ANKSTYVOJI ŽEMĖ: GYVENIMO SĄLYGOS IR PRADŽIA - BIOLOGIJA - 2024

Primityvus Žemė yra terminas, vartojamas kalbant, ką mūsų planeta buvo per pirmuosius 1000 milijonų metų egzistavimo. Šis diapazonas apima Hadic Aeon (4600–4000 Ma) ir „Archaic Aeon“ (4 000–2 600 Ma) Eoarchic Era (4 000–3 600 Ma). Geologijoje santrumpa „Ma“ (iš lotynų k. „Mega annum“) reiškia milijonus metų prieš dabartį.

Hadikos, archaikos ir proterozojaus eonai (2500–542 Ma) sudaro Prekambriją, kalbėdami apie uolienas, susidariusias prieš Kambrijos periodą. Prekambrijos padaliniai nėra formalūs stratigrafiniai vienetai ir yra apibrėžti grynai chronometriškai.

Šaltinis: pixabay.com

Primityvios žemės formavimas

Plačiausiai priimtas Visatos kilmės paaiškinimas yra Didžiojo sprogimo teorija, pagal kurią Visata išsiplėtė nuo pradinio tūrio, lygaus nuliui (visa materija akimirksniu susitelkė vienoje vietoje, kuri vadinama „išskirtinumu“) iki pasiekė didžiulį kiekį prieš 13,7 milijardo metų.

Visatai jau buvo beveik 9 milijardai metų, kai prieš 4.567 milijonus metų susiformavo mūsų Saulės sistema ir Ankstyvoji Žemė. Šis labai tikslus įvertinimas pagrįstas meteoritų radiometrinėmis datomis, datuotomis Saulės sistema.

Saulė susidarė sugriuvus tarpžvaigždinės terpės dujų regionui. Medžiagos suspaudimas yra jos aukštos temperatūros priežastis. Besisukantis dujų ir dulkių diskas suformavo primityvų saulės ūką, iš kurio išeina Saulės sistemos komponentai.

Ankstyvosios žemės formavimasis gali būti paaiškinamas „standartiniu planetų formavimosi modeliu“.

Kosminės dulkės kaupiasi susikaupimo metu, pirmiausia iš mažų dangaus kūnų, tada tarp embrioninių planetų, kurių skersmuo yra iki 4000 kilometrų, ir pagaliau tarp nedidelio skaičiaus didelių planetų kūnų.

Primityvios žemės sąlygos

Per savo ilgąją istoriją ankstyvoji Žemė patyrė milžiniškus savo aplinkos sąlygų pokyčius.

Pradinės sąlygos, kvalifikuojamos kaip prastos, buvo absoliučiai priešiškos visoms gyvybės formoms. Išsiskiria temperatūra, dėl kurios visos antžeminės medžiagos tapo magmos jūros dalimi, meteoritų, asteroidų ir mažų planetų bombardavimai ir saulės vėjo atneštos mirtinos jonizuotos dalelės.

Vėliau primityvioji Žemė atvėso, sudarydama sąlygas susidaryti žemės plutai, skystam vandeniui, atmosferai ir fizikinėms bei cheminėms sąlygoms, palankioms pirmųjų organinių molekulių atsiradimui ir galiausiai gyvybės kilmei bei išsaugojimui.

Hadikas Aeonas

Hadic aeono žinios yra gautos analizuojant nedidelį skaičių sausumos uolienų pavyzdžių (susidariusių nuo 4,031 iki 4,0 Ma), papildytų išvadomis, pagrįstomis meteoritų ir kitų dangaus medžiagų tyrimais.

Netrukus po Žemės formavimo, jau Hadic Aeon, paskutinis didelis akrecinis susidūrimas įvyko su Marso dydžio dangaus kūnu. Smūgio energija ištirpino arba išgarino didžiąją dalį Žemės.

Susiliejus aušinimui ir garo kaupimui, susidarė Mėnulis. Žemėje likusi išlydyta medžiaga sudarė magmos vandenyną.

Žemės šerdis, kuri yra pagaminta iš skysto metalo, patenka iš gilios magmos vandenyno. Lydytas silicio dioksidas, iš kurio kilo žemės pluta, sudarė viršutinį to vandenyno sluoksnį. Didelis šio etapo dinamiškumas lėmė branduolio, mantijos, žemės plutos, pirmuonių ir atmosferos diferenciaciją.

Nuo 4568 iki 4,4 Ma žemė buvo priešiška gyvybei. Nebuvo žemynų ar skysto vandens, buvo tik magmos vandenynas, kurį intensyviai bombardavo meteoritai. Tačiau šiuo laikotarpiu pradėjo formuotis gyvybės atsiradimui būtinos cheminės-aplinkos sąlygos.

Tai buvo eoarchika

Paprastai manoma, kad gyvybė atsirado tam tikru momentu, kai įvyko perėjimas tarp hadiškojo eono ir eoarcho epochos, nors nėra žinoma, kad mikrofosilijos tai įrodytų.

Eoarchinė epocha buvo žemės plutos formavimosi ir sunaikinimo laikotarpis. Seniausias žinomas uolienų formavimasis, esantis Grenlandijoje, atsirado prieš 3,8 milijardo metų. Vaalbará, pirmasis super žemynas, kurį turėjo Žemė, buvo suformuotas prieš 3,6 milijardo metų.

Eoarchinės eros metu nuo 3950 iki 3870 Ma žemė ir Mėnulis patyrė ypač intensyvų meteoritų bombardavimą, kuris baigėsi 400 milijonų metų trukusiu ramybės laikotarpiu. Labiausiai matomas šio sprogdinimo rezultatas yra mėnulio krateriai (apie 1700, kurių skersmuo didesnis kaip 20 km; 15, kurių skersmuo yra 300–1200 km).

Žemėje šis bombardavimas sunaikino didžiąją dalį žemės plutos ir privertė vandenynus virti, žudydamas visą gyvybę, išskyrus, tikriausiai, tam tikras bakterijas, tikriausiai ekstremofilus, prisitaikiusius prie aukštos temperatūros. Antžeminis gyvenimas buvo ant išnykimo ribos.

Prebiotiniai procesai

Antrame XX amžiaus dešimtmetyje rusų biochemikas Aleksandras Oparinas pasiūlė, kad gyvybė atsirado tokioje aplinkoje, kaip Primityvioji Žemė, vykstant cheminės evoliucijos procesui, kuris iš pradžių lėmė paprastų organinių molekulių atsiradimą.

Atmosferą būtų sudarę iš dujų (vandens garų, vandenilio, amoniako, metano), kurios UV spindulių veikimu būtų išsiskyrusios į radikalus.

Šių radikalų rekombinacija būtų sukėlusi organinių junginių dušus, sudarydama pradinį sultinį, kuriame cheminės reakcijos būtų sukėlusios molekules, galinčias replikuoti.

1957 m. Stanley Milleris ir Haroldas Urey, naudodamiesi aparatu, kuriame yra karštas vanduo ir Oparino dujų mišinys, veikiami elektros kibirkščių, įrodė, kad cheminė evoliucija galėjo įvykti.

Šiuo eksperimentu buvo gauti paprasti junginiai, esantys gyvuose dalykuose, įskaitant nukleorūgščių bazes, amino rūgštis ir cukrų.

Kitame cheminės evoliucijos etape, kuris taip pat buvo eksperimentuojamas iš naujo, ankstesnieji junginiai būtų sujungti, sudarydami polimerus, kurie būtų agregavę, kad sudarytų protobiontus. Jie negali atkartoti, tačiau turi pusiau pralaidžias ir jaudinančias membranas, kaip ir gyvų ląstelių.

Gyvenimo kilmė

Protobiontai būtų virtę gyvomis būtybėmis, įgydami galimybę daugintis, perduodami savo genetinę informaciją kitai kartai.

Laboratorijoje trumpi RNR polimerai gali būti sintetinami. Tarp protobiontuose esančių polimerų turėjo būti RNR.

Kai magma sukietėjo ir pradėjo formuotis Primityviosios žemės pluta, eroziniai uolienų procesai sudarė molį. Šis mineralas gali adsorbuoti trumpus RNR polimerus ant savo hidratuotų paviršių, naudodamas šabloną didesnėms RNR molekulėms formuotis.

Laboratorijoje taip pat buvo įrodyta, kad trumpi RNR polimerai gali veikti kaip fermentai, katalizuodami jų pačių replikaciją. Tai rodo, kad RNR molekulės galėjo replikuotis protobiontuose, galiausiai kilusiose ląstelėse, nereikia fermentų.

Atsitiktiniai protobiontų RNR molekulių pokyčiai (mutacijos) būtų sukėlę variacijas, kuriomis galėjo veikti natūrali atranka. Tai būtų buvę evoliucijos proceso, kurio metu atsirado visos gyvybės formos Žemėje, pradedant prokariotais ir baigiant augalais ir stuburiniais, pradžia.

Nuorodos

1. Baržas, LM 2018. Atsižvelgiant į planetų aplinką, atsirandančią dėl gyvybės tyrimų. „Nature Communications“, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Ankstyviausi gyvybės ženklai žemėje, išsaugoti ca. 3.5 Ga karšto šaltinio nuosėdos. „Nature Communications“, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowleris, CMR, Ebingeris, CJ, Hawkesworthas, CJ (red.). 2002. Ankstyvoji žemė: fizinė, cheminė ir biologinė raida. Geologijos draugija, Specialūs leidiniai 199, Londonas.
4. Gargaudas, M., Martinas, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Jauna saulė, ankstyva žemė ir gyvenimo ištakos: astrobiologijos pamokos. Springeris, Heidelbergas.
5. Hedmanas, M. 2007. Viskas, ko amžius - kaip mokslas tyrinėja praeitį. University of Chicago Press, Čikaga.
6. Jortner, J. 2006. Gyvybės atsiradimo ankstyvajame Žemėje sąlygos: santrauka ir atspindžiai. Karališkosios draugijos filosofiniai sandoriai B, 361, 1877–1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (red.). 2006. Ankstyvosios atmosferos, hidrosferos ir biosferos evoliucija: rūdos nuosėdų apribojimai. Amerikos geologijos draugija, Boulderis, „Memoir 198“.
8. Lunine, JI 2006. Fizinės sąlygos ankstyvojoje Žemėje. Karališkosios draugijos filosofiniai sandoriai B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Glausta geologinė laiko skalė. Kembridžas, Niujorkas.
10. Rollinsonas, HR 2007. Ankstyvosios žemės sistemos: geocheminis požiūris. Blackwellas, Maldenas.
11. Shaw, GH 2016. Ankstyva žemės atmosfera ir vandenynai bei gyvybės kilmė. Springeris, Chamas.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Besivystanti visata ir gyvenimo kilmė - mūsų kosminių šaknų paieška. „Springer“, Niujorkas.
13. Wacey, D. 2009. Ankstyvas gyvenimas žemėje: praktinis vadovas. „Springer“, Niujorkas.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Kometa ir gyvenimo kilmė. „World Scientific“, Naujasis Džersis.