ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ. Ι

Transcript

1 Life, The Science of Biology, 7 th Edition Purves W.K., Sadava D., Orians G.H., Heller H.C. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ. Ι Τμήμα Μορ. Βιολογίας & Γενετικής Αλεξανδρούπολη 1 ο εξάμηνο Ακ. έτος Συμπληρωματική πηγή ύλης: Βασική πηγή ύλης: Βιολογία, Α. Ζίφα, Ζ. Μαμούρης, Κ. Μούτου. Πανεπιστημικές Εκδόσεις Θεσσαλίας. 1 η Έκδοση Ζωολογία. Ολοκληρωμένες αρχές. Τόμος Ι (Μετάφραση από: Integrated Principles of Zoology C.P. Hickman, L.S. Roberts, A. Larson, 14 th edition) Εκδόσεις Utopia Βιολογία, Τόμος Ι (Μετάφραση από: "Biology", N. A. Campbell & Reece, J. B. Pearson Education Inc., 8th edition, 2008) Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης, 2010

2 Ι. Η επιστήμη της Βιολογίας & η προέλευση της ζωής Βασικές αρχές της επιστήμης Ιστορικοί σταθμοί στην εξέλιξη της βιολογικής σκέψης και της Βιολογίας ως επιστήμης Κλάδοι της Βιολογίας σήμερα Οι βασικές ιδιότητες της ζωής Η προέλευση της ζωής

3 A B Γ Δ Ο εύκολος τρόπος. (και ο μοναδικός; ) A B Δ Γ Ο πραγματικός τρόπος.

4 A simplified food web!...

5 Protein protein interactions in the membrane of a yeast Zhang, K. & Ouellette B.F. New Perspectives in Predicting Membrane Protein-protein Interactions. Ιn: New Achievements in Evolutionary Computation, Book edited by: Peter Korosec, ISBN , 2010

6 Επιστημονική έρευνα & γνώση Ο τρόπος με τον οποίο αποκτάται η γνώση του φυσικού κόσμου δεν είναι παθητικός ή τυχαίος, αλλά ενεργητικός (π.χ. από πού προέρχεται η ζώη, τι τρώγεται και τι όχι, τι προκαλεί τις ασθένειες;). Περιλαμβάνει την έρευνα, στην οποία ακολουθούνται βασικές καθοδηγητικές αρχές. Η έρευνα εξαρτάται από τις ερωτήσεις που θέτουμε και από τη μεθοδολογία που ακολουθούμε για να βρούμε τις απαντήσεις. Η γνώση που δεν είναι οργανωμένη και συστηματοποιημένη κάτω από ένα κοινά αποδεκτό σύστημα αρχών, δεν μπορεί να θεωρηθεί επιστημονική. Γιατί; Έλεγχος συμπερασμάτων Κοινός κώδικας επικοινωνίας

7 Τι είναι επιστήμη; (Η τέχνη και η θρησκεία είναι επιστήμες;) Η επιστήμη: Θέτει ερωτήσεις για το φυσικό κόσμο Αναζητά απαντήσεις μέσα από την άμεση ή έμμεση παρατήρηση του φυσικού κόσμου I think. I believe. I sense Καθοδηγείται και ελέγχεται από τους Νόμους της Φυσικής και της Χημείας οι οποίοι διέπουν όλα τα έμβια συστήματα Δεν επικαλείται υπερφυσικές δυνάμεις/υπάρξεις για την ερμηνεία των φυσικών φαινομένων, ακόμα και όταν τα δεδομένα και η τεχνογνωσία της κάθε εποχής δεν επαρκούν για να δώσουν ικανοποιητικές εξηγήσεις Ενέχει και προϋποθέτει την αμφισβήτηση των συμπερασμάτων της και τη δυνατή απόρριψή τους με βάση τα δεδομένα που μπορεί να προκύπτουν από νέες παρατηρήσεις Η επιστήμη είναι ουδέτερη στο θέμα της θρησκείας. Τα αποτελέσματά της δεν ευνοούν καμία θρησκευτική θέση.

8 Υποθετική επαγωγική μέθοδος Παρατήρηση - Υπόθεση - Ελέγξιμη πρόβλεψη Οι καλύτερες υποθέσεις είναι αυτές που κάνουν πολλές προβλέψεις Μόνο η απόρριψη μιας υπόθεσης μπορεί να είναι καθολική, ΠΟΤΕ η αποδοχή της Μία υπόθεση που εξηγεί μέγαλη ποικιλία σχετικών φαινομένων = ΘΕΩΡΙΑ Μία ισχυρή θεωρία με εκτεταμένη ερευνητική στήριξη = ΔΟΓΜΑ Η κατάρριψη των δογμάτων οδηγεί στην ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΠΑΝΑΣΤΑΣΗ

9 Ιστορική αναδρομή στην εξέλιξη της Βιολογίας Η ανάγκη της επιβίωσης (τροφή, ένδυση, προφύλαξη, θεραπευτικές ιδιότητες κ.ά.), αλλά και ο φόβος ενός άγνωστου και πολύπλοκου κόσμου Ζωγραφιές στις παλαιολιθικές σπηλιές μαρτυρούν καλή γνώση και παρατήρηση της ζωικής ποικιλότητας Οι περισσότερες μυθολογίες εμπεριέχουν στοιχεία των μυστηρίων της ζωής και της προέλευσής τους Στοιχεία μαγείας σε διάφορους πολιτισμούς, όπου η ανάδειξη των γνώσεων σχετικά με τους οργανισμούς και τις ιδιότητές τους είναι ένας τρόπος κυριαρχίας πάνω στην άγρια ζωή λη στα φυσικά φαινόμενα Αιγύπτιοι ιδιότητες βοτάνων για το βαλσάμωμα των νεκρών Κινέζοι & Ινδοί θεραπευτικές ιδιότητες αναρίθμητων φαρμακευτικών φυτών & ιατρικές γνώσεις

10 Έλληνες ~ περίοδος Ελλήνων φιλοσόφων, 6 ος π.χ. αι. (προ Αριστοτέλη) και αρχή ορθολογικής σκέψης: Αναζήτηση για την πρωταρχική ουσία από την οποία προέκυψε η ζωή Θαλής ο Μιλήσιος ( π.χ.): πρωταρχική ύλη = νερό Αναξίμανδρος ( π.χ.): νερό, γη, «άπειρο», πρώτοι οργανισμοί τα ψάρια και από αυτά δημιουργήθηκαν οι υπόλοιποι ζωικοί οργανισμοί ~ πρώτη εξελικτική θεωρία Αναξιμένης ( π.χ.): αέρας~«πνεύμα»/«θείον»= αρχή της ζωής Αλκμέον (500 π.χ.-):ανακάλυψη οπτικού νεύρου, εγκέφαλος~κεντρικό όργανο σκέψης (διαφορά από ζώα) Εμπεδοκλής ( π.χ.): θερμότητα που βρίσκεται στο αίμα, καρδιά Ιπποκράτης ( π.Χ.): ορόσημο εναντίον της δεισιδαιμονίας και της μαγείας, παρατήρηση & συμπέρασμα, επιστημονική σκέψη «Περί αέρων, υδάτων, τόπων» - «Περί ιερής νόσου»

11 Θεμέλιος λίθος της επιστήμης Αριστοτέλης ( π.χ.): ο πατέρας της βιολογίας «Κάθε θεωρία πρέπει να συμφωνεί με τα γεγονότα. Αν καινούριες παρατηρήσεις δεν συμφωνούν με τη θεωρία, τότε πρέπει να αλλάξουμε της θεωρία και όχι τα γεγονότα» Η πρώτη συστηματική κατάταξη των ειδών με βάση όχι μορφολογικούς χαρακτήρες «Περί ζώων μορίων»: Ζώα έναιμα (θηλαστικά, πτηνά, αμφίβια, ερπετά, ψάρια) Ζώα άναιμα (έντομα, οστρακόδερμα, μαλάκια) Ενδιάμεση κατηγορία (χταπόδια, σπόγγοι, αστερίες) Φυτά Περιγραφή 450 ειδών ζώων, μορφολογικές, οικολογικές, εμβρυολογικές, ανατομικές μελέτες Τελεολογική ερμηνεία των φαινομένων και της πολυπλοκότητας της φύσης. «Η φύσις ουδέν ποιεί μάτην»

12 Μαθητές του Αριστοτέλη (Περιπατητικοί φιλόσοφοι) ~ Θεόφραστος ( π.χ.): βοτανική, εισαγωγή ορολογίας (π.χ. καρπός, περικάρπιο, δι-μονοκότυλα φυτά κλπ) «όπου υπάρχει αύξηση, υπάρχει ζωή» Γιατροί της Αλεξάνδρειας: μελέτες φυσιολογίας (εγκέφαλος, κυκλοφορικό, λεμφικό σύστημα) Ηρόφιλος (300 μ.χ.): ανατομίες πτωμάτων, εγκέφαλος = κέντρο ευφυΐας, διάκριση φλεβών/αρτηριών Ερασίστρατος (280 μ.χ):πολυπλοκότητα ανθρώπινου εγκεφάλου έναντι του εγκεφάλου των ζώων και συσχέτιση με την ευφυΐα, λεμφαγγεία Γαληνός ( μ.χ.): πολλά πειράματα ανατομίας & φυσιολογίας, αλλά λάθος συμπεράσματα, η θεωρία των 4 χυμών (αίμα, φλέγμα, μαύρη και κίτρινη χολή) Η ώρα έφτασε...0! Χριστιανισμός Μεσαίωνας ~ 14 αιώνες κενό στην επιστήμη!

13 Η Βιολογία από την Αναγέννηση και μετά 16 ος αιώνας (Αναγέννηση): συσχετισμός τέχνης και ανατομίας 1. μετάφραση του έργου του Αριστοτέλη/Θεόφραστου στα Λατινικά, 2. μεταφορά μεγάλης ποικιλίας εξωτικών ζώων και φυτών από τις διάφορες αποικίες του Νέου Κόσμου, 3. χρήση πολλών φυτικών σκευασμάτων στην ιατρική, 4. μεγάλη πρόοδος της βοτανικής (πιστές απεικονίσεις φυτών, βοτανικοί κήποι, herbaria), αλλά όχι και της ζωολογίας (μελέτες συγκριτικής φυσιολογίας & ανατομίας) Δαβίδ, Μηχαήλ Άγγελος, Φλωρεντία, 1504

14 17 ος -18 ος αιώνας ~ η περίοδος των μεγάλων ανακαλύψεων William Harvey ( ): κλειστή κυκλοφορία αίματος από φλέβες και αρτηρίες / ex ovo omnia / επιγένεση vs. Προσχηματισμός/εμβρυογένεση Marcelo Malpighi ( ): όργανα και συστήματα (καρδιά, νεφρά, τραχεία, νευρικό, πεπτικό, απεκκριτικό, κυκλοφορικό) «Περί Βόμβυκος» Antoine Van Leeuwenhoek ( ): Βακτήρια, Πρωτόζωα, σπερματοζωάρια, ερυθροκύτταρα? Robert Hooke ( )- αστρονόμος: η πολυπλοκότητα των οργανισμών κατ αναλογίαν προς το σύμπαν, «κύτταρο»=η στοιχειώδης μονάδα

15 μικροσκόπιο! Antoine Van Leeuwenhoek: > 400 είδη μικροσκοπίων

16 Aνάπτυξη της κυτταρικής θεωρίας- 19 ος αιώνας Matthias Schleiden ( ) ~ «Συμβολές στη φυτογένεση» Theodor Schwan ( ) ~ κυτταρική θεωρία στα ζώα Rudolf Virchow ( ) ~ «Κυτταρική Παθολογία» Σώμα = κράτος Κύτταρα = πολίτες Ασθένεια = εμφύλιος πόλεμος «Omnis cellula e cellula» Walther Flemming ( ) ~ «Omnis nucleus e nucleo» «Κυτταρική ουσία, πυρήνας και κυτταρική διαίρεση» μία από τις σημαντικότερες 10 ανακαλύψεις της κυτταρικής βιολογίας και τις 100 της επιστήμης! Η εφεύρεση του μικροσκοπίου και οι επακόλουθες ανακαλύψεις οδήγησαν στην κατάρριψη 4 δογμάτων που καθήλωναν τη μέχρι τότε επιστημονική σκέψη:

17 1. Αυτόματη Γένεση: (ζωή από λάσπη, νερό, αέρα, τροφή) Αριστοτέλης: άνθρωπος από άνθρωπο - φυτό από φυτό - Πείραμα 1 Πείραμα 2 κατώτεροι οργανισμοί από λάσπη Πρώτες ορθές σκέψεις από τους Harvey και Leeuwenhoek αλλά η απόδειξη από τα πειράματα του: Francesco Redi ( ): οι μύγες ΔΕΝ προέρχονται από το σάπιο κρέας Louis Pasteur ( ) Θέρμανση & αποστείρωση Συμπέρασμα (1862!): ~Η ΖΩΗ ΑΠΟ ΖΩΗ! Καθιέρωση της μικροβιολογίας: τα μικρόβια είναι πολυποίκιλοι ζωντανοί οργανισμοί και προέρχονται επίσης από όμοιά τους!

18 2. Προσχηματισμός (12 ος αι.): το σπέρμα περιέχει τη μικρογραφία του ενήλικου ανθρώπου Έναυσμα από τις θεωρίες του Ιπποκράτη Αριστοτέλη... έως 18 ο αιώνα! Homunculus (= ανθρωπάριο) Kaspar Friedrich Wolff (1759): Ένα γονιμοποιημένο ωάριο περιέχει μόνο τα δομικά υλικά του οργανισμού, τα οποία συγκεντρώνονται υπό την επίρροια μιας άγνωστης δύναμης. Η βασική ιδέα είναι πώς κατά την ανάπτυξη, διαφοροποιημένα στρώματα κυττάρων (και στη συνέχεια και όργανα) μπορούν να προκύψουν από μη διαφοροποιημένα κύτταρα (Επιγένεση) Mendel (1865): Θεωρία της κληρονομικότητας

19 3. Η κληρονομικότητα των επίκτητων χαρακτήρων: οι χαρακτήρες που αποκτώνται μετά τη γέννηση του ατόμου μεταφέρονται στους απογόνους του Jean-Baptiste Lamarck ( ) ~ Λαμαρκισμός August Weismann ( ): πειράματα με 22 γενιές ποντικών, στις οποίες το κόψιμο της ουράς δεν μεταβιβαζόταν από τη μία γενιά στην άλλη 4. Η τυπολογική αντίληψη του είδους: για όλα τα είδη υπάρχει ένας «τύπος». Οι αποκλίσεις στους χαρακτήρες των ατόμων του ίδιου είδους προέρχονται από λάθη Carl von Linné ( ) / Johann Goethe ( ) Υπάρχουν τόσα διαφορετικά είδη όσα από την αρχή δημιούργησε το ανώτερο Ον Charles Darwin ( ): Θεωρία της εξέλιξης και της φυσικής επιλογής Η εξελικτική θεωρία αποτελεί ΔΟΓΜΑ και διέπει ΟΛΟΥΣ τους τομείς της σύγχρονης βιολογίας

20 Για σκέψη Η εξέλιξη της ζωής είναι γεγονός. Ο νεοδαρβινισμός η θεωρία που το ερμηνεύει έχει για τη βιολογία και για τις συναφείς επιστήμες την ίδια ερμηνευτική ισχύ που η θεωρία της Κβαντομηχανικής έχει για τη Φυσική. Ποιος λοιπόν ο λόγος για μια αντιγνωμία που συνεχίζεται αμείωτη επί 150 χρόνια; Η απάντηση είναι απλή: ο Δαρβίνος απομυθοποίησε τον άνθρωπο, τον έβαλε μέσα στο φυσικό κόσμο, τον έκανε αντικείμενο της επιστημονικής προσέγγισης και αυτό είναι κάτι που πολλοί από εμάς δεν θέλουμε να δεχτούμε η άρνηση της ιδέας της εξέλιξης λειτουργεί ως τροχοπέδη στην καλλιέργεια μιας πανανθρώπινης αντίληψης για τον άνθρωπο και μιας αρμονικής συνύπαρξής του με τον πλανήτη. Αντίθετα, η παραδοχή πως είμαστε κι εμείς ένα προϊόν της ίδιας διαδικασίας με την οποία δημιουργήθηκε κάθε άλλη μορφή ζωής είναι -πέρα από την επιστημονική της ορθότητα- η αληθινή πηγή ταπεινότητας και συνυπευθυνότητας μπροστά στο κοινό μέλλον μας Η απληστία υπονομεύει τη βάση της βιολογικής μας υπόστασης, το φυσικό μας περιβάλλον. Ο φανατισμός υπονομεύει τη βάση της κοινωνικής μας υπόστασης, την πολιτισμική μας διαφορετικότητα. Μέσα από τη θεωρία της εξέλιξης μπορούμε να δούμε ολοκάθαρα ποιες ήταν οι δυνάμεις που μας έφεραν στο σημείο που είμαστε, να τις κατανοήσουμε και να τις τιθασεύσουμε. Από το βιβλίο: «ΑΣ ΣΥΜΦΙΛΙΩΘΟΥΜΕ ΜΕ ΤΟΝ ΔΑΡΒΙΝΟ», Λ. Ζούρος 2009

21 Κλάδοι της Βιολογίας σήμερα Αποτύπωση της ποικιλομορφίας (ταξινόμηση, συστηματική) Διερεύνηση της δομής & λειτουργίας (ανατομία, φυσιολογία, εμβρυολογία, νευροβιολογία, κυτταρική βιολογία, μοριακή βιολογία, βιοχημεία...) Διερεύνηση των σχέσεων και συγκρίσεις (εξέλιξη, φυλογένεση, βιογεωγραφία, πληθυσμιακή οικολογία, ηθολογία...) Σύγχρονοι εφαρμοσμένοι κλάδοι (βιοτεχνολογία, βιοηθική, φαρμακολογία, βιοστατιστική...)

22 Οι ιδιότητες της ζωής Αφηρημένη έννοια ή κάτι το απτό και συγκεκριμένο; Ζωή ~ ζωντανοί οργανισμοί Οι βασικές ιδιότητες νωρίς στην εξέλιξη (όλοι οι οργανισμοί τις φέρουν) Σταθερές και αμετάβλητες στη βασική τους λειτουργία και σε όλο το εύρος της οργανισμικής ποικιλότητας (ένδειξη κοινής προέλευσης) Όλα τα έμβια συστήματα λειτουργούν και εξελίσσονται μέσα στα όρια των βασικών νόμων της φυσικής και της χημείας Νόμοι της Θερμοδυναμικής: Ι. Αρχή διατήρησης της ενέργειας ΙΙ. Αρχή της εντροπίας

23 Ποιες είναι; 1. Υψηλός βαθμός οργάνωσης (κύτταρο: εξειδικευμένη και συντονισμένη δραστηριότητα από τους μονοκύτταρους μέχρι τους πολυκύτταρους οργανισμούς) 2. Πρόσληψη ενέργειας από το περιβάλλον και μετατροπή της σε δομικά στοιχεία (αναβολισμός), μετατροπή ύλης σε ενέργεια (καταβολισμός) ~ μεταβολισμός 3. Διατήρηση εσωτερικού περιβάλλοντος, σχετικά σταθερού παρά τις συνεχείς μεταβολές του εξωτερικού περιβάλλοντος ~ ομοιόσταση 4. Απόκριση σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος ~ ερεθιστότητα 5. Αναπαραγωγή, αύξηση, ανάπτυξη 6. Προσαρμοστικότητα, δυνατότητα εξέλιξης των πληθυσμών σε ένα συνεχώς μεταβαλλόμενο περιβάλλον Όλα τα παραπάνω είναι δυναμικές διεργασίες και ενέχουν την αλληλεξάρτηση & αλληλεπίδραση μεταξύ τους!

24 Η προέλευση της ζωής: αυτό που απασχόλησε από πολύ νωρίς και ακόμα απασχολεί τον ανθρώπινο νου! Φιλοσοφικό ή επιστημονικό ερώτημα; Δημιουργία Εξωγήινη προέλευση από πτώση μετεωριτών Αυθόρμητη γένεση Αρχικά ανόργανα μόρια & συνθήκες Αρχικά οργανικά μόρια Συνθετότερα οργανικά μονομερή Πολυμερή Συσσωματώματα με εμφάνιση στοιχείων ζωής Οργανωμένα κύτταρα Πολυκύτταροι οργανισμοί

25 Η προέλευση της ζωής: αυτό που απασχόλησε από πολύ νωρίς και ακόμα απασχολεί τον ανθρώπινο νου! Φιλοσοφικό ή επιστημονικό ερώτημα; Δημιουργία Εξωγήινη προέλευση από πτώση μετεωριτών Αυθόρμητη γένεση [Διέπεται και προϋποθέτει τη δύναμη της φυσικής επιλογής] A.I. Oparin ( ). ~ 1930 η θεωρία της αυτόματης γένεσης από τη «σούπα» των ανόργανων στοιχείων Προϋποθέσεις: πρώτα μόρια - θερμότητα δυνατότητα συμπύκνωσης - χρόνος Πριν από 4,5 δισ. χρόνια η γη είχε τελείως διαφορετική μορφή από τη σημερινή: 1. Αναγωγική ατμόσφαιρα (NH 3, CH 4, Η 2 Ο, CO 2, Η 2 ) προσοχή: ΟΧΙ Ο 2! 1. Έντονη ηλιακή/υπεριώδης ακτινοβολία, ηλεκτρικές εκκενώσεις 2. Ηφαιστειακή δραστηριότητα και ηφαιστειακά/διαστημικά αέρια 3. Δημιουργία ωκεανών από βροχές - αρχέγονοι ωκεανοί υδροθερμικές αναβλύσεις, πλούσιες σε H 2 S 4. Υψηλές θερμοκρασίες τοπικά από πτώση μετεωριτών

26 Το πείραμα των S.L. Miller & H. Urey (1953) Η σύνθεση των βασικών μονομερών (ακετόνης, φορμαλδεΰδης, υδροκυάνιου, αμινοξέων, νουκλεοτιδίων) από ανόργανα στοιχεία έγινε δυνατή κάτω από τις συνθήκες της αρχέγονης ατμόσφαιρας και σε κάθε περίπτωση απαιτούσε: 1. αναγωγικό περιβάλλον και 2. ακτινοβολία δοσμένη με έντονο τρόπο Ωστόσο διαφωνία ως προς: την προέλευση των πρώτων συστατικών της ατμόσφαιρας (π.χ. διάστημα) το πού πραγματοποιήθηκαν οι πρώτες αντιδράσεις (ωκεανοί, υποθαλάσσια υποστρώματα)

27 Από τα μονομερή στα πολυμερή βιομόρια Ο πολυμερισμός των μονομερών απαιτεί: 1. υψηλές συγκεντρώσεις, 2. άνυδρο περιβάλλον αφού συνοδεύεται από αποβολή νερού, και 3. Καταλύτες (~ένζυμα) Αυτό κάνει απίθανη την υπόθεση δημιουργίας πολυμερών μέσα στους ωκεανούς

28 Από τα μονομερή στα πολυμερή Πώς; Αργιλώδεις επιφάνειες πλούσιες σε Zn ++ και Fe ++ (~ένζυμα) υπό την επίδραση ηλιακής ή/και ηφαιστειακής θερμότητας. Οι επιφάνειες αυτές μπορούν να δεσμεύουν τα εναντιοϊσομερή σακχάρων και αμινοξέων που υπάρχουν στους ζωντανούς οργανισμούς (πειράματα S.W. Fox σύνθεση πρωτεϊνοειδών δηλ. μη βιολογικών πρωτεϊνών) Αργιλικές μήτρες για την πιθανή δημιουργία νηματόμορφων «γονιδίων» που αποτέλεσαν τα πρόδρομα μόρια RNA Αυτοδιατήρηση προβιολογικών μακρομορίων λόγω έλλειψης Ο 2 και μικροοργανισμών και προστασίας τους από την ακτινοβολία λόγω απομόνωσης σε μεγάλα ρήγματα Αυτοδιπλασιασμός λόγω επιλεκτικού πλεονεκτήματος Τάση αυτόματης συσσωμάτωσης των πολυμερών και ανάπτυξης συνθετότερων μορίων κάτω από κατάλληλες συνθήκες

29 Από τα πολυμερή στους... Συσσωματώματα, αυτόματα παραγόμενα από πολυμερή, με στοιχειώδη εμφάνιση ιδιοτήτων ζωντανών κυττάρων~ πρωτοβιώτες 1. Oparin (1940): κάποια πολυμερή σύγχρονων κυττάρων όταν διαλυθούν στο νερό παράγουν συμπυκνωμένα σταγονίδια με ιδιότητες διαίρεσης, μεταβολισμού και απομόνωσης από το γειτονικό τους περιβάλλον (~συσσωματώματα) 2. Fox (1970): τα πρωτεϊνοειδή μέσα σε ζεστό αλμυρό νερό συσσωματώνονται σε μικροσφαιρίδια (~πρωτεϊνοειδή μικροσφαιρίδια) με εξωτερική περιοριστική στιβάδα από νερό & πρωτεΐνες και υδάτινο εσωτερικό, ικανότητα απορρόφησης υλικών, συνένωσης και διαχωρισμού τους 3. Φωσφολιπίδια μέσα σε υδάτινο διάλυμα και υπό κατάλληλες συνθήκες συγκέντρωσης τείνουν να διαμορφώσουν διπλοστιβάδες ανάλογες με εκείνες των ζωντανών κυττάρων (λιποσώματα) Κοινό σημείο και στα τρία μοντέλα: η αναγκαιότητα διαχωρισμού εσωτερικού και εξωτερικού περιβάλλοντος μέσω κάποιου φραγμού και η δημιουργία δομών υψηλότερης οργάνωσης!

30 ...Ωστόσο, από τα συσσωματώματα στα ζωντανά, αυτοαναπαραγόμενα και αυτόνομα κύτταρα η απόσταση παραμένει τεράστια! DNA ή πρωτεΐνες;...ή αλλιώς: Η κότα έκανε τ αυγό ή το αυγό την κότα;;;;;; Ο κόσμος του RNA ίσως;;;; Σε εργαστηριακές συνθήκες δυνατότητα δημιουργίας μικρών ριβονουκλεϊκών αλυσίδων (5-10bp). Σε περιβάλλον με A,G, C, U +Zn ++, συμπλήρωση και αναδιπλασιασμός μέχρι και 40bp. RΝΑ: το μοναδικό μόριο που μπορεί να αυτοκαταλύσει το διπλασιαμό του σε συνθήκες εργαστηρίου (ριβοένζυμα στα οποία ένα εσόνιο μπορεί να καταλύει την αποκοπή του και να οδηγεί στη συνένωση δύο εξονίων, ριβονουκλεάση P, ριβόσωμα) ~ Cech, Altman (1981) - βραβείο Nobel χημείας

31 Αφού το RNA παρείχε τη δυνατότητα κληρονόμησης της γενετικής πληροφορίας και αυτοκατάλυσης, γιατί «έπρεπε» να φτιαχτεί και το DNA; =RNA =DNA 100 φορές πιο σταθερό μόριο! Επιλεκτικό πλεονέκτημα του DNA έναντι του RNA: μεγαλύτερη χημική σταθερότητα

32 Αν η πρώτη ατμόσφαιρα ήταν αναγωγική, από πού προήλθε το ατμοσφαιρικό Ο 2 ; Τα πρώτα κύτταρα υποχρεωτικά αναερόβια και ετερότροφα Άντληση ενέργειας από την κατανάλωση χημικών μορίων από την οργανική «σούπα» Σταδιακή εξάντληση αποθεμάτων Αναγκαία η ανάπτυξη μηχανισμών βιοσύνθεσης με τη χρησιμοποίηση χημικής (μερικά βακτήρια) ή φωτεινής ενέργειας (φωτοσυνθετικά βακτήρια και κυανοβακτήρια) Επιλεκτικό πλεονέκτημα των αυτότροφων κυττάρων, λόγω εξάντλησης των χημικών αποθεμάτων του περιβάλλοντος

33 Οι πρώτοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί ήταν κοντά στα σημερινά κυανοβακτήρια Υπολείμματα αυτών βρέθηκαν απολιθωμένα σε συσσωματώματα ~ στρωματόλιθοι Η εξάπλωση των φωτοσυνθετικών οργανισμών οδήγησε σε δραματικές αλλαγές της χημικής σύστασης της ατμόσφαιρας : 12CΟ Η 2 Ο > 2C 6 Η 12 Ο 6 + 6O 2 + 6Η 2 Ο cal 1. εμπλουτισμός σε Ο 2 2. Στρώμα όζοντος 3. Οξειδωτική ατμόσφαιρα Ανάπτυξη αερόβιων οργανισμών (αυτότροφων ή ετερότροφων) Μεγαλύτερες ποσότητες ενέργειας Πιο σύνθετα συστήματα λειτουργίας

34 πολυκυτταρικότητα αερόβια ζωή αυτότροφη ζωή Ρ αυτοδιπλασιαμός!!! Έναρξη ταχείας συσσώρευσης Ο 2 δυνατότητα απόκρισης των οργανισμών στις πιέσεις της φυσικής επιλογής!