Fizikai kmiai evolci A Vilgegyetem kialakulsa fizikai evolci

  • Slides: 33
Download presentation
Fizikai, kémiai evolúció

Fizikai, kémiai evolúció

A Világegyetem kialakulása fizikai evolúció • Alkotórészek kb. 15 -10 Md éve plazma állapotban

A Világegyetem kialakulása fizikai evolúció • Alkotórészek kb. 15 -10 Md éve plazma állapotban (szerkezettelen, sűrű, végtelen nyomású és hőmérsékletű) voltak tömörödve • Ősrobbanás – Big Bang – szétszóródás (tágulás, hűlés) (biz: vörös eltolódás - távolodó fényforrásra utal) -13, 7 Md éve • Örökké tágul vagy 80 Md éves ciklusok? ?

Bolygók kialakulása • 1. Az elemi részecskékből protonok, neutronok majd atomok (H 2, He

Bolygók kialakulása • 1. Az elemi részecskékből protonok, neutronok majd atomok (H 2, He – ma is ezekből a legtöbb) • 2. Nagyobb rendszámú atomok, molekulák • 3. Tömörülés – Galaxisok, csillagok, bolygók kialakulása • (Az ősrobbanást követő elemképződés Li-ig jutott el, • A csillagok belsejében uralkodó viszonyok a vasig terjedő elemek képződéséhez vezetnek, • Az ennél nehezebb elemek viszont csak szupernóvarobbanás hőmérsékleti és nyomásviszonyai között jöhetnek létre. )

 • Naprendszer kozmikus porból (szupernóva-robbanás maradványából) és gázból (főleg H és He) álló

• Naprendszer kozmikus porból (szupernóva-robbanás maradványából) és gázból (főleg H és He) álló felhőkből gravitációs hatásra sűrűsödött össze. • A gázfelhő 4, 6 milliárd évvel ezelőtt forgó koronggá alakult, centrumában a Nappal. • Föld kora kb. 4, 6 Md év - radiometrikus kor ősföldek kőzetei - Hold kőzetek kora - meteoritok kora

 • A Föld típusú bolygók esetében a csillagközi porszemcsék a gravitációs tömörödés és

• A Föld típusú bolygók esetében a csillagközi porszemcsék a gravitációs tömörödés és a radioaktív elemek termelte hő hatására megolvadtak. • A Föld korai állapotában egy Mars méretű égitest ütközhetett a Földnek, mely egy köpeny összetételű részt kiszakítva a Holdat pályára állította.

Ősidő • Légkör és szilárd felszín kialakulása A rádioaktivitás miatt megolvadt anyag szilárdulás közben

Ősidő • Légkör és szilárd felszín kialakulása A rádioaktivitás miatt megolvadt anyag szilárdulás közben gömbhéjakba rendeződött • Kéregmozgások, vulkanizmus A Föld belső hője állandó mozgásban tartotta a lemezeket – lemeztektonika • Folyékony víz nincs, forróság

Őslégkör • A Föld legelső ún. őslégköre abból a gáz és porfelhőből származik, amelyből

Őslégkör • A Föld legelső ún. őslégköre abból a gáz és porfelhőből származik, amelyből maga a bolygó is kialakult. • A kialakuló Földbe meteorok, üstökösök, bolygókezdemények csapódtak be, amelyek jelentős mennyiségben hoztak magukkal gázokat is fagyott állapotban, amelyek rögtön elillantak és a légkörbe kerültek. • A légkör kis molekulasúlyú anyaga a nagy diffúziósebesség miatt folyamatosan elszökött (H 2, He).

Másodlagos, anaerob, redukáló légkör • A földfelszín lehűlése, 4, 3 milliárd évvel ezelőtti megszilárdulása

Másodlagos, anaerob, redukáló légkör • A földfelszín lehűlése, 4, 3 milliárd évvel ezelőtti megszilárdulása során alakult ki, a kőzetek gázleadása és a vulkanizmus révén kb. 4 milliárd évvel ezelőtt. • Ez CO 2 -ból, N 2 -ből, H 2–ből, SO 2 -ból, vízgőzből, NH 3 -ból, HCN-ból (hidrogén-cianid), CH 4–ból, H 2 Sból állt.

Hidroszféra • A lehűléssel kicsapódás, esőzések, viharok 4, 3 milliárd évvel ezelőtt a hőmérséklet

Hidroszféra • A lehűléssel kicsapódás, esőzések, viharok 4, 3 milliárd évvel ezelőtt a hőmérséklet elérte a 100°C-ot, megkezdődhetett a vízgőz cseppfolyósodása (ősóceán). A víz egy része a becsapódó jeges üstökösökből, másik része pedig vulkanikus kigőzölgésekből származott. • Kb. 3, 8 Md éve ősóceán !!! a, oldja a kéreg és a légkör anyagait – egyszerű szervetlen anyagok (nitrát, karbonát…. ) Kémiai evolúció b, a víz véd az UV ellen (nincs ózon, de több az energia) c, átengedi a fényt d, lehetőség a mozgásra

 • Pánspermia hipotézis Az élet nem a földön keletkezett, hanem valahol a földön

• Pánspermia hipotézis Az élet nem a földön keletkezett, hanem valahol a földön kívül és egy kisbolygó vagy meteorit útján került a földre. • Ősleves elmélet • Az erősen redukáló őslégkörben villámlás és UV- sugárzás hatására egyszerű szerves molekulák, többek között aminosavak, karbonsavak jelentek meg, melyek bemosódtak az ősóceánba. Abiotikus szervesanyag képződés (Stanley Miller és Harold Urey).

Miller kísérlet (1953) (H. Urey elmélete alapján Redukáló légkör, energia (villámlás…) Egyszerű szerves vegyületek

Miller kísérlet (1953) (H. Urey elmélete alapján Redukáló légkör, energia (villámlás…) Egyszerű szerves vegyületek keletkezhetnek Abiogén módon! De: Nem egy kísérletben keletkeztek, őslégkör összetétele nem ismert Tejsav, hangyasav, ecetsav, glicin, alanin, karbamid

Gyorsuló kémiai evolúció • Szerves vegyületek az ősóceánba, koncentráció nő • 10 m mélyre

Gyorsuló kémiai evolúció • Szerves vegyületek az ősóceánba, koncentráció nő • 10 m mélyre süllyedtek, hogy ne essenek szét az UV hatására (UV miatt kevés O 2 keletkezett vízgőzből, ebből ózon - egyre közelebb lehetett a felszínhez a szerves anyag) • Kapcsolat alakulhatott ki a szerves anyagok között a, kéreg ásványai (tengerfenék) porózus, nagy felületén b, bizonyos ásványok katalizáló hatására A vaskén világnak, avagy "prebiotikus pizzának" nevezett elmélet szerint egyes ásványi felszínek – agyagásványok adszorbeálni képesek bizonyos molekulákat és katalizátorként segítik összekapcsolódásukat, aminek következtében egyszerűbb nukleinsavak, polipeptidek, szénhidrátok keletkezhettek.

 • Fokozatos töményedés, néhol kifagyás, beszáradás…) (Fox-Harada kísérlet) • Többnyire poláros, hidrofil molekulák

• Fokozatos töményedés, néhol kifagyás, beszáradás…) (Fox-Harada kísérlet) • Többnyire poláros, hidrofil molekulák közös mikrogömbökké, majd un. koacervátumokká álltak össze Ezekben fehérjék és nukleinsavak együtt + anyagfelvétel!!! Oparin elmélete (1920 -as évek) Létrejöhetnek sejtek abiogén úton • Cseppekben a molekulák hatottak egymásra Kapcsolat előnyös, megmaradt – szelekció!

Részletesebben • Oparin fehérjéket és gumiarábikumot (poliszacharid) összekeverve mikroszkópikus cseppeket figyelt meg. Sajátos kolloid

Részletesebben • Oparin fehérjéket és gumiarábikumot (poliszacharid) összekeverve mikroszkópikus cseppeket figyelt meg. Sajátos kolloid állapotú anyagrendszer jött létre, amelyek dinamikus állandóságuk révén az életjelenségek előfutáraiként foghatók fel. • Sejtekből származó fehérjékből álló koacervátumokhoz glükóz-1 -foszfátot és foszforiláz enzimet adva a mikrogömbök keményítőt állítottak elő, a cseppek növekedve több részre váltak szét.

 • A koacervátumok működése több ponton hasonló az élőrendszerek működéséhez: • anyagcserét folytatnak,

• A koacervátumok működése több ponton hasonló az élőrendszerek működéséhez: • anyagcserét folytatnak, anyagokat vesznek föl, ill. adnak le, nyílt rendszerként • működnek növekednek, szaporodnak, enzimek működnek bennük. • Ugyanakkor még nem tekinthetők élőlényeknek, mivel: • nincsenek öröklődő tulajdonságaik, nem tartanak fenn homeosztázist, nem állandóak, • nem alkalmazkodnak, nem ingerlékenyek, • a koacervátumokban csak egyféle reakció zajlik, az élő sejtben sokféle, • az élő sejtben szabályozott anyagforgalom zajlik.

Részletesebben: Kapcsolat molekulák között • RNS világ - ribozimok • Fehérjék vagy az örökítő

Részletesebben: Kapcsolat molekulák között • RNS világ - ribozimok • Fehérjék vagy az örökítő anyag (DNS) jött létre előbb a kémiai evolúció folyamán. • Nincs genetikai kód fehérjék nélkül, és nincs fehérje genetikai kód nélkül. A választ a ribozimok felfedezése szolgáltatta.

 • A ribozimok katalitikus aktivitást mutató RNS-ek. 1. képesek arra, hogy enzimként (ribozimként)

• A ribozimok katalitikus aktivitást mutató RNS-ek. 1. képesek arra, hogy enzimként (ribozimként) működve a saját molekulájukat vagy más RNS-eket hasítsanak (splicing), 2. létrehozhatnak például a fehérjékben az aminosavakat összekapcsoló peptidkötéseket (riboszómákon belül). • Ezért számos kutató véleménye szerint a legelső ősi sejteknek RNS volt az örökítő anyaga. Ebben az ún. RNS világban az RNS-molekulák töltötték be mind az információtárolás, mind pedig az információ átírásának szerepét.

Első sejtek • Koacervátum köré foszfatid réteg – szaporodó gömb – sejt! (először protocell)

Első sejtek • Koacervátum köré foszfatid réteg – szaporodó gömb – sejt! (először protocell) • Sejt: van örökítőanyag, határoló rendszer, szabályozott anyagcsere Az marad fenn, amelyikben a szabályozás jobb • Gánti Tibor – chemoton, egy önmagát szabályozó rendszer

 • Az első prokarióta sejtek anaerob, heterotróf, prokarióta élőlények lehettek, általuk felhasznált szerves

• Az első prokarióta sejtek anaerob, heterotróf, prokarióta élőlények lehettek, általuk felhasznált szerves vegyületek abiotikusan keletkeztek az ősi Földön. • Az oxigén a légkörben viszonylag kevés volt, így csak a kevesebb energiát biztosító erjedéses lebontó folyamatok mehettek végbe. • Az őslevesben a szerves anyagok mennyisége a heterotróf táplálkozás miatt egyre fogyott.

 • A kismolekulájú anyagokért való versengés felgyorsulásával azok a sejtek jutottak előnyhöz, amelyek

• A kismolekulájú anyagokért való versengés felgyorsulásával azok a sejtek jutottak előnyhöz, amelyek a légkör CO 2 -ját mint szénforrást hasznosítani tudták (autotróf szervezetek). • A környezetben CO 2 nagy mennyiségben volt jelen, de a hasznosításához energiára volt szükség, hiszen a CO 2 a szénnek a legoxidáltabb formája, és a sejtfelépítéshez redukálni kell. • A sejtek a CO 2 hasznosításához az energiát fényből nyerték (fotoszintézis). 3, 3 milliárd éve megjelenő, első fotoszintetizáló szervezetek anaerobok voltak, H-forrásuk H 2 S volt.

Évmilliárdokig zajlott a prokarióták evolúciója • Eddig Szerves anyagot használtak, anaerob heterotrof – O

Évmilliárdokig zajlott a prokarióták evolúciója • Eddig Szerves anyagot használtak, anaerob heterotrof – O 2 nincs!, szerves anyag a tengerben • Lassan nő az O 2 szint, ezért az O 3! Szerves C forrás egyre fogyott – később ezek nagy része éppen emiatt kihalt • Autotróf - CO 2 C forrás + SH elektron donor

 • Autotrof – H 2 O elektron donor!!! + fényenergia segítségével bontja •

• Autotrof – H 2 O elektron donor!!! + fényenergia segítségével bontja • O 3 nő – felsőbb vízrétegekben is lehet élni – kékmoszatok! • Az első prokarióták 3, 5 md éve! bizonyított - Dél-Afrika lemezes stromatolit - Shark Bay élő stromatolitok

Részletesebben • Az élet O 2 mentes, anaerob környezetben alakult ki, és az oxigén

Részletesebben • Az élet O 2 mentes, anaerob környezetben alakult ki, és az oxigén nagyon reaktív, ezért toxikus hatású volt az első anaerob élőlényekre (O 2 válság). • Az oxigén a sejten belül ún. reaktív oxigénformákká (atomos oxigén, szuperoxid gyökök, hidrogénperoxid) alakulhat, amik erősen károsítják a sejtet alkotó molekulákat, ezért az aerob sejteknek ki kellett fejleszteniük a toxikus oxigénformák eltávolításának módszereit is. • Az anaerob sejtek olyan környezetbe bújtak, ahol nem volt oxigén (pl. mélytengerek)

 • Az O 2 -nek pozitív hatásai is voltak az élet földi fejlődésére:

• Az O 2 -nek pozitív hatásai is voltak az élet földi fejlődésére: • · Az O 2 -es légkör felső határán kialakult az ózonréteg és kiszűrte a Nap UV sugarait. (abiogén szervesanyag keletkezés kizárva) • · Az O 2 lehetővé teszi az szerves molekulák CO 2 -á és H 2 O-é történő sokkal teljesebb elégetését, aminek eredményeként sokkal több energia szabadul fel. Kialakult a biológiai oxidáció (légzés).

 • 1. Korai eukarióták - Eukarióta sejt – mb. betüremkedések (? ), ezek

• 1. Korai eukarióták - Eukarióta sejt – mb. betüremkedések (? ), ezek leszakadása – belső membránrendszer + sejtváz fehérjecsövek, fonalak rendszere

 • 2. - Eukarióta sejt nagyobb, bekebelezett különféle prokariótákat - részleges lizoszómális lebontás

• 2. - Eukarióta sejt nagyobb, bekebelezett különféle prokariótákat - részleges lizoszómális lebontás - endoszimbiózis (Lynn Margulis elmélet). - a plasztiszok valamikor élt cianobaktériumok leszármazottai - sok millió év alatt az egykori endoszimbionták elvesztették önállóságukat, a sejt felügyelete alá kerültek és sejtorganellumokká váltak. - Génjeinek nagy része átkerült a sejtmagba. Eredeti, 4– 5000 Kb méretű DNS-ük kb. 200 Kb-ra csökkent, és mintegy 120 gént tartalmaz. A sejtmagba átkerült gének száma mintegy 800.

Endoszimbióta elmélet bizonyítékai • 1. Mitokondriumok csak osztódással, magukhoz hasonló struktúrákból jönnek létre •

Endoszimbióta elmélet bizonyítékai • 1. Mitokondriumok csak osztódással, magukhoz hasonló struktúrákból jönnek létre • 2. Prokarióta típusú, hiszton mentes (csupasz) DNS-e gyűrű alakú • 3. Rimoszóma 70 S (nem 80 S) – kisebb • 4. DNS, RNS szintézis gátolható • 5. Külső membrán eukarióta, belső prokarióta típus a mitokondriumok, színtestek mind a méretüket, mind az alakjukat tekintve nagyon hasonlók a ma élő baktériumokhoz, • 6. Saját fehérjeszintetizáló képességgel rendelkeznek, mely szintén a prokarióta apparátushoz hasonló,

 • 1 -1, 5 Md éve megjelentek az első többsejtűek Utódsejtek együtt maradtak

• 1 -1, 5 Md éve megjelentek az első többsejtűek Utódsejtek együtt maradtak – védelem, mozgás (? ) • Az evolúció felgyorsult, az ózonréteg növekedett • A felszíni vizekben sok fotoszintetizáló sejt, többsejtű moszat • Kialakulhattak a velük táplálkozó (váz nélküli) állatok

Ediacara fauna Ediacarai fauna (szilárd váz nélküli, bonyolultabb szervezetek). Eltűnésük jelzi a proterozoikum végét

Ediacara fauna Ediacarai fauna (szilárd váz nélküli, bonyolultabb szervezetek). Eltűnésük jelzi a proterozoikum végét

2010 paleontológiai szenzációja a gaboni Franceville közelében talált 2, 1 milliárd éves 250 fosszília,

2010 paleontológiai szenzációja a gaboni Franceville közelében talált 2, 1 milliárd éves 250 fosszília, melyek a legkorábbi multicelluláris (Metazoa) leletek. A 10 -12 cm-es organizmusok 20 -30 m-es sekély tengerekben telepesen éltek.