Ontwikkeling van het leven

Inleiding

Klik op de afbeelding om te vergroten

Hoeveel verschillende soorten organismen er op dit moment op aarde leven is niet bekend.
Biologen hebben ongeveer 1,8 miljoen soorten beschreven, maar dat is maar een fractie van het werkelijke aantal (een recente schatting is 8,74 miljoen). Vooral in oceanen, maar ook in soortenrijke gebieden als regenwouden en koraalriffen leven waarschijnlijk nog veel onontdekte soorten. Ook al lijken al deze organisme misschien totaal niet op elkaar, alle organisme vertonen grote overeenkomsten. Zo geven alle organismen hun erfelijke eigenschappen door via DNA of RNA.
De verklaring voor het gelijktijdig bestaan van eenheid en verscheidenheid wordt gegeven door de evolutietheorie.

 

Van bacteriën tot meercelligen

Hoe het precies gegaan is valt niet te achterhalen, maar evolutiebiologen zijn het er over eens dat de eerste cellen prokaryoten (bacteriën) waren. Men denkt dat uit de prokaryoten cellen met een kern (= eukaryoten) ontstonden. De eerste eukaryoten waren eencellig.  
Eencelligen organiseerden zich tot kolonies en uiteindelijk ontstonden er organismen, die bestonden uit verschillende celtypen met een eigen taak.
Dit waren de eerste meercellige eukaryoten. Deze ontwikkelden zich via allerlei tussenstappen verder tot organismen als onze huidige planten en dieren.

Ontstaan van heterotrofe bacteriën

Uit fossiele overblijfselen blijkt dat de eerste cellen waarschijnlijk zo'n 3,4 miljard
jaar geleden ontstonden. Deze eerste organismen waren heterotrofe bacteriën.
Ze haalden hun energie uit voedingsstoffen uit de oersoep.
De atmosfeer bevatte in die begintijd nog geen zuurstof.
De eerste bacteriën leefden dus anaeroob.
In de oersoep ontstonden complexere moleculen en daarmee een niche
voor bacteriën die hiervan gebruik konden maken. Deze chemo-auotrofe bacteriën verkregen hun energie door de omzetting van anorganische stoffen.
De cellen stonden bloot aan een hoge dosis schadelijke Uv-stralen.
Sommige soorten ontwikkelden moleculen die zonlicht konden absorberen.
Deze pigmenten zorgden ervoor dat er in de cellen minder moleculen werden beschadigd. Ze zorgden bovendien voor het omzetten van zonne-energie in chemische energie. Organisme konden gebruik maken van deze chemische energie
voor de celstofwisseling (fotosynthese), waardoor de evolutie in een stroomversnelling raakte.

 

Ontstaan van foto-autotrofe bacteriën

Deze eerste foto-autotrofe organismen konden met behulp van de opgevangen energie H2S splitsen. Ze gebruikten de energie die daarbij vrijkwam om hun eigen stoffen op te bouwen. Als koolstofbron daarvoor gebruikten ze het veel voorkomende koolstofdioxide. Veel later ontstonden soorten die met behulp van zonlicht water konden splitsen ipv H2S. Dat was gunstig, want water is overal in de atmosfeer aanwezig. Bij de splitsing van water komt zuurstof vrij.
Daardoor betekende de opkomst van deze bacteriën -en later de planten met chloroplasten - een grote verandering: de atmosfeer vulde zich met zuurstof.

De hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer nam als gevolg van de fotosynthese enorm toe. Voor de meeste bacteriesoorten was zuurstof giftig. Ze konden alleen overleven op anaerobe plaatsen, bijvoorbeeld diep in de modder (en later in het verteringskanaal van aeroob levende dieren).

Opkomst van de heterotrofe soorten

Voor de ontwikkeling van organismen was het belangrijk een manier te vinden de schade door zuurstof te vermijden (bijvoorbeeld door anti-oxidanten te maken). Als ze tegelijkertijd wel in staat zouden zijn gebruik te maken van zuurstof om voedingsstoffen af te breken, zouden ze in de nieuwe omstandigheden in de atmosfeer sterk in het voordeel zijn.  

Deze aerobe organismen bleken inderdaad succesvol en ze kregen dan ook snel de overhand. Ze nemen brandstof (koolstofverbindingen zoals koolhydraten en vetten) en zuurstof op uit hun omgeving en oxideren de brandstoffen stapsgewijs. Een deel van de bij de oxidatie vrijgekomen energie en bouwstenen gebruiken ze om hun eigen moleculen op te bouwen.

Deze stapsgewijze oxidatie van voedingsstoffen (b.v. de verbranding van glucose in de mitochondriën) is de basis van de stofwisseling van alle organismen op aarde geworden.

Endosymbiontenhypothese (VWO)

Men denkt dat uit de prokaryoten de eukaryoten ontstonden,
eerst eencellig, later meercellig.
De Amerikaanse biologe Lynn Margulis veronderstelt dat organellen zoals in eukaryote cellen (mitochondriën en chloroplasten) afstammelingen zijn van vrij levende bacteriën. Zij zouden zich gevestigd hebben in grotere ééncelligen. Deze opvatting staat bekent als de endosymbionten-hypothese.

Een aantal argumenten ondersteunt deze hypothese. Zowel chloroplasten als mitochondriën beschikken over eigen DNA en ribosomen en kunnen zich zelfstandig delen. Bovendien hebben beide organellen een dubbele membraan. De binnenste membraan is vermoedelijk afkomstig van de mitochondriën en chloroplasten, de buitenste van de cel waar ze in zitten. Cellen met alleen mitochondriën beschouwt men als de voorlopers van dierlijke cellen en schimmelcellen, cellen die zowel chloroplasten als mitochondriën bevatten als de voorlopers van plantaardige cellen.

Klik op de afbeeldingen om deze te vergroten.

 

Evolutie van meercelligen

Hoe de ontwikkeling verder ging, zullen we nooit helemaal weten. De enige aanwijzingen die we hebben zijn afkomstig van de informatie uit fossielen.
Men schat dat de aarde ongeveer 4,6 miljoen jaar oud is. De oudste fossielen van eukaryote cellen zijn 2,2 miljoen jaar oud.

Fossielen

Paleontologen zijn biologen die de geschiedenis van het leven bestuderen.
Zij zoeken in aardlagen van miljoenen jaren oud naar sporen van prehistorisch leven. Die sporen heten fossielen.

Fossielen zijn overblijfselen of sporen van vroeger leven op aarde. Ze kunnen op verschillende manieren ontstaan. De stoffen waaruit beenderen en schelpen bestaan, kunnen langzaam vervangen worden door andere mineralen.
Vaak blijven dan details behouden. De lege holtes” (waar tijdens het leven vloeistoffen doorheen stromen) worden juist opgevuld door mineralen.

Een andere mogelijkheid is dat het oorspronkelijke organisme bedekt wordt door een laag gesteente. Het organisme kan dan helemaal vergaan en de afdruk wordt opgevuld door andere stoffen. We spreken dan van afgietsels.
Dergelijke afdrukken van plantenbladeren, voetsporen en vissen komen veel als fossiel voor. Barnsteen is versteende hars en daarin zitten vaak mooi bewaarde insecten.

Ouderdom van fossielen

Wanneer we het verleden willen reconstrueren, zijn niet alleen de levensvormen, maar ook de tijd waarin ze voorkwamen van belang. Voor het bepalen van de ouderdom van aardlagen of fossielen kunnen paleontologen gebruik maken van in elk geval twee methodes.
De relatieve ouderdom (schatting) wordt bepaald door vergelijking van de aardlagen waarin fossielen voorkomen. In een onveranderde serie aardlagen ligt de jongste laag boven en de oudste laag onder. De fossielen uit de onderste laag zijn dus (relatief) ouder dan de fossielen die hogerop liggen. Heel veel veldwerk is nodig om zeker te weten dat de aardlagen niet van ligging veranderd zijn.
De absolute ouderdom (exacte bepaling) van gesteenten en fossielen kunnen we dankzij een natuurkundig verschijnsel meten.

In een nauwkeurig te bepalen tijdsbestek vervallen radioactieve isotopen, onder afgifte van straling, tot meer stabiele elementen. De halfwaardetijd is de tijd die nodig is om een bepaalde hoeveelheid van het isotoop tot de helft terug te brengen.
Door de ouderdom en het voorkomen van fossielen te vergelijken, krijgen we zicht op de ontwikkeling van het leven op aarde.
Ook in ons land zijn veel fossielen te vinden die een beeld geven van het prehistorische leven. Veel van die fossielen komen van andere plaatsen doordat ze tijdens de ijstijden met het ijs hierheen zijn gekomen. In een groot aantal zandafgravingen in Groningen, Drenthe en Overijssel kun je zelf fossielen vinden.

Tijdlijn van leven

Aan de hand van fossielen en ook door moderne technieken die gebruikt worden voor bijvoorbeeld DNA-onderzoek,
is een tijdlijn van het leven gereconstrueerd. De exacte tijdsbepaling is daarbij vaak een probleem. In het algemeen worden de onzekerheden omtrent de tijdsbepaling groter naarmate men verder teruggaat in het verleden.

Je ziet hier een deel van de tijdlijn van het leven.

Ontstaan van landplanten

Tot zo'n 500 miljoen jaar geleden was er op het land nog geen leven te bekennen, terwijl het in het water krioelde van het leven. Ongeveer 400 miljoen jaar geleden ontstonden de eerste pioniers op de vochtige oevers van poelen. Het waren kleine en eenvoudige plantjes. Deze wieren hadden nog geen duidelijke organen zoals wortels, bladeren, stengels of bloemen.

Later ontstonden grotere planten.
Er kwamen uitgestrekte moerassen met reusachtige varens.
Varens hebben bladeren, stengels en wortels en planten zich net als wieren voort met sporen. Aan het eind van het Carboon, 300 miljoen jaar geleden, waren veel plantensoorten verdwenen, doordat de temperatuur sterk was gedaald. Onze steenkoollagen zijn de overblijfselen van het uitbundige plantenleven uit het Carboon.

Hierna volgde de opkomst van de zaadplanten, die naast bladeren, stengels en wortels ook bloemen hebben. Eerst ontstonden de naaktzadigen, waartoe onder andere de naaldbomen behoren. Pas veel later ontstonden de bedektzadigen. Hiertoe behoren de meeste loofbomen en kruidachtige planten.

Ontstaan van landdieren

Zo'n 400 miljoen jaar geleden kropen de eerste vissen op het land.
Deze vissen konden lucht innemen.
Met hun vinnen konden ze tijdens droge periodes op het land kruipen.

In zee leven nog verschillende dieren die voorlopers kunnen zijn geweest van landdieren. Een voorbeeld hiervan is Latimeria. Deze vis komt qua lichaamsbouw overeen met de eerste vissen.
De vinnen van Latimeria zijn stevig en een beetje 'pootachtig'.

Uit vissen zijn waarschijnlijk amfibieën ontstaan.
Uit amfibieën ontstonden vervolgens reptielen.
Uit de reptielen ontwikkelden zich vogels en zoogdieren.

 

  • Het arrangement Ontwikkeling van het leven is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    VO-content
    Laatst gewijzigd
    2021-04-29 14:54:54
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    De Kennisbanken bevatten de theorie bij de opdrachten.
    Leerinhoud en doelen
    Biologie;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van