Články

Evoluce metabolismu


Doposud jsme analyzovali vznik prvních živých forem a možná jste si všimli, že jsme již pro tyto formy zmínili některé důležité charakteristiky pro konceptualizaci živé bytosti. Tyto rané organismy mají organické sloučeniny ve složení svých těl, jsou buněčné (v tomto případě jednobuněčné) a mají reprodukční kapacitu.

Ještě jsme nediskutovali o dalším rysu živých věcí: metabolismus. Podívejme se tedy, jaký pravděpodobný vývoj metabolických drah musel být v živých věcech.

Každá živá bytost potřebuje jídlo, které se v metabolických procesech degraduje pro uvolnění energie a plnění funkcí. Tyto degradované potraviny lze také použít jako suroviny pro syntézu jiných organických látek, což umožňuje nahrazení růstu a ztrát.

Podívejme se tedy na to, jak byly tyto rané bytosti schopny získat a degradovat jídlo pro jejich přežití. Vědci diskutovali o dvou hypotézách: heterotrofní hypotéza a autotrofní.

Heterotropní hypotéza

Podle této hypotézy byly první organismy strukturálně velmi jednoduché a lze předpokládat, že chemické reakce v jejich buňkách byly také jednoduché. Žili ve vodním prostředí, bohatém na výživné látky, ale v atmosféře pravděpodobně nebyl žádný kyslík ani rozpuštěný v mořské vodě. Za těchto podmínek lze předpokládat, že kdyby měli kolem sebe hojné jídlo, použily by tyto první bytosti toto již náchylné jídlo jako zdroj energie a suroviny. Byly by tedy heterotrofy (rovný = různé, trofeje = jídlo): organismy, které nejsou schopny syntetizovat vlastní potraviny z anorganických sloučenin a připravit je na životní prostředí.

Bytosti schopné syntetizovat vlastní potraviny z jednoduchých anorganických látek se nazývají autotrofy ( = vlastní, trofeje = jídlo), jako je tomu u rostlin.

Jakmile je uvnitř buňky, musí být toto jídlo degradováno. V dnešních podmínkách Země je nejjednodušší metabolickou cestou, jak degradovat potraviny bez obsahu kyslíku, fermentace, anaerobní proces (an = bez, aero= vzduch, bio = život). Jedním z nejčastějších typů kvašení je alkoholové kvašení. Glukózový cukr se rozkládá na ethylalkohol (ethanol) a oxid uhličitý a uvolňuje energii pro různé fáze buněčného metabolismu.

Tyto organismy se začaly zvyšovat v počtu na reprodukci. Současně se také změnily povětrnostní podmínky Země do bodu, kdy nedošlo k prebiotické syntéze organické hmoty. Jídlo rozpuštěné uprostřed by tak začalo být vzácné.

Se sníženým jídlem a velkým počtem jedinců v mořích musela existovat velká konkurence a mnoho organismů by zemřelo nedostatkem potravy. Zároveň by se nashromáždilo CO2 v prostředí. Předpokládá se, že v tomto novém scénáři by se objevily některé bytosti schopné zachytit sluneční světlo pomocí pigmentů, jako je chlorofyl. Světelná energie by byla použita k syntéze vlastních biopotravin z vody a oxidu uhličitého. Tak by vznikly první autotrofy: fotosyntetizující bytosti (obrázek = světlo; syntéza v přítomnosti světla), která nekompetovala s heterotrofy a velmi se proliferovala.

Tyto časné fotosyntetizující bytosti byly nápomocné při úpravě složení atmosféry: zavedli do vzduchu kyslík a atmosféra by se změnila z redukce na oxidaci. Dodnes jsou to hlavně fotosyntetizující bytosti, které zabíjejí hladiny kyslíku v atmosféře, což je rozhodující pro život na naší planetě. Za podmínek nízké dostupnosti organických molekul v médiu by tyto aerobní organismy měly oproti fermentorům velkou výhodu.

S dostupností kyslíku bylo možné přežití bytostí, které se vyvinuly komplexní metabolické reakce, schopné tento plyn využít při degradaci potravin. Pak přišly první aerobní bytosti, které vydechují. Prostřednictvím dýchání se jídlo, zejména glukózový cukr, rozkládá na oxid uhličitý a vodu a uvolňuje mnohem více energie k provádění životně důležitých funkcí než při fermentaci.

Fermentace, fotosyntéza a dýchání zůstaly v průběhu času a vyskytují se v organismech, které v současnosti žijí na Zemi. Všechny organismy dýchají a / nebo fermentují, ale jen pár dýchá a fotosyntetizuje.

HYPEROTROFICKÁ HYPOTÉZA
Fermentace -> Fotosyntéza -> Dýchání