Postanak života na Zemlji

Postanak života na Zemlji — od vrele bare do prve ćelije

Ćao! Pokušaj da zamisliš Zemlju bez ijednog drveta, bez ptica, bez ljudi, pa čak i bez trave. Tako je izgledao sam početak naše planete.

Tema postanak života na Zemlji vraća nas u vreme kada je naša planeta bila užarena i negostoljubiva, a ipak su se baš tada stvorili uslovi za prvi život.

Kad ovu priču podeliš na korake, vidiš da od vrele planete do prve ćelije postoji jasna logika.

Za širu sliku koristi i lekciju poreklo i raznovrsnost života.

Rana Zemlja sa vulkanima i negostoljubivim uslovima

Kakva je bila rana Zemlja

Zemlja je nastala pre oko $4.5$ milijardi godina. U to vreme nije ličila na plavo-zelenu planetu koju danas poznajemo, već na užarenu loptu.

U atmosferi nije bilo slobodnog kiseonika, nije bilo ni zaštitnog ozonskog omotača, svuda su besneli vulkani, udarale munje i pristizalo snažno Sunčevo zračenje.

Da si se vratio nekoliko milijardi godina unazad, ne bi mogao da preživiš ni nekoliko sekundi: ne bi imao šta da udahneš, a zračenje bi bilo smrtonosno.

Rana Zemlja i postepeni razvoj života kroz dugo vreme

Kako je nastao praokean

Kada je Zemlja počela da se hladi, vodena para iz vulkana se pretvarala u oblake. Posle toga su kiše padale milionima godina i tako su nastali prvi veliki okeani.

Te prve vode zovemo praokean. U njemu je voda bila topla i puna različitih gasova i hemijskih supstanci.

Pamti: praokean nije bio običan okean kao danas, već mesto puno hemijskih sastojaka i energije potrebne za prve reakcije.

Praokean kao mesto nastanka prvih hemijskih procesa

Hemijska evolucija — topla supa iz koje se sve zakuvavalo

Hemijska evolucija je proces u kome su se iz jednostavnih neživih supstanci postepeno stvarali složeniji molekuli važni za život.

U praokeanu su pod uticajem vulkanske toplote, jakih munja i zračenja proste neorganske supstance počele da reaguju i da grade prve organske materije.

Najjednostavnije poređenje je sa supom: imaš vodu i sastojke, a onda toplota i energija polako naprave nešto potpuno novo.

Vulkani i snažna energija pokreću hemijsku evoluciju

Kako je tekla hemijska evolucija u praokeanu

Proces se može posmatrati kroz nekoliko koraka:

rana Zemlja je imala toplu vodu, mnogo gasova i bezkiseoničnu atmosferu
munje, toplota vulkana i UV zračenje davali su energiju reakcijama
iz prostih neorganskih molekula nastajali su mali organski molekuli
tokom vremena ti mali molekuli su se povezivali u složenije biomolekule

Tako su postepeno nastajale supstance važne za život, poput aminokiselina, lipida, ugljenih hidrata i nukleinskih kiselina povezanih sa DNK i genima.

Od složenih molekula ka strukturi prve ćelije

Miler-Jurijev eksperiment — dokaz da biomolekuli mogu nastati iz nežive materije

Godine $1953$ Stenli Miler i Harold Juri napravili su laboratorijski eksperiment kojim su simulirali uslove rane Zemlje.

U aparaturi su imali vodu koja je ključala kao model praokeana, mešavinu gasova bez kiseonika kao model prvobitne atmosfere i električne varnice kao zamenu za munje.

Voda

simulacija toplog praokeana

Gasovi

model atmosfere bez kiseonika

Varnice

simulacija munja

Posle nekoliko dana pojavila su se organska jedinjenja, uključujući aminokiseline. To je bio snažan dokaz da osnove života mogu nastati spontanom hemijskom sintezom.

Munje i energija kao deo uslova koje su simulirali Miler i Juri

Od molekula do prve protoćelije

Kada je u praokeanu nastalo dovoljno organskih molekula, oni su počeli da se grupišu i da stvaraju sve složenije celine.

Najvažniji korak bio je kada su se određene organske supstance obmotale opnom i stvorile prvu jednostavnu ćelijsku organizaciju. Time se završava hemijska, a počinje biološka evolucija.

Drugim rečima: prvo su nastajali molekuli, zatim njihove složenije grupe, pa tek onda prava ćelija.

Od prostijih ćelijskih oblika ka složenijim organizmima

Nastanak prve ćelije

Pre oko $3.5$ milijardi godina pojavila se prva ćelija. Bila je veoma prosta i po građi je više ličila na današnje bakterije nego na složene organizme.

Ta prva ćelija bila je jednoćelijska, živela je u vodi i nije koristila kiseonik, jer u atmosferi slobodnog kiseonika još nije bilo.

Za povezivanje sa kasnijim gradivom pogledaj i lekcije živa bića su građena od ćelija i jednoćelijski organizmi.

Prva ćelija bila je jednostavna i slična današnjim bakterijama

Zašto je život morao da počne u vodi

Prva ćelija nije mogla da nastane i opstane na kopnu, jer tada nije bilo ozonskog omotača koji bi štitio površinu od opasnog UV zračenja.

Voda u praokeanu služila je kao prirodni štit, pa su prve ćelije morale da žive duboko u vodi.

To je jedna od najvažnijih stvari za test: kopno je tada bilo previše opasno, a voda je bila jedini sigurni zaklon.

Voda štiti prve oblike života od opasnog zračenja

Kako su prva bića opstajala bez kiseonika

Prvi organizmi su živeli u svetu bez kiseonika, pa ga nisu ni koristili za svoj metabolizam. Bili su prilagođeni uslovima bez vazduha kakav danas poznajemo.

Neki su energiju dobijali iz organskih materija iz okoline, a neki iz hemijskih reakcija sa neorganskim supstancama. Zato se u dodatnom materijalu pominju i hemoautotrofi.

Kiseonik, koji je nama danas neophodan, za prve organizme nije bio uslov opstanka jer ga u to vreme praktično nije bilo.

Rane bakterije opstajale su bez kiseonika

Najstariji preci i život uz podvodne vulkane

U dodatnom materijalu pominje se i LUCA, poslednji univerzalni zajednički predak svih današnjih živih bića. Smatra se da je živeo u sredini bogatoj jednostavnim gasovima i hemijskim supstancama.

Danas i dalje postoje posebne bakterije koje žive oko vrelih podvodnih izvora u potpunom mraku, bez svetlosti i bez kiseonika. One su dobar podsetnik na to kako je mogao izgledati prvi život.

Kasniji razvoj tih prvih oblika života vodi u dugu priču o evoluciji i o tome kako se život postepeno usložnjavao.

Prastare bakterije i njihovo jednostavno razmnožavanje

Kako se pojavio kiseonik

Na početku u atmosferi nije bilo kiseonika. Kasnije su se pojavili organizmi sposobni za fotosintezu, pre svega cijanobakterije, koje su počele da oslobađaju kiseonik u vodu i atmosferu.

To je bila ogromna prekretnica, jer je promenilo uslove na planeti i otvorilo put za pojavu složenijih oblika života.

Bez kiseonika

prvi život je morao bez njega

Fotosinteza

počinje postepeno obogaćivanje atmosfere

Kiseonik i ozon kao ključna prekretnica za razvoj života

Ozonski omotač — zaštita koja je omogućila izlazak na kopno

Kada se u atmosferi nakupilo dovoljno kiseonika, počeo je da se formira i ozonski omotač. On apsorbuje najopasnije UV zračenje.

U dodatnom materijalu navodi se da se ta zaštita formirala pre oko $600$ miliona godina. Tek tada su stvoreni bezbedniji uslovi za izlazak živih bića iz vode.

Bez ozonskog omotača kopno je bilo previše opasno. Sa njim su se otvorila vrata za dalji razvoj života na površini.

Ozonski omotač štiti život od opasnog zračenja

Razlika između hemijske i biološke evolucije

Ovo je korisno za razumevanje cele lekcije:

Hemijska evolucija objašnjava nastanak složenih molekula iz nežive materije.
Biološka evolucija počinje kada već postoji prva ćelija i objašnjava kako se život dalje menja i razvija.

Drugim rečima, prvo nastaje hemijska osnova za život, a tek onda počinje prava priča o razvoju vrsta kroz vreme. Tu se ova tema kasnije povezuje sa kalendarom života i sistematikom preko lekcije prikaz raznovrsnosti života.

Od hemijske evolucije do biološke evolucije života

Bratov savet — kako da ne pobrkaš brojeve

Lako je na kontrolnom pomešati kada je nastala Zemlja, a kada prvi život. Najlakša caka je da zapamtiš brojeve 4 i 3.

Caka

Prvo nastaje „kuća” — Zemlja pre 4.5 milijardi godina, a tek kasnije dolazi „stanar” — prva ćelija pre 3.5 milijardi godina.

Još jedna česta greška: dinosaurusi nisu bili prva bića. Prvi stanovnici planete bile su sićušne jednoćelijske bakterije.

Prva bića bila su veoma proste bakterije

Zaključak

REZIME

Život na Zemlji nije nastao odjednom: prvo je postojala vrela planeta, zatim praokean i hemijska evolucija, a tek onda prva jednostavna ćelija iz koje se razvio sav kasniji živi svet.

Rana Zemlja bila je užarena, bez kiseonika i bez ozonskog omotača.
Praokean je nastao posle dugog hlađenja i milionskih kiša.
Hemijska evolucija dovela je do nastanka složenih organskih molekula.
Miler-Jurijev eksperiment pokazao je da takvi molekuli mogu nastati iz nežive materije.
Prva ćelija bila je prosta, slična bakteriji i živela je u vodi bez kiseonika.
Kiseonik i ozonski omotač kasnije su otvorili put za dalji razvoj života i izlazak na kopno.

Za dalje učenje prirodno nastavi na jednoćelijske organizme, zatim na evoluciju i na kraju na kalendar života kroz geološka doba.