VZNIK ŽIVOTA NA ZEMI • Problém: evoluční „tinkering", vždy krátkodobá výhoda, nebo náhoda, nikdy dlouhodobá perspektiva x hodnocení evoluce ze zpětného pohledu, z hlediska dlouhodobých důsledků • Vznik života: současný život nám při řešení příliš nepomůže • pravděpodobně vznik několikrát, ale dnešní organismy potomky jediného předka (L-izomery AA, genetický kód atd.) • kritika z pozic kreacionismu: nikdo nedokázal vytvořit život ve zkumavce Definice života: fenotypové evoluční Müller (1966): autoreprodukce proměnlivost dědičnost 1970 Sol Spiegelman: RNA, nukleotidy, RNA replikáza (Qß) -» evoluce x nevysvětluj e vznik života ^ metabolismus T^^ „ , „ . , Vznik života Khcove evoluční momenty: 1. vznik replikátorů 2. kompartmentace replikátorů 3. vznik chromozomů 4. vznik DNA a genetického kódu 5. vznik eukaryot 6. vznik pohlaví 7. mnohobuněčnost 8. society 9. vznik jazyka 1) jednoduché organické sloučeniny mohou vzniknout z anorganických 2) katalytické vlastnosti replikátorů včetně autoreplikace 3) přírodní výběr v neživých systémech replikátorů 4) lipidové membrány mohou vzniknout spontánně 5) evoluce proteinových enzymů (genetický kód) Vznik života • ca. 14 mld.: „Velký třesk" • 4,55 mld: výbuch supernovy, vznik Sluneční soustavy • 4,2 mld: konec bombardování, ochlazení • 3,5-3,8 mld.: nejstarší horniny - formace Isua, JZ Grónsko: 3,75 mld. a__ - Warrawoona chert, Apex chert - mikrofosihe (^3 Pilbara Range, z Austrálie: 3,5 mld. Kde vznikl život? • Darwin: „hot little pond" —» prebiotická polévka (pravěký bujón) • alternativy: extraterestrický původ, hlubokomorske vývery („černí kuřáci"), oblaka, mořská pěna, pod zemí (jíl) jednoduché organické sloučeniny mohou vzniknout z anorganických... Stnptodí .řnr u&nittšag :12, \ + FiectTude Vznik organických sloučenin: • Alexander I. Oparin (1924), John B. S. Haldane (1928) - redukující atmosféra (N2, H2, H20, C02, metan, amoniak, CO, SH2, S02...) • 1953 Stanley Miller, Harold Urey - NH3, CH4, H2, H2Q -^ AA, močovina, k. octová, k. mléčná Vznik života • katalytické vlastnosti replikátorů včetně autoreplikace Otázka prvotnosti: •DNA •RNA • proteiny • něco jiného • koevoluce RNA jako enzym: • 1982 Kruger et al.: samosestřih intronu v pre-rRNA stejnobrveho nalevníka vejcovky {Tetrahymena) x nešlo o autokatalýzu v pravém smyslu • 1986 Zaug a Cech: IVS (intervening sequence) —» ribozym • 1989 Doudna a Szostak: modifikace IVS —» katalýza syntézy komplementárního řetězce podle vnějšího templátu max. 40 nukleotidů, pouze 1% kompletních • 1991 Doudna: ribozym o 3 podjednotkach ze sekvence s#ff Fbakteriofága T4 Vznik života přírodní výběr v neživých systémech replikátorů říše RNA, RNP Nucleotide Adenine ^A-l C~l &~i A_l Guanine C n \ / \ Cytosine Uracil (A) Reactive nucleotides form Ribose and phosphate / Catalyst Noncataiyst (B) Minerals catalyze polymer formation -A -c -G -C -c -C -G -u -C - A -u -G -C -A -G -C -C -G -u -C -U -c -c -A -G -u -c -u -A -G — Random strands of RNA Catalyst Nucleotides (C) Template-directed copying begins -A -c -G -A -C -C -u -c- -G -U -u-j ■•G ~i C-\ G-J ••■G""i -A-j ■•A-, (D) Copying is completed Complement -u- G- -U--G-• G - -A--G -C AH Eigen (1971): celková velikost samoreplikujícího se genomu <100bp x genom příliš malý pro funkční proteiny--------► Eigenův paradox • hypercykly: stabilní koexistence 2 a více kooperujících replikátorů kompetice molekul RNA se svými mutantními kopiemi (selekce) absence kompetice mezi elementy cyklu kompetice celého systomu s jinými cykly nebo individuálními replikátory možnost kontaminace „parazitickými" replikátory omezená velikost cyklu, nutnost kompartmentace translace Q replikace f" ^ NA J 9*1 replikace NA enzym 6 ^ translace ce ť enzym 1 enzym 5 ("S fí