Livets utveckling

1. Delsemme, sid. 155-193, kompletterande webbmaterial Ingående moment: Det unga jordklotet Från molekyler till liv Pro- och eukaryota celler Evolutionsmekanismer Atmosfärens utveckling Flercellighet och kronologi Superkontinenter och dinosaurier Massutrotning Livets utveckling Evolution = ändring av genpoolen över tid

2. Det unga jordklotet • Bombardemanget var till 99% klart för 4 mdr år sedan • Månen var tre gånger närmre än idag; gigantiska ebb & flodvågor sköljde över kratrarna på de nybildade kontinenterna • Jorddygnet var bara 12 timmar långt • Oceanerna var 10 grader varmare än idag, pga växthuseffekt • Temperaturen sjönk så att CO2 i atmosfären kunde bindas i sedimentär kalksten • Resterna som finns kvar idag innehåller reducerat järn; det fanns nästan inget • syre i atmosfären under de första 500 milj. åren => inget skyddande ozonlager • Prebiotiska molekyler föll ned från rymden, sjönk ned på havsbotten och bildade lerlager där kemisk evolution kanske ledde till liv

3. Från molekyler till liv • Aminosyror bildade korta peptidkedjor • Katalytiska reaktioner gav självreproducerande molekyler • RNA-världen gav DNA och proteiner • Första organismerna kan likna virus, fast med förmåga till evolution och självreproduktion • Livet var hänvisat till lokala energikällor, typ varma källor på havsbotten • Oberoende kom genom den tidiga uppfinningen fotosyntes: n = heltal

4. Prokaryoter Under flera miljarder år så bestod livet enbart av bakterier Tre sorter: arkebakterier = arkea, eubakterier = bakterier och urkaryoter • Flera sorters arkea finns fortfarande, ofta i extrema miljöer (hög temperatur, hög surhets- och salthalt i komagar och svavelhaltiga källor etc) • Lever på kemiska reaktioner, oberoende av solljuset • Syre är gift för dessa organismer; de är rester av en gammal population, nära LUCA = Last Universal Common Ancestor Celler som saknar cellkärna kallas för prokaryoter, DNA ligger utspritt i cellen. De flesta prokaryoter är antingen arkea eller bakterier, och har utvecklats i en mängd olika former över hela jordklotet. De är självständiga individer, men kan ibland leva i kolonier. Uppstod mellan 2,8 och 3,5 mdr år sedan.

5. Extremofiler Exempel Termofiler: gillar temperatur runt 60-80 grader Hypertermofiler: 80-121 grader, alltså över kokpunkten för vatten! Acidofil: gillar pH mindre än 3 Oligotrof: gillar näringsfattig miljö, exempelvis under markytan Radioresistenta: klarar strålning bra En del klarar rymdvistelser utan problem D. Radiodurans: ”Conan the Bacterium”, klarar 3.000 ggr dödlig radioaktiv dos och de flesta steriliseringsförsök.

6. Cyanobakterier Kallas för ”blågröna alger”, jfr algblomning i Östersjön Saknar cellkärna och är således prokaryoter Cyanobakterier i stromatoliter producerade syre under hundratals miljoner år via fotosyntes När haven syresatts och när allt järn oxiderats på jordytan kunde syrehalten i atmosfären öka Syret gjorde att eukaryoterna kunde existera och utvecklas, eftersom deras energi kommer från oxidationsprocesser

7. Eukaryoter Urkaryoterna utvecklades till eukaryoter, ursprunget till alla djur och växter, för ca 2 mdr år sedan Eukaryoterna har cellkärna där kromosomerna skyddas Är flera ggr större än prokaryota celler, och är starkt specialiserade Lever i symbios med andra f.d. bakterier: kloroplasterna som ger fotosyntes via pigment som klorofyll, och mitokondrier som ger energi från oxidation i form av ATP. Andra organeller eller delar i cellen är ribosomer som producerar proteiner via translation av mRNA och cytoskelett som ger stadga åt cellen Eukaryoterna delas numera in i djur, växter, svampar och protister

8. Evolutionsmekanismer • Vad är evolution? • Låt oss börja med vad evolution inte är: • Inte bara förändring över tid • Inte utveckling från lägre till högre organismer • Inte enbart att den ”starkaste” överlever Att läsa från vänster till höger är inte korrekt; chimpansen är inte vår förfader

9. Evolutionsmekanismer • Evolutionen utgörs istället av dessa egenskaper i kombination: • Reproduktion: genetiska egenskaper förs vidare till nästa generation • Förändring: mutationer, genetisk drift, migration och naturligt urval • Påverkan arter emellan: symbioser exempelvis Genetisk variation är en förutsättning

10. En mutation ger brun skalbagge En brun bagge migrerar, andelen bruna baggar ökar i den gröna gruppen Fågeln ser gröna baggar bättre, naturligt urval till förmån för brun bagge Genetisk drift pga slumpmässig händelse Evolutionsmekanismer

11. Mutationer • Är slumpmässiga • Betyder något för evolutionen om könsceller påverkas, annars inte • Celler har reparationsmekanismer som kompenserar, för mycket skador ger cancer • Orsakas av kopieringsfel i DNA-koden eller miljöförändringar:

12. Atmosfärens utveckling Atmosfäriskt CO2 lagras in i bergarter och användes av livet Växthuseffektens storlek har varierat pga CO2-haltens variation Under några perioder växte polarhättorna markant (800-900 milj år, 650-700 milj år sedan) Solens ökande ljusstyrka stoppade de globala nedisningarna trots låg CO2-halt, men mindre istider har förekommit pga jordens rörelsevariationer kring solen O2-halten har växt till idag ca 20%

13. Flercellighet uppstår • 0,6-1,5 miljarder år sedan • Celldifferentiering och -specialisering • Könsceller • Sexuell reproduktion • I och med detta så ökade evolutionstakten, • vilket kanske ledde till den famösa ”Kambriska explosionen” • för ca 550 milj. år sedan. Men nyare forskning visar • på för-Kambrisk evolution utan fossilerade skelett, • orsakad av uppsplittring av en superkontinent; • explosionen kanske var mer ”lagom” ?

14. Organismers kronologi 92m: primitiv fisk95m: dinosaurier99,9m: förfader homo sapiensall mänsklig historia: sista 0,1 mmen livstid: 2/1000 mm längst till höger

15. Exempel på fylogenetiskt träd Exemplet är bara en liten del av det totala trädet, och visar tidsaspekten återigen Röda linjer = utdöda organismer Fåglarna härstammar från dinosaurierna, vilka därmed lever vidare För att hitta gemensamma urorganismer så krävs ibland att man går hundratals miljoner år tillbaka

16. Superkontinenter Tektoniken gör att kontinenterna flyter omkring och kolliderar emellanåt, med globala miljökonsekvenser. Rodinia började bildas för 1,2 mdr år sedan, och blev den dominerande landmassan omgivet av ett enda hav under 350 milj år. Landmassan var livlös, livet bestod av cyanobakterier. Pannotia var en kortlivad (60 milj år) historia för ca 600 milj år sedan, där mycket av landmassan låg vid polerna och var istäckt. Pangea är den senaste (dock inte sista) superkontinenten, och var ”aktiv” för 250-100 milj. år sedan. Landbaserat liv kunde röra sig från nord- till sydpol. Superkontinenterna torde haft en dramatisk påverkan på evolutionen via klimatförändringarna, men mycket är ännu okänt. Pangeas uppdelning till idag

17. Dinosaurier • Började utvecklas på Pangea, och dominerade sedan under ca 140 milj. år: • mängder av arter utvecklades som fyllde varje tillgänglig ekologisk nisch. • De följde med uppsplittringen av Pangea, och var ohotade tills katastrofen • kom för 65 milj år sedan. • Exempel: Diplodocus (30m), Archaeopterix (fåglarnas ursprung) • Två viktiga händelser under eran var utvecklingen av • blommande växter (dvs växter och insekter i symbios) • däggdjuren

18. Massutrotning Exempel: 440 milj år: global istid 360 milj år: en serie tog kål på 70% av alla arter 250 milj år: Permian-Triassic, den värsta under jordens historia. Dinosaurier gynnas dock. 65 milj år: Dinosaurierna dör ut efter meteroritnedslag. Stöds av krater på Yucatanhalvön och förhöjd irridiumhalt i motsvarande sedimentlager världen över. Se Rickmans artikel. 0 milj år: den som pågår pga människans påverkan

19. Sammanfattning Under mycket lång tid var livet encelligt Samma kemiska maskineri med DNA osv  gemensamt ursprung från bakterie till människa Extremofiler är urgamla prokaryoter som trivs i syrefattiga extrema miljöer Syrehalten växte pga biologisk aktivitet, CO2-halten har mest minskat. Polarhättorna har varierat i storlek Evolution är förändring av genom över tid, inget annat, orsakad t ex av mutationer De flesta av de arter som funnits är utdöda, antingen pga naturligt urval eller katastrofal miljöpåverkan. Ett bra exempel är dinosauriernas uppgång och fall