Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Orienteringskurs Astrobiologi Del 4. Jordens ungdom 4,6 miljarder år före nutid Jorden bildades, het planet, tät atmosfär, maffig växthuseffekt 4,4.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Orienteringskurs Astrobiologi Del 4. Jordens ungdom 4,6 miljarder år före nutid Jorden bildades, het planet, tät atmosfär, maffig växthuseffekt 4,4."— Presentationens avskrift:

1 Orienteringskurs Astrobiologi Del 4

2

3 Jordens ungdom 4,6 miljarder år före nutid Jorden bildades, het planet, tät atmosfär, maffig växthuseffekt 4,4 miljarder år före nutid första hav, jordskorpan bildades under havet 4,4 - 3,9 miljarder år f. n. många meteorit-och kometinslag jorden fortfarande het “Hadean period” Inte så mycket information geologiska formationer från denna tid omvandlas senare

4 De äldsta bergarterna-tecken av liv ? Isua-formation Grönland (ålder 3.8 miljarder år) Isua-berg (sedimenter) innehåller korn som visar högre andel av 12 C än omgivningen. Tecken av liv ? 12 CO 2 13 CO 2 Aktiverings- energi 12 C-Glucos 13 C-Glucos Aktiveringsberg är lite mindre vid 12 CO 2: inbyggs preferentiellt i planter Forskarna hävdar att det finns också abiotiska väger för 12 C- anrikning (tex Fischer-Tropsch)

5 Första otvivelaktiga tecken av liv Stromatoliter Stromatolitkultur i Australien - sedimenter bildad av biofilmer av mikroorganismer (t.ex. alger) - äldsta stromatoliter kan vara 3.5 miljarder år gamla - man trodde att stromatoliter orsakas bara av en fåtal arter  stämmer kanske inte Gamla stromatoliter

6 Hur kunde de första levande organismer ha sett ut ? Prokaryoter (ingen cellkärna, bara DNA-slinga) Bakterier Arkeer (Archaea) har många egenskaper gemensam med eukaryoter Eukaryoter (utbildad cellkärna) Eukaryoter Alla flercelliga (djur, högre planter, svampar), men också några encelliga organismer Under nutiden: 3 cellarter

7 Prokaryotisk cell

8 Prokaryoter

9 - utpräglad cellkärna - cellmaterialet sitter inom cellmembranen - cellen interagerar med omgivningen - komplex biokemi äger rum - alla funktioner kon- trolleras av genetisk information Råmaterialer kommer i cellan Sopmaterial lämnar cellen Energi lämnar cellen Eukaryoter Energi kommer in i cellen

10 Eukaryotisk cell Nukleus: DNA i kromosomer Mitokondrier: producerar energi Endoplasmatisk reticulum: syntes och smältning av fettsyror och proteiner, ribosomer finns där Golgi-komplex: proteincessering och transport Lysosomer: nedbrytning av sopmaterial Kloroplaster fotosyntes (bara i planter) Samma byggnadsmönster i alla eukariotiska celler Finns det en gemensam förfader ?

11 Gemensamma egenskaper av alla celler - cellmembraner - genetisk kod - översättningsmekanism (m-RNA, t-RNA) - alla funktioner kon- trolleras av genetisk information Last Universal Common Ancestor (LUCA)

12 Gemensamma gener Gener: Sequenser av basparer i DNA/RNA gener i nästan alla eukaryoter, 24 i Bakterier 145 i arkeeer (Archeae) - ju närmare två arter står varandra, desto flera gener överensstämmer - information kan användas för att bedöma närheten av 2 arter (schimpanser och människor har 98% liknande gener) - möjligt att rekonstruera generna av LUCA

13 Gemensamma gener osäkra Lateralgentransfer (mellan olika arter efter separation i träden gör bestämning av LUCA-gen svårare)

14 Problem med LUCA-hypotesen - 2 olika membrantyper i celler: isoprenoidmembraner i arkeer och fett(lipid-)membraner i bakterier och eukaryoter Cytoplasma Yttervärlden Fosfolipider Membranprotein - möjlig massiv gentransfer i tidiga celler (hade kanske permeabel cellmembran) - kanske var generna inte lokaliseras i bestämda organismer, men interagerade med varandra

15 Egenskaper av membraner med korta kolkedjor - Membraner med korta kolkedjor ~10 kolatomer släpper små enheter igenom (aminosyrer, nukleobaser), men är genom- trängliga för polymerer - polymerer (proteiner, DNA, RNA) kunde hållas fast i cell-plasman och aminosyror och nukleobaser kommer in som efterskott - de första cellerna kunde bildas på detta vis Aminosyror, nukleobaser Proteiner, DNA

16 Isoprenoid- versus lipidmembran Lipid- membran Isoprenoid- membran Vilken membrantyp hade LUCA ? förgreningar Isopren

17 ”Chicken and egg problem” DNA/RNA proteins - för translation av DNA via RNA till proteiner krävs proteiner RNA-polymerase, ribosomer - Proteiner syntetiseras av ribosomer från RNA (DNA) mall Translation

18 Teori: Första ”genombrottsorganism” - första kodering av proteiner med RNA - mycket primitiv, nästan slumpaktig, många ”fel” - men kan utveckla sig genom Eigen-kretsen Naturlig variation Nya funktioner utvecklas Ökande nogrannhet av translation Större genomer Darwin-selektion Eigen krets Darwin-selektion

19 Hur kan dessa organismer ha sett ut ? Virus kunde ge svar: - har ibland bara en RNA-sträng med 3500 nukleobaser - koderar 3 proteiner: replikase (för RNA replikation), maturase (interaktion med värdscellen) och skalprotein - virus lever i område (värdscell) var alla byggstenar (aminosyror, nukleo- baser) är närvarande - genombrottsoranismen kunde ha levat i en liknande omgivning

20 Vad hände före ”genombrottsorganismen” - proteiner kan inte replicera sig själva - DNA kan inte funka som enzym - RNA kan ha vissa enzymegenskaper, det finns s. k. ribozymer - kunde kanske replicera sig själv - före första RNA-proteinorganism kunde en RNA-organism ha existerat. Hammarhead-ribozym

21 RNA-världen - följd av baser bestämmer strukturen av RNA molekyler (och i följd ribozymer) - RNA molekyler kan kopiera sig själv (inga proteiner närvarande) - några ribozymer fortfarende kvar i eukaryoter, mindre i prokaryoter - minsta naturliga ribozymer har bara 40 nukleobaser (artificiella 29)

22 Problem - byggstenarna (nukleotider måste vara närvarande) - fanns det cellmembraner ? (sparande av polymerer) - nuvarande ribozymer har inga polymerisationsfunktioner (polymerisation utgörs av proteiner) NukleotidRNA Negativt laddad

23 Var kommer RNA polymerer från ? - lerpartiklar har oftast positivt laddade joner absorberad på (negativ laddade) ytan - positiv laddade joner tilldrar sedan nukleotider, polymerisation kan händer - annan möjlighet: mycket kalla salt- lösningar. Montmorillonit lerpartikel Negativa joner

24 Varifrån kommer energin för polymerisationen ? - i moderna livet från klyvning an P-O bindningen i trifosfater Problem: 2’-OH gruppe på ribos kan också reagera med fosfat (inte i DNA) Också reaktiv Bindning av 5’-C-atom av en ribosmolekyl till 3’-C- atom av en annan.

25 Hur bildas nukleotider ? - från nukleosider och fosfat - nukleosidproduktion inte hel klarlagt - möjligen via ribosfosfat eller ribos + HCN (Problem: rätt kiralitet) Adenin Nukleosid Nukleotid  -ribos Anomer C-atom

26 Annan möjlighet RNA kanske inte första biopolymer PNAs (peptid nucleic acid) (akiral !) Threose nucleic acids (TNA) bara 2 OH grupper ! RNA bildas av kopiering fran dessa polymerer och sedan slog igenom genom Darwinselektion

27 Sammanfattning av problem med RNA-organismer och RNA-världen - beroende av omgivning för byggstenar - hur gick urvalet av komponenter till - bildning av nukleotide och polymerer - homokiralitet - Hur bildas celler ? - ribozymer är dåliga på polymerisation - instabilitet - hur växer de fram till tillräcklig storlek - hur bildas en tillrävcklig mängd av RNA organismer att de kan överleva och vidareutvecklas ? - var kunde de leva ?

28 - Polymerisation kräver vatten - nucleotider är negativt laddade - Katalysatorer (lera) kunde ha underlättad polymerisationen Var kunde RNA-organismer existera ? Life on the beach

29 Var kunde RNA-organismer existera ? “Porous black smokers”

30 Porösa ”black smokers”

31 Habitat för RNA-organismer -porer i porösa “black smokers kunde utgör de första celler utan membraner - annan möjlighet: mycket kalla lösningar polymerisation lättare kalla och heta områden uppen- barligen fördelaktiga kan organismer leva där ?

32 Prebiotisk kemi RNA värld (RNA, proto-ribosomer, ribozymer) Riborgis eigensis: antagen organism med genetisk kod och genetisk information primitivea proteiner för att kopiera RNA DNA genomer LUCA Eukaryoter Prokaryoter Vägen till liv

33 Tidtabell av vägen till liv Tidsskala: miljarder år före nutid


Ladda ner ppt "Orienteringskurs Astrobiologi Del 4. Jordens ungdom 4,6 miljarder år före nutid Jorden bildades, het planet, tät atmosfär, maffig växthuseffekt 4,4."

Liknande presentationer


Google-annonser