4.1 Ontwikkeling van het leven
De aarde bestaat ongeveer 4,6 miljard jaar. Naar schatting 3,7 miljard geleden, in het
precambrium, ontstonden de eerste eencellige vormen van leven. Pas ongeveer 670
miljoen jaar geleden verschenen de eerste meercellige. Zo’n 542 miljoen jaar geleden
ontstonden gepantserde dieren, geleedpotigen en stekelhuidigen. Ook verschenen de
eerste vissen. Vanaf dat moment leverden deze levensvormen fossielen op, resten of
sporen van organismen in gesteente.
De eerste landplanten ontstonden ongeveer 400 miljoen jaar geleden. Deze planten
veroverde in korte tijd de kale vlakten. Vrij snel na de landplanten ontstonden ook
landdieren, voornamelijk geleedpotigen. Zij werden 350 miljoen jaar geleden gevolgd
door gewervelden, amfibieën.
Aan het ontstaan van leven ging een chemische revolutie vooraf. Hierin werden de
sto en gevormd waaruit de eerste eencellige ontstaan. Tot ongeveer drie miljard jaar
geleden bevatte de atmosfeer geen zuurstof. Deze oeratmosfeer was waarschijnlijk een
mengsel van stikstofgas, waterdamp, koolstofmonoxide, koolstofdioxide, waterstofgas,
ammoniak, methaan en waterstofsulfide.
Door toevoer van energie, door bijvoorbeeld uv-straling of botsingen met meteorieten,
kunnen deze gassen ioniseren. Daarbij ontstaan reactieve deeltjes van atomair koolstof,
waterstof, stikstof en zuurstof. Deze atomen reageren onmiddellijk met elkaar. Op die
manier ontstonden in de oeratmosfeer uit anorganische sto en de eerste organische
sto en.
Organische sto en zijn meestal van organisme afkomstig. Ze hebben een relatief grote,
ingewikkeld gebouwde moleculen, die altijd een of meer atomen koolstof en waterstof
en meestal zuurstof bevatten. Daarnaast kunnen organische sto en onder andere
atomen stikstof, fosfor en zwavel bevatten. Voorbeelden zijn eiwitten, vetten en
koolhydraten zoals glucose.
Anorganische sto en komen zowel voor in de levenloze natuur als in organismen. Deze
sto en zijn opgebouwd uit kleine, eenvoudige gebouwde moleculen. Zoals
koolstofmonoxide, koolstofdioxide, water, keukenzout en zuurstof.
, Het Miller-Urey-experiment is een experiment dat ontstaan van organische
verbindingen in de oeratmosfeer nabootst.
Volgens een theorie over het ontstaan van leven kwamen de eerste organische sto en
terecht in zee, waar ze zich ophoopten. Hierdoor ontstond een organische oersoep. In
deze oersoep verenigden kleine organische moleculen zich tot grotere moleculen. De
organische moleculen rangschikten zich in druppeltjes. Daaruit ontstonden de eerste
cellen. Deze eerste cellen bevatten al een vorm van DNA voor het doorgeven van
erfelijke informatie.
De vorming van cellen uit organische sto en is een voorbeeld van zelforganisatie. Bij
zelforganisatie ontstaan eenheden met nieuwe eigenschappen op een hoger
organisatieniveau. Volgens een recentere theorie kunnen protobionen ook zijn ontstaan
bij black smokers op de bodem van de oceanen. Dit zijn vulkanische schoorstenen
waar water tot 400 oC, onder hoge druk, uit de zeebodem spuit. Door de aanwezige
minerale kleurt dit water zwart. Ook hier zijn de voorwaarden voor een chemische
evolutie aanwezig.
De oudste fossielen zijn 3,5 miljard jaar oud, eerdere eencelligen hadden geen harde
delen. Alle fossielen ouder dan 1,4 miljard jaar zijn van prokaryoten: eencellige
organismen zonder celkern. Hun erfelijk materiaal ligt los in het cytoplasma. Bij veel
soorten bestaat het erfelijk materiaal slechts uit één groot cirkelvormig chromosoom.
Ze hebben wel ribosomen, maar geen andere organellen.
De eerste prokaryote organismen waren anaeroob: ze konden uitsluitend leven in een
milieu zonder zuurstof. Bovendien waren ze heterotroof: ze verkregen hun energie uit de
opname en afbraak van organische sto en uit de oersoep. Heterotrofe organismen zijn
niet in staat organische sto en te maken uit alleen anorganische sto en. Ze moeten
organische sto en (vaak andere organismen) als voedsel opnemen. Uit deze organische
sto en maken ze hun eigen organische sto en. Voor hun opbouw hebben ze ook
anorganische sto en nodig, die ze opnemen uit de omgeving.
Ongeveer 2,8 miljard jaar geleden ontstonden bacteriën die in staat waren tot
fotosynthese: cyanobacteriën, ofwel blauwalgen. Dit waren de eerste autotrofe
organismen, ze hebben alleen uit hun omgeving anorganische sto en nodig. Hieruit
maken ze de organische sto en waaruit ze bestaan. Door de toename van autotrofe
organismen kon de hoeveelheid organische stof op aarde toenemen. Een andere
eigenschap van de cyanobacteriën was dat ze zuurstof produceerden. Zuurstof is giftig
voor anaerobe levensvormen en dat waren de meeste organismen op aarde. De
anaerobe organismen werden langzaam vergiftigd. Rond die tijd ontstonden de eerste
aerobe heterotrofe bacteriën. De eencelligen gebruikten de beschikbare zuurstof om
energierijke organische sto en uit hun voedsel af te breken.
De aarde bestaat ongeveer 4,6 miljard jaar. Naar schatting 3,7 miljard geleden, in het
precambrium, ontstonden de eerste eencellige vormen van leven. Pas ongeveer 670
miljoen jaar geleden verschenen de eerste meercellige. Zo’n 542 miljoen jaar geleden
ontstonden gepantserde dieren, geleedpotigen en stekelhuidigen. Ook verschenen de
eerste vissen. Vanaf dat moment leverden deze levensvormen fossielen op, resten of
sporen van organismen in gesteente.
De eerste landplanten ontstonden ongeveer 400 miljoen jaar geleden. Deze planten
veroverde in korte tijd de kale vlakten. Vrij snel na de landplanten ontstonden ook
landdieren, voornamelijk geleedpotigen. Zij werden 350 miljoen jaar geleden gevolgd
door gewervelden, amfibieën.
Aan het ontstaan van leven ging een chemische revolutie vooraf. Hierin werden de
sto en gevormd waaruit de eerste eencellige ontstaan. Tot ongeveer drie miljard jaar
geleden bevatte de atmosfeer geen zuurstof. Deze oeratmosfeer was waarschijnlijk een
mengsel van stikstofgas, waterdamp, koolstofmonoxide, koolstofdioxide, waterstofgas,
ammoniak, methaan en waterstofsulfide.
Door toevoer van energie, door bijvoorbeeld uv-straling of botsingen met meteorieten,
kunnen deze gassen ioniseren. Daarbij ontstaan reactieve deeltjes van atomair koolstof,
waterstof, stikstof en zuurstof. Deze atomen reageren onmiddellijk met elkaar. Op die
manier ontstonden in de oeratmosfeer uit anorganische sto en de eerste organische
sto en.
Organische sto en zijn meestal van organisme afkomstig. Ze hebben een relatief grote,
ingewikkeld gebouwde moleculen, die altijd een of meer atomen koolstof en waterstof
en meestal zuurstof bevatten. Daarnaast kunnen organische sto en onder andere
atomen stikstof, fosfor en zwavel bevatten. Voorbeelden zijn eiwitten, vetten en
koolhydraten zoals glucose.
Anorganische sto en komen zowel voor in de levenloze natuur als in organismen. Deze
sto en zijn opgebouwd uit kleine, eenvoudige gebouwde moleculen. Zoals
koolstofmonoxide, koolstofdioxide, water, keukenzout en zuurstof.
, Het Miller-Urey-experiment is een experiment dat ontstaan van organische
verbindingen in de oeratmosfeer nabootst.
Volgens een theorie over het ontstaan van leven kwamen de eerste organische sto en
terecht in zee, waar ze zich ophoopten. Hierdoor ontstond een organische oersoep. In
deze oersoep verenigden kleine organische moleculen zich tot grotere moleculen. De
organische moleculen rangschikten zich in druppeltjes. Daaruit ontstonden de eerste
cellen. Deze eerste cellen bevatten al een vorm van DNA voor het doorgeven van
erfelijke informatie.
De vorming van cellen uit organische sto en is een voorbeeld van zelforganisatie. Bij
zelforganisatie ontstaan eenheden met nieuwe eigenschappen op een hoger
organisatieniveau. Volgens een recentere theorie kunnen protobionen ook zijn ontstaan
bij black smokers op de bodem van de oceanen. Dit zijn vulkanische schoorstenen
waar water tot 400 oC, onder hoge druk, uit de zeebodem spuit. Door de aanwezige
minerale kleurt dit water zwart. Ook hier zijn de voorwaarden voor een chemische
evolutie aanwezig.
De oudste fossielen zijn 3,5 miljard jaar oud, eerdere eencelligen hadden geen harde
delen. Alle fossielen ouder dan 1,4 miljard jaar zijn van prokaryoten: eencellige
organismen zonder celkern. Hun erfelijk materiaal ligt los in het cytoplasma. Bij veel
soorten bestaat het erfelijk materiaal slechts uit één groot cirkelvormig chromosoom.
Ze hebben wel ribosomen, maar geen andere organellen.
De eerste prokaryote organismen waren anaeroob: ze konden uitsluitend leven in een
milieu zonder zuurstof. Bovendien waren ze heterotroof: ze verkregen hun energie uit de
opname en afbraak van organische sto en uit de oersoep. Heterotrofe organismen zijn
niet in staat organische sto en te maken uit alleen anorganische sto en. Ze moeten
organische sto en (vaak andere organismen) als voedsel opnemen. Uit deze organische
sto en maken ze hun eigen organische sto en. Voor hun opbouw hebben ze ook
anorganische sto en nodig, die ze opnemen uit de omgeving.
Ongeveer 2,8 miljard jaar geleden ontstonden bacteriën die in staat waren tot
fotosynthese: cyanobacteriën, ofwel blauwalgen. Dit waren de eerste autotrofe
organismen, ze hebben alleen uit hun omgeving anorganische sto en nodig. Hieruit
maken ze de organische sto en waaruit ze bestaan. Door de toename van autotrofe
organismen kon de hoeveelheid organische stof op aarde toenemen. Een andere
eigenschap van de cyanobacteriën was dat ze zuurstof produceerden. Zuurstof is giftig
voor anaerobe levensvormen en dat waren de meeste organismen op aarde. De
anaerobe organismen werden langzaam vergiftigd. Rond die tijd ontstonden de eerste
aerobe heterotrofe bacteriën. De eencelligen gebruikten de beschikbare zuurstof om
energierijke organische sto en uit hun voedsel af te breken.
