РАННА ЗЕМЯ: УСЛОВИЯ И НАЧАЛО НА ЖИВОТА - БИОЛОГИЯ - 2025

The Primitive Земята е термин, който се използва за обозначаване на това, което нашата планета е била по време на първите си 1000 милиона години от съществуването си. Този обхват обхваща хадическия еон (4 600–4 000 mA) и еоархичната ера (4 000–3 600 ма) на архаичния еон (4 000–2 500 ма). В геологията съкращението Ma (от латински, mega annum) означава милиони години преди настоящето.

Хадичните, архаичните и протерозойските еони (2500–542 млн. М.) Съставляват предкамбрийския, отнасящ се до скали, образувани преди периода на Камбрията. Подразделенията на докембрийците не са формални стратиграфски единици и са дефинирани чисто хронометрично.

Източник: pixabay.com

Формиране на примитивната земя

Най-общоприетото обяснение за произхода на Вселената е теорията за Големия взрив, според която Вселената се разширява от първоначален обем, равен на нула (цялата материя, концентрирана на едно място в един миг, която се нарича "сингулярност") до достигайки огромен обем преди 13,7 милиарда години.

Вселената вече е била почти на 9 милиарда години, когато преди 4,567 милиона години се е образувала нашата Слънчева система и Ранната Земя. Тази много точна оценка се основава на радиометрични датиране на метеорити, датиращи от Слънчевата система.

Слънцето се е образувало при разпадането на газов район на междузвездната среда. Компресирането на материята е причина за нейните високи температури. Въртящият се диск на газ и прах образува примитивна слънчева мъглявина, от която произлизат компонентите на Слънчевата система.

Образуването на Ранната Земя може да се обясни с "стандартния модел на планетарно формиране".

Космическият прах се натрупва чрез процес на сблъсък на аккреция, първо между малки небесни тела, след това между ембрионални планети с диаметър до 4000 километра, накрая между малък брой големи планетни тела.

Условия на Примитивната Земя

През дългата си история Ранната Земя претърпя огромни промени в условията на околната среда.

Първоначалните условия, квалифицирани като адски, бяха абсолютно враждебни за всички форми на живот. Изпъкват температурите, които направиха всички наземни материали част от море от магма, бомбардировките от метеорити, астероиди и малки планети и наличието на смъртоносни йонизирани частици, донесени от слънчевия вятър.

Впоследствие примитивната Земя се охлажда, което позволява появата на земната кора, течната вода, атмосферата и физикохимичните условия, благоприятни за появата на първите органични молекули и накрая за произхода и опазването на живота.

Хадик Еон

Познанията за хадическия еон произхождат от анализа на малък брой земни скални образци (образувани между 4,031 и 4,0 Ма), допълнени с изводи, основани на изследването на метеорити и други небесни материали.

Малко след формирането на Земята, вече в Хадическия еон, се случи последен голям аккреционен сблъсък с небесно тяло с размерите на Марс. Енергията на въздействието стопи или изпари голяма част от Земята.

Коалесценцията чрез охлаждане и натрупване на пара образува Луната. Разтопеният материал, който остана на Земята, образува океан от магма.

Ядрото на Земята, което е направено от течен метал, идва от дълбоко в магматичния океан. Сплавният силициев диоксид, който произхожда от земната кора, представлява горния слой на този океан. Голямата динамика на този етап доведе до разграничаване на ядрото, мантията, земната кора, протокеано и атмосфера.

Между 4,568 и 4,4 ма, Земята е била враждебна на живота. Нямаше континенти или течна вода, имаше само океан от магма, бомбардиран интензивно от метеорити. В този период обаче започват да се развиват необходимите за възникването на живота химико-екологични условия.

Беше Еоархия

Обикновено се предполага, че животът е възникнал в някакъв момент от прехода между хадическия еон и еоархичната ера, въпреки че не са известни микрофосили, които да докажат това.

Еоархийската ера беше период на формиране и унищожаване на земната кора. Най-старото известно скално образувание, разположено в Гренландия, е възникнало преди 3,8 милиарда години. Ваалбара, първият суперконтинент, който Земята има, се е образувал преди 3,6 милиарда години.

По време на Еоархийската ера, между 3950 и 3870 Ма, Земята и Луната претърпяха изключително интензивно бомбардиране на метеорити, завършило период на спокойствие, продължил 400 милиона години. Лунните кратери (около 1700 с диаметър по-голям от 20 км; 15 с диаметър 300–1200 км) са най-видимият резултат от тази бомбардировка.

На Земята тази бомбардировка унищожи по-голямата част от земната кора и причини океаните да ври, убивайки целия живот, с изключение, вероятно, на някои бактерии, вероятно екстремофили, адаптирани към високи температури. Земният живот беше на прага на изчезване.

Пребиотични процеси

През второто десетилетие на XX век руският биохимик Александър Опарин предложи животът да възникне в среда като тази на Примитивната Земя чрез процес на химическа еволюция, който първоначално доведе до появата на прости органични молекули.

Атмосферата би била съставена от газове (водна пара, водород, амоняк, метан), които биха се разделили на радикали под действието на UV светлина.

Рекомбинацията на тези радикали би произвела душ от органични съединения, образувайки първичен бульон, в който химическите реакции биха произвели молекули, способни да се размножават.

През 1957 г. Стенли Милър и Харолд Урей демонстрират, използвайки апарат, съдържащ гореща вода и газовата смес Опарин, подложени на електрически искри, че може да настъпи химическа еволюция.

Този експеримент произвежда прости съединения, присъстващи в живите същества, включително основи на нуклеинова киселина, аминокиселини и захари.

В следващия етап на химическа еволюция, който също е експериментално пресъздаден, предишните съединения биха се съединили, за да образуват полимери, които биха се събрали, за да образуват протобиоти. Те не могат да се репликират, но имат полупропускливи и възбудими мембрани като тези на живите клетки.

Произход на живота

Протобионите биха се трансформирали в живи същества чрез придобиване на способността да се възпроизвеждат, предавайки своята генетична информация на следващото поколение.

В лабораторията късите РНК полимери могат да бъдат химически синтезирани. Сред полимерите, присъстващи в протобионтите, трябва да има РНК.

Когато магмата се втвърди, инициирайки образуването на кората на Примитивната Земя, ерозивните процеси на скалите произвеждат глина. Този минерал може да адсорбира къси РНК полимери върху хидратираните му повърхности, служейки като шаблон за образуване на по-големи РНК молекули.

В лабораторията също е доказано, че късите РНК полимери могат да функционират като ензими, катализирайки собствената им репликация. Това показва, че молекулите на РНК биха могли да се репликират в протобионтите, евентуално произхождащи клетки, без да са необходими ензими.

Случайните промени (мутации) в молекулите на РНК на протобионтите биха създали вариация, върху която естествената селекция би могла да действа. Това би било началото на еволюционния процес, който води началото си от всички форми на живот на Земята - от прокариоти до растения и гръбначни животни.

Препратки

1. Barge, LM 2018. Като се имат предвид планетарните среди за произхода на изследванията за живота. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Най-ранните признаци на живот на земя, запазена през ок. 3.5 Ga депозити с гореща пролет Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Фаулер, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (eds). 2002. Ранната Земя: физическо, химическо и биологично развитие. Геологическо общество, специални публикации 199, Лондон.
4. Гарго, М., Мартин, Х., Лопес-Гарсия, П., Монмерле, Т., Паскал, Р. 2012. Младо слънце, ранна земя и произхода на живота: уроци по астробиология. Спрингер, Хайделберг.
5. Хедман, М. 2007. Епохата на всичко - как науката изследва миналото. University of Chicago Press, Чикаго.
6. Jortner, J. 2006. Условия за възникване на живота на ранната Земя: обобщение и размисли. Философски транзакции на Кралското общество Б, 361, 1877–1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (изд.). 2006. Еволюция на ранната атмосфера, хидросфера и биосфера: ограничения от рудните находища. Геологическо общество на Америка, Боулдър, Мемоар 198.
8. Лунин, JI 2006. Физически условия на ранната Земя. Философски транзакции на Кралското общество Б, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Кратък геоложки времеви мащаб. Кеймбридж, Ню Йорк.
10. Ролинсън, HR 2007. Ранните земни системи: геохимичен подход. Блакуел, Малдън.
11. Шоу, GH 2016. Ранната атмосфера и океаните на Земята и произхода на живота. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Развиващата се вселена и произходът на живота - търсенето на нашите космически корени. Спрингер, Ню Йорк.
13. Wacey, D. 2009. Ранен живот на Земята: практическо ръководство. Спрингер, Ню Йорк.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Кометите и произходът на живота. World Scientific, Ню Джърси.