Rola tlenu


Anna Pudłowska

II rok

Ochrona Środowiska

Studia niestacjonarne

Rola tlenu. Początki ewolucji.

Tlen pierwiastek chemiczny, niemetal z grupy tlenowców w układzie okresowym. Tak w skrócie możemy określić niezbędny nam do życia i codziennego funkcjonowania pierwiastek. Tlen jest pierwiastkiem niezbędnym do prawidłowego przebiegu wszystkich procesów życiowych. Organizmy czerpią potrzebną do życia energię z reakcji biologicznego utleniania. W organizmie człowieka tlen jest pobierany przez płuca. Wszystkie substancje występujące w organizmach żywych są związkami tlenu, zaś wolny tlen, podobnie jak jego związki, jest niezbędny do życia wszystkich istot żywych

Prawdopodobnie pierwszym odkrywca tego pierwiastka był Michał Sędziwój nadworny alchemik Zygmunta III Wazy. Dzięki swoim badaniom podczas prażenia saletry potasowej otrzymał pierwiastek nazywany później tlenem. Dawniej tlen z greckiego oksy - kwaśny, gennao - rodzę, („kwasoród”) do Polski nazwa „tlen” zawitała dzięki Janowi Oczapowskiemu.

Każdego dnia przeciętny dorosły człowiek zużywa na minutę około 0,3g tlenu, a każdy narząd bez jego użycia nie zdołałby istnieć. Nawet nie zdajemy sobie sprawy jak ten niewidzialny gołym okiem pierwiastek jest niezbędny dla nas i jaką spełnił on ważna rolę w pradziejach.

Ewolucja-jeden z najbardziej poważanych biologów ewolucji zdefiniował ją następująco: "W najszerszym sensie ewolucja jest po prostu zmianą, a to wyjaśnia się samo: galaktyki, języki czy systemy polityczne - to wszystko ewoluuje. Ewolucja biologiczna jest... zmianą cech (właściwości, ang. properties) populacji organizmów, która to zmiana wykracza poza życie pojedynczej jednostki. Ontogenezy jednostki nie uważamy za ewolucję, indywidualne organizmy nie ewoluują. Zmiany zachodzące w populacjach, które uważamy za ewolucyjne to są te zmiany, które zostają utrwalone przez dziedziczenie, za pośrednictwem materiału genetycznego, z jednej generacji do następnej. Ewolucja biologiczna może być zarówno zmianą nieznaczną, jak i zmianą istotną: pojęciem tym obejmujemy bowiem zarówno niewielkie zmiany proporcji różnych allelomorfów w populacji, takich jak te określające grupę krwi, aż po sukcesywnie następujące po sobie przekształcenia prowadzące od najwcześniejszych protoorganizmów do dzisiejszych węży, pszczół, żyraf czy mniszków lekarskich" Douglas. J. Futuyma, w: Biologia ewolucyjna, Sinauer Associates, 1986.

Współczesny ewolucjonizm wyróżnia trzy formy doboru naturalnego: stabilizujący - usuwający z populacji wszystkie osobniki o cechach skrajnych, różnicujący - preferujący osobniki o cechach skrajnych, a eliminujący te o cechach pośrednich, ostatecznym jego efektem jest rozpad gatunku na rasy, oraz kierunkowy - preferujący osobniki o danej wartości skrajnej cechy. Ewolucja jest procesem, w wyniku którego zmiany dziedziczne rozprzestrzeniają się na wiele następnych generacji.

Około 10-20 mld lat temu wskutek Wielkiego Wybuchu powstał Wszechświat. Z wielkiej mieszaniny gazów zaczęły wyłaniać się galaktyki. Ziemia powstała ok. 4,7mld lat temu i początkowo przechodziła przez stan silnego rozszerzania. Planeta stopniowo stygła przy czym powstawały m.in. pralitosfera (skorupa skalna na powierzchni planety), prahydrosfera (kiedy zaczęła się skraplać para wodna), praatmosfera, która zawierała w sobie pierwiastki (H2O, CH4, N2, NO, CO, CO2, NH3, H2S...). Substancje chemiczne znajdujące się na tworzącej planecie ulegały wielu wpływom takich form energii jak: promieniowanie kosmiczne, radioaktywne źródła w litosferze, energia cieplna wybuchów wulkanicznych, wyładowania atmosferyczne.

Pochodzenie życia na Ziemi, jedno z najtrudniejszych i do dzisiaj nie w pełni rozwikłanych zagadnień na świecie. Zapis kopalny nie dostarcza bezpośrednich świadectw tego procesu, pokazuje jednak, że najdawniejsze żywe organizmy pojawiły się przed co najmniej 3,5 mld lat (pierwsze stromatolity i kopalne struktury bakteryjne), a być może nawet przed 3,8 mld lat temu. Współczesny stan wiedzy pozwala na podejmowanie różnych prób wyjaśnienia procesu powstania życia na Ziemi w sposób naturalny, drogą łączenia się prostych substancji chemicznych w coraz bardziej złożone i powstawania z nich tworów zdolnych do metabolizmu, mnożenia się i przeobrażania w organizmy żywe.

Na podstawie współczesnej wiedzy opartej na kosmologii, geochemii, paleontologii i biologii molekularnej zakłada się, że powstanie życia na Ziemi następowało stopniowo i obejmowało kilka hipotetycznych etapów. Wszystkie procesy w wyniku których powstało życie na Ziemi nazywamy biogenezą. Istniało wiele hipotez na temat powstania życia na Ziemi. Najbardziej popularna z nich jest teoria radzieckiego biochemika A. Oparina, według której narodziny życia można podzielić na trzy etapy:

Ewolucja chemiczna-powstanie związków organicznych z substancji nieorganicznych. Na ty etapie powstały pierwsze związki w odpowiednich warunkach. Pod wpływem energii pochodzącej z wybuchów wulkanów, wyładowań elektrycznych i przy braku tlenu powstały pierwsze związki organiczne. Uważa się, że te skomplikowane związki organiczne mogły powstać samoistnie, czego dowodzi potwierdzenie tej hipotezy przez doświadczenie S. Millera (1953). Miller poddał mieszaninę gazów (imitacja praatmosfery) działaniu wyładowań elektrycznych w wyniku czego m.in. otrzymał aminokwasy. Miller nie znał wprawdzie składu praatmosfery, ale aminokwasy powstały przy różnych wariantach doświadczenia. Udało mu się (w specjalnej aparaturze) zsyntetyzować szereg związków organicznych (m. in. glicerynę, alaninę, prolinę, kwas asparaginowy i glutaminowy, a nawet elementy składowe kwasów nukleinowych i ATP) w szklanej kuli wypełnionej wodorem, metanem, amoniakiem i parą wodną (imitacja ówczesnej atmosfery), w której następowały wyładowania elektryczne. Związki te wytworzone w sposób samoistny, mogły być gromadzone w pierwotnym praoceanie. Aby było to jednak możliwe, ówczesna atmosfera musiała być beztlenowa (redukująca), gdyż tlen mógłby rozkładać wyprodukowane związki. Energia potrzebna do wytworzenia materii organicznej mogła być czerpana z wyładowań atmosferycznych oraz promieniowania ultrafioletowego.

Drugim z kolei etapem jest Ewolucja molekularna-łączenie się związków organicznych w bardziej złożone układy, polimery (polisacharydy, białka, kwasy nukleinowe). Uważa się, że już w tedy występowało zjawisko doboru naturalnego. Wśród tych związków kształtowały się koloidalne kompleksy lipidowo- białkowe tzw. "koacerwaty". W prahydrosferze ze związków organicznych powstałe koacerwaty pochłaniały związki chemiczne z najbliższego otoczenia i w ten sposób rosły, mogły dzielić się, wykazywały też aktywność katalityczną w stosunku do reakcji polimeryzacji. To koacerwaty Oparin upatrywał jako prekursorów dzisiejszych komórek. W późniejszych latach powstały jeszcze dwie kolejne teorie na temat ewolucji molekularnej jedną z nich wygłosił S. Fox. Twierdził, że prymitywne prabiałka, węglowodany i inne związki chemiczne tworzyły struktury przypominające pęcherzykowate komórki wykazujące aktywność biologiczną, struktury te nazwał minisferami. Następna z teorii tym razem

M. Eigena głosiła, iż na Ziemi powstały krótkie łańcuchy nukleotydowe, które miały zdolność do replikacji. Jednocześnie powstały łańcuchy aminokwasowe, które katalizowały kopiowanie łańcuchów nukleotydowych. Teoria ta została określona mianem „hipercykli”.

Ostatnim etapem w biogenezie jest ewolucja biologiczna-tworzenie pierwszych komórek. Ten etap dzieli się na mniejsze podetapy:

-pierwsze cudzożywne komórki (powstały ok. 3-3,5 mld lat temu). Dowodem na istnienie w tym okresie org. cudzożywnych jest stromatolity - odciski znajdowane w skałach. Na podstawie pozostałych skamielin po szczątkach wiem, że żyły wtedy sinice heterotroficzne organizmy. Dzięki bogatemu zapleczu związków organicznych w morskim „bulionie” sinice mogły bez problemu przetrwać. Jednak wraz z kończeniem się zapasów „żywności” niektóre z organizmów by przeżyć musiały przekształcić się z heterotroficznych w autotroficzne. Późniejsze organizmy nauczyły się wykorzystywać fotosyntezę lub chemosyntezę do przeżycia. Według teorii którą wysnuł N.H. Horowitz heterotrofy zmieniły się w autotrofy dzięki mutacji która zaszła w ich organizmach.

-pierwsze organizmy wielokomórkowe (około 1 mld lat temu)- powstanie pierwszych eukariontów tłumaczy teoria endosymbiotyczna. Według jej założenia komórki pierwotne ulęgają przekształceniu tracą ścianę komórkowa, która późniejszym etapie ulega pofałdowaniu, powiększają swoje rozmiary, wyodrębniają jądro komórkowe i oddzielają błony komórkowe od reszty cytoplazmy. Do wnętrza tworzącej się komórki wnika chloroplast (dawniej bakterie fotosyntezujące), między chloroplastem a mitochondrium(dawniej bakterie tlenowe) powstaje ścisła zależność mutualizm dzięki czemu oba organizmy nie potrafią bez siebie funkcjonować. To połączenie dało początek rozwojowi roślin, zwierząt i grzybów.

Przejście z pierwotnej zredukowanej atmosfery do atmosfery zawierającej tlen było bez wątpienia największym przewrotem w ewolucji żywych organizmów i minerałów. Przemiana cytochromu w końcowe oksydazy i wykorzystanie tlenu jako ostatecznego akceptora elektronów doprowadziło do powstania metabolizmu tlenowego. Uważa się, że wszystkie prokariota fototroficzne i oddychające tlenowo, jakie dzisiaj znamy, występowały już 2, 1 mld lat temu. Zgodnie z dowodami geologicznymi mała ilość tlenu była obecna w atmosferze już 2, 7 mld lat temu, ale przed 1, 2 mld lat całe życie na Ziemi opierało się już na fotosyntezie i roślinach wytwarzających tlen. Żywe organizmy odegrały też rolę w ewolucji i rozwoju struktury dzisiejszych skał przez utlenianie metali i minerałów. Rozwój eukariontów stał się możliwy dopiero wtedy, gdy atmosfera zawierała odpowiednią ilość tlenu. Praktycznie wszystkie eukariota, z bardzo nielicznymi wyjątkami, są tlenowcami. Dalszy rozwój ewolucyjny został prawdopodobnie ograniczony przez takie czynniki, jak mały rozmiar ich genomu i jego haploidalność, a także małe rozmiary komórki. Nowe środowisko, czyli warunki tlenowe, pozwalały na wyższą wydajność energetyczną. Należy podkreślić, że eukariota wyspecjalizowane w fotosyntezie i życiu tlenowym pozostawiły organizmom prokariotycznym wiele ważnych funkcji ekologicznych. Należą do nich: wiązanie azotu atmosferycznego, nitryfikacja, denitryfikacja, oddychanie siarczanowe, utlenianie siarki i metali, tworzenie metanu i jego wykorzystywanie. Tak więc prokariota mogą wspólnie, bez udziału eukariota, przeprowadzać podstawowe cykle krążenia pierwiastków na naszej planecie i utrzymywać biosferę w pewnej równowadze, do czego same eukariota nie są zdolne.

Po wielu zachodzących procesach na Ziemi, dzięki powstającym organizmom wykorzystującym do przeżycia fotosyntezę Ziemia zaczęła magazynować tlen. Stopniowo wzrastała ilość tlenu, który dawał początek życia kolejnym bardziej złożonym organizmom, a w końcowym efekcie człowiekowi. Wszystkie te etapy nie powstałyby jednak gdyby nie kluczowa obecność tego pierwiastka. Brak tlenu w procesie tworzenia się organizmów sprawiłby, że w pewnym fragmencie zabrakłoby najważniejszego ogniwa do całej układanki jaką jest stworzenie życia. Wydaje się nieprawdopodobne, abyśmy kiedykolwiek dowiedzieli się, jak naprawdę powstało życie na Ziemi. Przytoczone teoria na dziś dzień są jednak najbardziej prawdopodobne i wiarygodne. Ewolucja organizmów stawia przed nami fascynujące problemy. Ich wyjaśnianie dopiero się zaczęło.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Rola tlenu, hydrobiologia
Praca sem II Rola układu krążenia, układu oddechowego oraz krwi w transporcie tlenu w spoczynku i
predygier innowacyjna rola klastrow
epidemiologia, czynniki ryzyka rola pielegniarki rak piersi szkola, nauczyciel
Rola badań dodatkowych w diagnostyce chorób wewnętrznych wykład
Rola witamin w żywieniu ryb
w 9, rola państwa
Kwasy żółciowe i ich rola w diagnostyce chorób
prezentacja rola słońca w panu tadeuszu
6 Rola państwa w gospodarce
WYKŁAD 3 część 2 Rola czynników psychologicznych
rola panstwa
Rola glonów w przyrodzie, a gospodarce czlowieka
Kluczowa rola VEGF w angiogenezie
Rola rynku i instytucji finansowych INowy Prezentacja programu Microsoft PowerPoint
Miejsce i rola epidemiologii w medycynie
Rola usg
Rola BGK w systemie poręczeniowym

więcej podobnych podstron