Ekologia zespołów

EKOLOGIA
Historia świata w pigułce
1
Początek Wszechświata

ok. 15 mld lat temu:



temperatura: +∞
gęstość: +∞
WIELKI WYBUCH






10-12 s: temp. +1015K; powstanie cząstek elementarnych i
antycząstek
10-5 s: powstanie protonów, neutronów, etc.
3 min: epoka nuklosyntezy (powstanie jąder pierwiastków
lekkich)
106 lat: powstanie atomów
109 lat: powstanie pierwszych galaktyk i kwazarów
15×109 lat: obecny Wszechświat
2
Historia Ziemi
Wiek Ziemi – obecnie oceniany na ok. 4,4 mld lat
 Najstarsze znane skały:
 zach. Grenlandia: 3,7 – 3,8 mld lat
 gnejsy z Acasta (USA): ok. 3,96 mld lat
 cyrkon z zach. Australii: 4,1 – 4,3 mld lat
 Najstarsze znane ślady życia:
 Australia i Afryka Pd.: sinice (ok. 3,5 mld lat)
 Grenlandia: mat. organiczna? (ok. 3,8 mld lat)

3
Pierwotna atmosfera Ziemi i jej pochodzenie
Skład pierwotnej atmosfery:
 CO2 – główny składnik
 N2 – mniejsze znaczenie
 NH3, CH4, SO2, HCl – śladowo
 BRAK O2
 Powstanie: hipoteza odgazowania – około 80% –
85% atmosfery powstało w wyniku odgazowania
w ciągu pierwszego miliona lat

4
Warunki termiczne na Ziemi

Era archaiczna (4,4 – 2,5 mld lat temu):
aktywność słońca ok. 75% obecnej  jak w
takich warunkach mogło powstać życie?
 Hipoteza Sagana i Mullera: duża zawartość
CH4 i NH3  „superefekt cieplarniany”
 Hipoteza Ramanathana: śladowe ilości CH4 i
NH3, lecz duża zawartość CO2  „ superefekt
cieplarniany”
5
Zawartość i kontrola CO2 w atmosferze


Model abiotyczny (Walker, Kasting, Hays):
 początkowa zawartość CO2 wysoka  ocieplenie
klimatu  wzrost tempa parowania wody  wzrost
opadów  wymywanie CO2 z atmosfery i wiązanie w
skałach osadowych  spadek zawartości CO2 w
atmosferze  osłabienie efektu cieplarnianego
Model biotyczny (Lovelock):
 początkowa zawartość CO2 w atmosferze wysoka 
rozwój fitoplanktonu  wiązanie CO2 
powstawanie osadowych skał węglanowych  spadek
zawartości CO2 w atmosferze i wodzie morskiej 
osłabienie efektu cieplarnianego
6
Zawartość i kontrola O2 w atmosferze




produkcja wolnego O2: wyłącznie organizmy żywe
początkowe 1 – 2 mld lat: większość O2 wiązana na
skutek utleniania minerałów, głównie związków żelaza
od ok. 2 mld lat temu: po utlenieniu większości Fe –
gromadzenie O2 w atmosferze
ok. 1,5 mld temu: zawartość O2 w atmosferze zbliżona
do obecnej  możliwość wyjścia życia na ląd
Obecna, ok. 21% zawartość O2 w atmosferze jest
wynikiem procesów fotosyntezy
7
Biogeneza:
podstawowe problemy do rozwiązania
Powstanie białek
 Powstanie kodu genetycznego
 Połączenie syntezy białek z kodem genetycznym

8
Biogeneza: białka jako początek życia


Koncepcja Oparina i Haldane’a:
 w redukującej wczesnej atmosferze (H2, CH4, NH3) w wysokiej
temperaturze i przy udziale wyładowań atmosferycznych
związki organiczne mogą powstawać samorzutnie
 doświadczenie Stanleya Millera  powstanie
aminokwasów
 doświadczenie Juana Oró  powstanie aminokwasów oraz
adeniny
 doświadczenie Sidneya Foxa  powstanie krótkich
łańcuchów proteinowych
Problemy:
 autoreplikacja?
 ewolucja?
9
Biogeneza: RNA jako początek życia


Koncepcja Woese’a, Cricka i Orgela:
 prebiotyczny RNA posiadał zdolność autoreplikacji
bez udziału białek oraz katalizowania syntezy białek
 doświadczenie Cecha i Altmana  niektóre typy
RNA faktycznie posiadają zdolność autorepliacji
 doświadczenie Szostaka  zbudowanie RNA
posiadającego zarówno zdolność cyklicznej
autoreplikacji jak i własności enzymatyczne
Problemy:
 niedobór rybozy
 trudności z syntezą wszystkich składników bez
katalizatorów
10
Od RNA do DNA kodującego białka
11
Katalizatory

Hipoteza Cairns-Smitha i Dagensa:
 kataliza na związkach nieorganicznych –
kryształy minerałów ilastych, np. kaolinit i
montmorylonit  w obecności minerałów
ilastych związki wielkocząsteczkowe
(węglowodory, mono- i polisacharydy,
fosfolipidy, aminokwasy i peptydy) tworzą się
z wydajnością tysiące razy większą niż bez
udziału ich matrycy
12
Źródła hydrotermalne

przesłanki: wszystkie Archaebacteria preferują
środowiska o wysokich temperaturach, niektóre tolerują
do 120oC, pewne gatunki preferują beztlenowe, kwaśne
środowiska z wysoką zawartością siarki
13
Powstanie i ewolucja życia

Sprzężenie reakcji abiotycznych:
 replikacji RNA
 tworzenia struktur fosfolipidowych lub koacerwatów
 reakcji biochemicznych
Pierwotny organizm (heterotroficzny, beztlenowy)
Archaebacteria
Procaryota
Eucaryota
- bakterie
- sinice
- śluzowce
- grzyby
- pierwotniaki
- rośliny
- zwierzęta
14