Σύντομη Βιογεωχημική Ιστορία των οργανισμών. Μέρος Πρώτο: ΣΕ ΠΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΤΗΣ ΑΡΧΕΓΟΝΗΣ ΓΗΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΗΘΗΚΕ Η ΖΩΗ. Οι νόμοι της εξέλιξης και της φυσικής επιλογής των οργανισμών

Σύντομη Βιογεωχημική Ιστορία των οργανισμών. Μέρος Πρώτο: ΣΕ ΠΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΤΗΣ ΑΡΧΕΓΟΝΗΣ ΓΗΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΗΘΗΚΕ Η ΖΩΗ.  Οι νόμοι της εξέλιξης και της φυσικής επιλογής  των οργανισμών

Δήμητρα Σπανού, χημικός, καθηγήτρια στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης

 

  ΤΟΣΟΥΤΟΝ Δ' ΑΠΟΛΕΛΟΙΠΕΝ Η ΠΟΛΙΣ ΗΜΩΝ ΠΕΡΙ ΤΟ ΦΡΟΝΕΙΝ ΚΑΙ ΛΕΓΕΙΝ ΤΟΥΣ ΑΛΛΟΥΣ ΑΝΘΡΩΠΟΥΣ, ΩΣΘ΄ ΟΙ ΤΑΥΤΗΣ ΜΑΘΗΤΑΙ ΤΩΝ ΑΛΛΩΝ ΔΙΔΑΣΚΑΛΟΙ ΓΕΓΟΝΑΣΙΝ, ΚΑΙ ΤΟ ΤΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΟΝΟΜΑ ΠΕΠΟΙΗΚΕ ΜΗΚΕΤΙ ΤΟΥ ΓΕΝΟΥΣ, ΑΛΛΑ ΤΗΣ ΔΙΑΝΟΙΑΣ ΔΟΚΕΙΝ ΕΙΝΑΙ, ΚΑΙ ΜΑΛΛΟΝ ΕΛΛΗΝΑΣ ΚΑΛΕΙΣΘΑΙ ΤΟΥΣ ΤΗΣ ΠΑΙΔΕΥΣΕΩΣ ΤΗΣ ΗΜΕΤΕΡΑΣ Η ΤΟΥΣ ΤΗΣ ΚΟΙΝΗΣ ΦΥΣΕΩΣ ΜΕΤΕΧΟΝΤΑΣ."

υπό κατασκευή

 

Τα πρώτα κύτταρα που θεωρήθηκαν οι πρώτοι οργανισμοί του πλανήτη μας δεν μας έχουν αφήσει αποδείξεις για την εικόνα τους γιατί δεν έχουν βρεθεί καθόλου απολιθώματά τους.

 Κάποιοι απλοί μικροοργανισμοί όπως τα μυκοπλάσματα μπορεί να δώσουν μια ιδέα για το πως ήταν οι πρώτοι οργανισμοί. Τα μυκοπλάσματα, προκαρυωτικά χωρίς πυρήνα έχουν μικρότερο μέγεθος από άλλους μικροοργανισμούς, περίπου 2000Αο και συνθέτει μόλις 750 πρωτεϊνες για μια υποτυπώδη λειτουργία.

 

 Όμως για τον τόπο της δημιουργίας και  προέλευσης των αρχικών αυτών χημκών ουσιών υπάρχουν διαφορετικές θεωρίες, από τις οποίες, κάποιες υποστηρίζουν ότι τέτοια μόρια ζωής ήρθαν στη Γη από το διάστημα ταξιδεύοντας με κάποιον άγνωστον τρόπο, όπως η προώθησή τους από φωτεινά κύματα ή απλά υπήρχαν πάνω σε μετεωρίτες που έφταναν στη Γη από το διάστημα ή από άλλους πλανήτες. 

Αντίστοιχη θεωρία υποστηρίζει πως αυτά τα μόρια της ζωής δημιουργήθηκαν σε παλαιούς γαιολογικούς αιώνες εδώ στη Γη, αφού είναι αποδεκτό ότι στην Γη της εποχής των 4 δισεκατομυρίων χρόνων πριν, υπήρχαν  συνθήκες που ευνοούσαν αυτό.

Ούτως ή άλλως η δημιουργία τέτοιων μορίων έχει περίπου την ίδια χημική λογική, είτε δημιουργήθηκαν εδώ, ή στο διάστημα.

  • Από τους φυσικούς πυρηνικούς αντιδραστήρες στον ήλιο

Η ζωή για να διατηρηθεί χρειάζεται να παίρνει διαρκώς ενέργεια το οποίο  μεταφράζεται, σε μια διαρκή κίνηση ηλεκτρονίων

Η πρώτη  ζωή  επιβίωνε κοντά σε  πυρηνικές αντιδράσεις ραδιενεργών υλικών του πλανήτη, τα οποία άλλωστε, είχαν παίξει σημαντικό ρόλο στην δημιουργία των αρχικών χημικών ουσιών που αργότερα εξελήχθηκαν στα βιομόρια.

Χαρακτηριστικό είναι πως αρχαίοι οργανισμοί, επιβιώνουν ακόμα και σήμερα σε υψηλές θερμοκρασίες :

 Πάνω από 65ο μόνο Προκαρυώτες Θερμόφιλοι (>45ο ) Υπερθερμόφιλοι (>80ο ) Σε θερμές πηγές (90-100ο ) μεγάλη ποικιλομορφία μικροοργανισμών, Βακτήρια και Αρχαία

Στην συνέχεια όμως αυτοί οι πρώτοι οργανισμοί ανέβηκαν στην επιφάνεια του πλανήτη κι προσαρμόστηκαν σιγά σιγά να αξιοποιούν την ηλιακή ενέργεια, αφού ανέπτυξαν μεταβολισμό όπου μετέτρεπε την ηλιακή ενέγεια σε ηλεκτροχημική. Χρησιμοποίησαν τα σάχαρα για να αποθηκεύουν ενέργεια, για τις περιόδους που δεν προσλάμβαναν ηλιακή ακτινοβολία και ακόμα, από τα σάκχαρα κατασκεύαζαν αμινοξέα.

  • Ακραίες συνθήκες φέρνουν την επιλεκτική επιβίωση των πρώτων οργανισμών αλλά την δημιουργία άλλων βάσει μεταλλάξεων

Την εποχή εκείνη ακόμα στην γή επικρατούσαν αντίξοες συνθήκες και οι ωκεανοί ήταν γεμάτοι μεταλλικά ιόντα και πολύ τοξικοί για τις μορφές ζωής εκείνης της εποχής. αυτό σκοτώνει  τους περισσότερους από αυτούς τους πρωτοοοργανισμούς, όμως ορισμένοι επιβιώνουν, αναπτύσσοντας μηχανισμούς που απωθούσαν τα μεταλικά ιόντα και τα εμπόδιζαν να διεισδύσουν.

Γενικότερα, σε αυτήν την δύσκολη για την πρώτη ζωή εποχή, ευννοούνται οι μεταλλάξεις και η δημιουργία συνθετώτερων και πολυπλοκότερων μορφών ζωής.

Αξιοσημίωτο είναι πως χρησιμοποιούν 20 αμινοξέα -τα ίδια που χρησιμοποιούμε κι εμείς σήμερα- αυτοί οι μακρινοί μας πρόγονοι.

Ένα σημαντικό βήμα είναι η κατασκευή DNA από RΝΑ. Το DΝΑ είναι σταθερότερο και μακροβιότερο από το μονόκλωνο RNA και επιπλέον έχει μηχανισμό με τον οποίο μπορεί να μεταφέρει τις πληροφορίες σε επόμενα κύτταρα και στο μέλλον.

  • Οι αναερόβιοι χημειότροφοι πρώτοι οργανισμοί (σιδηροβακτηρια, θειοβακτήρια  )

Τα πρωτοκύτταρα ήταν απλοί προκαρυωτικοί οργανισμοί . Η επιβίωσή τους συνδέθηκε με τον μεταβολισμό της ανόργανης ουσίας. 

Δεν χρησιμοποιούσαν τον ήλιο σαν πηγή ενέργειας ούτε παρήγαγαν οξυγόνο στις μεταβολικές τους διεργασίες. Έπαιρναν ενέργεια από την οξείδωση υλικών που βρίσκονταν σε αφθονία στο έδαφος όπως σίδηρο, θείο, μαγνήσιο αλλά και ανθρακικό ασβέστιο υδρόθειο τα οποία οξείδωναν αποσπώντας έτσι ενέργεια.

Βρίσκοταν σε διάφορα περιβάλλοντα όπως στο έδαφος τα νιτροποιητικά, στην λάβα τα σιδηροβακτήρια, σε θερμά νερά τα θειοβακτήρια.

Από αυτά όσα ήταν χημειοαυτότροφα μπορούσαν να προσλαμβάνουν το διοξείδιο του άνθρακα

Στον κόσμο αυτό η ενέργεια εκφράζεται με την κίνηση των ηλεκτρονίων 

  • Οι αναερόβιοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί (κυανοβακτήρια)

Ανέπτυξαν ανεερόβιες διαδικασίες αλλά και την φωτοσύνθεση που παρήγαγε οξυγόνο σαν άχρηστο παραπροϊόν. Το οξυγόνο στην πρώτη ατμόσφαιρα της Γης ήταν ανύπαρκτο αλλά με τους φωτοσυνθετικούς αυτούς οργανισμούς ανέβηκε έως το 21%

Η υψηλή περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε οξυγόνο υπήρξε τοξική για τους προκαρυωτικούς αναερόβιους οργανισμούς και ήταν τότε που κάνουν την εμφάνισή τους μαζικά οι αερόβιοι οργανισμοί.

Επιλογή: Η διαδικασία με την οποία οι οργανισμοί που έχουν πλεονεκτήματα μπορούν να επιβιώνουν και να αναπαράγωνται καλύτερα.

 

Παράγοντες για την φυσική επιλογή

1. Υπερπληθυσμός: Γεννιώνται περισσότερα άτομα από όσα μπορούν να επιβιώσουν

2. Ποικιλομορφία: Τα άτομα ενός πληθυσμού έχουν διαφορετικότητες

3. Προσαρμογή: Άτομα που ταιριάζουν περισσότερο στις επικρατούσες συνθήκες, έχουν διαφορετικές δυνατότητες προσαρμογής και επιβίωσης

4. Επικράτηση :  Με την πάροδο του χρόνου, τα άτομα που έχουν χαρακτηριστικά πλεονεκτηματά έναντι άλλων γίνονται όλο και περισσότερα και επικρατούν

 

Πότε σταματά η αύξηση ενός πληθυσμού

Οι παράγοντες είναι:

Έλλειψη πηγών επιβίωσης (π.χ.  πόσιμο νερό, κατοικία)

Τα αρπακτικά

Ασθένειες

Φυσικά φαινόμενα (πυρκαγιές, τυφώνες, ηφαίστεια κ.α.)

Αλλαγή στις περιβαλλοντικές συνθήκες ( Επιβίωση που στηρίζεται στην προσαρμοστικότητα σε ένα περιβάλλον μειώνεται εάν τοπεριβάλλον αλλάξει για κάποιον λόγο)

Η ομοιότητα με το κοπάδι (άτομα που διαφέρουν απότο σύνολο, έχουν μικρή πιθανότητα επιβίωσης

Τα πρώτα κύτταρα που θεωρήθηκαν οι πρώτοι οργανισμοί του πλανήτη μας δεν μας έχουν αφήσει αποδείξεις για την εικόνα τους γιατί δεν έχουν βρεθεί καθόλου απολιθώματά τους.

 Κάποιοι απλοί μικροοργανισμοί όπως τα μυκοπλάσματα μπορεί να δώσουν μια ιδέα για το πως ήταν οι πρώτοι οργανισμοί. Τα μυκοπλάσματα, προκαρυωτικά χωρίς πυρήνα έχουν μικρότερο μέγεθος από άλλους μικροοργανισμούς, περίπου 2000Αο και συνθέτει μόλις 750 πρωτεϊνες για μια υποτυπώδη λειτουργία.

 

 Όμως για τον τόπο της δημιουργίας και  προέλευσης των αρχικών αυτών χημκών ουσιών υπάρχουν διαφορετικές θεωρίες, από τις οποίες, κάποιες υποστηρίζουν ότι τέτοια μόρια ζωής ήρθαν στη Γη από το διάστημα ταξιδεύοντας με κάποιον άγνωστον τρόπο, όπως η προώθησή τους από φωτεινά κύματα ή απλά υπήρχαν πάνω σε μετεωρίτες που έφταναν στη Γη από το διάστημα ή από άλλους πλανήτες. 

Αντίστοιχη θεωρία υποστηρίζει πως αυτά τα μόρια της ζωής δημιουργήθηκαν σε παλαιούς γαιολογικούς αιώνες εδώ στη Γη, αφού είναι αποδεκτό ότι στην Γη της εποχής των 4 δισεκατομυρίων χρόνων πριν, υπήρχαν  συνθήκες που ευνοούσαν αυτό.

Ούτως ή άλλως η δημιουργία τέτοιων μορίων έχει περίπου την ίδια χημική λογική, είτε δημιουργήθηκαν εδώ, ή στο διάστημα.

  • Από τους φυσικούς πυρηνικούς αντιδραστήρες στον ήλιο

Η ζωή για να διατηρηθεί χρειάζεται να παίρνει διαρκώς ενέργεια το οποίο  μεταφράζεται, σε μια διαρκή κίνηση ηλεκτρονίων

Η πρώτη  ζωή  επιβίωνε κοντά σε  πυρηνικές αντιδράσεις ραδιενεργών υλικών του πλανήτη, τα οποία άλλωστε, είχαν παίξει σημαντικό ρόλο στην δημιουργία των αρχικών χημικών ουσιών που αργότερα εξελήχθηκαν στα βιομόρια.

Χαρακτηριστικό είναι πως αρχαίοι οργανισμοί, επιβιώνουν ακόμα και σήμερα σε υψηλές θερμοκρασίες :

 Πάνω από 65ο μόνο Προκαρυώτες Θερμόφιλοι (>45ο ) Υπερθερμόφιλοι (>80ο ) Σε θερμές πηγές (90-100ο ) μεγάλη ποικιλομορφία μικροοργανισμών, Βακτήρια και Αρχαία

ΠΗΓΕΣ

Incredible Animation Shows How Humans Evolved From Early Life - YouTube