddychanie komórkowe. Pozyskiwanie i przetwarzanie energii w komórkach roślinnych. Oddychanie zachodzi w mitochondriach Wykład 7.

Źródła energii dla mięśni. mgr. Joanna Misiorowska

BIOLOGIA klasa 1 LO Wymagania edukacyjne w zakresie podstawowym od 2019 roku

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

BADANIE WYNIKÓW NAUCZANIA Z CHEMII KLASA I GIMNAZJUM. PYTANIA ZAMKNIĘTE.

Chemiczne składniki komórek

Szczegółowy opis treści programowych obowiązujących na etapie szkolnym konkursu przedmiotowego z chemii 2018/2019

Metabolizm komórkowy i sposoby uzyskiwania energii

Materiały dydaktyczne do kursów wyrównawczych z przedmiotu biologia

Uczeń: omawia cechy organizmów wyjaśnia cele, przedmiot i metody badań naukowych w biologii omawia istotę kilku współczesnych odkryć.

CHEMIA I GIMNAZJUM WYMAGANIA PODSTAWOWE

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

Zadanie 5. (2 pkt) Schemat procesu biologicznego utleniania glukozy.

Tematy- Biologia zakres rozszerzony, klasa 2TA,2TŻ-1, 2TŻ-2

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej w poszczególnych tematach podręcznika Chemia Nowej Ery dla klasy siódmej szkoły podstawowej

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej z chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej

Więcej informacji: Young Sun, Early Earth and the Origins of Life, Gargaud i in., Springer 2012.

OPTYMALNY POZIOM SPOŻYCIA BIAŁKA ZALECANY CZŁOWIEKOWI JANUSZ KELLER STUDIUM PODYPLOMOWE 2011

Nazwy pierwiastków: ...

Geny i działania na nich

WSTĘP DO BIOLOGII. Jerzy Dzik. Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW

Składniki diety a stabilność struktury DNA

METABOLIZM. Zadanie 1. (3 pkt). Uzupełnij tabelę, wpisując w wolne kratki odpowiednio produkt oddychania tlenowego i produkty fermentacji alkoholowej.

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

Procesy biotransformacji

Spis treści. Fotosynteza. 1 Fotosynteza 1.1 WĘGLOWODANY 2 Cykl Krebsa 2.1 Acetylokoenzym A

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

I. Substancje i ich przemiany

Dlaczego wyginęło życie na Marsie? A może nigdy go tam nie było?

MEGAOLIMPIADA WIEDZY CHEMICZNEJ

Temat: Komórka jako podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmu utrwalenie wiadomości.

Test kompetencji z chemii do liceum. Grupa A.

WSTĘP DO BIOLOGII. Jerzy Dzik. Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW

V KONKURS CHEMICZNY 23.X. 2007r. DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW WOJEWÓDZTWA ŚWIĘTOKRZYSKIEGO Etap I czas trwania: 90 min Nazwa szkoły

Wymagania przedmiotowe do podstawy programowej - chemia klasa 7

1. Na podanej sekwencji przeprowadź proces replikacji, oraz do obu nici proces transkrypcji i translacji, podaj zapis antykodonów.

Proplastydy. Plastydy. Chloroplasty biogeneza. Plastydy

uczeń opanował wszystkie wymagania podstawowe i ponadpodstawowe

(węglowodanów i tłuszczów) Podstawowym produktem (nośnikiem energii) - ATP

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

Zagrożenia i ochrona przyrody

Problemy do samodzielnego rozwiązania

Chemia Grudzień Styczeń

FOSFOR. w litosferze. apatyty: Ca 5 (PO 4 ) 3. fluoroapatyty hydroksyapatyty chloroapatyty

Chmura pyłu nad wulkanem Eyjafjoll, Fot. Jon Gustafsson AP

Translacja i proteom komórki

Wymagania programowe na poszczególne oceny z chemii w kl.1. I. Substancje i ich przemiany

Substancje o Znaczeniu Biologicznym

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

oksydacyjna ADP + Pi + (energia z utleniania zredukowanych nukleotydów ) ATP

Księgarnia PWN: B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter Podstawy biologii komórki. Cz.

Roczny plan dydaktyczny przedmiotu biologia dla klasy I szkoły ponadpodstawowej, uwzględniający kształcone umiejętności i treści podstawy programowej

prawo czynników ograniczających Justus von Liebig

FIZJOLOGIA WYSIŁKU FIZYCZNEGO ENERGETYKA WYSIŁKU, ROLA KRĄŻENIA I UKŁADU ODDECHOWEGO

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

Powodzenia!!! WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII III ETAP. Termin: r. Czas pracy: 90 minut. Liczba otrzymanych punktów

Instrukcja dla uczestnika

CHEMIA klasa 1 Wymagania programowe na poszczególne oceny do Programu nauczania chemii w gimnazjum. Chemia Nowej Ery.

Na początek przyjrzymy się więc, jak komórka rośliny produkuje ATP, korzystając z energii światła w fazie jasnej fotosyntezy.

XIX Wojewódzki Konkurs MŁODY CHEMIK I etap

DNA musi współdziałać z białkami!

Ekologia. biogeochemia. Biogeochemia. Przepływ energii a obieg materii

Wykład 14 Biosynteza białek

Zadanie 2. (1 pkt) Jądro izotopu U zawiera A. 235 neutronów. B. 327 nukleonów. C. 143 neutrony. D. 92 nukleony

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW

Wykład 5 Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców

MEGAOLIMPIADA WIEDZY CHEMICZNEJ

Spis treści. Właściwości fizyczne. Wodorki berylowców. Berylowce

CHEMIA KLASA I GIMNAZJUM

II.4, IV.5, IV.6 (wymagania ogólne) III.1, III.2, III.3, III.4 (wymagania ogólne)

Transkrypt:

Dzieje życia 14. Początki życia na Ziemi Jerzy Dzik Instytut Paleobiologii PAN Instytut Zoologii UW 2017

ZLODOWACENIA prekambryjskie Marinoan 600 Ma Australia Namibia Kilner et al. (2005) nie prowadziły do eksterminacji życia znane są bogate flory interglacjalne twierdzenie, że lądolody sięgały równika (Snowball Earth) jest kontrowersyjne formacja Chambers Bluff Australia 0,8 Ga warwy Williams (1988) różnicowanie eukariotów w nieznanych warunkach środowiska

EUKARYOTA pochodzenie być może powstanie wici późniejsze od krasnorostów przodek wszystkich dzisiejszych eukariotów miał mitochondria i płeć być może również chloroplasty chloroplasty i mitochondria oznaczają fizjologiczny związek z tlenem

Ramathallus KRASNOROSTY najstarsze 1.6 Ga nitkowate krasnorosty? oraz pseudoparenchymatyczne plechy z apikalnym wzrostem niewątpliwe krasnorosty od 1.2 Ga Bengtson et al. (2017) serie po 8 komórek Butterfield (2000) Bangiomorpha formacja Hunting, Kanada 1,2 Ga komórki chwytnikowe Denaricion fosforyty Tirohan Dolomite, Indie 1,6 Ga Rafatazmia zatem wici późniejsze a od kiedy mejoza?

MITOCHONDRIA pochodzenie organelli Cyanophora Glaucocystis liczne geny mitochondriów i chloroplastów w jądrze rozbieżna ewolucja odcinków genomu możliwa wewnątrz jednej komórki chloroplasty z sinic; mitochondria nie mają dziś krewnych nie dawniej niż tlen w atmosferze

800 Ma formacja Bitter Springs Australia SINICE dawność fotolizy wody Schopf (1980) podobne do dzisiejszych od miliarda lat wapienne formacje stromatolitowe stworzyły atmosferę tlenową heterocysty chronią kompleks nitrogenazy przed tlenem stromatolity 560 Ma Syberia heterocysta Anabaena to bakterie Gram-ujemne

Koehler (2010) WIĄZANIE tlenu Banded Iron Formations (jaspility) typ Superior (fotosynteza) jaspilit Kryvyi Rih, Ukraina, 2,85 Ga zakwity przyczyną wytrącania żelaza być może żelazo Fe2+ donorem elektronów w beztlenowej fotosyntezie kiedyś tlenu w powietrzu nie było typ Algoma (wulkanizm)

ATMOSFERA pierwotnie bez tlenu obtoczone ziarna pirytu 2,4 Ga Koegas Subgroup Płd Africa 20 um 20 um Johnson et al. (2014) beztlenowe warunki erozji swoiste bez tlenu otoczaki powstawać mogły z minerałów nieodpornych na utlenienie bakterie (sinice) stworzyły atmosferę tlenową

BAKTERIE dwubłonowe z mureiną Posibacteria Negibacteria energia z metabolizmu magazynowana między błonami jako protony (H + ) rotor rzęski wykorzystywane do produkcji ATP dzięki białkom w błonie fosfolipidowej sinice czy termofilne archeobakterie na początku?

ARCHEOBAKTERIE źródła problemu Eukaryota Prokaryota wydzielone na podstawie odmienności r-rna żyją w skrajnych warunkach jak w erze archaicznej? Archaea Woese 1987 ale oznacza to intensywną mutagenezę i long branch attraction

Methanothermus ARCHEOBAKTERIE zaawansowane ewolucyjnie Methanococcus pilii zabezpieczenia przed mutagennością skrajnego środowiska: Forterre (1996) odwrotna gyraza dodatkowo zwijająca chromosom wiązania eterowe w błonie trwalsze od estrowych metylacja rybozy w RNA wtórność odwrotnej gyrazy pierwotne hipertermofile (o ile istniały) nie dotrwały do dziś

MIEJSCE archeobakterii lepiej uzasadniona pierwotność sinic wtórność archeobakterii Cavalier-Smith (2010) wiele struktur eukariotycznych ma homologi u bakterii

PLANCTOMYCETES dysonans klasyfikacyjny Gemmata nukleoid anammoxosom mają przedziały komórki jak Eukaryota nie ma peptydoglikanów w ściance nukleoid w błonie jedno- (Pirellula) lub dwuwarstwowej (Gemmata) Brocadia Pirellula złożoność budowy i fizjologii pierwotna? rzęska

Strous et al. (1999) AMONIAK pierwotnym źródłem energii? beztlenowe utlenianie amoniaku alternatywą tlenowego oddychania dziś wykorzystywane tylko przez niektóre Planctomycetes być może nieodległe od LUCA

WSPÓLNY PRZODEK dzisiejszych organizmów (LUCA) kataliza przez białka (enzymy) ich struktura odczytywana z mrna dziedziczną informację przechowuje DNA wszystkie posługują się takim samym (prawie) kodem genetycznym Gunflint, Kanada 1,9 mld lat Campbellrand, RPA 2,5 mld lat wewnątrz lipidowej błony (komórki) Altermann & Kaźmierczak (2003) trudny do rozpoznania jako skamieniałość i do datowania

DATOWANIE zdarzeń geologicznych SEM cyrkon ZrSiO 4 tempo rozpadu pierwiastków promieniotwórczych umożliwia określenie wieku warstw skalnych np. przy znanym udziale 14 C w przyrodzie i okresie połowicznego rozpadu 5730 lat, datowanie do 60 ka 238 U (rozpad 4510 ka) uwięziony w krystalizujących w magmie cyrkonach ZrSiO 4 do całej historii Ziemi najstarsze cyrkony (redeponowane) 4,3 Ga jak dawna jest organizacja komórkowa?

PSEUDOFOSYLIA archaiku Schopf (2006) Marshall et al. (2011) niewątpliwe skamieniałości od 2,0 Ga starsze to artefakty identyczne struktury znajdowane są w hydrotermalnych skałach o toksycznym składzie wzbogacenie w 12 C większe w procesach abiotycznych niż w cyklu Calvina pseudofosylia (pęknięcia kwarcu wypełnione hematytem) 3,4 Ga krzemień Apex Australia wszystkie dzisiejsze organizmy należą do świata DNA

GENEZA świata DNA ewolucyjna rozbudowa trna komplementarne pary antykodonów i substratów reakcji Sticklanda pierwotnie aminokwasy źródłem energii (dla ATP) de Vladar (2012) reakcja fermentacji Sticklanda par aminokwasów jeden utleniany (np. Ala), drugi redukowany (Gly) reakcja Sticklanda kod genetyczny powstał przed białkami

PRZEJŚCIE między światami dinukleotyd nikotynamidoadeninowy (NAD) koenzym A DNA powstało jako wyspecjalizowany nośnik dziedziczności dla zapewnienia trwałości przekazu nietrwałe RNA tylko przekaźnikiem zapisu i rybozymem uzupełnienie rybozymów o części polipeptydowe zwiększało zapewne ich zdolności katalityczne rybozymy zastąpione przez enzymy NAD i koenzym A to żywe skamieniałości molekularne ze świata RNA niestabilnej rybozy nie mogło być w archaicznym nośniku dziedziczności

GENEZA świata RNA aldehyd glikolowy cyjanoamid 2-aminooksyazol Powner et al. (2009) najprostszy cukier aldehyd glikolowy nukleotyd w połączeniu z cyjanoamidem buforowany i katalizowany przez jony fosforanowe daje 2-aminooksyazol, który w sieci reakcji może dać nukleotyd pirymidynowy UV i spontaniczna destylacja mogły oczyszczać i koncentrować zupę

PIERWOTNE substancje zapasowe reakcja fermentacji glicyny pierwotniejsza niż glukozy: Gly + NADH + ADP + P i octan + NH 4 - + NAD- + ATP pierwotna rola aminokwasów jako nośników energii i (być może pojedynczo) jako centra aktywne katalizy ale nie wiadomo, jak aminokwasy syntezowane były pierwotnie bez udziału katalizy enzymatycznej niektóre aminokwasy i metale mogły katalizować przed enzymami

ŚRODOWISKO wodne wczesnego życia kompleksy FeS z cysteiną w enzymach beztlenowego transportu elektronów archaiczny ocean prawdopodobnie kwaśny, bo w enzymach tylko metale tworzące siarczki rozpuszczalne w kwaśnym środowisku (Fe, Mn, Zn, Co, Ni) siarczki nierozpuszczalne w takim środowisku, są truciznami (Pb, Hg, Sn, As, Sb, Bi, Cd, Cu, Ag) miedź dopiero u organizmów tlenowych biologiczna ważność siarki (tioestry) i żelaza daje do myślenia

ŻYCIE na podłożu mineralnym Günther Wächtershäuser (1938-) 1987 koncepcja pierwotnej pizzy substraty pierwotnego życia musiały być skoncentrowane absorbcja na powierzchni mineralnego kryształu ułatwia polimeryzację i uporządkowuje przestrzennie procesy być może były to glinokrzemiany (minerały ilaste), ale piryt (FeS 2 ) daje też możliwość pozyskania źródła energii energia z katalitycznego przekształcenia siarczków żelaza

CHEMOAUTOTROFIA przedkomórkowa pierwszym źródłem energii do procesów biologicznych mogła być synteza pirytu piryt FeS + H 2 S Fe S 2 + H 2 HCO 3 + FeS + H 2 S HCOO + FeS 2 + H 2 O bilans energetyczny reakcji dodatni reakcja wymaga katalizy G = 37,1 kj/mol warunki musiałyby być beztlenowe, środowisko kwaśne

Trail et al. (2011) ŚRODOWISKO początków życia najstarszy cyrkon Jack Hills Australia 4,4 Ga (termoluminescencja) stopień utlenienia ceru (Ce 4+ /Ce 3+ ) w kryształach cyrkonu 4,4 Ga wskazuje na utlenienie hydrosfery takie jak dziś choć bez udziału wolnego tlenu głównymi składnikami atmosfery były więc CO 2, SO 2 i N 2 życie możliwe tylko w roztworze ciekłej wody

POCZĄTKI hydrosfery Sleep & Hessler (2006) wysoka zawartość δ 18 O i inkluzje SiO 2 w kryształach cyrkonu 4,4 Ga wskazują na krystalizację w granicie który jest przekrystalizowaną skałą osadową wzbogacenie w kwarc skutkiem erozji wodnej otoczaki (z wody) w konglomeracie od 3,2 Ga konglomerat z otoczakami krzemienia grupa Moodies, Afryka Płd. 3,2 Ga ale kosmolodzy dowodzą bladego Słońca i mroźnego archaiku

ZIEMIA bez kontynentów zmetamorfizowany komatyt trudno się topi, bo dużo Mg pierwsze stromatolity hydrotermalne lawy komatytowe (topnienie 1700 C bazalt 1200 C) dowodzą intensywnego dryfu kontynentów późniejsze stygnięcie wyniosło kontynenty do góry wraz z diamentami powstałymi na głębokości 120 km najwcześniejsze zdarzenia wymazane z zapisu

Fritz & Fernandez (2012) GRANICA zapisu kopalnego datowanie szkliw impaktowych z Księżyca) Gerald J. Wasserburg (1927-) 1971 koncepcja late haevy bombardment datowania kraterów na Księżycu dowodzą intensywnego bombardowania aż do 3,8 mld lat życie na Ziemi nie może być dawniejsze w geologach nadzieja na zrozumienie początków życia

EWOLUCJA ŻYCIA NA ZIEMI zapis kopalny skamieniałości dokumentują tylko ewolucję z tlenem dane geologiczne sporne teoria pochodzenia życia wciąż niekompletna