Rychlokurz ekologie
Přihlásit se
Rychlokurz ekologie (1/9) · 13:08

Historie života na Zemi Vznik a vývoj života na Zemi a vliv prostředí na evoluci organismů.

V posledních 40 skvělých týdnech jsme společne prozkoumali všechny základy biologie od těch nejmenších částí, které nám umožňují fungovat až po systémy, které pohánějí nejsložitější a nejvíce inspirující organismy na Zemi Teď je čas rozšířit úhel pohledu a posunout naší výuku na vyšší úroveň. Máme docela v malíku biologii v malém měřítku, teď je čas na širší pohled na věc. V příštích dvanácti týdnech se budeme učit, jak ty živé organismy, které jsme studovali, komunikují a ovlivňují jeden druhého a své okolí. Tohle je věda o ekologii. Myšlenka, že organismus komunikuje v rámci svého prostředí, se může zdát jednoduchá, ale vlastně je to docela úžasně složité. Nic neuteče z oblasti ekologie. Život ovlivňuje chemické složení atmosféry, geologické složení planety, klima. Nic v současnosti neovlivňuje svět více, než my lidé. Takže budeme detailně zkoumat vztah mezi lidstvem a životním prostředím v následujících týdnech. Život je mocný! A pokud chceme pochopit, jak živoucí systémy pracují, musíme nejprve pochopit, jak vznikaly, vyvíjely se a odlišovaly se v posledních 4,5 miliardách let historie Země. Principy, které dnes uslyšíte vymezí rámec našich příštích dvanácti setkání. Připravte se na epické drama historie života na planetě Zemi. Země je jako levný nájemní dům v univerzitním městě. Vždy tam někdo bydlí, ale nájemníci se pořád stěhují tam a zpátky. Noví nájemníci se stěhují do pokojů těch starých a sem tam vám vypnou elektriku, protože nikdo nezaplatil účet. Více méně totální chaos. A stejně jako nájemní dům, Země není nepřemožitelná. Představte si semestr plný společných pitek. Ty můžou poškodit dům dost rychle, a potom každého vystěhují a noví nájemníci se nastěhují dovnitř. Tohle nám trochu dává nadhled na pozici lidí jako dominantního druhu na planetě. Před námi tu byli jiní a pravděpodobně i budou až tu nebudeme. Takhle to tady funguje. Zemi trvalo věky zformovat se do současné podoby. Země vznikla asi před 4,6 miliardami let a nějakou dobu to byl jen kus skály obíhající Slunce, srážející se s ostatními kusy kamení a produkující neskutečné množství tepla. Za nějaký čas se míra srážení postupně snižovala a vrchní vrstva Země se ochladila. Ale jádro planety zůstalo žhavé, opravdu žhavé, tak žhavé, jako povrch Slunce. Tohle ilustruje kolik energie a jak velké množství radiace se podílelo na vzniku Země, když uvážíme, že 4,5 miliard let poté je pořád roztavený materiál ve středu naší planety. A je to tohle vnitřní teplo, co dělá povrch Země tak proměnlivým. Vnitřnosti planety stále vyvěrají na povrch a ničí co tam najdou, modernizují a přeskládávají nábytek, Tohle konstatní obnovování je součást toho, co činí život tady možným. V těchto podmínkách netrvalo životu dlouho, než se na tomto horkém kusu skály objevil. Před asi 4,4 miliardami let na planetu stále dopadaly ohromné kusy kamení a ledu, pozůstatky po formování sluneční soustavy. V atmosféře nebyl žádný kyslík, po celém povrchu vybuchovaly sopky, ALE: konečně se dostatečně ochladilo na to, aby se část atmosférické vlhkosti přeměnila z páry na vodu. První moře spolu s atmosférou vytvořily "chemickou polévku": Dusík, oxidy dusíku, oxid uhličitý, metan, amoniak, vodík a sirovodík, všechny tyto látky spolu se světlem, teplem bůhvíčím ještě nakonec vytvořily malé organické molekuly, a pak nějakým způsobem vznikl život. Nevíme jak se to stalo, přál bych si, abychom věděli, ale nevíme. První život na Zemi nejspíš vypadal úplně jinak, než si představujeme, byl to jen soubor sloučenin ohraničený membránou, protože jak si možná pamatujete, fosfolipidy ve vodě samovolně vytváří biomembrány. Časem se některé z těchto sloučenin uvnitř membrán vyvinuly v aminokyseliny, a nakonec vznikla RNA, nukleová kyselina, nejspíš první genetický materiál. Tyto sloučeniny uzavřené v membráně, nazývané protobionti, nejspíš začali růst, dále se dělit a rozmnožovat, než došlo k nějaké hloupé replikační chybě, která umožnila vznik nukleotidů DNA. To je mnohem stabilnější úložiště genetické informace, protože DNA má dvě vlákna, na rozdíl od RNA s jedním vláknem. A jakmile měli tito malí tvorečkové DNA, byli na koni. Možná to byla jen jedna buňka a nejspíš žila v něčem jako jsou hydrotermální vřídla, ale všechno to začalo u ní. Byly to prokaryotické, jednobuněčné organismy bez jádra, něco jako dnešní Archea, které žijí v hydrotermálních vývěrech, sirných pramenech a ropných vrtech. A omlouvám se za špatnou výslovnost "Archea" v celé řadě o biologii. Moje chyba. Tyto prokaryotické organismy nejspíš vstoupily do historie někdy před 3,9 až 3,5 miliardami let, v období, kterému říkáme Archaikum. To je první z tří eónů v historii Země: Archaikum, Proterozoikum a Fanerozoikum. Ve Fanerozoiku žijeme posledních asi 0,5 miliard let. Jak asi tušíte, takový eón může trvat půlku věčnosti. První z nich trval 2,5 miliard let. Proto rozdělujeme eóny na éry, periody a epochy, které jsou určeny podle významných událostí zaznamenaných ve fosilní historii. Takže před 3,5 až 2,1 miliardami let byly tyto prokaryotické organismy na Zemi samy. Pak se stala divná věc. Obsah kyslíku v atmosféře najednou vystřelil z nuly na 10%, během velmi krátké doby, z pohledu geologického času. Tento kyslík nejspíš produkovaly zbrusu nové prokaryotické organismy, kterým říkáme sinice. Přišly na to, jak si vyrobit vlastní potravu pomocí fotosyntézy. Čím více sinic tu bylo, tím vyšší byla koncentrace kyslíku v atmosféře. Tato takzvaná "kyslíková revoluce" pravděpodobně vyřadila ostatní prokaryotické organismy, které se vyvinuly bez kyslíku. Je to vlastně první ze zásadních změn ve vývoji života na Zemi, protože sinice jako první organismy dokázaly zásadním způsobem měnit své životní prostředí. Možná to je dokonce první případ fungující ekologie. Sinice změnily atmosféru, vyřadily konkurenci a připravily cestu pro evoluci v novém směru. Pak se asi před 2,1 miliardami let objevila na scéně nová forma života: Eukaryota. To byla velká událost, protože jak víte, mezi ně patří všechny rostliny a živočichové. Eukaryota nejspíš vznikly díky procesu endosymbiózy. Jeden prokaryotický organismus parazituje na druhém, nebo ho prostě spolkl a zapomněl strávit. Výsledek byl ovšem pro hostitele i parazita/nestrávenou kořist skvělý. Vytvořili jednobuněčný organismus s organelami. Jsou to mitochondrie a plastidy, které se pravděpodobně vyvinuly z těchto pozřených nebo parazitických prokaryot. Díky tomu se mohla vyvinout mnohem složitější forma života. Před asi 1,5 miliardami let se objevily mnohobuněčné eukaryotické organismy. První z nich byly nejspíš řasy. Před 535 miliony let se ale s eukaryoty roztrhl pytel. Říkáme tomu "kambrická exploze". Supermasivní zlatý věk života, veškerá rozmanitost živočichů explodovala. Nikdo přesně neví, co to způsobilo, ale život najednou vytvářel takové novoty, které na Zemi nikdy nebyly. Různí tvorové využívali minerály v mořské vodě na stavbu kostí a schránek, někteří získali zbraně jako drápy, u jiných se vyvinuly ochranné pláty. Docházelo k evoluci na základě vývoje predátorů a kořisti. Předznamenalo to nástup Fanerozoika, ve kterém se právě nacházíme. Přesně tak, Země strávila dva eóny pod nadvládou archeí, bakterií a další naměklých červů. Teprve od kambrické exploze se objevují fosílie takových živočichů, které známe dnes. Po kambriu už v oceánech nebylo k hnutí, takže v ordoviku před 500 miliony lety začaly rostliny, živočichové a houby kolonizovat souš. Byl to nejspíš strategický krok jak uniknout predátorům. Teď měli možnost objevovat, obsazovat a vytvářet řadu nových ekosystémů. V devonu před 365 miliony lety se objevili čtyřnožci, obratlovci se 4 končetinami, kteří se nejspíš vyvinuli ze svaloploutvých ryb. Potom členovci, jako hmyz a pavouci. Od těch dob existují ekosystémy, které známe dnes, protože organismy měnily své prostředí dýcháním kyslíku z atmosféry a vypouštěním oxidu uhličitého. A vy víte, kdo má rád oxid uhličitý: Rostliny. V karbonu, před 359 - 299 miliony lety, se rostliny totálně ... zbláznily. Lesy byly tak husté a rozsáhlé, že vytvořily veškeré naše fosilní paliva, veškeré uhlí a ropa, které dnes používáme k pohonu všech strojů, vzniklo během 60 milionů let. Tentokrát to byly rosliny, které měnily klima i geologii Země. Pralesy vypouštěly do atmosféry tolik kyslíku, že byl jeho obsah 35% na rozdíl od dnešních 21%, Tento kyslík ochlazoval planetu, protože nebylo dost oxidu uhličitého, který udržuje teplé klima potřebné k přežití pralesů. Takže celý systém se zhroutil. Veškerý uhlík v pralesích se ponořil do bažin, po čase byl uzavřen pod horninami. Dnes samozřejmě všechen tento uhlík uvolňujeme spalováním fosilních paliv - což nám zřejmě pomáhá udržovat planetu pěkně zahřátou dnes. Tady to máte: to je ekologie. V permu, před 299 - 251 miliony lety se všechny kontinenty světa spojily do jednoho obrovského kontinentu, kterému říkáme Pangea. Změnilo se klima, mořské proudy a rostliny i živočichové se vyvíjeli s ohledem na tyto změny. Objevily se nahosemenné rostliny, první rostliny se semeny, jako dnešní borovice, smrky a jedle, a také archosauři, pradědové dinosaurů a ptáků. Možná už jste pochopili, že nic netrvá věčně, stejně tak i toto období. Asi před 252 miliony lety se něco stalo. Nebo možná rychle po sobě přišlo několik událostí. Kdyby to věděli filmoví producenti, z velkého perm-triaského vymírání by udělali ten největší katastrofický film všech dob. Protože 96% všech mořských a 70% suchozemských obratlovců přestalo existovat. Je to jediné známé masové vymírání hmyzu. Kolem 57% čeledí a 83% rodů vymřelo. Bylo to nejvýznamnější vymírání na této planetě. Bylo těžké najít důvod tohoto vymírání, protože většina důkazů samozřejmě zanikla. Mohl to způsobit dopad meteoritu, který uvolnil energii shodnou výbuchu pár milionů jaderných zbraní najednou. A aby toho nebylo málo, vybouchlo spoustu sopek, metan se uvolňoval z mořského dna, v oblasti dnešní Sibiře navíc docházelo k výbuchu plynu. Změnilo se celé klima, výška mořské hladiny a snad i salinita oceánů. Nikdo přesně neví, co se stalo. Jistě ale víme, že životu trvalo velmi dlouho, než se obnovil. Podívejme se ale na to s té lepší stránky: perm-triaské vymírání dalo vzniknout dinosaurům. Mohli se vyvíjet během triasu, protože neměli mnoho konkurentů o zdroje. Vyvinuli se tedy tak, aby zaplnili dostupnou niku. To je kombinace živých a neživých zdrojů, které mohli využít k přežití. To slovo si zapamatujte, protože v ekologii se často mluví o využívání, opouštění, změně nebo vyloučení z niky. V triasu existovalo množství nik, kam oko dohlédlo, protože neexistovalo tolik živočichů a rostlin, kteří by si konkurovali. V juře, před 199 - 145 miliony lety Zemi obývali ohromní býložraví dinosauři, menší, zlí, masožraví dinosauři pronásledovali ty býložravé. Oceány byly plné obřích chobotnic a ichtyosaurů a dlouhokrkých plesiosaurů. Vzduch byl plný pterosaurů a prvních ptáků. Také tam byli savci, sice malí, ale všudypřítomní. Ještě totiž nepřišel náš čas. Jura patřila dinusaurům. Ale i na ně došlo. Zmizeli před 65 miliony lety, kdy všichni vymřeli, to už určitě víte, přežili jen jejich potomci, ptáci. Na poloostrov Yucatán v Mexiku nejspíš dopadl meteorit, který je vyhladil. Podle jiných teoriích to mohla být změna klimatu způsobená zvýšenou sopečnou činností, nebo je možné, že se prostě nedokázali přizpůsobit změnám jiným živým tvorům kolem sebe. Třeba před 100 miliony lety se poprvé objevily krytosemenné, neboli kvetoucí rostliny, kterým se opravdu dařilo. Hlavně díky létajícímu hmyzu, který se vyvinul spolu s nimi a posloužil jim jako skvělý prostředník při rozmnožování. To je krásný příklad dalšího ekologického jevu - koevoluce. Dinosaurům ale chutnaly staromódní nahosemenné rostliny, což víme díky studiu jejich zkamenělých výkalů, takže možná vymřeli kvůli své vybíravosti. Kdo ví. Když byli dinosauři pryč, savci a ptáci mohli převzít nadvládu. Tehdy se flóra a fauna na Zemi začala podobat mnohem víc té dnešní. Od té doby došlo k několika změnám klimatu, vymírání druhů a evoluci mnoha druhů rostlin a živočichů, včetně člověka. Věřte nebo ne, v geologickém čase jsme došli až k dnešní době. V ekologii se vše točí kolem akce a reakce: po dopadu meteoritu následují další události, rozšíří se rostliny a mnoho jiných věcí. Lidé začnou uvolňovat oxid uhličitý uložený v 300 milionů let starých horninách, planeta se začne zahřívat, a pak... vlastně nevíme, co se stane. Ale díky ekologii můžeme události předpovídat co nejlépe. Následující 3 měsíce budeme podrobněji zkoumat tyto vztahy, a také jakou roli v nich hraje člověk a jaký vliv na to vše máme my.
video