РАННЯЯ ЗЕМЛЯ: УСЛОВИЯ И НАЧАЛО ЖИЗНИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Примитивный Земля является термином , который используется для обозначения того , что наша планета была в течение первых 1000 миллионов лет существования. Этот период охватывает Хадический Эон (4600–4000 млн лет назад) и эоархическую эру (4000–3600 млн лет) архаического Эона (4000–2500 млн лет). В геологии сокращение Ma (от латинского mega annum) означает миллионы лет назад.

Хадический, архаический и протерозойский эоны (2500–542 млн лет назад) составляют докембрий и относятся к породам, сформировавшимся до кембрийского периода. Подразделения докембрия не являются формальными стратиграфическими единицами и определяются чисто хронометрически.

Источник: pixabay.com

Формирование первобытной Земли

Наиболее широко распространенным объяснением происхождения Вселенной является теория Большого взрыва, согласно которой Вселенная расширилась от начального объема, равного нулю (вся материя, сконцентрированная в одном месте в одно мгновение, что называется «сингулярностью»), до достигнув огромного объема 13,7 миллиарда лет назад.

Вселенной было уже почти 9 миллиардов лет, когда 4,567 миллиона лет назад сформировались наша Солнечная система и ранняя Земля. Эта очень точная оценка основана на радиометрическом датировании метеоритов, относящихся к Солнечной системе.

Солнце образовалось в результате коллапса газовой области межзвездной среды. Сжатие вещества - причина его высоких температур. Вращающийся диск из газа и пыли сформировал примитивную солнечную туманность, из которой происходят компоненты Солнечной системы.

Формирование Ранней Земли можно объяснить с помощью «стандартной модели планетарного образования».

Космическая пыль накапливается в процессе аккреционных столкновений сначала между небольшими небесными телами, затем между зародышевыми планетами диаметром до 4000 километров и, наконец, между небольшим количеством крупных планетных тел.

Условия первобытной земли

За свою долгую историю Ранняя Земля претерпела огромные изменения в условиях окружающей среды.

Начальные условия, считающиеся адскими, были абсолютно враждебны всем формам жизни. Особенно выделяются температуры, которые сделали все земные материалы частью магматического моря, бомбардировку метеоритами, астероидами и небольшими планетами, а также присутствие смертоносных ионизированных частиц, принесенных солнечным ветром.

Впоследствии примитивная Земля остыла, что привело к появлению земной коры, жидкой воды, атмосферы и физико-химических условий, благоприятных для появления первых органических молекул и, наконец, для возникновения и сохранения жизни.

Хадик Эон

Знания об Эоне Хадик получены из анализа небольшого количества образцов земных пород (сформированных между 4031 и 4,0 млн лет назад), дополненных выводами, основанными на изучении метеоритов и других небесных материалов.

Вскоре после образования Земли, уже в Хадическом Эоне, произошло последнее крупное аккреционное столкновение с небесным телом размером с Марс. Энергия удара расплавила или испарила большую часть Земли.

Слияние путем охлаждения и образования пара образовало Луну. Расплавленный материал, оставшийся на Земле, образовал океан магмы.

Ядро Земли, состоящее из жидкого металла, происходит из глубины океана магмы. Плавленый кремнезем, из которого образовалась земная кора, составлял верхний слой этого океана. Большой динамизм этого этапа привел к дифференциации ядра, мантии, земной коры, протокеано и атмосферы.

Между 4568 и 4,4 млн лет назад Земля была враждебна жизни. Не было континентов или жидкой воды, был только океан магмы, интенсивно бомбардированный метеоритами. Однако в этот период начали складываться химико-экологические условия, необходимые для возникновения жизни.

Это был эоархический

Принято считать, что жизнь зародилась в какой-то момент перехода между Хадическим Эоном и Эоархической Эрой, хотя никаких микрофоссилий, подтверждающих это, не известно.

Эоархическая эра была периодом формирования и разрушения земной коры. Самое древнее известное горное образование, расположенное в Гренландии, возникло 3,8 миллиарда лет назад. Ваалбара, первый суперконтинент Земли, был сформирован 3,6 миллиарда лет назад.

В эоархическую эру, между 3950 и 3870 млн лет назад, Земля и Луна подверглись чрезвычайно интенсивной бомбардировке метеоритами, завершившей период затишья, длившийся 400 миллионов лет. Лунные кратеры (около 1700 с диаметром более 20 км; 15 с диаметром от 300 до 1200 км) являются наиболее заметным результатом этой бомбардировки.

На Земле эта бомбардировка разрушила большую часть земной коры и вызвала кипение океанов, убив все живое, за исключением, вероятно, некоторых бактерий, возможно, экстремофилов, приспособленных к высоким температурам. Земная жизнь оказалась на грани исчезновения.

Пребиотические процессы

Во втором десятилетии 20-го века русский биохимик Александр Опарин предположил, что жизнь возникла в среде, подобной окружающей среде Первобытной Земли, в результате процесса химической эволюции, который первоначально привел к появлению простых органических молекул.

Атмосфера состояла бы из газов (водяной пар, водород, аммиак, метан), которые под действием УФ-света распадались на радикалы.

Рекомбинация этих радикалов произвела бы ливень органических соединений, образуя изначальный бульон, в котором химические реакции производили бы молекулы, способные к репликации.

В 1957 году Стэнли Миллер и Гарольд Юри продемонстрировали с помощью устройства, содержащего горячую воду и газовую смесь опарина, подвергнутую воздействию электрических искр, что могло произойти химическое развитие.

В ходе этого эксперимента были получены простые соединения, присутствующие в живых существах, включая основания нуклеиновых кислот, аминокислоты и сахара.

На следующем этапе химической эволюции, который также был экспериментально воссоздан, предыдущие соединения должны были соединиться вместе, чтобы сформировать полимеры, которые должны были бы объединиться с образованием протобионтов. Они не способны к репликации, но имеют полупроницаемые и возбудимые мембраны, как у живых клеток.

Происхождение жизни

Протобионты превратились бы в живых существ, приобретя способность к воспроизводству, передав свою генетическую информацию следующему поколению.

В лаборатории полимеры с короткой РНК можно синтезировать химическим путем. Среди полимеров, присутствующих в протобионтах, должна быть РНК.

Когда магма затвердела, инициировав формирование коры Первобытной Земли, эрозионные процессы пород привели к образованию глины. Этот минерал может адсорбировать короткие полимеры РНК на своей гидратированной поверхности, служа шаблоном для образования более крупных молекул РНК.

В лаборатории также было показано, что полимеры с короткой РНК могут функционировать как ферменты, катализируя собственную репликацию. Это показывает, что молекулы РНК могли реплицироваться в протобионтах, в конечном итоге создавая клетки, без потребности в ферментах.

Случайные изменения (мутации) в молекулах РНК протобионтов привели бы к изменению, на которое мог воздействовать естественный отбор. Это было бы началом эволюционного процесса, который породил все формы жизни на Земле, от прокариот до растений и позвоночных.

Ссылки

1. Бардж, Л. М. 2018. Рассмотрение планетарных сред в исследованиях происхождения жизни. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Джокич, Т., Ван Кранендонк, М.Дж., Кэмпбелл, К.А., Уолтер, М.Р., Уорд, С.Р. 2017. Самые ранние признаки жизни на суше, сохранившиеся в ок. Отложения горячих источников 3,5 млрд лет. Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (ред.). 2002. Ранняя Земля: физическое, химическое и биологическое развитие. Геологическое общество, специальные публикации 199, Лондон.
4. Гарго, М., Мартин, Х., Лопес-Гарсия, П., Монтмерле, Т., Паскаль, Р. 2012. Молодое Солнце, ранняя Земля и истоки жизни: уроки астробиологии. Спрингер, Гейдельберг.
5. Хедман М. 2007. Возраст всего - как наука исследует прошлое. Издательство Чикагского университета, Чикаго.
6. Джортнер, Дж. 2006. Условия возникновения жизни на ранней Земле: резюме и размышления. Философские труды Королевского общества B, 361, 1877–1891.
7. Кеслер, С.Е., Омото, Х. (ред.). 2006. Эволюция ранней атмосферы, гидросферы и биосферы: ограничения со стороны рудных месторождений. Геологическое общество Америки, Боулдер, Мемуары 198.
8. Lunine, JI 2006. Физические условия на ранней Земле. Философские труды Королевского общества B, 361, 1721–1731.
9. Огг, Дж. Г., Огг, Г., Градштейн, Ф. М. 2008. Краткая геологическая шкала времени. Кембридж, Нью-Йорк.
10. Роллинсон, Х.Р. 2007. Системы ранней Земли: геохимический подход. Блэквелл, Молден.
11. Шоу, Г. Х. 2016. Ранняя атмосфера и океаны Земли и происхождение жизни. Спрингер, Чам.
12. Терикорпи, П., Валтонен, М., Лехто, К., Лехто, Х., Берд, Г., Чернин, А. 2009. Развивающаяся Вселенная и происхождение жизни - поиск наших космических корней. Спрингер, Нью-Йорк.
13. Уэйси, Д. 2009. Ранняя жизнь на Земле: практическое руководство. Спрингер, Нью-Йорк.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Кометы и происхождение жизни. World Scientific, Нью-Джерси.