ZGODNJA ZEMLJA: RAZMERE IN ZAČETEK ŽIVLJENJA - BIOLOGIJA - 2026

Primitivni Zemlja je izraz, ki se uporablja za sklicevanje na to, kar je bil naš planet v prvih 1.000 milijonov let obstoja. Ta razpon obsega Hadic Aeon (4.600–4.000 mA) in Eoarhično obdobje (4.000–3.600 Ma) arhaičnega Aeona (4.000–2.500 Ma). V geologiji kratica Ma (iz latinščine, mega annum) pomeni milijone let pred sedanjostjo.

Hadicni, arhaični in proterozojski eoni (2500–542 Ma) sestavljajo predkambrijo, ki se nanaša na kamnine, nastale pred kambrijskim obdobjem. Pododdelki predkambrijcev niso formalne stratigrafske enote in so opredeljeni čisto kronometrično.

Vir: pixabay.com

Oblikovanje primitivne Zemlje

Najbolj sprejeta razlaga nastanka vesolja je teorija velikega poka, po kateri se je vesolje razširilo od začetnega volumna, enakega nič (vsa snov, skoncentrirana na enem mestu v trenutku, ki se imenuje "singularnost") na dosegel velik obseg pred 13,7 milijarde let.

Vesolje je bilo staro že skoraj 9 milijard let, ko so se pred 4.567 milijoni let oblikovali naše Osončje in Zgodnja Zemlja. Ta zelo natančna ocena temelji na radiometričnem datiranju meteoritov, ki segajo v Osončje.

Sonce je nastalo s propadom plinskega območja medzvezdnega medija. Stiskanje snovi je vzrok za njene visoke temperature. Vrteči se disk plina in prahu je tvoril primitivno sončno meglico, iz katere prihajajo komponente Osončja.

Nastanek Zgodnje Zemlje je mogoče razložiti s "standardnim modelom planetarne tvorbe."

Kozmični prah se nabira s procesom akumulacijskih trkov, najprej med majhnimi nebesnimi telesi, nato med embrionalnimi planeti premera do 4.000 kilometrov, na koncu med majhnim številom velikih planetarnih teles.

Pogoji Primitivne Zemlje

V svoji dolgi zgodovini je Zgodnja Zemlja doživela ogromne spremembe svojih okoljskih razmer.

Začetni pogoji, ki so bili kvalificirani za paklene, so bili popolnoma sovražni do vseh oblik življenja. Izstopajo temperature, zaradi katerih so vsi kopenski materiali postali del magme, bombardiranje meteoritov, asteroidov in majhnih planetov ter prisotnost smrtonosnih ioniziranih delcev, ki jih prinaša sončni veter.

Nato se je primitivna Zemlja ohladila, kar je omogočilo pojav zemljine skorje, tekoče vode, ozračja in fizikalno-kemijske pogoje, ki so ugodni za pojav prvih organskih molekul in nazadnje za nastanek in ohranjanje življenja.

Hadic Aeon

Poznavanje hadic Aeon izhaja iz analize majhnega števila vzorcev kopenskih kamnin (nastalih med 4,031 in 4,0 Ma), dopolnjenih z ugotovitvami, ki temeljijo na preučevanju meteoritov in drugih nebesnih materialov.

Kmalu po nastanku Zemlje, že v hadskem Aeonu, se je zgodilo zadnje veliko akrektno trčenje z nebesnim telesom velikosti Marsa. Energija udarca je stopila ali uparila večji del Zemlje.

Koalescenca s hlajenjem in akumulacijo pare je tvorila Luno. Staljeni material, ki je ostal na Zemlji, je tvoril ocean magme.

Jedro Zemlje, ki je narejeno iz tekoče kovine, prihaja iz globoko v magmatskem oceanu. Zgornji sloj kremena, ki izvira iz zemeljske skorje, je predstavljal zgornjo plast tega oceana. Velika dinamičnost te stopnje je privedla do diferenciacije jedra, plašča, zemeljske skorje, protoceana in atmosfere.

Med 4,568 in 4,4 m. Je bila Zemlja sovražna do življenja. Celin in tekoče vode ni bilo, bil je samo ocean magme, ki so ga intenzivno bombardirali meteoriti. Vendar so se v tem obdobju začeli razvijati kemijsko-okoljski pogoji, potrebni za nastanek življenja.

Bilo je Eoarhično

Življenje na splošno domneva, da je nastalo na neki točki prehoda med hadijskim aeonom in eoarhijsko dobo, čeprav ni znanih mikrofosov, ki bi to dokazovali.

Eoarhijska doba je bila obdobje nastajanja in uničenja zemeljske skorje. Najstarejša znana kamninska tvorba, ki se nahaja na Grenlandiji, je nastala pred 3,8 milijarde let. Vaalbará, prvi superkontinent, ki ga je imela Zemlja, je nastala pred 3,6 milijarde let.

Med Eoarhijsko dobo, med 3.950 in 3.870 milijoni let, sta Zemlja in Luna doživela izjemno intenzivno obstreljevanje meteoritov, ki je končalo obdobje umirjanja, ki je trajalo 400 milijonov let. Lunarni kraterji (približno 1.700 s premerom večjim od 20 km; 15 s premerom 300–1200 km) so najbolj vidni rezultat tega bombardiranja.

Na Zemlji je to bombardiranje uničilo večino zemeljske skorje in povzročilo, da so se oceani zavreli, kar je pokončalo vse življenje, razen nekaterih bakterij, verjetno ekstremofilov, prilagojenih visokim temperaturam. Kopensko življenje je bilo na robu izumrtja.

Prebiotični procesi

V drugem desetletju dvajsetega stoletja je ruski biokemik Aleksander Oparin predlagal, da življenje izvira v okolju, kot je Primitivna Zemlja, skozi proces kemične evolucije, ki je sprva pripeljal do pojava preprostih organskih molekul.

Ozračje bi bilo sestavljeno iz plinov (vodna para, vodik, amonijak, metan), ki bi se pod vplivom UV svetlobe disociirali na radikale.

Rekombinacija teh radikalov bi povzročila prhanje organskih spojin, ki bi tvorile primordialno juho, v kateri bi kemične reakcije proizvajale molekule, ki bi se lahko razmnožile.

Leta 1957 sta Stanley Miller in Harold Urey z napravo, ki vsebuje toplo vodo in mešanico plina Oparin, podvržena električnim iskricam, dokazala, da bi lahko prišlo do kemične evolucije.

Ta poskus je ustvaril preproste spojine, ki so prisotne v živih bitjih, vključno z bazami nukleinskih kislin, aminokislinami in sladkorji.

V naslednjem koraku kemične evolucije, ki je bil prav tako eksperimentalno rekreiran, bi se prejšnje spojine združile v tvorbo polimerov, ki bi se združili v tvorbo protobiontov. Te se ne morejo ponoviti, imajo pa polprepustne in vznemirljive membrane, kot so žive celice.

Izvor življenja

Protobionti bi se preoblikovali v živa bitja s pridobitvijo sposobnosti razmnoževanja in prenašanja svojih genetskih informacij na naslednje generacije.

V laboratoriju lahko kratke polimere RNA kemično sintetiziramo. Med polimeri, ki so prisotni v protobiontih, mora biti RNA.

Ko se je magma strdila in je sprožila nastanek skorje Primitivne Zemlje, so erozijski procesi kamnin ustvarili glino. Ta mineral lahko adsorbira kratke polimere RNA na njegovih hidriranih površinah, ki služijo kot predloga za tvorbo večjih molekul RNA.

V laboratoriju so tudi pokazali, da lahko kratki polimeri RNA delujejo kot encimi in katalizirajo njihovo lastno razmnoževanje. To kaže, da bi se molekule RNA lahko razmnožile v protobiontih, sčasoma izvirajočih celicah, brez potrebe po encimih.

Naključne spremembe (mutacije) v molekulah RNA protobiontov bi ustvarile variacijo, na kateri bi lahko delovala naravna selekcija. To bi bil začetek evolucijskega procesa, ki izvira iz vseh oblik življenja na Zemlji, od prokariotov do rastlin in vretenčarjev.

Reference

1. Barge, LM 2018. Upoštevanje planetarnih okolij o nastanku študij življenja. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Đokić, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Najzgodnejši znaki življenja na kopnem, ohranjeni v ca. 3,5 Ga depoziti vroče pomladi. Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (eds). 2002. Zgodnja Zemlja: fizični, kemični in biološki razvoj. Geološko društvo, posebne publikacije 199, London.
4. Gargaud, M., Martin, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Mlado sonce, zgodnja Zemlja in izvori življenja: lekcije za astrobiologijo. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. Starost vsega - kako znanost raziskuje preteklost. University of Chicago Press, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Pogoji za nastanek življenja na zgodnji Zemlji: povzetek in razmisleki. Filozofski posli kraljeve družbe B, 361, 1877–1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (ur.). 2006. Evolucija zgodnje atmosfere, hidrosfere in biosfere: omejitve rudnih nahajališč. Geološko društvo Amerike, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Fizikalne razmere na zgodnji Zemlji. Filozofski posli kraljeve družbe B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Jedrnato geološko časovno merilo. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Zgodnji zemeljski sistemi: geokemijski pristop. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. Zgodnja atmosfera in oceani na Zemlji ter izvor življenja. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Razvijajoče se vesolje in izvor življenja - iskanje naših kozmičnih korenin. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. Zgodnje življenje na Zemlji: praktični vodnik. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Kometi in izvor življenja. World Scientific, New Jersey.