AGRĀ ZEME: APSTĀKĻI UN DZĪVES SĀKUMS - BIOLOĢIJA - 2025

Primitīvās Zeme ir termins, kas tiek lietots, lai apzīmētu to, ko mūsu planēta bija savos pirmajos 1000 miljoniem gadu pastāvēšanas laikā. Šis posms aptver Hadic Aeon (4600–4000 Ma) un Arhaiskā Aeon Eoarchic Era (4000–3,600 Ma) (4000–2,500 Ma). Ģeoloģijā saīsinājums Ma (no latīņu valodas mega mega) nozīmē miljoniem gadu pirms tagadnes.

Hadiku, arhaiku un proterozoiku aeoni (2500–542 Ma) veido Prekambriju, atsaucoties uz klintīm, kas izveidotas pirms Kambrijas perioda. Prekambrijas apakšnodaļas nav formālas stratigrāfiskas vienības, un tās ir definētas tīri hronometriski.

Avots: pixabay.com

Primitīvās zemes izveidošanās

Visplašāk pieņemtais Visuma izcelsmes skaidrojums ir Lielā sprādziena teorija, saskaņā ar kuru Visums izplešas no sākotnējā tilpuma, kas vienāds ar nulli (visas matērijas vienā acumirklī koncentrējas vienā vietā, ko sauc par “singularitāti”) līdz sasniedzot milzīgu apjomu pirms 13,7 miljardiem gadu.

Visums jau bija gandrīz 9 miljardus gadu vecs, kad pirms 4.567 miljoniem gadu izveidojās mūsu Saules sistēma un agrīnā Zeme. Šīs ļoti precīzās aplēses pamatā ir meteorītu radiometriskie datējumi, kas datēti ar Saules sistēmu.

Sauli izveidoja, sabrūkot starpzvaigžņu vides gāzes reģionam. Vielas saspiešana ir tās augstās temperatūras cēlonis. Rotējošais gāzes un putekļu disks veidoja primitīvu Saules miglāju, no kura nāk Saules sistēmas komponenti.

Pirmās Zemes veidošanos var izskaidrot ar "planētu veidošanās standarta modeli".

Kosmiskie putekļi uzkrājas akreciju sadursmju procesā, vispirms starp maziem debess ķermeņiem, pēc tam starp embrionālām planētām, kuru diametrs nepārsniedz 4000 km, visbeidzot, starp nelielu skaitu lielu planētu ķermeņu.

Primitīvās zemes apstākļi

Tās senās vēstures laikā agrīnā Zeme ir piedzīvojusi milzīgas pārmaiņas vides apstākļos.

Sākotnējie apstākļi, kas tika kvalificēti kā pakārtoti, bija absolūti naidīgi pret visām dzīves formām. Izceļas temperatūra, kas visus zemes materiālus padarīja par magmas jūras daļu, meteorītu, asteroīdu un mazu planētu veiktu bombardēšanu un saules vēja radītās nāvējošās jonizētās daļiņas.

Pēc tam primitīvā Zeme atdzisa, ļaujot parādīties zemes garozai, šķidram ūdenim, atmosfērai un fizikāli ķīmiskajiem apstākļiem, kas bija labvēlīgi pirmo organisko molekulu parādīšanās un, visbeidzot, dzīvības izcelsmei un saglabāšanai.

Hadic Aeon

Hadic Aeon zināšanas iegūst, analizējot nelielu skaitu sauszemes iežu paraugu (veidojas no 4,031 līdz 4,0 Ma), kas papildināti ar secinājumiem, kuru pamatā ir meteorītu un citu debess materiālu pētījumi.

Neilgi pēc Zemes veidošanās, jau Hadic Aeon, notika pēdējā liela akrācijas sadursme ar debess ķermeni, kura izmērs bija Marss. Trieciena enerģija izkausēja vai iztvaicēja lielu daļu Zemes.

Savienošanās ar dzesēšanu un tvaika uzkrāšanos veidoja Mēnesi. Izkausētais materiāls, kas palika uz Zemes, veidoja magmas okeānu.

Zemes kodols, kas izgatavots no šķidra metāla, nāk no dziļi magmas okeānā. Kausētais silīcija dioksīds, no kura izveidojās zemes garoza, veidoja šī okeāna augšējo slāni. Šī posma lielā dinamika ļāva diferencēt kodolu, mantiju, zemes garozu, vienšūni un atmosfēru.

Laikā no 4568 līdz 4,4 Ma Zeme bija naidīga dzīvībai. Nebija kontinentu vai šķidra ūdens, bija tikai magmas okeāns, kuru intensīvi bombardēja meteorīti. Tomēr šajā periodā sāka veidoties ķīmiskie-vides apstākļi, kas nepieciešami dzīvības rašanās brīdim.

Tas bija eoarhisks

Parasti tiek uzskatīts, ka dzīve ir radusies kādā brīdī pārejā no Hadic Aeon uz Eoarchic Era, kaut arī nav zināmas mikrofosilijas, kas to pierādītu.

Eoarhijas laikmets bija zemes garozas veidošanās un iznīcināšanas periods. Vecākais zināmais iežu veidojums, kas atrodas Grenlandē, radās pirms 3,8 miljardiem gadu. Vaalbará, pirmais superkontinents, kāds bija Zemei, tika izveidots pirms 3,6 miljardiem gadu.

Eoarhijas laikmetā laikā no 3950 līdz 3870 Ma, Zeme un Mēness cieta ārkārtīgi intensīvu meteorītu bombardēšanu, kas beidzās ar miera periodu, kas ilga 400 miljonus gadu. Mēness krāteri (apmēram 1700 ar diametru, kas lielāks par 20 km; 15 ar diametru, kas ir 300–1200 km) ir šīs bombardēšanas visredzamākais rezultāts.

Uz Zemes šī bombardēšana iznīcināja lielāko daļu zemes garozas un izraisīja okeānu vārīšanos, nogalinot visu dzīvību, izņemot, iespējams, noteiktas baktērijas, iespējams, ekstremofilus, kas pielāgojās augstām temperatūrām. Zemes dzīve bija uz izmiršanas robežas.

Prebiotiskie procesi

20. gadsimta otrajā desmitgadē krievu bioķīmiķis Aleksandrs Oparins ierosināja, ka dzīvības cēlonis ir tāda vide kā Primitīvā Zeme ķīmiskās evolūcijas procesā, kas sākotnēji noveda pie vienkāršu organisko molekulu parādīšanās.

Atmosfēru būtu veidojusi gāze (ūdens tvaiki, ūdeņradis, amonjaks, metāns), kas UV gaismas ietekmē būtu sadalījusies radikāļos.

Šo radikāļu rekombinācija būtu devusi organisko savienojumu dušu, veidojot pirmatnējo buljonu, kurā ķīmiskās reakcijās būtu radušās molekulas, kuras spēj replicēties.

1957. gadā Stenlijs Millers un Harolds Ūrejs, izmantojot aparātu, kas satur karstu ūdeni un Oparīna gāzes maisījumu, kas pakļauts elektriskām dzirkstelēm, pierādīja, ka ķīmiskā evolūcija varēja notikt.

Šajā eksperimentā tika iegūti vienkārši dzīvās dzīves savienojumi, ieskaitot nukleīnskābju bāzes, aminoskābes un cukurus.

Nākamajā ķīmiskās evolūcijas posmā, kas arī ir eksperimentāli atjaunots, iepriekšējie savienojumi būtu savienoti kopā, veidojot polimērus, kas būtu sakopojušies, veidojot protobiontus. Tās nespēj replicēties, bet tām ir daļēji caurlaidīgas un uzbudināmas membrānas, piemēram, dzīvu šūnu membrānas.

Dzīves izcelsme

Protobionti būtu pārveidoti par dzīvām būtnēm, iegūstot spēju vairoties, pārnesot viņu ģenētisko informāciju nākamajai paaudzei.

Laboratorijā īsos RNS polimērus var ķīmiski sintezēt. Starp polimēriem, kas atrodas protobiontos, jābūt RNS.

Kad magma sacietēja, uzsākot Primitīvās Zemes garozas veidošanos, iežu erozīvie procesi veidoja mālu. Šis minerāls var adsorbēt īsos RNS polimērus uz tā hidratētajām virsmām, kalpojot par veidni lielāku RNS molekulu veidošanai.

Laboratorijā arī tika pierādīts, ka īsie RNS polimēri var darboties kā fermenti, katalizējot to pašu replikāciju. Tas parāda, ka RNS molekulas varēja replicēties protobiontos, kas beidzot bija šūnas, bez fermentu nepieciešamības.

Nejaušās izmaiņas (mutācijas) protobiontu RNS molekulās būtu radījušas variācijas, pēc kurām varēja darboties dabiskā atlase. Tas būtu bijis evolūcijas procesa sākums, kura cēlonis bija visas dzīvības formas uz Zemes, sākot no prokariotiem līdz augiem un mugurkaulniekiem.

Atsauces

1. Barža, LM 2018. Ņemot vērā planētu vidi dzīvības pētījumu sākumā. Dabas sakari, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Pirmās dzīves pazīmes uz zemes, kas saglabātas ca. 3.5 Ga karstā avota atradnes. Dabas sakari, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowlers, CMR, Ebingers, CJ, Hawkesworth, CJ (red.). 2002. Agrā Zeme: fizikālā, ķīmiskā un bioloģiskā attīstība. Ģeoloģijas biedrība, īpašās publikācijas 199, Londona.
4. Gargauds, M., Martins, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Jaunā saule, agrīnā Zeme un dzīves pirmsākumi: nodarbības astrobioloģijai. Springers, Heidelberga.
5. Hedmens, M. 2007. Visu laikmets - kā zinātne pēta pagātni. University of Chicago Press, Čikāga.
6. Jortners, J. 2006. Apstākļi dzīvības rašanai uz agrīnās Zemes: kopsavilkums un pārdomas. Karaliskās biedrības filozofiskie darījumi B, 361, 1877. – 1891.
7. Keslers, SE, Ohmoto, H. (red.). 2006. Agrīnās atmosfēras, hidrosfēras un biosfēras evolūcija: rūdas atradņu ierobežojumi. Amerikas Ģeoloģiskā biedrība, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Fiziskie apstākļi uz agrīnās Zemes. Karaliskās biedrības filozofiskie darījumi B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Īsa ģeoloģiskā laika skala. Kembridža, Ņujorka.
10. Rollinsons, HR 2007. Agrīnās Zemes sistēmas: ģeoķīmiskā pieeja. Blekvels, Maldens.
11. Shaw, GH 2016. Zemes agrīnā atmosfēra un okeāni, kā arī dzīvības izcelsme. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Attīstīgais Visums un dzīves izcelsme - mūsu kosmisko sakņu meklēšana. Springers, Ņujorka.
13. Wacey, D. 2009. Agrīnā dzīve uz Zemes: praktisks ceļvedis. Springers, Ņujorka.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Komētas un dzīves izcelsme. Pasaules zinātnieks, Ņūdžersija.