Fylogeneze organismu a člověka

Názory na vznik života
Kreacionismus
„Život na Zemi je výsledkem stvoření (působením síly či bytosti, která je nad naše chápání).“ časté východisko mnoha náboženství, včetně některých proudů křesťanství (nejde však o oficiální stanovisko katolické církve) – Některé směry křesťanství uznávají evoluci včetně evolučního vzniku života. teorie není vědecká (vědeckými postupy ji nelze ani dokázat, ani vyvrátit). „Teorie inteligentního designu“ (USA): snaha dát kreacionismu „vědeckou“ podobu a oprostit ho od náboženství: (Vesmír i život jsou natolik složité, že nemohly vzniknout náhodou; musí mít svou příčinu i svého „plánovače“ – „inteligentního designéra“)
Panspermická teorie
„Život byl na Zemi zanesen z kosmu (kde se vyskytuje ve formě zárodků).“ poprvé vědecky formuloval Svante Arrhenius (1859 – 1927) teorie se opírá o schopnost mikroorganismů přežívat i velmi extrémní podmínky a o důkazy některých jednoduchých organických látek v kosmu (např. v plynném obalu komet) problém vzniku života neřeší, pouze ho odsouvá do vzdálenější minulosti a nevylučuje, že život vznikl za specifických podmínek, které si neumíme představit v současnosti má mnoho zastánců, především z řad biologů, pro které je nepřijatelná teorie stvoření, ale zároveň připouštějí, že teorie vzniku života na Zemi má příliš mnoho nejasností (známým zastáncem byl např. Francis Crick – spoluobjevitel DNA)
Teorie samoplození (naivní abiogeneze)
„Život neustále vzniká ve vhodných podmínkách z neživé hmoty.“ poprvé formuloval Aristoteles (384 – 322 př. n. l.) oblíbená především v renesanci – recepty na „výrobu“ organismů (červi z bahna, myši ze sýra a zrní ap.) v případě vzniku bakterií byla uznávána ještě v 19. století (nemoci vznikají ze „špatného vzduchu“ ap.) teorii přesvědčivě vyvrátil roku 1856 Louis Pasteur pokusem se sterilizovaným bujónem Vítězství myšlenky „Omne vivum ex ovo“ – Vše živé pochází z vejce (živého zárodku).
Teorie evoluční (autochtonní) abiogeneze
„Život na Zemi vznikl z neživých složek postupným slučováním a zvyšováním stupně organizace.“ poprvé ve zjednodušené podobě naznačil Charles Darwin (1809 – 1882), jako jeden z možných důsledků své evoluční teorie (názor vyslovil až 10 let po publikování evoluční teorie), v ucelené podobě poprvé publikoval Alexandr Oparin (1894 – 1980) podle této teorie je živá hmota výsledkem postupných (řádově miliarda let) náhodných syntéz látek z vhodných surovin ve vhodných podmínkách
Etapa chemické evoluce (abiogenetická etapa) Při formování zemské kůry (před 4 miliardami let) existovaly v tehdejší atmosféře a praoceánu specifické podmínky: vysoká teplota, elektrické výboje… V těchto podmínkách mohlo docházet k náhodným syntézám – z jednoduchých anorganických látek (H2, NH3, CO2, CO, H2S, CH4…) vznikaly
Maturitní témata z biologie
jednodušší organické látky (aminokyseliny, sacharidy, dusíkaté báze, mastné kyseliny…). Z těchto organických látek postupně vznikly složitější organické polymery (bílkoviny, fosfolipidy, nukleové kyseliny…). Experimentální důkaz: Už v roce 1952 provedl Stanley Miller. V aparatuře, kde neustále kolovala voda se směsí jednoduchých látek a procházela elektrickými výboji prokázán vznik aminokyselin, sacharidů, dusíkatých bází i jednoduchých lipidů. Umělou polymerací aminokyselin byl opakovaně potvrzen vznik jednoduchých bílkovin. Polymerací nukleotidů s fosfáty vznikly „polynukleotidy“ (základ nukleových kyselin). Současné názory někdy připouštějí, že základní organické látky se mohly na Zemi objevit i jiným způsobem – například z prachových kosmických částic nebo náhle při srážce Země se železným asteroidem.
Vznik „prebiotických struktur“ – prvních částic s projevy života Výsledkem abiogenetické etapy bylo moře s velkým množstvím rozpuštěných látek – tzv. „primární bujón“ („chemická polévka“). Postupným shlukováním složitých organických sloučenin (bílkovin, nukleových kyselin, fosfolipidů…) vznikly složitější komplexy, které vykazovaly určitou metabolickou aktivitu (absorpce látek z okolí, růst, dělení a jiné formy rozmnožování). Tím vznikly základy prvních buněk. Tuto stěžejní etapu vysvětluje několik teorií, například: Teorie koacervátů (nejstarší, formuloval 1924 A. Oparin)
o Z primárního bujónu se separovaly shluky bílkovinných částic, tzv. „koacerváty“. Ty byly schopné absorbovat další látky – jak do svého nitra (nukleotidy a posléze také nukleové kyseliny), tak na svůj povrch (fosfolipidy jako základ cytoplazmatické membrány).
o Teorie je dnes sice považována za překonanou (příliš mnoho nejasností), stala se však základem pro další teorie. Teorie mikrosfér (S. W. Fox)
o Na rozhraní moře a souše (na hladině nebo na břehu) vznikaly shluky hydratovaných bílkovin ohraničené fosfolipidovou vrstvou – tzv. mikrosféry s podobnou metabolickou aktivitou jako koacerváty. Teorie „živých jílů“ (Cairns-Smith, Bernal)
o Základem živých struktur byly jílovité částice, které tvořily „kostru“ pro usazení bílkovin a dalších organických molekul. Všechny výše uvedené teorie mají jednu hlavní slabinu: Dokážou vysvětlit vznik živých částic, nevysvětlují však, jak se jejich vlastnosti přepsaly do genetické informace. „RNA teorie“ (Gilbert a spol.)
o V roce 1986 bylo objeveno, že RNA nemá jen vlastnosti „přenašeče informací“, ale že má i vlastnosti katalyzátoru (ovlivňuje některé chemické reakce) a mimo jiné umožňuje i reprodukci sebe sama. Tyto „RNA-katalyzátory“ (spolu s doprovodnými bílkovinami a dalšími sloučeninami) se mohly stát základem prvních živých struktur. Teprve později se podle RNA (reverzní transkripcí?) vytvořila DNA jako stabilnější nosič genetické informace.
o Tato teorie má v současnosti nejvíce zastánců, i ona však má své slabiny (RNA je velmi nestabilní a v agresivním prostředí „chemické polévky“ by zřejmě dlouho nevydržela).
Fylogeneze prokaryot Prebiotické struktury postupně zvyšovaly stupeň své organizace i stabilitu svých metabolických dějů, včetně schopnosti autoreprodukce se zachováním všech původních vlastností. Konečným výsledkem byly první prokaryotické buňky (přibližně před 3 miliardami let). První buňky byly zřejmě anaerobní (na Zemi tehdy nebyl prakticky žádný volný kyslík) a heterotrofní (živin z primárního bujónu bylo dostatek). Na Zemi existují tři domény života: Bakterie, Archea a Eukarya Od univerzálního předka PROGENOTA vedou dvě evoluční linie: jedna k bakteriím a druhá k archeím a eukaryím. Do prokaryot řadíme dvě ze tří existujících domén: Archea a Bakterie Pro zástupce domény Archea je typické, že žijí v extrémních
podmínkách (horké prameny, slaná jezera…) a pravděpodobně to byly nejstarší buňky na Zemi. Je zajímavé, že ačkoli jsou to prokaryotické organismy, mají evolučně blíže k eukariím
Vznik eukaryot Hlavním motorem vzniku je endosymbióza. Hovoříme o primární, sekundární a terciální endosymbióze Primární:
o Původní anaerobní prokaryot pohltil aerobního prokaryota-vzniká mitochondrie
Maturitní témata z biologie
o Následně dochází k pohlcení fotosyntetického prokaryota(sinice)-vzniká primární chloroplast (má dvě membrány, vnitřní je původní ze sinice vnější pochází od hostitelské buňky)
o Př. zelené řasy a zelené rostliny, ruduchy, Glaucophyta Sekundární:
o Heterotrofní eukaryotická buňka pohltila fototrofní eukaryotickou vytvořenou primární endosymbiózou-vzniká sekundární chloroplast (má 3 povrchové membrány)
o Př. skrytěnky, zlativky, rozsivky, hnědé řasy, chaluhy, eugleny Terciální:
o Heterotrofní eukaryotická buňka pohltila fototrofní eukaryotickou vytvořenou sekundární endosymbiózou-vzniká terciální chloroplast (má 4 povrchové membrány)
o Př: obrněnky Důkazy hovořící pro platnost endosymbiotické teorie: např. chloroplasty i mitochondrie mají svoji DNA i ribozomy a ty jsou prokaryotického typu. Přesto se na netu objevují pochybnosti o pravdivosti této teorie.
Evoluce rostlin Vyšší rostliny vznikly ze zelených řas parožnatek možná rod Coleochaete nebo Chara asi před 500 mil lety možná i v prekambriu. Rodozměna u vyšších rostlin vznikla nejspíš pozdržením meiozy a tak vznikl sporofyt
(parožnatky jsou pouze haploidní) Mechorosty vznikly asi dříve než cévnaté rostliny, u nich převažuje gametofyt nad sporofytem První cévnaté rostliny jsou Rhynioné rostliny s izomorfickou rodozměnou. Za první suchozemskou cévnatou rostlinou je považována Cooksonia ze středního siluru(428 mil.let). Tyto rostliny žily a postupně vymíraly v devonu. Evoluce cévnatých rostlin se dále ubírala dvěma směry. Zcela samostatně se vyvíjela skupina Lycopodiophyta (plavuně).
Druhá vývojová linie, zahrnuje veškeré ostatní rostliny. Na počátku této druhé linie byly kapradiny a přesličky. Od devonu též dochází k vývoji semenných rostlin. Sem patří Progymnospermophyta, lyginodendrové rostliny a kordaity – předchůdci nahosemenných. Následují je cykasy, jinany a jehličnany (hlavního rozvoje dosáhly ve druhohorách). Gametofyt ztrácí svou samostatnost. Krytosemenné rostliny se objevily ve druhohorách na přelomu jury a křídy a jejich vznik není plně objasněn.
Fylogeneze živočichů Mají jediného společného předka – jsou tedy monofyletickou skupinou. Předkem byl pravděpodobně koloniální bičíkatý prvok (před 700 mil. let), příbuzný dnešní skupině Choanoflagellata
Maturitní témata z biologie
Evoluce člověka nejen výtah z přednášky prof. Zrzavého – podzim 2009 není to lineární žebřík, ale je to strom tj neplatí, že by jeden vznikl z druhého Evoluční pohled považuje fylogenezi člověka za součást fylogeneze vyšších taxonů (primátů, savců, obratlovců…). Vychází z Darwinovy evoluční teorie a opírá se o paleontologické nálezy. Určování stáří těchto nálezů se provádí buď přímými metodami (založenými na znalostech poločasu rozpadu některých radionuklidů, především C14) nebo nepřímými metodami (rozborem nálezů doprovodné fauny a flóry z určitého naleziště). Pro většinu příslušníků vývojové řady člověka platí předpoklad, že vyspělejší formy se odštěpily jako nová vývojová linie z forem méně vyspělých a nějakou dobu žily jako jejich současníci. Primáti jsou blízcí příbuzní letuchám a tanám.
Procesy na cestě ke člověku
Hominizace – tělesné změny související se vzpřímením postavy dvakrát esovitě prohnutá páteř, miskovitá pánev (nese tíhu útrobních orgánů) předozadní zpolštění hrudníku usnadňující rotaci v ramenním kloubu (a tím i různorodějších pohybů horní končetiny) horní končetiny se zkracují, větší pohyblivost prstů (schopnost vykonávat jemné úkony) dolní končetiny sílí, prsty méně pohyblivé, stehenní kost se narovnává, utváří se podélná i příčná nožní klenba (tlumení nárazů) změny na lebce: zvětšování mozkovny, zkracování obličejové části, zmenšování se nadočnicových oblouků, zvětšování bradového výběžku, parabolický tvar zubního oblouku, týlní otvor posunut dolů
Sapientace – změny v chování vznik artikulované řeči, utváření myšlení, složitý sociální život (komunikace) II. signální soustava (utváření představ pomocí slovního popisu) kulturní chování – pohřbívání mrtvých, kulty, tradice, rituály
Maturitní témata z biologie
Lidoopi (Hominoidea) vznikli před 25 mil. lety a před 18 mil. lety se rozdělili na gibony a velké lidoopy (Hominidae). První se z velkých lidoopů oddělili orangutani – před 14 mil. lety, potom se oddělily gorily před 7mil.lety, šimpanzi asi před 6 mil. lety. Ten je nejbližší příbuzný člověka. Původ člověka je v Africe. Teorie o Příkopové propadlině je nesmysl. Pohádka o tom, jak se člověk oddělil od šimpanze, neexistuje. Nejstarší nálezy vedoucí ke člověku možná: Sahelanthropus, Orrorin Primáti vývojově navazují na hmyzožravé placentální savce, kteří jsou bezpečně doloženi už ze svrchní křídy (stáří 70 milionů let). Z doby před 60 miliony let pocházejí první nálezy poloopic, následované vyššími primáty rozdělenými na dvě nezávislé větve: ploskonosí (Severní a Jižní Amerika) a úzkonosí (Afrika, Evropa a Asie). Větev úzkonosých se přibližně 30 miliony let rozčlenila na jednu vývojovou větev směřující k opicím (kočkodani, paviáni, makakové…) a druhou větev směřující k lidoopům a lidem. Aegyptopithecus
o 30 milionů let, nálezy z Egypta, jeden z prvních doložených zástupců větve Hominoidea
o asi 5 kg, objem mozkovny přibližně 30 cm3 Proconsul
o 20 milionů let, střední Afrika
o hmotnost až 40 kg, výška 100 cm
o zřejmě společný předek šimpanzů i člověka (o zařazení se vedou spory) Ramapithecus
o 15 milionů let, střední Afrika
o výška kolem 100 cm, hmotnost 20 až 30 kg, objem mozkovny přibližně 350 cm3
o většinou je považován za jednoho z prvních hominidů – tj. zástupce výlučně „lidské“ vývojové větve. Mnozí antropologové se však domnívají, že k rozlišení vývoje lidí od šimpanzů došlo až později Ardipithecus (dříve nazývaný Australopithecus ramidus): 1. jistý zástupce lidské linie
o 5 mil. let, přesto hodně nepodobný šimpanzovi, vých. Afrika
o chůze po dvou – uvolnění rukou, mozek jako šimpanz, převážně stromový život, plochý obličej, boční vývojová linie Australopithekové
o více rodů s několika druhy, není jednotná skupina, větší i menší velikost, východní Asie (Lusy), jižní Afrika, žilo jich více druhů pohromadě
o nejstarší nálezy z doby před 4 miliony let a nejmladší z doby před 1 milionem let (velmi úspěšný rod)
o poprvé vzpřímená postava a chůze po dvou (adaptace na život v řídkých lesích a lesostepích) Homo habilis:
o spíše šimpanzí typ, možná nepatří do lidské linie
o výskyt před 2,3 až 1,5 miliony let (současník australopitéků) ve střední a severovýchodní Africe
o výška 120 – 140 cm, hmotnost 30 – 40 kg, objem mozkovny 500 – 600 cm3
o používal a jednoduše obráběl i primitivní kamenné nástroje Homo ergaster:(=starý Homo erectus)
o Stř. Afrika, stáří 1,9 až 1,3 miliony let, vše důležité u něj začalo, od něj vede linie k Homo sapiens!!!!!!!
o zřejmě první základy řeči, první velký člověk, redukce ochlupení, černá kůže
o klíčové postavení, z něj tři linie
1. linie Homo erectus: východní Asie, šíří se na západ do Evropy a zpátky do Afriky, boční linie, evolučně velmi úspěšný druh, který z Afriky rozšířil i na jiné kontinenty, jeho vyspělejší formy už používaly oheň (v ČR nálezy ohnišť)
2. linie Homo georgicus – malí lidé z Gruzie
3. linie vede k nám – je záhadná Následující druhy jsou často označovány jako pouhé poddruhy Homo sapiens. Počátek této vývojové větve (názvy druhů či poddruhů) je předmětem četných sporů Homo heidelbergensis (člověk heidelbergský)
o stáří 600 tisíc až 300 tisíc let
o doložen z Afriky a Evropy
o výška 170 až 190 cm, objem mozkovny 1100 až 1400 cm3
o sběrači a lovci, žili v organizovaných tlupách, zručně vyráběli kamenné nástroje, používali dřevěné oštěpy, běžně používali oheň
o označován i jako „anteneandrtálec“ nebo Homo sapiens steinheimensis Homo neanderthalensis (člověk neandrtálský)
Maturitní témata z biologie
o „klasické“ formy žily přibližně před 300 tisíci až 30 tisíc lety, rozšířen v celé Evropě a Asii
o ideálně přizpůsobený podmínkám v dobách ledových (robustní kostra, velká síla), považován za slepou vývojovou větev
o průměrná výška 155 až 165 cm, mozkovna 1300 až 1700 cm3 (tj. více než současní lidé)
o prokázaná vyspělá kultura, duchovní život (pochovávání mrtvých), rodové společnosti, schopnost dorozumět se
o obráběl kamenné nástroje (pěstní klíny, škrabky ap.)
o nálezy v ČR: jeskyně Šipka u Štramberka (severní Morava), jeskyně v Moravském krasu Homo sapiens (člověk moudrý)
o nejstarší nálezy stáří 100 tisíc let, větší rozvoj přibližně před 50 tisíci let, vytlačil neandrtálce (a částečně se s nimi křížil)
o průměrná výška 160 až 180 cm, mozkovna 1400 až 1500 cm3
o postupný přechod od kočovných tlup k životu na jednom místě (zemědělství, trvalejší obydlí, výroba keramiky ap.)
o z Evropy a Asie se rozšířil i do Austrálie a Ameriky (přes Beringovu úžinu, přibližně před 15 tisíci lety)
o v ČR nejstarší nálezy přibližně z doby před 40 tisíci let – Dolní Věstonice, Koněprusy (Zlatý důl), Předmostí u Přerova…
o jedny z prvních nálezů v Evropě tradičně označovány jako kromaňonci Homo heidelbergensis z něho Homo sapiens (dole v Africe) a Homo neanderthalensis (nahoře v Evropě a Asie) větší než člověk, větší mozkovna, dodatečně se přizpůsobil době ledové, vymření asi před 25. tis. lety, mluvili, variabilita kůže a vlasů, neumí v dospělosti trávit laktózu, asi jsme se s nimi nekřížili, vymřeli záhada H.florensiensis – hobit, malý mozek a tělo, nálezy staré 17 tisíc let, konec výbuch sopky, nevíme odkud se vzal H. sapiens před 200 000 l.- moderní člověk je geneticky velmi jednotný, 1. invaze z Afriky neúspěšná (vytlačili nás neandertálci), až 2. invaze byla úspěšná a potkávali jiné druhy Homo, osídlení Asie pak Austrálie, Evropa až později – byl tam ledovec, nakonec Amerika, na více pokusů nejméně třikrát (kvůli době ledové)
Antropologická plemena (rasy) druhu Homo sapiens rozrůznila se ze společných předků (přibližně před 20 až 10 tisíci let) vlivem podnebí, genetické izolace i vlivem pohlavního výběru Negroidní plemeno (cca 10% lidstva, původem Afrika a Austrálie)
o kudrnaté vlasy („rohlíčkovitý“ průřez), vypouklé čelo, široký obličej, široký nos, masité rty, malá brada, řídké ochlupení, dlouhé končetiny Mongoloidní plemeno (cca 50% lidstva, původem Asie a Amerika)
o rovné vlasy (kruhový průřez), ploché čelo, široký obličej, vystouplé lícní kosti, zploštělý kořen nosu, řídké tělesné ochlupení, krátké končetiny, úzká oční štěrbina, ve vnitřním koutku kožní záhyb Europoidní plemeno (cca 40% lidstva, původem Evropa a západní část Asie)
o mírně vlnité vlasy (elipsovitý průřez), čelo kolmo nad očnicemi, široká oční štěrbina, úzký obličej, špičatý nos, dobře vyvinuté vousy a tělesné ochlupení