Chapter 33: Evolutionary History

Back to chapter

33.2:

Omstandigheden op de Vroege Aarde

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Biology

Conditions on Early Earth

Previous Video
33.1: Phylogenetic Trees

Next Video
33.3: The Colonization of Land

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

– [Verteller] Hoe zijn cellen voor het eerst ontstaan op de planeet aarde? Gebaseerd op experimentele observaties, denken wetenschappers dat specifieke omstandigheden op de jonge aarde ertoe geleidt hebben dat cellen zich in enkele stappen gevormd hebben. Een reeks van vulkaanuitbarstingen vonden plaats op de aarde rond vier miljard jaar geleden, die ammoniak, methaan, waterstof, en andere gassen toevoegden aan een atmosfeer gevuld met waterdamp. Toen de aarde afkoelde, condenseerde de waterdamp tot oceanen. In de jaren 1920, stelden wetenschappers voor dat ultraviolette straling, of bliksem, de totstandkoming van kleine organische moleculen in deze oceanen heeft veroorzaakt. In 1952 hebben Stanley Miller en Harold Urey dit idee uitgestest in het laboratorium. Het Miller-Urey experiment simuleerde de atmosfeer en de oceanen van de jonge aarde In de aanwezigheid van electriciteit, observeerden zij de vorming van aminozuren, de bouwstenen van proteïnen. Sindsdien hebben wetenschappers gesuggereerd dat deze bouwstenen gevormd zouden kunnen zijn in de buurt van hydrothermale bronnen in de oceaan, in de buurt van vulkanische activiteit, of als gevolg van meteorieten die op de aarde instorten. Hoe zijn de complexe molecules gevormd die we vandaag de dag kennen? Recente studies hebben laten zien dat nucleotiden spontaan met elkaar kunnen verbinden om zo samen nucleïnezuren te vormen. Dit wijst ernaar dat de vroegste biomoleculen zelfgeassembleerd zijn van kleinere bouwstenen. Een andere categorie van macromoleculen genaamd lipiden kunnen zelforganiseren en vesikelen vormen, die het binnenste van de vesikel afscheidt van de omliggende omgeving. De stabiele omgeving binnen in de vesikelen zou de vorming van protocellen gefaciliteerd kunnen hebben, een belangrijke stap in de evolutie van leven. Deze protocellen hebben waarschijnlijk RNA als genetisch materiaal bevat. Het RNA repliceerde zichzelf en was doorgegeven aan daaropvolgende generaties. De extreme omstandigheden op de jonge aarde maakten de vorming mogelijk van deze RNA-bevattende protocellen waaruit DNA-bevattende cellen waarschijnlijk zijn geëvolueerd.

33.2:

Omstandigheden op de Vroege Aarde

Ongeveer 4 miljard jaar geleden begonnen oceanen op aarde te condenseren, terwijl stikstof, koolstofdioxide, methaan, ammoniak en waterstof in de oeratmosfeer vrijkwamen door vulkaanuitbarstingen. Organismen die kenmerken van leven vertonen waren echter aanvankelijk niet op aarde aanwezig. Wetenschappers hebben experimenten gebruikt om te bepalen hoe organismen evolueerden die konden groeien, zich voort konden planten en een interne milieu in stand konden houden.

In de jaren twintig stelden de wetenschappers Oparin en Haldane het idee voor dat eenvoudige biologische verbindingen gevormd hadden kunnen worden op de vroege aarde. Meer dan 30 jaar later testten Stanley Miller en Harold Urey van de Universiteit van Chicago deze hypothese door de omstandigheden van de vroege atmosfeer en oceanen van de aarde in een laboratoriumapparaat te simuleren. Door elektriciteit als energiebron te gebruiken, genereerde het Miller-Urey-experiment aminozuren en andere organische moleculen, wat aantoont dat de omgeving op de vroege aarde bevorderlijk was voor de vorming van biologische moleculen. Recentere experimenten hebben vergelijkbare resultaten opgeleverd en suggereren dat aminozuren gevormd kunnen zijn in de buurt van gebieden met vulkanische activiteit of hydrothermale openingen in de oceaan.

Aminozuren en kleine organische moleculen kunnen vervolgens zelf zijn geassembleerd om complexere macromoleculen te vormen. Door aminozuren of nucleotiden in heet zand te druppelen kunnen bijvoorbeeld respectievelijk de overeenkomstige polymeren, eiwitten en nucleïnezuren vormen. Een klasse van macromoleculen die lipiden worden genoemd, kan dan blaasjes vormen die een afzonderlijke, interne omgeving vormen. Dit vermogen om de binnenkant van de buitenkant te scheiden is een van de belangrijkste kenmerken van het leven. Een ander kenmerk van het leven is het bezit van genetisch materiaal; RNA was waarschijnlijk de eerste erfelijke genetische informatie. Gespecialiseerde blaasjes, protocellen, bevatten waarschijnlijk RNA dat zichzelf zou kunnen repliceren. Deze eenvoudige protocellen zouden ook kunnen groeien en evolueren, en zo ten grondslag liggen aan de vorming van cellulair leven op aarde.

Suggested Reading

Joyce, Gerald F., and Jack W. Szostak. “Protocells and RNA Self-Replication.” Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 10, no. 9 (September 1, 2018): a034801. [Source]

Ma, Wentao, and Yu Feng. “Protocells: At the Interface of Life and Non.” Life 5, no. 1 (March 2015): 447–58. [Source]