• Nie Znaleziono Wyników

Powstanie życia i dzieje informacji genetycznej

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Powstanie życia i dzieje informacji genetycznej"

Copied!
49
0
0

Pełen tekst

(1)

Powstanie życia i dzieje informacji genetycznej

Oraz (bardzo) krótka historia życia.

(2)

Czym jest życie?

metabolizm

+

informacja (replikacja)

(3)

(A)biogeneza

Ewolucja jest właściwością organizmów żywych

Życie = ewolucja

Powstanie życia z materii nieożywionej nie było zjawiskiem ewolucyjnym

trudności z wyjaśnieniem abiogenezy nie mogą być traktowane jako zarzut wobec teorii ewolucji

właściwe dziedziny:

fizyka (teoria złożoności, teoria samoorganizacji, termodynamika)

chemia

planetologia

(4)

Koncepcje abiogenezy

Powstanie informacji

kluczowe powstanie zdolności (samo)replikacji

powiązanie genotypu z fenotypem – możliwość działania doboru

progenota

Powstanie metabolizmu

kluczowe powstanie samoorganizującej się sieci metabolicznej

powielanie struktury nie na zasadzie replikacji matrycowej

replikacja “wynaleziona” później

(5)

Czas i scena

Istnieją też koncepcje umieszczające część z tych etapów poza Ziemią

(6)

Prehistoria życia

(7)

Pierwsze ślady życia - kontrowersje

czert Apex (Apex chert) – Australia, wiek 3,5

mld lat (Schopf 1993)

Interpretacja jako śladów życia

komórkowego

podważona w 2002 (Brasier et al. 2002) - artefakty tworzenia skał zawierających żelazo

(8)

Pierwsze ślady życia

Współczesne stromatolity Skamieniałości ze Strelley Pool

czert Strelley Pool, Australia – wiek 3,4 mld lat, (Brasier et al. 2006)

skamieniałe maty mikroorganizmów - stromatolity

(9)

Początki Ziemi

4,5 miliarda lat temu, ok milion lat po

utworzeniu Układu Słonecznego

brak atmosfery,

powierzchnia – płynna skała

bombardowanie meteorytami

(10)

Początki Ziemi

Zderzenie Ziemi z inną planetą (Theia)

doprowadziło do:

powstania Księżyca

nachylenia osi obrotu Ziemi

zainicjowania cyrkulacji magmy pod skorupą

(astenosfera)

początek zjawisk

wulkanicznych, tektonika płyt

(11)

Początki atmosfery

Ostudzenie powierzchni Ziemi

Emisja gazów w wyniku działalności wulkanicznej

H2O 95%

CO2 1-2%

SO2 1,5-2,5%

H2S 0,01-0,1%

HCl 0,005%

skład gazów wulkanicznych:

+ obecny wcześniej azot

(12)

Pierwotna atmosfera

Po ochłodzeniu powierzchni woda przeszła do fazy ciekłej

Część CO2 osadziła się w minerałach

Związki węgla, siarki, fosforu rozpuszczają się w wodzie

Atmosfera beztlenowa, bogata w azot, dwutlenek węgla, związki siarki

(13)

Eksperyment Millera - Ureya

(14)

Chemia prebiotyczna

“ciepły bulion”

kominy hydrotermalne

Günter Wächtershäuser – świat żelazowo-

siarczkowy

Minerały (iły) jako

pierwotne replikatory

Alexander G. Cairns- Smith – “genetic

takeover”

(15)

Co było najpierw?

Metabolizm (Oparin, Dyson)

Zależny od informacji genetycznej (kodowane enzymy)

Replikacja (Eigen)

Zależna od metabolizmu (enzymy replikujące DNA)

(16)

Świat RNA: metabolizm + replikacja

RNA może wykazywać aktywność enzymatyczną (metabolizm)

(17)

RNA może tworzyć różne

struktury

(18)

RNA katalityczne

Thomas Cech (1982) – intron w Tetrahymena sam się wycina

Nagroda Nobla 1989

(19)

RNA katalityczne

Sidney Altman (1983) – RNaza P (enzym tnący prekursory tRNA)

składa sie z białka i RNA, to RNA jest

katalizatorem

Nagroda Nobla 1989

(20)

RNA syntetyzuje białko

(21)

Świat RNA

RNA pełniące rolę metaboliczną (enzymy) i informacyjną (matryca)

Początki oddziaływań RNA-aminokwasy – początki kodu genetycznego

(22)

Jak powstała informacja genetyczna

Powstają pierwsze nici RNA RNA replikuje RNA

RNA katalizuje reakcje z udziałem aminokwasów RNA katalizuje tworzenie białek i DNA

DNA przejmuje rolę materiału genetycznego

Nukleotydy

Aminokwas

Polipeptydy

(23)

Problemy świata RNA

Ograniczona zdolność magazynowania informacji w pojedynczym replikatorze (ilość informacji możliwej do zakodowania jest odwrotnie proporcjonalna do częstości błędów replikacji – granica Eigena)

Rozwiązanie – sieci współdziałających replikatorów (hipercykle)

„Samolubne RNA” w sieci replikatorów

rozwiązanie – wydzielenie hipercyklu błoną i specjalizacja

(24)

Kooperacja i samoorganizacja

Samoorganizujące się sieci rybozymów (2012)

(25)

Prebiotyczna biochemia?

(26)

Prebiotyczna biochemia?

Cząsteczki niezbędne do syntezy RNA mogły powstać w pierwotnych sieciach metabolicznych

(27)

Ewolucja białek

Pierwsze peptydy były bardzo krótkie

Do dzisiaj w białkach ślady budowy z

powtarzających się krótkich motywów

(28)

Hipotezy alternatywne

Przesunięcie niektórych etapów prehistorii życia poza Ziemię

kosmiczne pochodzenie prostych cząsteczek organicznych

kosmiczne pochodzenie życia - panspermia

(29)

Panspermia

Pierwsze cząsteczki biologiczne, a nawet organizmy nie powstały na Ziemi

Cząsteczki organiczne, aminokwasy w materiale kosmicznym

Problem ustalenia warunków początkowych

Jeżeli nie wiemy, gdzie powstawało życie, nie mamy możliwości formułowania hipotez

“Panspermia ukierunowana” – życie celowo “zasiane” na Ziemi przez inną cywilizację (Orgel & Crick, 1973)

(30)

Cząsteczki organiczne z kosmosu

Meteoryt z Murchinson

liczne związki

organiczne, w tym aminokwasy

Komety (potwierdzona obecność związków

organicznych)

(31)

Astrobiologia

Europa (księżyc Jowisza), © Wikimedia Tytan (księżyc Saturna), © Wikimedia, New Scientist

Aby szukać życia poza Ziemią należy zrozumieć, jak powstawało na Ziemi

(32)

http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog/

http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog/

(33)

http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog/

(34)

LUCA

(35)

Jaki był LUCA?

Na podstawie zestawu genów obecnych we wszystkich gałęziach drzewa życia

problem – horyzontalny transfer genów

(przeszacowanie zestawu genów pierwotnych)

Organizm o budowie komórkowej zbliżony do współczesnych prokariontów

Poprzedzał rozejście się linii Bacteria, Archaea i Eukarya

(36)

Prokaryota – nie są jedną grupą

Carl Woese (1928 - 2012)

LUCA

LUCA – Last Universal Common Ancestor

(37)

Co potrafił LUCA

transkrypcja, translacja (kod odpowiadający współczesnemu)

metabolizm energetyczny oparty na ATP

synteza długich łańcuchów DNA

białka błonowe

ok. 600 genów

Ale nie wszyscy się zgadzają:

prosty, niewiele genów, bez współczesnego systemu replikacji genomu (Koonin 2003)

(38)

LUCA jako wspólnota genów

Niezależnie od tego, u podstawy był jednolity kod genetyczny i wspólne podstawowe mechanizmy genetyczne

(39)

Prokarionty i Eukarionty

(40)

Powstanie komórki

eukariotycznej- endosymbioza

Lynn Margulis (1938-2011) Konstanty Miereżkowski (1855-1921)

(41)

Przyczyna utraty informacji w genomie organellarnym

Zapadka Müllera – gromadzenie się mutacji szkodliwych na skutek dryfu

mały rozmiar populacji – dryf może utrwalić allel niekorzystny

brak wymiany genów (płci) – rekombinacja nie może odtworzyć optymalnej sekwencji z dwóch różnych mutantów

(42)

Historia życia na Ziemi

(43)

Historia życia na Ziemi

(44)

Eony

(45)

Gdyby Ziemia istniała 1 rok…

1. I – powstaje Ziemia

25 II – pierwsze formy życia ?

20 III – pierwsze skamieniałe komórki (sinice)

13 VI – Tlen w atmosferze

17 VII - Eukarionty

(46)

Gdyby Ziemia istniała 1 rok…

3 IX – pierwsze wielokomórkowce (glony)

8 XI – wielokomórkowe zwierzęta

15 XI – eksplozja kambryjska – różnorodność zwierząt

21 XI - ryby

24 XI – rośliny na lądzie

27 XI – rośliny naczyniowe i stawonogi na lądzie

(47)

Gdyby Ziemia istniała 1 rok…

2 XII – płazy na lądzie

9 XII - Perm, wielkie wymieranie, gady

19 XII - ptaki

13 – 26 XII - dinozaury

grafika: http://www.science.uct.ac.za/images/science.uct.ac.za/students/resources/posters/life_on_earth.jpg

(48)

Gdyby Ziemia istniała 1 rok…

26 XII – wymierają dinozaury

28 XII – małpy

31 XII, 14:00 – rozdzielenie linii przodków ludzi i szympansów

31 XII, 20:00 – Homo erectus

31 XII, 23:30 – nasi przodkowie opuszczają Afrykę

31 XII, 23:54 – zasiedlenie Europy

daty wg. http://www.uky.edu/KGS/education/geologictimescale.pdf

(49)

Cytaty

Powiązane dokumenty

strumień boczny dymu tytoniowego, czyli po prostu smużka snująca się z zapalonego papierosa, jest bardziej szkodliwy niż dym, którym zaciąga się palacz.. • Bierne palenie

Poinformujcie  sąsiadów,  osoby  pracujące  w  zaprzyjaźnionych  sklepach,  w  których  od  lat  wasz  bliski  robił  zakupy.  Opowiedzcie  im  o 

W świecie zwierząt pierwsze formy wielokomórkowe pojawiły się prawdopodobnie około 900 milionów lat

rozrodczego parzydełkowców, płazińców i obleńców.  Analizuje współdziałanie różnych układów podczas ruchu zwierząt.  Porównuje budowę powłoki ciała,

Składa się on z siedmiu planet i jest położony około 40 lat świetlnych od Ziemi.. Również w układzie Gliese 667 sugerowana jest obecność trzech planet skalistych w

sługa wychowawcza rodziców musi skupić się zdecydowanie na kulturze życia płciowego, aby była ona prawdziwie i w pełni osobowa: płciowość jest w istocie bogactwem całej osoby

Replikacja DNA jest katalizowana przez polimerazy DNA, które dodają nukleotydy do końca 3’ nowej nici (kierunek 5’ do 3’).. Polimerazy DNA nie mają zdolności katalizowania

I rzeczywiście, nawet naj ­ prostszy z dziś żyjących organizmów jest zbyt złożony, by uformował się losowo.. Co więcej, nie mógł tą drogą powstać nawet wspólny