РАННЯ ЗЕМЛЯ: УМОВИ ТА ПОЧАТОК ЖИТТЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Примітивний Земля є терміном , який використовується для позначення того , що наша планета була в протягом перших 1000 мільйонів років існування. Цей проміжок охоплює Хадичний Еон (4 600–4000 мА) та Еоархічну еру (4 000–3 600 Ма) Архаїчного Еона (4 000–2 500 Ма). У геології абревіатура Ма (від латинської, mega annum) означає мільйони років до сучасності.

Гадичні, архаїчні та протерозойські еони (2500–542 млн. М.) Складають докембрій, маючи на увазі скелі, утворені до періоду Кембрії. Підрозділи докембрію не є формальними стратиграфічними одиницями і визначаються суто хронометрично.

Джерело: pixabay.com

Утворення первісної Землі

Найпоширенішим поясненням походження Всесвіту є теорія Великого вибуху, згідно з якою Всесвіт розширився від початкового об’єму, рівного нулю (вся речовина, сконцентрована в одному місці за мить, що називається «особливістю») до досягнувши величезного обсягу 13,7 мільярда років тому.

Всесвіту було вже майже 9 мільярдів років, коли 4,567 мільйонів років тому сформувалася наша Сонячна система та Рання Земля. Ця дуже точна оцінка заснована на радіометричних датуваннях метеоритів, що відносяться до Сонячної системи.

Сонце утворилося в результаті розпаду газової області міжзоряного середовища. Стиснення речовини є причиною її високих температур. Обертовий диск газу і пилу утворював примітивну сонячну туманність, з якої походять компоненти Сонячної системи.

Формування Ранньої Землі можна пояснити "стандартною моделлю планетного формування".

Космічний пил накопичується в процесі аккреційних зіткнень, спочатку між маленькими небесними тілами, потім між ембріональними планетами діаметром до 4000 кілометрів, нарешті між невеликою кількістю великих планетарних тіл.

Умови Первісної Землі

За свою довгу історію Рання Земля зазнала величезних змін у своїх екологічних умовах.

Початкові умови, кваліфіковані як інфернальні, були абсолютно ворожими для всіх форм життя. Виділяються температури, які зробили всі наземні матеріали частиною моря магми, обстріли метеоритами, астероїдами та маленькими планетами, а також наявність смертельних іонізованих частинок, принесених сонячним вітром.

Пізніше первісна Земля охолола, що дозволило з’явити земну кору, рідку воду, атмосферу та фізико-хімічні умови, сприятливі для появи перших органічних молекул і, нарешті, походження та збереження життя.

Хадик Еон

Знання Хадичного Еону походять від аналізу невеликої кількості зразків наземних гірських порід (утворених між 4131 та 4,0 Ма), доповнених висновками на основі вивчення метеоритів та інших небесних матеріалів.

Незабаром після утворення Землі, вже в Едіані Хадик, сталося останнє велике зіткнення приріст із небесним тілом розміром з Марс. Енергія удару танула або випаровувала більшу частину Землі.

Злиття шляхом охолодження та екскреції пари утворювало Місяць. Розплавлений матеріал, що залишився на Землі, утворив океан магми.

Ядро Землі, яке виготовлено з рідкого металу, надходить з глибокого в магмі океану. Верхній шар цього океану становив сплавлений діоксид кремнію, що зароджував земну кору. Велика динамічність цього етапу призвела до диференціації ядра, мантії, земної кори, протокеану та атмосфери.

Між 4,568 і 4,4 млн. Років Земля була ворожою до життя. Не було ні материків, ні рідкої води, був лише океан магми, інтенсивно обстріляний метеоритами. Однак у цей період почали складатися хіміко-екологічні умови, необхідні для виникнення життя.

Це був Еоархічний

Як правило, життя зародилося в якийсь момент переходу між Хадичним Еоном та Еоархічною епохою, хоча не відомо мікрофосилів, які це підтверджували.

Ераархічна епоха була періодом утворення та руйнування земної кори. Найдавніше відоме скельне утворення, розташоване в Ґренландії, виникло 3,8 мільярда років тому. Ваалбара, перший суперконтинент, що був на Землі, утворився 3,6 мільярда років тому.

Під час Еоархічної епохи, між 3950 та 3870 Ма, Земля та Місяць зазнали надзвичайно інтенсивного обстрілу метеоритів, який закінчив період спокою, що тривав 400 мільйонів років. Місячні кратери (близько 1700 діаметром більше 20 км; 15 діаметром 300–1200 км) є найбільш видимим результатом цього обстрілу.

На Землі це обстріл знищило більшу частину земної кори і призвело до того, що океани закипали, вбиваючи все життя, за винятком, певно, певних бактерій, ймовірно, екстремофілів, пристосованих до високих температур. Земне життя було на межі вимирання.

Пребіотичні процеси

У другій декаді XX століття російський біохімік Олександр Опарін запропонував, що життя зародилося в оточенні, подібному до примітивної Землі, шляхом процесу хімічної еволюції, який спочатку призвів до появи простих органічних молекул.

Атмосфера була б складена з газів (водяна пара, водень, аміак, метан), які б дисоціювали в радикали під дією УФ-світла.

Рекомбінація цих радикалів призвела до зливу органічних сполук, утворюючи первинний бульйон, в якому хімічні реакції давали б молекули, здатні до реплікації.

У 1957 році Стенлі Міллер та Гарольд Урей продемонстрували за допомогою апарату, що містить гарячу воду та газову суміш Опаріна, підданих електричних іскор, що хімічна еволюція могла статися.

Цей експеримент дав прості сполуки, присутні в живих істотах, включаючи основи нуклеїнових кислот, амінокислоти та цукри.

На наступному етапі хімічної еволюції, який також був експериментально відтворений, попередні сполуки об'єдналися б у формі полімерів, які б агрегувались для утворення протобіонтів. Вони не здатні до реплікації, але мають напівпроникні та збудливі мембрани, подібні до живих клітин.

Походження життя

Протобіоти перетворилися б на живих істот, придбавши здатність до відтворення, передаючи свою генетичну інформацію наступному поколінню.

У лабораторії короткі РНК-полімери можуть бути хімічно синтезовані. Серед полімерів, присутніх у протобіонтах, повинна бути РНК.

Коли магма затверділа, ініціюючи утворення кори Первісної Землі, ерозивні процеси гірських порід утворювали глину. Цей мінерал може адсорбувати короткі РНК-полімери на його гідратних поверхнях, слугуючи шаблоном для утворення більших молекул РНК.

У лабораторії також було показано, що короткі РНК-полімери можуть функціонувати як ферменти, каталізуючи власну реплікацію. Це показує, що молекули РНК могли реплікуватися в протобіонтах, зрештою, породжуючи клітини, не потребуючи ферментів.

Випадкові зміни (мутації) в молекулах РНК протобіонтів створили б варіацію, на якій міг би діяти природний відбір. Це був би початок еволюційного процесу, який зароджував усі форми життя на Землі, від прокаріотів до рослин і хребетних.

Список літератури

1. Баржа, Л.М. 2018. Розглядаючи планетарне середовище за походженням життєвих досліджень. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Джокіч, Т., Ван Кранедонк, MJ, Кемпбелл, штат Каліфорнія, Вальтер, MR, Ward, CR 2017. Найдавніші ознаки життя на землі, що збереглася приблизно в. Родовища гарячого джерела 3,5 га Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Фаулер, CMR, Ебінгер, CJ, Хоуксворт, CJ (eds). 2002. Рання Земля: фізичний, хімічний та біологічний розвиток. Геологічне товариство, Спеціальні видання 199, Лондон.
4. Гарго, М., Мартін, Х., Лопес-Гарсія, П., Монтмерле, Т., Паскаль, Р. 2012. Молоде сонце, рання Земля та витоки життя: уроки з астробіології. Спрингер, Гейдельберг.
5. Гедман, М. 2007. Вік всього - як наука досліджує минуле. Університет Chicago Press, Чикаго.
6. Йортнер, Дж. 2006. Умови виникнення життя на ранній Землі: резюме та роздуми. Філософські трансакції Королівського товариства B, 361, 1877–1891.
7. Кеслер, SE, Охмото, Х. (ред.). 2006. Еволюція ранньої атмосфери, гідросфери та біосфери: обмеження рудних родовищ. Геологічне товариство Америки, Боулдер, Мемуар 198.
8. Лунін, JI 2006. Фізичні умови на ранній Землі. Філософські трансакції Королівського товариства B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Короткий геологічний часовий масштаб. Кембридж, Нью-Йорк.
10. Роллінсон, HR 2007. Ранні системи Землі: геохімічний підхід. Блеквелл, Мальден.
11. Шоу, GH 2016. Рання атмосфера та океани Землі та походження життя. Спрингер, Чам.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Еволюція Всесвіту та зародження життя - пошук наших космічних коренів. Спрінгер, Нью-Йорк.
13. Wacey, D. 2009. Раннє життя на Землі: практичний посібник. Спрінгер, Нью-Йорк.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Комети та походження життя. World Scientific, Нью-Джерсі.