Pôvod života

Planéta Zem bola od svojho vzniku pred 4,6 miliardami rokov až po obdobie pred približne 3,8 miliardami rokov prostredím nehostinným pre vznik života. Prvé paleontologické doklady života, ako napríklad stromatolity a mikroorganizmy, sú známe z obdobia pred 3,5 až 2,5 miliardami rokov, čo zodpovedá archaiku. Stromatolity sú vrstvené sedimentárne útvary vytvorené činnosťou siníc a iných mikroorganizmov, ktoré sa usadzovali a mineralizovali počas dlhého obdobia. Najstaršie nálezy, vrátane stromatolitov, predstavujú už pomerne zložité mikroskopické bunkové útvary, čo naznačuje, že pôvod života treba hľadať dávno pred obdobím vzniku bunky.

Vlastnosti živého link

Dnes už ľahko vieme odlíšiť živú hmotu od neživej. Je to preto, že všetko živé má veľa spoločných znakov:

1. schopnosť získavať energiu zo živín pre svoje životné pochody
2. silu aktívne odpovedať na zmeny prostredia
3. možnosť rastu a diferenciácie
4. schopnosť sa reprodukovať

Život však napriek tomu je pomerne ťažké definovať, lebo nie každý organizmus musí mať bezprostredne všetky uvedené črty.

Po chemickej stránke v živých organizmoch nenájdeme prvky alebo zlúčeniny, ktoré by sa nevyskytovali v neživej prírode alebo by sa nedali pripraviť v laboratórnych podmienkach. Chemické reakcie, ktoré prebiehajú v organizmoch a podliehajú zákonom chemických premien, môžu prebiehať aj mimo organizmu (v neživej prírode). Z hľadiska chémie teda nie je žiadny zásadný kvalitatívny rozdiel medzi živou a neživou prírodou.

Rovnako aj fyzikálne deje, ktoré prebiehajú v živých organizmoch, sú známe z neživej prírody. Platí tu zákon zachovania hmotnosti a energie, zákony mechaniky, termiky, zákony o elektrine a pod., čiže všetky fyzikálne zákony. V organizmoch teda neprebiehajú žiadne fyzikálne deje, ktoré by boli špecifické len pre život.

Z toho vyplýva, že podstata živých organizmov, a teda aj podstata života je hmotná (materiálna). Živé sústavy tvorí rovnaká hmota ako je hmota neživých predmetov, v živých organizmoch platia všetky zákony fyziky a chémie rovnako ako v neživej prírode.

Kľúčové štrukturálne črty živých sústav sú:

• otvorené – pretože interagujú s okolím a prijímajú a vydávajú energiu a hmotu
• štruktúrované – majú svoju organizovanú vnútornú štruktúru, ktorá im umožňuje vykonávať rôzne funkcie
• stupňovito usporiadané – pretože v nich dochádza k hierarchickému usporiadaniu, napríklad od molekúl po bunky, tkanivá, orgány a organizmy

Funkčné vlastnosti živých sústav sú:

• samoregulácia – udržiavanie stabilného vnútorného prostredia (homeostáza)
• enzýmová katalýza – urýchľovanie biochemických reakcií pomocou enzýmov
• metabolizmus – súbor chemických procesov potrebných na udržanie života
• autoreprodukcia – schopnosť vytvárať potomstvo a zachovávať genetickú informáciu (replikácia)
• schopnosť vyvíjať sa – evolučné prispôsobovanie sa prostrediu cez generácie potomkov

Teórie o vzniku života link

Ľudia si počiatok existencie života na Zemi vysvetľovali a dodnes vysvetľujú rôznymi spôsobmi. V histórii sa tieto predstavy často prelínali s mýtmi a náboženstvom, no v súčasnosti ich môžeme rozdeliť do niekoľkých hlavných hypotéz podľa možnosti vedeckého overenia:

• kreacionistická hypotéza
• hypotéza panspermizmu
• hypotéza samoplodenia
• hypotéza abiogenézy
• hypotéza chemickej evolúcie

Kreacionistická hypotéza link

Podľa tejto predstavy život vznikol zásahom nadprirodzeného tvorcu. Ide o filozofickú a náboženskú teóriu, ktorá sa nedá overiť vedeckými metódami, keďže neumožňuje pozorovanie ani experimentálne testovanie. Je to skôr vec viery a náboženstva.

Hypotéza panspermizmu link

Hypotéza panspermizmu predpokladá, že život existuje rozptýlený vo vesmíre a šíri sa prostredníctvom meteoroidov, komét alebo asteroidov. Táto teória je čiastočne vedecky testovateľná, napríklad štúdiom extremofilov – mikroorganizmov, ktoré dokážu prežiť extrémne podmienky, ako sú vysoké teploty, radiácia alebo nedostatok vody. Takéto organizmy by teoreticky mohli prežiť dlhú cestu vesmírom a „zasiať“ život na vhodnej planéte. Táto hypotéza však nerieši, ako život vznikol, ale problém vzniku posúva na iné miesto vo vesmíre.

Hypotéza samoplodenia link

Hypotéza samoplodenia, známa z histórie ako hypotéza spontánnej generácie alebo abiogenézy, predpokladala, že živé organizmy môžu spontánne vzniknúť z neživej hmoty, napríklad červy z hnijúceho mäsa alebo myši zo špiny. Jej najznámejším obhajcom bol Aristoteles, ktorý tvrdil, že živé organizmy môžu vznikať pod vplyvom prirodzených síl. Táto predstava bola rozšírená až do 19. storočia, keď Louis Pasteur experimentálne dokázal, že život vzniká iba z existujúceho života, čím definitívne vyvrátil túto hypotézu.

Hypotéza abiogenézy link

Moderná hypotéza abiogenézy, nazývaná aj evolučná abiogenéza, tvrdí, že život vznikol z neživej hmoty prirodzenými chemickými procesmi. Táto hypotéza sa zaoberá fázou, keď jednoduché anorganické zlúčeniny (napríklad metán, amoniak či voda) reagovali a vytvorili základné organické molekuly, ako sú aminokyseliny a nukleotidy.

CHARLES DARWIN (1809–1882), tvorca evolučnej teórie, napísal raz svojmu kolegovi nasledovný dopis:

"Často sa hovorí, že všetky podmienky pre vznik života stále existujú, tak ako existovali skôr. Ale keby bolo možné si predstaviť v niektorom teplom jazierku so všetkými zdrojmi dusíka, zlúčeninami fosforu, svetlom, teplom, elektrinou atď. chemický vznik proteínu, schopného ďalších zložitých zmien, potom v súčasnej dobe by takáto vec bola okamžite rozložená alebo absorbovaná, čomu tak nebolo v dobe, kedy živé organizmy neexistovali."

Táto Darwinova úvaha viedla k ďalším teoretickým a experimentálnym prístupom k otázke, ako mohli vzniknúť prvé zložité molekuly života. V 20. rokoch 20. storočia vyslovili nezávisle na sebe ALEXANDER OPARIN (1894–1980) a JOHN BURDON SANDERSON HALDANE (1892–1964) myšlienku, že ultrafialové žiarenie zo Slnka (ktorého je v súčasnej dobe väčšina pohlcovaná ozónovou vrstvou), alebo elektrické výboje spôsobené molekulami pôvodnej atmosféry Zeme, reagovali za vzniku jednoduchých organických zlúčenín ako sú aminokyseliny, bázy nukleových kyselín a cukry. Na rozdiel od týchto zlúčenín bol vznik lipidových biologických membrán vo vodnom prostredí v podstate samovoľný.

Abiotická syntéza link

Koacerváty, ktoré sa správajú ako predchodcovia primitívnych buniek, vznikali z koloidných bielkovinových roztokov a experimentálne je ich možné pripraviť v laboratóriu. Tento proces, známy ako abiotická syntéza, zahŕňa vznik zložitých chemických molekúl pôsobením fyzikálnych faktorov.

Významným dôkazom tejto hypotézy je Millerov-Ureyho experiment, ktorý ukázal, že za podmienok primitívnej Zeme mohli spontánne vzniknúť organické zlúčeniny. Tento experiment simuloval pôsobenie elektrických búrok v pôvodnej atmosfére tým, že zmes H₂O, CH₄, NH₃ a H₂ (bežné zložky pôvodnej atmosféry) bola vystavená elektrickým výbojom. Po niekoľkých dňoch vznikol roztok obsahujúci značné množstvo vo vode rozpustných organických zlúčenín (hlavne aminokyseliny a karboxylové kyseliny) a nerozpustný decht (polymerizovaný materiál).

Okrem aminokyselín sa za predpokladaných prebiotických podmienok tvorili aj bázy nukleových kyselín. Napríklad adenín vzniká kondenzáciou HCN, hojnej zložky prebiotickej atmosféry, v reakcii katalyzovanej NH₃ (sumárny vzorec adenínu je (HCN)₅). Ostatné bázy vznikli podobnými reakciami HCN s H₂O. Cukry sa tvorili polymerizáciou formaldehydu (CH₂O). Zaujímavé je, že všetky tieto látky sú základnými zložkami biologických molekúl, čo naznačuje ich kľúčovú úlohu vo vzniku života.

Hypotéza chemickej evolúcie link

Chemická evolúcia je nevyhnutným pokračovaním abiogenézy, ktorá viedla ku vzniku prvých živých organizmov schopných autoreplikácie.

Hypotéza chemickej evolúcie predpokladá, že jednoduché molekuly vzniknuté abiogenézou sa postupne zoskupovali do zložitejších štruktúr, ako sú proteíny, lipidy a nukleové kyseliny. Tento proces zahŕňal vznik autoreplikujúcich sa molekúl, ako je RNA, ktorá mohla prenášať genetickú informáciu a katalyzovať chemické reakcie. Hypotéza RNA sveta naznačuje, že RNA bola kľúčovým medzikrokom vo vývoji prvých primitívnych buniek.