4.1 Ontwikkeling van het leven

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4

Thema 4 Evolutie

Waar gaat dit thema over?

• (hypotheses over) het ontstaan van het leven
• De diversiteit van het leven
• Hoe soorten veranderen (micro-evolutie)
• Hoe nieuwe soorten ontstaan
• Onderzoeksmethoden die inzicht geven in de geschiedenis van het leven op aarde en verwantschap tussen soorten

Leerdoelen 4.1 Ontwikkeling van het leven

• Je weet uit welke periode de eerste levende organismen op aarde stammen.
• Je kunt het ontstaan van prokaryoten en eukaryoten beschrijven.
• Je kunt het ordeningssysteem van organismen beschrijven en toepassen.

Geschiedenis van het leven op aarde

Precambium (7% zuurstof in atmosfeer)

• 4,6 miljard jaar geleden: ontstaan aarde
• 3,8 miljard jaar geleden: eencelligen
• 670 miljoen jaar geleden: meercelligen 

Paleozoïcum

• 542 miljoen jaar geleden: gepantserde dieren, geleedpotigen, stekelhuidigen en vissen -> fossielen
• 400 miljoen jaar geleden: eerste landplanten en daarna geleedpotigen
• 350 miljoen jaar geleden: gewervelden (amfibieën), eerste planten met vaatbundels en reptielen en insecten
• 250 miljoen jaar geleden: eerste zaadplanten

Binas tabel 94A

Geschiedenis van het leven op aarde

Mesozoïcum

• Reptielen (eerste gewervelde landdieren), niet meer afhankelijk van water voor de voortplanting (eieren in schaal = geen uitdroging) en de Sauriërs (eerste zoogdieren en vogels = warmbloedig)

Cenozoïcum

• Langdurige klimaatverandering na een meteorietaanslag = verdwijning Sauriërs
• Zoogdieren en vogels konden zich verder ontwikkelen
• 5 miljoen jaar geleden: oudste fossielen met menselijke kenmerken

Binas tabel 94A

temperatuur sinds de cambrium

ijstijden

meer ijs=minder water

temperatuursschommelingen zorgen dus (o.a.) voor ontstaan en verdwijnen van eilanden

landplanten

binas: Siluur

Na de landplanten ontstonden al snel de eerste landdieren. Leg uit hoe, stapje voor stapje, de tijd dat bepaalde soorten op land konden overleven steeds langer is geworden.

negatieve terugkoppeling

wanneer een toename in iets automatisch lijdt tot z'n eigen afname (en andersom)

geeft evenwicht.

Planten

CO₂

+

-

temp

+

+

uitsterven

dino's

Bedenk hoe het uitsterven van de Dino's de weg vrij maakte voor de evolutie van zoogdieren (bijvoorbeeld vogels)

Cambrische explosie

meercelligheid

meer specialisatiemogelijkheden

nieuwe voedselrelaties

nieuwe niches-> selectie

Wanneer vind je de eerste meercellige (ongewervelde) dieren? Wat zouden evolutionaire voordelen kunnen zijn van meercelligheid?

Voordelen meercelligheid

• specialisatie van specifieke celtypen
• voortplanting
• voedselopname
• bescherming (groter=veiliger)

etc etc.

plaattektoniek

continenten dreven uit elkaar

net vóór cambrium.

zorgt ook voor ontstaan van bergruggen (bij botsingen)

Leg uit hoe het uit elkaar drijven van continenten nieuwe soortvorming versneld kan hebben?

Chemische evolutie

Vorming van organische stoffen waaruit de eerste eencellige konden bestaan. 

Door toevoer van energie kunnen gassen ioniseren en reageren met andere atomen tot organische stoffen. 

Ontstaan van organische stoffen

Oeratmosfeer: stikstofgas, waterdamp, koolstofmonoxide, koolstofdioxide, waterstofgas, ammoniak, methaan en waterstofsulfide (vulkaanuitbarsting)

Van anorganische stoffen naar organische stoffen door energie uit elektrische ontladingen, uv-straling en botsingen met meteorieten

Stoffen

Organische stoffen

• Voornamelijk levende natuur
• Relatief grote moleculen
• C, H en O

Anorganische stoffen

• Levende en levenloze natuur
• Kleine, eenvoudige moleculen

Ontstaan van organische stoffen

Anorganische stoffen: CO, CO2, H2O, NaCl, O2 (klein, eenvoudig, komt voor in levenloos en levend)

Organische stoffen: bevatten C, H, O, N, P en S (groot, ingewikkeld, afkomstig van organismen) -> bijvoorbeeld C6H12O6

Miller-Urey-experiment (1951)

Bootste het ontstaan van organische stoffen uit anorganische stoffen in het laboratorium na. Uit aminozuren, nucleotiden, sachariden en vetzuren kunnen in organismen de belangrijke organische stoffen als eiwitten, DNA, koolhydraatketens en vetten gevormd worden.

Oersoep: kleine organische moleculen verenigen zich tot grotere (protobionten)

Zelforganisatie: de vorming van cellen uit organische stoffen (er ontstaan eenheden met nieuwe eigenschappen op een hoger organisatieniveau, zoals delen en doorgeven DNA)

Andere theorieën over chemische evolutie

• Black smokers theorie (400 graden, hoge druk)'
• Bouwstenen voor het leven afkomstig uit de ruimte

Ontstaan van levende cellen

De meeste organische stoffen bevonden zich in de zee. In deze oersoep ontstonden steeds grotere organische stoffen, die zich in 'druppels' rangschikken. Dit vormt de basis voor de eerste cellen.

De eerste cellen

• Prokaryoot 
• Anaeroob 
• Heterotroof

Allereerste levensvormen (fossielen)

Prokaryoten (1,4M): eencellige organismen met kringvormig DNA-molecuul dat los in het cytoplasma ligt (zonder celkern of andere zichtbare organellen)

• Anaeroob: konden uitsluitend leven in een milieu zonder zuurstof
• Heterotroof: verkregen energie uit de opname en afbraak van organische stoffen uit de oersoep (kunnen dus zelf niet organische stoffen uit anorganische stoffen maken voor voedsel en bouw)

Cyanobacteriën/blauwalg (2,8M): 

• Autotroof: zelf in staat tot fotosynthese (anorganisch -> organisch)
• Produceerden zuurstof = atmosfeer rijker + anaerobe levensvormen vergiftigd (2M)
• Ontstaan eerste aerobe heterotrofe bacteriën: zuurstof gebruiken om opgenomen energierijke organische stoffen af te breken

Binas tabel 78

Hoe komt zuurstof in de atmosfeer?

Door de eerste autotrofe organismen, cyanobacteriën!

Door de aanwezigheid van O₂ ontstaan ook aerobe heterotrofe bacteriën. 

Eukaryoten

De eukaryote cellen die we vandaag herkennen zijn grotendeels ontstaan uit een samenlevingsvorm tussen de eerste eukaryoten en kleine, aerobe bacteriën. 

ENDOSYMBIOSETHEORIE: ontstaan van eukaryoten (cellen met een celkern, dubbele membranen en organellen) binas tabel 94C

Cyanobacterien

bijzonderheden:

foto-autotroof

stikstofbinders

toxisch

groeien vooral in warm, vervuild, zuurstofarm water

Ondersteuning Endosymbiose theorie

1. Mitochondriën en chloroplasten bezitten beide een kringvormig DNA-molecuul (dus ooit vrij levende bacteriën)
2. Mitochondriën en chloroplasten bezitten ieder een dubbel membraan (binnenste = overeenkomstig met prokaryoot/bacterie membraan en buitenste = overeenkomstig met het celmembraan)

Indeling in domeinen

Enorme biodiversiteit: verscheidenheid aan organismen (1,5m)

Taxonomen beschrijven, ordenen en benoemen groepen organismen.

Systematici onderzoeken en beschrijven de verwantschap op basis van gemeenschappelijke afstamming, op basis van:

• uiterlijke kenmerken
• cellen (morfologie)
• moleculaire eigenschappen (bouw van membranen/ eiwitten/ DNA)

Zie links indeling op basis van microscopisch zichtbare eigenschappen. Binas tabel 79A +79B + 79C)

Indeling op basis van verschil in bouw ribosomen

• Prokaryoten: bacteriën en archaea -> eencelligen zonder celkern of andere door membranen begrensde organellen 

Verdere indeling bacteriën op basis van: biochemische reacties in de cel, bouw DNA en bouw celwand

• Archaea: kunnen overleven in extreme milieuomstandigheden, nauwer verwant aan eukaryoten dan prokaryoten (eiwitten celwand)

• Eukaryoten: schimmels, planten, dieren (complexer)

Binas tabel 92A+B

Taxonomie

Rijk - stam - klasse - orde - familie - geslacht - soort

• Tijger: dier - gewervelden - zoogdieren - roofdieren - katachtigen - panter - tijger

Wetenschappelijke naam (Linnaeus) = Geslacht + soort

• Madeliefje: Bellis perennis L.

Uit het Miller-Urey experiment bleek dat organische moleculen konden ontstaan uit anorganische onder toevoeging van:

1. zuurstof
2. vuur
3. bliksem
4. water

Leerdoelen 4.1 behaald???

• Je weet uit welke periode de eerste levende organismen op aarde stammen.
• Je kunt het ontstaan van prokaryoten en eukaryoten beschrijven.
• Je kunt het ordeningssysteem van organismen beschrijven en toepassen.

De opdrachten:

Lezen: bestudeer blz. 10-19 werkboek B.

Maak opdr. 1-21 + ook nakijken.