Tijek evolucije

Potaknimo znatiželju

Promotrite sliku dinosaura. Što znate o ovim velikim gmazovima? U kojem razdoblju su živjeli? Koji životni uvjeti su im omogućili preživljavanje? Zašto danas nema više takvih gmazova?

Uvjeti na ranoj Zemlji

Zemlja je stara oko 4,6 milijarda godina, a uvjeti koji su tada na njoj vladali posve su drukčiji od današnjih. Temperatura Zemljine površine u to doba bila je zacijelo iznad 100 °C i nije bilo tekuće vode. Ono čega je bilo u izobilju jesu udari meteorita, potresi i vulkanske erupcije, a bila su česta i električna pražnjenja u obliku munja.

Cjelokupni sastav praatmosfere, atmosfere rane Zemlje, bio je značajno drukčiji od današnjega. U početku praatmosfera nije sadržavala kisik, stoga nije postojao ni ozonski omotač koji bi štio Zemljinu površinu od prodora velike količine ultraljubičastih Sunčevih zraka. Osim vodene pare, sastav praatmosfere činili su većinom ugljikov(IV) oksid, dušik te u manjoj količini vodik i ugljikov(II) oksid.

To su neki od ključnih uvjeta koji su bili potrebni da bi se dogodila kemijska evolucija koja je prethodila razvoju prvoga oblika života na Zemlji i biološkoj evoluciji.

Kemijska evolucija

Uvjeti kakvi su vladali na Zemlji prije oko četiri milijarda godina omogućili su nastanak prvih organskih molekula u praoceanu, vrućemu vodenom mediju koji je predstavljao prvu Zemljinu hidrosferu.

Takav slijed kemijskih reakcija kojima iz jednostavnih molekula na ranoj Zemlji nastaju složenije koje čine podlogu za pojavu života nazivamo abiogenezom ili kemijskom evolucijom. Abiogenezu je prvi predložio Aleksandr Oparin, ruski biokemičar, koji je pretpostavio da su prve organske molekule mogle nastati od plinova u praatmosferi. Dvojica američkih znanstvenika Stanley Miller i njegov mentor Harold Urey pokusom su tu teoriju i dokazali.

Dokazivanje organskih molekula dobivenih od anorganskih u Miller-Ureyjevu pokusu bio je tek prvi korak u pokušaju objašnjavanja postanka života na Zemlji. Smjesa takvih molekula gomila je beživotnih organskih monomera koje tek treba smisleno i precizno povezati u polimere poput proteina, nukleinskih kiselina i ugljikohidrata. Ubrzo nakon objavljivanja Millerova i Ureyjeva istraživanja izvedeni su mnogi pokusi kojima se u laboratorijskim uvjetima od organskih monomera pokušalo dobiti složene polimere. Rezultati su mahom bili razočaravajući, polimeri nisu bili prisutni. Znanstvenici su odgovore odlučili potražiti u već postojećim „tvornicama polimera“ – stanicama.

Najsloženije pitanje o postanku života jest pitanje načina na koji su se svi polimeri međusobno povezali u stanicu. Stanica je vrlo precizno stvorena struktura čije postojanje ovisi o izuzetno dobroj organizaciji svih njezinih struktura.

Protobionti su prve tvorbe nalik na stanicu za koje se pretpostavlja da su nastali pasivnim povezivanjem složenijih organskih spojeva u oceanima. Za njih je karakteristično da su odijeljeni membranom od ostatka okoliša. To omogućuje odvijanje zasebnih procesa unutar protobionta i u okolišu koji ga okružuje.

Protobionti nisu imali sve strukture koje su prisutne u današnjim postojećim stanicama, ali su bili jedan od koraka prema nastanku prve prave stanice. Aleksandr Oparin pokušao je u laboratorijskim uvjetima proizvesti strukture nalik na protobionte. Načinio je smjese bjelančevina, ugljikohidrata i nukleinskih kiselina različitih sastava i omjera pri različitim temperaturama. Promatrajući smjese pod mikroskopom, uočio je kuglaste tvorevine nalik na stanice, a nazvao ih je koacervatne kapljice ili koacervati.

Unutrašnjost tih tvorevina odvojena je tankom proteinskom opnom sličnoj staničnoj membrani. Koacervati mogu rasti međusobnim spajanjem i upijanjem tvari iz okoline, a mogu se i dijeliti procesom koji nalikuje pupanju, no nema prijenosa nasljedne tvari, stoga to ne možemo nazvati razmnožavanjem.

Jedno od obilježja živih bića prema kojoj protobionte razlikujemo od pravih stanica jest ukupnost metaboličkih reakcija koje se odvijaju u svakoj pravoj stanici, a izostaju kod protobionata. Bitno obilježje živoga organizma, osim metabolizma, jest razmnožavanje. Metabolizam, odnosno odvijanje biokemijskih reakcija unutar stanice omogućuju proteini – enzimi. Nukleinske kiseline pak omogućuju diobu, odnosno razmnožavanje stanica. Vrlo je teško reći koje je obilježje, tj. koje je molekule živa stanica prvo sadržavala. Je li prva bila molekula DNA ili je prvi bio enzim? Molekula DNA sadržava informaciju o organizmu koju prosljeđuje na svoje potomstvo. Da bi se molekula DNA mogla udvostručiti, potrebna joj je pomoć enzima. Enzimi su proteini koji se ne mogu stvoriti bez detaljne informacije koju sadržava molekula DNA. Enzimi tako ovise o molekuli DNA, stoga nije moguć nastanak enzima bez molekule DNA, niti molekula DNA može nastati bez enzima. Znanstvenici su tako naišli na problem, a rješenje su pronašli tek sredinom osamdesetih godina dvadesetoga stoljeća. Tada su pronađene molekule RNA izolirane iz ribosoma.

Biološka evolucija

Razvojem organizama od jednostavnijih prema složenije građenim bavi se biološka evolucija. Prvi, najjednostavniji organizmi nastali su relativno brzo nakon oblikovanja planeta Zemlje. U novije doba nađeni su fosili mikroorganizama koji idu u prilog tvrdnji da su prve stanice vjerojatnije nastale u području hidrotermalnih odušaka na velikim dubinama negoli u plitkim predjelima oceana.

Donedavno su najstarijim dokazima života ikada pronađenim na Zemlji smatrani stromatoliti. To su slojevite okamine koje katkad sadržavaju fosilizirane ostatke mikroorganizama. Najstariji stromatolit oblikovan je prije 3 do 3,5 milijarda godina, a sadržava ostatke stanica cijanobakterija.

Cijanobakterije su bile prvi autotrofni organizmi. Njihovom pojavom dolazi do oslobađanja kisika u atmosferu. Cijanobakterije su bile prvi autotrofni organizmi. Njihovom pojavom dolazi do oslobađanja kisika u atmosferu 

Kisik koji su proizvodile cijanobakterije, ali i neke druge skupine bakterija, na početku se vezao za minerale u tlu, a kasnije se oslobađao u atmosferu, čime je započela velika promjena klime na Zemlji.

Slobodni je kisik u atmosferi postupno prelazio u ozon te se oblikovao ozonski omotač, zaštitni sloj oko Zemlje. Bio je to bitan uvjet za zaštitu organizama od štetnoga Sunčeva UV zračenja. To je olakšalo organizmima preživljavanje bliže površini vode, a kasnije i njihov prijelaz iz vode na kopno.

Nakupljanje molekularnoga kisika u atmosferi omogućilo je pojavu aerobnih organizama. Ti su organizmi mogli aerobnim staničnim disanjem osigurati mnogo veću količinu energije potrebnu za obavljanje različitih životnih funkcija. Zato su organizmi imali dovoljno energije za prelazak s jednostavnoga, energetski manje zahtjevnoga nespolnog razmnožavanja na energetski zahtjevnije spolno razmnožavanje.

Pojava prvih eukariota i razvoj eukariotskih organizama

Svi procesi u tijelu zahtijevaju energiju. Pretpostavka je da su prve prokariotske stanice energiju dobivale od organskih spojeva kojih je bilo na pretek u okolnoj vodi. Nakon što su se te zalihe spojeva potrošile, razvile su se biokemijske reakcije u stanicama koje su im osigurale energiju, ali i razgradnju tvari, tj. razvija se prvi oblik metabolizma.

Pretpostavlja se da su izumrli organizmi nalik na volvoks predstavljali prijelaz prema višestaničnim organizmima. Budući da su se u takvim kolonijama stanice sve više specijalizirale za različite uloge, polako se razvila prava višestaničnost. Daljnjom specijalizacijom i podjelom rada među stanicama dolazi do složenosti i raznolikosti među višestaničnim organizmima kakvu danas poznajemo.

Prijelaz života iz vode na kopno

Prijelaz života iz vode na kopno dogodio se u geološkome razdoblju paleozoiku. To razdoblje trajalo je od prije 542 milijuna godina do prije 251 milijun godina.

Osim biljkama, prijelaz iz vode na kopno bio je zahtjevan i životinjama koje su morale razviti zaštitu od isušivanja, biti sposobne disati, kretati se neovisno o vodi, prilagoditi se novim načinima prehrane i izlučivanja nepotrebnih tvari (ekskrecija) te razviti unutarnju oplodnju.

Takva su se obilježja postupno razvila kod velikoga broja životinja, pa tako i kralježnjaka. Prvi kopneni beskralježnjaci bili su kukci, a prvi kopneni kralježnjaci bili su predci današnjih vodozemaca i još uvijek su bili djelomice povezani s vodom jer njihova koža nije imala dobru zaštitu od isušivanja te su oplodnja i razvoj embrija ostali povezani s vodom (5.24. sl.). Gmazovi se smatraju prvim pravim kopnenim kralježnjacima jer su razvili i mnoge prilagodbe koje sprečavaju isušivanje te im voda više nije bila ključna za oplodnju i razvoj embrija.

Nakon paleozoika slijedi razdoblje nazvano mezozoik koje je trajalo od prije 225 milijuna godina do prije 65 milijuna godina. To razdoblje najpoznatije je po pojavi i razvoju kritosjemenjača te  vrhuncu razvoja gmazova koji postaju dominantna skupina životinja u svim staništima. Iz toga razdoblja poznate su različite vrste dinosaura.

Izumiranje dinosaura oslobodilo je ekološke niše i omogućilo daljnji razvoj mnogih drugih vrsta, a posebice ptica i sisavaca.

Za kraj...

Povlačenjem elemenata sastavi pravilan tijek razvoja života na Zemlji tijekom milijuna godina.