GEN_1-4
26/3/08
13:59
Page 1
ar na .c om
Genetika in evolucija Samo Kreft, Sonja Krapež
kn
jig
biologija za gimnazije
GEN_1-4
16/2/17
15:03
Page 2
Genetika in evolucija Biologija za gimnazije Avtorja dr. Samo Kreft, Sonja Krapež
Urednik Borut Lazar
ar na .c om
Recenzenta Helena Črne - Hladnik, dr. Gregor Anderluh
Lektorica Renata Vrčkovnik Ilustracije Rajmond Cindrić
Fotografije Peter Skoberne, Inštitut za varovanje zdravja – Oddelek za medicinsko genetiko, arhiv založbe Modrijan Oprema Maša Okršlar Popović
Oblikovanje in računalniški prelom Metka Žerovnik
Izdala in založila Modrijan založba, d. o. o. Za založbo Branimir Nešović Natisnjeno v Sloveniji Naklada 1000 izvodov Ljubljana 2017 Četrta izdaja, drugi natis
jig
Strokovni svet RS za splošno izobraževanje je na seji dne 2. 3. 2006 s sklepom št. 6130-1/2006/5 potrdil učbenik GENETIKA IN EVOLUCIJA, biologija za gimnazije, ki sta ga napisala Samo Kreft in Sonja Krapež.
© Modrijan založba, d. o. o.
CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana
kn
575(075.3)
KREFT, Samo KREGenetika in evolucija : biologija za gimnazije / Samo Kreft, Sonja Krapež ; [ilustracije Rajmond Cindrić ; fotografije Peter Skoberne, Inštitut za varovanje zdravja - Oddelek za medicinsko genetiko, arhiv založbe Modrijan]. - 4. izd., 2. natis - Ljubljana : Modrijan, 2017 ISBN 978-961-241-086-5 1. Krapež, Sonja 288368384 www.modrijan.si
GEN_1-4
26/3/08
13:59
Page 3
Kazalo EVOLUCIJA
.............................................
5
NASTANEK ŽIVLJENJA
ar na .c om
............................... 6 Zgodovina hipotez o nastanku življenja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Biokemijska evolucijska hipoteza o nastanku življenja . . . . . . . 10
RAZNOLIKOST ŽIVLJENJA
........................... Razvojna teorija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nastanek vrst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dokazi za evolucijo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vzgoja sort in pasem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
GENETIKA
12 13 16 16 20
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
MOLEKULSKA GENETIKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Zgradba DNK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Podvojevanje DNK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Informacija prehaja od DNK na proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gen, kromosom, genom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Uravnavanje izražanja genov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mutacije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prenos dednega materiala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Biotehnologija in gensko inženirstvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Klon in kloniranje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25 27 28 32 34 37 40 42 44
DEDOVANJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
jig
Mejoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Poskusi Gregorja Mendla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Druge oblike dedovanja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
POPULACIJSKA GENETIKA
.......................... Frekvence alela, genotipa in fenotipa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hardy-Weinbergovo ravnotežje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spreminjanje genskega sklada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
kn
HUMANA GENETIKA
60 61 62 64
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Dedovanje krvne skupine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dedne bolezni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kromosomi pri človeku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Genetsko svetovanje in genetsko testiranje . . . . . . . . . . . . . . . . .
70 72 76 79
Odgovori na vprašanja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Slovar strokovnih izrazov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Stvarno kazalo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
GEN_1-4
26/3/08
13:59
Page 4
O učbeniku
GENETIKA
Ali veš? Kratke zanimivosti iz evolucije in genetike. Podatki, ki bodo marsikoga presenetili.
ar na .c om
Jedrnato razlago v osnovnem besedilu dopolnjujejo nazorne ilustracije, vprašanja za utrjevanje znanja in povzetki na koncu poglavij.
Humana genetika
Ali veš?
HUMANA GENETIKA
V tem poglavju bomo lahko pridobljeno znanje uporabili pri spoznavanju genetike človeka. Pri proučevanju dedovanja lastnosti pri človeku smo v primerjavi z Mendlovimi poskusi na grahu precej omejeni. Generacije si pri človeku sledijo približno na 20 let, posamezen par ima precej manj potomcev, kot jih je pri grahu, in tudi partnerjev za parjenje ne more izbirati eksperimentator. Da bi kljub tem omejitvam lahko proučevali dedne zakonitosti pri ljudeh, je treba čim bolj izkoristiti razpoložljive podatke. Predvsem je treba te podatke dobro dokumentirati. V ta namen uporabljamo rodovnike. Rodovnik je grafična predstavitev, na kateri z dogovorjenimi znaki zapišemo sorodstvene vezi in fenotipske znake. Slika prikazuje rodovnik družine s štirimi otroki. Zgornja dva simbola sta starša. Po dogovoru pišemo moškega (kvadratek) na levi strani. Vodoravna črta, ki ju povezuje, pomeni partnerstvo (npr. zakonsko). Iz te črte izhaja navpična črta, ki se razveji v obliki grabljic. Na koncu teh vej so označeni otroci. Po dogovoru jih zapisujemo po vrsti, najstarejšega na levi strani.
V človeškem genomu je približno 25.000 genov na DNK v 46 kromosomih. Če bi jih odvili, bi predstavljali molekulo, dolgo okoli 2 metra.
moški
ženska
neznani spol
črta partnerstva
prekinitev nosečnosti
črta nasledstva
črta bratov in sester
antigena ali pa nobeden od njiju. Posameznik ima torej krvno skupino A, krvno skupino B, krvno skupino AB ali pa krvno skupino 0. Alel, ki kodira antigen A, označimo z IA, alel za antigen B označimo z IB, alel, ki ne kodira nobenega antigena, pa z malo črko »i«. Prva dva alela se izražata kodominantno, alel i pa recesivno. Tabela na desni prikazuje, katero krvno skupino bodo imele osebe z različnimi aleli na lokusu za krvno skupino sistema AB0.
oseba z izraženo lastnostjo (boleznijo) neprizadeti heterozigot
Zdaj ko vemo, kako je krvna skupina odvisna od prisotnosti alelov, lahko z Mendlovimi ugotovitvami o načinu dedovanja alelov določimo, katere krvne skupine bodo lahko imeli otroci posameznih staršev. Katero krvno skupino bodo imeli otroci staršev s krvno skupino AB? Pomagamo si s kvadratom, kakršnega smo risali v poglavju o Mendlovih poskusih.
prenašalka lastnosti, vezane na kromosom X
F
umrla oseba
Pri izdelavi rodovnika uporabljamo dogovorjene znake.
C
IA
IB
IA
IAIA
IAIB
IB
IAIB
IBIB
fenotip (krvna skupina)
genotip
A
IAIA ali IAi
B
IBIB ali IBi
AB
IAIB
0
ii
Krvna skupina je odvisna od tega, kateri antigen je prisotnen na rdečih krvničkah.
V razmislek
Iz katerega spodnjega rodovnika lahko ugotoviš, da se krvna skupina 0 izraža recesivno? Predpostavimo, da smo pravkar odkrili sistem krvnih skupin AB0 in še ne vemo, katere se izražajo dominantno (oz. kodominantno) in katere recesivno.
Zanimivost
Evgenika
Evgenika je nauk o tem, kako izboljšati človeško vrsto (dedne lastnosti). Evgeniki so ljudi z »ugodnimi« lastnostmi (močne, zdrave, inteligentne) spodbujali, da bi imeli več otrok, ljudem z »neugodnimi« lastnostmi pa preprečevali, da bi imeli potomstvo. Začetnik moderne evgenike je bil Darwinov bratranec Sir Francis Galton (1822–1911). Evgeniki so svoje diskriminatorne cilje dosegali z bolj ali manj nasilnimi metodami, kar se je najbolj izrazito pokazalo v nacizmu.
Dedovanje krvne skupine
jig
Krvna skupina je ena od človeških lastnosti, pri kateri lahko lepo opazujemo pravila dedovanja in izražanja lastnosti. Krvna skupina je določena z antigeni na površini rdečih krvničk. Antigen je snov, ki jo telesni obrambni sistem prepozna kot tujo in proti njej usmeri delovanje obrambnih mehanizmov (npr. protiteles). Poznamo več sistemov krvnih skupin. Najbolj znan je sistem AB0, pri katerem so lahko na rdečih krvničkah prisotni antigen A, antigen B, oba
Otroci imajo torej lahko enako krvno skupino kot starša (AB) ali pa krvni skupini A ali B.
Drugi, prav tako pomemben sistem krvnih skupin je sistem Rh. Pri tem gre za prisotnost oziroma odsotnost enega samega antigena, imenovanega Rh faktor. Osebe, ki imajo antigen Rh, imajo krvno + skupino Rh . Zanje pravimo, da so Rh pozitivne. Osebe, ki tega antigena nimajo, imajo krvno skupino Rh-. Pravimo, da so Rh negativne.
Rh faktor se izraža dominantno. Osebe, ki so heterozigotne (Rr), bodo torej imele krvno skupino + Rh , tako kot dominantni homozigoti (RR). Krvno skupino Rh- bodo imele le osebe, ki so recesivni homozigoti (rr).
kn
70
antigeni na rdečih krvničkah
A
0
0
0
A
A
0
0
A
A
A
0
A
0
0
0
AB0
Rh
Evropa
Slovenija
0 A B 0 A AB B AB
+ + + + -
38 % 34 % 9% 7% 6% 3% 2% 1%
31 % 33 % 12 % 7% 7% 6% 3% 1%
Pogostnost krvnih skupin pri Evropejcih in Slovencih
71
Zanimivost Strokovni izrazi in primeri iz narave, opisani v tej rubriki, niso zajeti v učnem načrtu, vendar dijakom pomagajo pri razumevanju snovi. Ta rubrika bo dijake tudi motivirala, bolj radovedni pa se bodo iz nje še kaj dodatnega naučili.
V razmislek Vprašanja ali trditve, ki spodbujajo ustvarjalno razmišljanje. Za rešitev teh vprašanj je večkrat potrebno dodatno znanje ali posvet s sošolci in učiteljem. V nekaterih primerih vprašanja nimajo enega samega odgovora.
GEN_5-22
26/3/08
14:01
Page 5
jig
ar na .c om
Evolucija
kn
NASTANEK ŽIVLJENJA Zgodovina hipotez o nastanku življenja Biokemijska evolucijska hipoteza o nastanku življenja RAZNOLIKOST ŽIVLJENJA Razvojna teorija Nastanek vrst Dokazi za evolucijo Vzgoja sort in pasem
GEN_5-22
26/3/08
14:01
Page 6
EVOLUCIJA
NASTANEK ŽIVLJENJA Preden začnemo govoriti o nastanku življenja, si oglejmo, kaj življenje sploh je.
ar na .c om
Zelo težko je navesti eno samo bistveno lastnost življenja, zato ga ponavadi opišemo z več glavnimi značilnostmi. Te so: presnavljanje – vsa živa bitja spreminjajo snovi (razgrajujejo, dograjujejo, modificirajo), ki jih sprejemajo iz okolja, da si zagotovijo sestavine ali energijo za svojo rast in obnovo; odzivanje na dražljaje, prilagodljivost, regulacijski mehanizmi – živali ob nevarnosti zbežijo, rastline ob napadu zajedavcev tvorijo obrambne snovi, človeku se pri močnejši svetlobi zoži zenica, pri šibkejši pa razširi, tako lahko dobro vidi v različnih razmerah; razmnoževanje – vsa živa bitja so sposobna tvoriti nove, sebi podobne osebke, ki dedujejo značilnosti svojih prednikov; spremenljivost (mutabilnost) – mutacije spreminjajo dedni zapis; rast – mladi osebki morajo zrasti in doseči velikost svojih staršev; celo bakterije so po cepitvi celice pol manjše, kot so bile pred cepitvijo, in nato rastejo; staranje, umrljivost – tako pri rastlinah kot pri živalih se sčasoma kopičijo poškodbe, ki na koncu onemogočijo delovanje organizma.
presnavljanje
odzivanje
razmnoževanje
spremenljivost
rast
staranje
jig
Posamezne naštete lastnosti lahko najdemo tudi pri neživih stvareh. Rečna struga se spreminja, kristali rastejo, maslo v hladilniku se postara in postane žarko, drsna vrata pri vhodu v trgovino se odzovejo na dražljaj in se odprejo, elastika v spodnjih hlačah se prilagodi obsegu pasu človeka … Po drugi strani pa tudi živa bitja ne kažejo ves čas vseh lastnosti življenja. Spora plesni se zelo dolgo časa ne spreminja, ne prilagaja, ne razmnožuje, ne raste, ne odziva na dražljaje in tako rekoč tudi ne presnavlja. Vse naštete lastnosti bi pričakovali tudi pri morebitnih živih bitjih na kakšnem drugem planetu.
kn
Vsa živa bitja na Zemlji imajo poleg naštetih še druge skupne lastnosti: celična organizacija – vsa živa bitja so sestavljena iz ene ali več celic, obdanih z lipidno membrano; celo virusi pomembnejši del svojega življenja preživijo v takšni obliki; nukleinske kisline – v vseh živih bitjih je dedna informacija zapisana v obliki nukleinskih kislin (DNK ali pri nekaterih virusih RNK); proteini – pri vseh živih bitjih najpomembnejše funkcije opravljajo proteini, sestavljeni iz aminokislin; genski kod – to je način zapisa informacije v DNK in je pri vseh organizmih skorajda enak.
6
V razmislek Kakšen poskus bi načrtovali za odpravo na Mars, da bi ugotovili, ali je na tem planetu kakršnakoli oblika življenja?
GEN_5-22
26/3/08
14:01
Page 7
Nastanek življenja
ar na .c om
Predstavljajmo si, da bi nekje v vesolju astronavti našli nenavadna bitja in pri njih opazili presnovo, odzivanje, razmnoževanje, rast in staranje. Tudi če ne bi imela celične organizacije in proteinov in bi bila njihova dedna informacija zapisana npr. na kompleksnih sladkorjih, bi morali priznati, da so ta bitja prav tako živa, kot mi.
Vprašanja 1. Ali ima ogenj katero od značilnosti živih bitij? 2. Ali je umrljivost res značilnost vseh živih bitij? Kako je z umrljivostjo pri bakterijah, ki se razmnožujejo s cepitvijo? 3. Navedi primer odzivanja na dražljaje oziroma prilagodljivosti, ki se zgodi zelo hitro (v manj kot eni sekundi). 4. Navedi primer odzivanja na dražljaje oziroma prilagodljivosti, ki se dogaja dalj časa (več kot en dan).
Zgodovina hipotez o nastanku življenja
O nastanku življenja na Zemlji je bilo postavljenih več hipotez.
Trajnostna hipoteza pravi, da je življenje na Zemlji prisotno že od nekdaj in da o njegovem nastanku sploh ne moremo govoriti. Stvariteljska hipoteza (kreacijska hipoteza, hipoteza o inteligentnem stvarjenju sveta) pravi, da je živa bitja ustvarilo nadnaravno bitje, bog, stvarnik.
jig
Kozmična hipoteza (panspermijska hipoteza) pravi, da je življenje nastalo nekje v vesolju in pozneje prišlo na Zemljo.
Hipoteza o spontanem nastajanju pravi, da lahko živa bitja še zdaj vsak dan nastajajo iz nežive narave. Tako nastajanje življenja iz neživih snovi in brez prisotnosti živih bitij imenujemo abiogeneza. Ta hipoteza je bila priznana ves čas od antike do srede 19. stoletja, ko jo je Pasteur s poskusi ovrgel.
V razmislek
Ne glede na to, kako verjetna ali neverjetna se ti zdi katera od navedenih hipotez, je treba vsako od njih ovreči ali potrditi z dokazi (eksperimenti, opažanji v naravi). Navedi dokaze, ki govorijo proti (ali morda v prid) posamezni hipotezi.
kn
Biokemijska evolucijska hipoteza pravi, da je življenje nastalo spontano v razmerah, kakršne so vladale na Zemlji takoj po njenem nastanku pred približno 4,5 milijarde let. Ta hipoteza je splošno priznana.
7
GEN_5-22
26/3/08
14:01
Page 8
EVOLUCIJA
Pasteurjevi poskusi Louis Pasteur je izvedel serijo poskusov, s katerimi je želel ugotoviti, ali se mikroorganizmi lahko pojavijo s spontanim nastankom – abiogeneza ali pa se lahko razmnožujejo le obstoječi organizmi – biogeneza.
ar na .c om
Pasteur je v tri steklene bučke nalil hranilno tekočino in opazoval, v kateri se bodo razvili mikroorganizmi.
Tekočino v prvi bučki je zavrel in jo pustil odprto. Po nekaj dneh se je v njej razvilo veliko mikroorganizmov.
Tekočino v drugi bučki je zavrel in nato bučko zamašil. V njej se mikrobi niso razvili. Privrženci teorije o spontanem nastajanju življenja so mu očitali, da je s tem, ko je bučko zaprl, preprečil dostop »življenjski sili«.
kn
jig
Tretji bučki je vrat podaljšal v dolgo zavito cevko ter nato tekočino v njej zavrel. Delci prahu in mikrobi iz ozračja so se v tej cevki ustavili. Hranilna tekočina je ostala čista. Za kontrolo je bučki odlomil zavit vrat in takrat so se v gojišču naselili mikrobi.
Pasteur je ugotovil, da se v današnjih razmerah na Zemlji živa bitja ne morejo razviti iz nežive materije. Nova živa bitja lahko nastanejo le kot potomci drugih živih bitij – biogeno.
8
GEN_5-22
26/3/08
14:01
Page 9
Nastanek življenja
Zanimivost
Življenje je tudi nevidno
ar na .c om
Louis Pasteur (1822–1895) je odkril, da večino nalezljivih bolezni povzročajo mikrobi. S tem je postavil temelje novi veji znanosti – mikrobiologiji, omogočil pa je tudi velik napredek medicine. Preprečevanje in zdravljenje bolezni je lahko bistveno bolj učinkovito, če poznamo njihov vzrok. V bolnišnicah in stanovanjih bolnikov so npr. z izboljšanjem higiene lahko preprečili širjenje nalezljivih bolezni. Nekatere povzročitelje je opazoval pod mikroskopom, nekaterih manjših, npr. povzročitelja stekline, pa pod mikroskopom ni opazil. Domneval je, da je ta povzročitelj še manjši. Pozneje se je izkazalo, da so to virusi. Veliko je prispeval tudi k razvoju cepiv. Postopek, s katerim dosežemo daljšo trajnost živil, po njem imenujemo pasterizacija. Živila pasteriziramo tako, da jih segrevamo nekaj minut pri 80 °C. Tako uničimo večino mikroorganizmov.
Louis Pasteur
Zanimivost
Samo iz živega živo
Redijev poskus dokazovanja biogeneze.
kn
jig
Francesco Redi je že sredi 17. stoletja naredil podoben poskus kot Pasteur. Namesto gojenja mikroorganizmov je opazoval, kako so se na koščku mesa zaredile ličinke muh. Košček mesa je dal v dve posodi, eno je pustil odprto, drugo pa je zaprl s kosom gaze. Ličinke so se razvile le v odprti posodi. Tako je podobno kot Pasteur dokazal, da se muhe lahko razvijejo samo ob prisotnosti muh, torej biogenetsko, ne pa tudi abiogenetsko. Ta poskus večine njegovih sodobnikov ni prepričal.
Vprašanje Zakaj se pasterizirano mleko po določenem času skisa? Ali je to dokaz za abiogenezo?
9
GEN_5-22
26/3/08
14:01
Page 10
EVOLUCIJA
Ali veš?
Biokemijska evolucijska hipoteza o nastanku življenja
ar na .c om
Z razvojem znanosti se je oblikovala danes veljavna hipoteza o nastanku življenja na Zemlji, ki jo imenujemo biokemijska evolucijska hipoteza.
Na meteoritu, ki je leta 1969 in padel na Avstralijo, so raziskovalci našli veliko organskih snovi, med drugim organske baze, podobne tistim v DNK in RNK, ter deset aminokislin (šest takih, ki sestavljajo proteine, ter štiri drugačne).
Po tej hipotezi razdelimo nastanek življenja na več faz. V prvi fazi so na Zemlji nastajale manjše organske molekule, npr. aminokisline in sladkorji. Razmere na tedanji Zemlji (pramorje, vulkani, strele, atmosfera) lepo ponazorimo z Millerjevim in Ureyevim aparatom.
jig
V aparatu se nahajajo plini, ki so sestavljali takratno Zemljino atmosfero: vodik (H2), metan (CH4), amonijak (NH3), in voda, ki vre v bučki. Vodni hlapi se mešajo s plini in pod vplivom električnih isker z njimi kemijsko reagirajo. V drugem delu aparata se vodni hlapi ohlajajo, kondenzirajo in voda teče nazaj v bučko. Po enem tednu obratovanja v aparatu nastane vrsta organskih molekul, vključno z nekaterimi aminokislinami. Aparat ponazarja dogajanje na Zemlji pred nekaj milijardami let. Morje na takratni Zemlji, ki je vsebovalo vse te abiotsko nastale organske snovi, imenujemo prajuha.
električne iskre
vodna para
H2 CH4 NH3
hladna voda
H2 CH H4 NH3 H2O
v raztopini najdemo organske molekule
kn
V drugi fazi nastajanja življenja so manjše organske molekule kemijsko reagirale – polimerizirale. Aminokisline so se npr. povezovale v verige polipeptidov. Raziskovalci domnevajo, da bi se na takratni Zemlji to lahko dogajalo tam, kjer se je zaradi vroče lave prajuha uparevala in koncentrirala ali posušila.
V tretji fazi so se organski polimeri združevali v še večje skupke. Tak postopen razvoj bolj zapletenih molekul imenujemo kemoevolucija. Pomembno vlogo pri tem so imeli lipidi, ki so se uredili v lipidni dvosloj – poznejšo celično membrano. Tako je nastal ločen prostor, v katerem se je lahko oblikovalo notranje okolje. Iz primernih lipidov (npr. iz lecitina) lahko takšne
10
Miller in Urey sta sestavila aparat, s katerim sta ponazorila nastajanje organskih spojin v nekdanjih razmerah na Zemlji.
V razmislek Zakaj je pred 4 milijardami let potekala abiogeneza, danes pa ne?
GEN_5-22
26/3/08
14:01
Page 11
Nastanek življenja
mehurčke, obdane z lipidnim dvoslojem, pripravimo v laboratoriju. Imenujemo jih liposomi.
Kaj menite o naslednji definiciji življenja: Življenje je pojav, na katerega deluje evolucija?
ar na .c om
Skupke organskih molekul, obdane z lipidnim dvoslojem, ki so nastali na Zemlji pred nekaj milijardami let, imenujemo protobionti. Ti so že imeli nekatere lastnosti življenja: lahko so sprejemali organske snovi, rasli, se delili, v njih so potekale kemijske reakcije, niso pa vsebovali dednega materiala, zato jih še ne štejemo za žive.
V razmislek
V četrti fazi nastanka življenja se je razvila dednost in z njo povezan naravni izbor. Koristne lastnosti so se lahko prenašale na potomce in vsaka naslednja generacija jih je imela več. Postopno pridobivanje koristnih lastnosti imenujemo bioevolucija ali krajše evolucija.
Zanimivost
Pojav dednosti
jig
Prva nosilka dednosti je bila verjetno RNK, ki je opravljala tudi vlogo biokatalizatorja. Danes je pri večini živih bitij nosilka dednosti DNK, vlogo biokatalizatorja pa večinoma opravljajo proteini. Izjema so nekateri virusi; pri njih je nosilka dednosti RNK. RNK v večini današnjih organizmov prenaša informacijo od DNK na proteine (informacijska RNK), opravlja pa tudi funkcijo biokatalizatorja (npr. ribosomalna RNK) in druge naloge (npr. prenašalna RNK). Zaradi te vsestranskosti molekul RNK domnevajo, da je bila RNK tudi prva nosilka dednosti. Domnevajo, da je pri samem nastanku dednosti morala ista molekula RNK opravljati vsaj dve funkciji: prenos dedne informacije iz roda v rod in funkcijo biokatalizatorja. Prva kemijska reakcija, ki jo je ta molekula katalizirala, je bilo verjetno kar podvojevanje same sebe. Molekule, ki so se znale uspešneje samopodvojevati, so bile uspešnejše in so prevladale. Z mutacijami so se pojavljale nove bolj ali manj uspešne različice, ki so se v naravnem izboru ohranile ali pa propadle. Sčasoma so se pojavile tudi molekule RNK, ki so katalizirale poleg samopodvojevanja še kakšno drugo koristno reakcijo, na koncu tudi sintezo proteinov.
Zanimivost
RNK – prvi biokatalizator
kn
Najbolj znan primer RNK, ki katalizira biokemijske reakcije, je ribosomska RNK. Skupaj z nekaj proteini sestavlja ribosome. Poznamo še več drugih molekul RNK, ki katalizirajo različne reakcije. Imenujemo jih ribocimi, podobno kot proteine, ki katalizirajo biokemijske reakcije, imenujemo encimi.
Vprašanje Kaj bi poleg vode, metana in amonijaka še morali dodati v Millerjev in Ureyev aparat, da bi lahko v njem nastalo vseh 20 aminokislin?
11
GEN_5-22
26/3/08
14:01
Page 12
EVOLUCIJA
RAZNOLIKOST ŽIVLJENJA Vesolje je staro nekje med 10 in 20 milijardami let, Zemlja približno 4,5 milijarde (4 500 000 000) let, življenje na njej pa le malo manj.
0
kenozoik mezozoik
paleozoik
obstoj dinozavrov
ar na .c om
500
nastanek človeka
Najstarejši znani fosili so stari 3,8 milijarde let, kar je tudi starost najstarejših kamnin. Ti fosili po pestrosti oblik niso zelo bogati. Gre za drobne kroglice, ostanke takratnih bakterij.
naselitev kopnega najstarejši živalski fosili
nastanek mnogoceličarjev
1500
kn
2500
nastanek evkariontov
3500
nastanek življenja
milijoni let
jig
Takrat so se pojavili vsi različni nečlenarji, mnogočlenarji, maločlenarji, strunarji, mahovi, praprotnice in semenke. Ali je torej evolucija delovala le v zadnjih 10 odstotkih let zemeljske zgodovine? Ne, evolucija je delovala na organizme od samega začetka življenja. V prvem obdobju je potekala manj opazno, predvsem na biokemični ravni. Takrat so se pojavili npr. fotosinteza, dihanje in vrsta biokemijskih reakcij, v katerih nastajajo vse za življenje potrebne snovi.
predkambrij
Bogastvo različnih oblik življenja se je pojavilo šele v zadnjih 500 milijonih let (pol milijarde), torej od začetka paleozoika naprej.
4500
strjevanje Zemeljine skorje
nastanek Zemlje
Glavne stopnje razvoja življenja
Vprašanje Katero obdobje zemeljske zgodovine je daljše: brez življenja ali z življenjem?
12