2. Vývoj planety a života

Tato kapitola má za úkol objasnit dobu, po kterou byla planeta bez života, nebo byl život jen jednobuněčný… Že na Zemi sice panovaly různé podmínky, ale také úplně jinak vypadal život. Že se člověk a jeho civilizace objevuje opravdu jen v poslední setině dosavadního “života” planety Země. Velké změny se neděly tak náhle, jako dneska, ani nástupy dob ledových.

Doporučeno pro vyučovací předměty

dějepis, zeměpis, fyzika, biologie/přírodopis, jazyky

Klíčové pojmy

časové měřítko procesů, evoluce planety, evoluce života, desková tektonika, dědičnost, mutace, selekce, adaptace, systém, vymírání, autoregulace

Cíle výuky po absolvování tématu:

Žák dokáže seřadit významné události v historii planety Země v pořadí, jak po sobě následovaly.
Žák dokáže vysvětlit, proč došlo k velkým vymíráním v historii a srovnat je se současným šestým antropogenně zapříčiněným vymíráním.

Důkazy o učení:

Správně seřazená časová osa od vzniku Země po příchod Homo Sapiens dle zadání.

Související lekce na webu Učím o klimatu

Příhodné podmínky pro život:
UHLÍK V NAŠEM OKOLÍ
UHLÍK VŠUDE KAM SE PODÍVÁŠ
STROMY - POMOCNÍCI PLANETY
JEDINEČNÝ EKOSYSTÉM

Vývoj planety a života:
PAMĚŤ KRAJINY
ANNA ANEB JAKÝ BUDE ROK 2082?

vyvíjely se nové druhy a jiné vymíraly:
DIVUKRÁSNÁ ARKTIDA
KLIMA A ŽELVY

současné změny probíhající vlivem člověka se dějí rychleji, než kdy jindy:
PROMĚNY ČESKÉ KRAJINY
KLIMATICKÁ TIMELINE
KDE SE BEROU SKLENÍKOVÉ PLYNY?
O KLIMATU ANGLICKY

ledovce, oceány, stoupání a klesání hladiny oceánu:
JAK KLIMATICKÁ ZMĚNA OVLIVŇUJE OCEÁNY
LEDOVEC
NA ANTARKTIDĚ TAJOU LEDY

Úkoly pro studenty:

Jaké podmínky musely být splněny, aby planeta Země byla ve Sluneční soustavě příhodná pro život?

V prvé řadě je to výhodná vzdálenost od Slunce. Díky tomu máme na povrchu teplotu, která dovolí vodě vyskytovat se tu ve všech třech skupenstvích. Pro život v dnešní podobě je potom důležitý skleníkový efekt, ten je na Venuši příliš silný a na Marsu prakticky neexistuje. Důležité je i proudění oceánů a atmosféry, které rozvádí teplo po planetě. Země má také dostatečnou hmotnost, aby gravitace atmosféru udržela. Klíčové je i žhavé jádro - magnetické pole chrání před slunečním větrem - radiací. Důležitá je desková tektonika - ta recykluje uhlík a stabilizuje klima. Výhodná je také blízkost velkých těles jako je Jupiter a Saturn. Ty stahují meteory, které by jinak mohly Zemi ohrozit.

Co brání tomu, aby se život podobný tomu pozemskému vyvinul i na nejbližších planetách, tedy na Venuši a Marsu?

Venuše je svou blízkostí ke Slunci vystavena vyšší míře slunečního záření, což vedlo ke vzniku extrémně silného skleníkového efektu. Výsledkem je atmosféra tvořená z více než 96 % oxidem uhličitým. Povrchová teplota přesahuje 470 °C a tlak je zhruba 90 krát vyšší než na Zemi. Voda zde pravděpodobně existovala jen krátce – byla odpařena a rozložena slunečním zářením, přičemž vodík následně unikl do vesmíru.

Mars má oproti tomu mnohem nižší hmotnost a slabší gravitaci, což vedlo k rychlému vychladnutí jeho jádra a ztrátě magnetického pole. Bez něj byla jeho řídká atmosféra postupně “odfouknuta” slunečním větrem. Dnes je tlak na povrchu Marsu jen asi 0,6 % pozemského a většina vody se nachází v podobě ledu pod povrchem nebo unikla do vesmíru. Nedostatek atmosféry, extrémní sucho a silná radiace výrazně omezují možnost existence života podobného tomu pozemskému.

Jak zalednění nebo zaplavení oceánem ovlivňovalo vývoj života na Zemi?

Globální zalednění (tzv. „Snowball Earth“ před ~720–635 miliony let) patrně způsobilo selekční krizi (podle modelů vymřelo 70 - 90% tehdejších druhů)- Po roztání ale zásadně obohatilo oceány živinami, což vystřelilo rozmanitost mnohobuněčných forem.

Naopak období vysokých hladin moří v Ordoviku, devonu či křídě přinesla mělká teplá moře – ideální domov pro fotosyntézu a útesy – a výrazný evoluční „boom“.

Kolik procent času z celkového vývoje planety představuje přítomnost člověka na Zemi?

Země je stará zhruba 4,54 miliardy let, zatímco nejstarší fosilie Homo sapiens mají kolem 300 000 let; to dává asi 0,0066 % planetárních dějin. Kdybychom počítali celý rod Homo (2,8 milionu let), dostaneme pouhých ~0,062 %. V přepočtu na 24 hodinové „hodiny Země“ se moderní člověk objeví pět vteřin před půlnocí.

Rozšiřující úkoly

1. Jsme tu jen chvíli

Na tuto aktivitu potřebujete pásmo. To rozbalíme po učebně (chodbě, hřišti, zahradě) a vezmeme si kalkulačky. Na papíry velikosti A4 potom napíšeme vždy informaci o jedné události z níže uvedeného seznamu a předpokládanou dobu v letech, kdy k události došlo. Na konec třídy nebo hřiště umístíme VZNIK ZEMĚ - 4,6 mld. let a žákům rozdáme do dvojic 14 vytištěných událostí. Jejich úkolem bude pomocí trojčlenky přepočítat událost na rozměry učebny (hřiště) a správně je umístit.

Karty událostí ke stažení v PDF: TADY

#	Událost	Přibližné datování	Komentář / Kontext
0	Vznik Země	4,6 miliardy let	Těžké podmínky, žádný život. Země se formuje z meteorů při vzniku Sluneční soustavy.
1	Vznik Měsíce	4,5 mld. let	Pravděpodobně po srážce Země s tělesem o velikosti Marsu. Měsíc se postupně dostává do vázané rotace se Zemí.
2	První život (prokaryota)	3,6 mld. let	První jednobuněčné organismy ve oceánech a mořích.
3	Fotosyntéza	cca 3,0 mld. let	Kyanobakterie produkují první kyslík.
4	Velká oxidační událost	cca 2,4 mld. let	Kyslík mění složení atmosféry – pro mnoho tehdejších forem života jde o smrtící událost.
5	První eukaryotické buňky	cca 2 mld. let	Komplexnější buňky, předchůdci rostlin i živočichů.
6	První mnohobuněční	cca 1,2 mld. let	Specializace buněk, začíná diverzita. Pořád se to týká jen oceánů a moří.
7	Kambrická exploze	cca 540 mil. let	Během 20–25 milionů let vzniká většina kmenů živočichů. Pořád v mořích.
8	První rostliny na souši	cca 470 mil. let	Mechům podobné formy dobývají pobřeží a ostrovy.
9	První obratlovci na souši	cca 360 mil. let	Přechod z vody na souš. První obojživelníci a plazi. Začíná éra plazů - dinosaurů.
10	První savci	cca 200 mil. let	Zpočátku malí, v pozadí za dinosaury.
11	Vyhynutí dinosaurů	66 mil. let	Pád planetky Chicxulub, otevření cesty savcům.
12	První člověk (rod Homo)	cca 2,5 mil. let	Vznik v Africe, používání primitivních nástrojů, využívání ohně.
13	Vznik druhu Homo sapiens	cca 300 tis. let	Zatím poslední přírůstek v evoluční řadě. Člověk dnešního typu.

Otázky po absolvování aktivity, kdy na zemi ještě leží umístěné události:

Kdo přežil víc katastrof – plazi nebo savci?

Plazi, a proč to tak asi bylo? Může to souviset s jejich velikostí, metabolismem, přizpůsobivostí…

Jak dlouho musela Země čekat na vznik života po svém vzniku?

cca 600–800 milionů let.

Co se na Zemi dělo déle – vláda dinosaurů nebo existence druhu Homo sapiens?

Dinosauři vládli cca 160 milionů let, Homo sapiens jsme tu cca 300 tisíc let…

Co se na souši objevilo dříve – rostliny nebo živočichové?

Rostliny přišly dříve – připravily půdu i atmosféru, bez živočichů by se obešly, ne všechny potřebují opylovače.

Která událost víc změnila atmosféru: vznik fotosyntézy, nebo vyhynutí dinosaurů?

Fotosyntéza byla zásadní zlom v chemii atmosféry.

Kdyby celá historie Země byla zkrácena do jednoho roku, kdy by se objevil člověk?

Asi 31. prosince pozdě večer, minuty před půlnocí.

Kolik hromadných vymírání postihlo život na Zemi? (můžete je pomocí barevných papírů umístit na naši osu)

První velké vymírání nastalo na konci ordoviku před asi 444 miliony let – způsobilo ho výrazné ochlazení a pokles hladiny moří, což zasáhlo především mořské organismy.
Druhé, devonské, proběhlo přibližně před 360 miliony let a bylo pozvolnější, pravděpodobně způsobené poklesem kyslíku ve vodě – postihlo hlavně ryby a mořské bezobratlé.
Třetí a největší hromadné vymírání přišlo na konci permu, asi před 252 miliony let – kvůli masivnímu sopečnému výlevu, oteplení a okyselení oceánů tehdy vyhynulo až 90 % všech druhů.
Čtvrté vymírání, na přelomu triasu a jury asi před 201 miliony let, opět souviselo se sopečnou činností a klimatickými změnami – vyhynula řada druhů, což otevřelo prostor pro dinosaury.
Páté a nejznámější je křídové vymírání před 66 miliony let, kdy dopad planetky a následné změny klimatu ukončily vládu dinosaurů (kromě ptáků) a umožnily rozmach savců.
Nyní nastává šesté vymírání způsobené změnou prostředí, za kterou může člověk a jeho civilizace.
Kdyby dinosauři nevyhynuli, objevili bychom se my?

Filozoficko-hypotetická otázka, vhodná k debatě: "Evoluce neplánuje, jen reaguje."

Příběh

Chicago, rok 1972. Americký biolog Leigh Van Valen si do sešitu kreslí grafy, jak dlouho na Zemi vydržely různé fosilní druhy. Překvapí ho, že šance na vyhynutí je u nových druhů i u těch starých stejná. Dochází mu, že okolí se nepřestává měnit: predátoři zrychlují, parazité přicházejí s novými strategiemi – a každý tvor musí pořád vylepšovat své triky, aby přežil. Van Valen si vzpomene na Červenou královnu z Alenky v říši divů, která říká: „Musíš běžet, abys zůstal na místě.“ A tak vzniká efekt Červené královny – nekonečný evoluční závod, v němž nikdo trvale nevyhrává, ale kdo zpomalí, vymře.

nebo:

Na podzim 1838 pracoval třicetiletý Charles Darwin v pronajatém domě v Upper Gower Street v Londýně na třídění poznámek z cesty Beaglem. 28. září si ke studiu otevřel šesté vydání Malthusovy Eseje o populaci. Malthusovo tvrzení, že populace rostou geometricky, zatímco zdroje jen aritmeticky, ho okamžitě propojilo s vlastními terénními pozorováními: odlišnými pěnkavami na Galapágách, variabilitou domácích zvířat či fosiliemi vyhynulých druhů. Do poznámkového sešitu „B“ téhož dne zapsal: „Přírodní výběr působí neustále, uchovává drobné odchylky, které poskytují výhodu.“ Tento zápis, doplněný náčrtem „stromu života“, představuje první jasné vyjádření mechanismu evoluce přirozeným výběrem. V následujících letech Darwin teorii testoval experimenty s holuby a rostlinami a 1859 ji definitivně publikoval v O původu druhů.