RANÁ ZEM: PODMIENKY A ZAČIATOK ŽIVOTA - BIOLÓGIE - 2024

Primitívne Zem je termín, ktorý je používaný sa odkazovať na to, čo naša planéta bola v priebehu prvých 1000 miliónov rokov existencie. Toto rozpätie zahŕňa Hadic Aeon (4 600–4 000 Ma) a Eoarchickú éru (4 000–3 600 Ma) Archaického Aeonu (4 000–2 500 Ma). V geológii skratka Ma (latinčina, mega annum) znamená milióny rokov pred súčasnosťou.

Hadické, archaické a proterozoické eeóny (2 500 - 542 Ma) tvoria prekambrian s odkazom na skaly, ktoré sa vytvorili pred kambrijským obdobím. Členenie Predkambrianu nie sú formálne stratigrafické jednotky a sú definované čisto chronometricky.

Zdroj: pixabay.com

Formovanie primitívnej Zeme

Najrozšírenejším vysvetlením pôvodu vesmíru je teória Veľkého tresku, podľa ktorej sa vesmír rozvinul z pôvodného objemu rovnajúceho sa nule (všetka hmota sústredená na jednom mieste v okamihu, ktorá sa nazýva „singularita“) dosiahnuť obrovský objem pred 13,7 miliardami rokov.

Vesmír bol starý takmer 9 miliárd rokov, keď, pred 4,567 miliónmi rokov, sa vytvorila naša slnečná sústava a skorá Zem. Tento veľmi presný odhad je založený na rádiometrickom rande s meteoritmi, ktoré siahajú až do slnečnej sústavy.

Slnko bolo tvorené kolapsom oblasti plynu medzihviezdneho média. Stlačenie hmoty je príčinou jej vysokých teplôt. Rotujúci disk plynu a prachu tvoril primitívnu slnečnú hmlovinu, z ktorej pochádzajú komponenty slnečnej sústavy.

Formovanie starej Zeme možno vysvetliť „štandardným modelom planétového formovania“.

Kozmický prach sa hromadí procesom narastania, najskôr medzi malými nebeskými telesami, potom medzi embryonálnymi planétami do priemeru 4 000 kilometrov, nakoniec medzi malým počtom veľkých planétových telies.

Podmienky primitívnej Zeme

Počas svojej dlhej histórie prešla Raná Zem obrovskými zmenami v jej podmienkach prostredia.

Počiatočné podmienky, kvalifikované ako pekelné, boli úplne nepriateľské voči všetkým formám života. Vynikajú teploty, vďaka ktorým sú všetky suchozemské materiály súčasťou mora magmy, ostreľovania meteoritmi, asteroidmi a malými planétami a prítomnosť smrteľných ionizovaných častíc spôsobených slnečným vetrom.

Následne sa primitívna Zem ochladila, čo umožnilo objavenie zemskej kôry, tekutej vody, atmosféry a fyzikálno-chemických podmienok priaznivých pre vzhľad prvých organických molekúl a nakoniec pre vznik a zachovanie života.

Hadic Aeon

Znalosť Hadic Aeon vychádza z analýzy malého počtu vzoriek suchozemských hornín (vytvorených medzi 4 031 a 4 0 Ma), doplnených o závery na základe štúdia meteoritov a iných nebeských materiálov.

Krátko po vytvorení Zeme, už v Hadickom Aeone, došlo k poslednej veľkej akkretívnej zrážke s nebeským telom veľkosti Marsu. Energia nárazu roztavila alebo vyparila veľkú časť Zeme.

Mesiac tvoril koalescencia ochladením a hromadením pary. Roztavený materiál, ktorý zostal na Zemi, vytvoril oceán magmy.

Jadro Zeme, ktoré je vyrobené z tekutého kovu, pochádza z hlbín magického oceánu. Horná vrstva tohto oceánu tvorila tavená silika, ktorá vznikla v zemskej kôre. Veľká dynamika tejto fázy viedla k diferenciácii jadra, plášťa, zemskej kôry, protoceano a atmosféry.

Medzi 4 568 a 4,4 Ma bola Zem nepriateľská k životu. Neboli tam žiadne kontinenty ani tekutá voda, bol tu iba oceán magmy bombardovaný intenzívne meteoritmi. V tomto období sa však začali vyvíjať chemicko-environmentálne podmienky potrebné na vznik života.

Bolo to eoarchické

Život sa vo všeobecnosti predpokladá, že vznikol v určitom okamihu prechodu medzi Hadickým Aeonom a Eoarchickou érou, hoci nie sú známe žiadne mikrofosílie, ktoré by to dokázali.

Eoarchická éra bola obdobím formovania a ničenia zemskej kôry. Najstarší známy skalný útvar nachádzajúci sa v Grónsku vznikol pred 3,8 miliardami rokov. Vaalbará, prvý superkontinent, ktorý Zem mala, bola založená pred 3,6 miliardami rokov.

Počas éry eoarchie medzi 3 950 a 3 870 Ma boli Zem a Mesiac vystavené extrémne intenzívnemu bombardovaniu meteoritov, ktoré skončilo pokojné obdobie, ktoré trvalo 400 miliónov rokov. Najviditeľnejším výsledkom tohto bombardovania sú mesačné krátery (približne 1 700 s priemerom väčším ako 20 km; 15 s priemerom 300 až 1200 km).

Na Zemi toto bombardovanie zničilo väčšinu zemskej kôry a uvarilo oceány, pričom zabilo všetok život okrem pravdepodobne niektorých baktérií, pravdepodobne extrémofilov prispôsobených vysokým teplotám. Pozemský život bol na pokraji vyhynutia.

Prebiotické procesy

V druhej dekáde 20. storočia ruský biochemik Aleksandr Oparin navrhol, aby život vznikol v prostredí ako je primitívna Zem prostredníctvom procesu chemickej evolúcie, ktorá spočiatku viedla k vzniku jednoduchých organických molekúl.

Atmosféra by bola zložená z plynov (vodná para, vodík, amoniak, metán), ktoré by sa pôsobením UV svetla rozpadli na radikály.

Rekombinácia týchto radikálov by viedla k sprche organických zlúčenín, čím by sa vytvoril prvotný bujón, v ktorom by chemickými reakciami vznikli molekuly schopné replikácie.

V roku 1957 Stanley Miller a Harold Urey demonštrovali pomocou prístroja obsahujúceho horúcu vodu a zmes plynov Oparin vystavených elektrickým iskrám, že mohlo dôjsť k chemickej evolúcii.

Tento experiment produkoval jednoduché zlúčeniny prítomné v živých veciach vrátane báz nukleových kyselín, aminokyselín a cukrov.

V ďalšom kroku chemickej evolúcie, ktorý bol tiež experimentálne obnovený, by sa predchádzajúce zlúčeniny spojili a vytvorili polyméry, ktoré by sa agregovali za vzniku protobiónov. Tieto sa nedajú replikovať, ale majú semipermeabilné a excitabilné membrány ako membrány živých buniek.

Pôvod života

Protobionti by sa premenili na živé bytosti tým, že by získali schopnosť reprodukcie a preniesli svoje genetické informácie na ďalšiu generáciu.

V laboratóriu je možné chemicky syntetizovať krátke RNA polyméry. Medzi polymérmi prítomnými v protobiontoch musí byť RNA.

Keď magma stuhla, iniciujúc tvorbu kôry primitívnej Zeme, erózne procesy hornín vytvorili hlinku. Tento minerál môže adsorbovať krátke RNA polyméry na svoje hydratované povrchy a slúži ako šablóna na tvorbu väčších molekúl RNA.

V laboratóriu sa tiež ukázalo, že krátke RNA polyméry môžu fungovať ako enzýmy a katalyzovať ich vlastnú replikáciu. To ukazuje, že molekuly RNA sa mohli replikovať v protobiontoch, prípadne v pôvodných bunkách, bez potreby enzýmov.

Náhodné zmeny (mutácie) v molekulách RNA protobiontov by viedli k variáciám, na ktoré by mohla pôsobiť prírodná selekcia. Bol by to začiatok evolučného procesu, ktorý vznikol všetkými formami života na Zemi, od prokaryotov po rastliny a stavovce.

Referencie

1. Barge, LM 2018. Berúc do úvahy planetárne prostredie v štúdiách pôvodu života. Nature Communications, DOI: 10,1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Najstaršie známky života na zemi zachované v cca. Horúce pramenné vklady 3,5 ga. Nature Communications, DOI: 10,1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (eds). 2002. Raná Zem: fyzikálny, chemický a biologický vývoj. Geological Society, Special Publications 199, London.
4. Gargaud, M., Martin, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Young Sun, raná Zem a pôvod života: lekcie pre astrobiológiu. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. Vek všetkého - ako veda skúma minulosť. University of Chicago Press, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Podmienky vzniku života na ranej Zemi: zhrnutie a úvahy. Filozofické transakcie kráľovskej spoločnosti B, 361, 1877 - 1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (vyd.). 2006. Vývoj počiatočnej atmosféry, hydrosféry a biosféry: obmedzenia z ložísk rúd. Geological Society of America, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Fyzikálne podmienky na začiatku Zeme. Filozofické transakcie kráľovskej spoločnosti B, 361, 1721 - 1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Stručná geologická časová stupnica. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Rané systémy Zeme: geochemický prístup. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. Raná atmosféra a oceány Zeme a pôvod života. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Vyvíjajúci sa vesmír a pôvod života - hľadanie našich kozmických koreňov. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. Skorý život na Zemi: praktický sprievodca. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Kométy a pôvod života. World Scientific, New Jersey.