VARHAINEN MAA: OLOSUHTEET JA ELÄMÄN ALKU - BIOLOGIA - 2026

Primitive maa on termi, jota käytetään viittaamaan mihin planeettamme oli sen ensimmäisinä 1000 miljoonaa vuotta olemassaolon. Tämä kattaa Hadic Aeonin (4 600–4 000 Ma) ja arkaaisen Aeonin (4 000–2 600 Ma) eoarkkisen aikakauden (4 000–3 600 Ma). Geologiassa lyhenne Ma (latinasta, mega annum) tarkoittaa miljoonia vuosia ennen nykypäivää.

Hadic, arkaainen ja proterozoic aeonit (2500–542 Ma) muodostavat prekambrian viitaten ennen Kambrian kautta muodostettuihin kiviin. Prekambrian alajaot eivät ole muodollisia stratigrafisia yksiköitä, ja ne on määritelty puhtaasti kronometrisesti.

Lähde: pixabay.com

Alkeellisen maan muodostuminen

Laajimmin hyväksytty selitys maailmankaikkeuden alkuperästä on Big Bang -teoria, jonka mukaan maailmankaikkeus laajeni nollatason alkuperäisestä tilavuudesta (kaikki aine keskittyi yhteen kohtaan hetkessä, jota kutsutaan "singulaarisuudeksi") saavuttaen valtavan määrän 13,7 miljardia vuotta sitten.

Universumi oli jo melkein 9 miljardia vuotta vanha, kun 4.567 miljoonaa vuotta sitten aurinkokunta ja varhainen maa muodostuivat. Tämä erittäin tarkka arvio perustuu aurinkojärjestelmään peräisin olevien meteoriittien radiometrisiin datoihin.

Auringon muodosti tähtienvälisen väliaineen kaasualan romahtaminen. Aineen puristus on syynä sen korkeisiin lämpötiloihin. Pyörivä kaasu- ja pölylevy muodosti primitiivisen aurinkosummun, josta aurinkokunnan komponentit tulevat.

Varhaisen maan muodostuminen voidaan selittää "planeettamuodostumisen standardimalli".

Kosminen pöly kerääntyy akryesitörmäysprosessien kautta, ensin pienten taivaankappaleiden välillä, sitten alkion planeettojen välillä, joiden halkaisija on enintään 4000 km, lopulta pienen määrän suurten planeettakappaleiden välillä.

Primitiivisen maan olosuhteet

Pitkän historiansa aikana varhaisessa maassa tapahtui valtavia muutoksia ympäristöolosuhteissaan.

Alkuperäiset olosuhteet, joita voidaan pitää infernalina, olivat ehdottoman vihamielisiä kaikille elämänmuodoille. Lämpötilat, jotka tekivät kaikista maanpäällisistä materiaaleista osan magmamerestä, meteoriittien, asteroidien ja pienten planeettojen pommitukset ja auringon tuulen tuomien tappavien ionisoituneiden hiukkasten läsnäolo erottuvat.

Myöhemmin alkeellinen Maa jäähtyi, mikä mahdollisti maankuoren, nestemäisen veden, ilmakehän ja fysikaalis-kemiallisten olosuhteiden, jotka ovat suotuisat ensimmäisten orgaanisten molekyylien ilmestymiselle ja lopulta elämän alkuperälle ja säilymiselle.

Hadic Aeon

Hadic aeonin tiedot tulevat pienen määrän maanpäällisten kallionäytteiden (muodostettu välillä 4,031 - 4,0 Ma) analyysistä, jota on täydennetty meteoriittien ja muiden taivaallisten materiaalien tutkimukseen perustuvilla päätelmillä.

Pian maapallon muodostumisen jälkeen, jo Hadic Aeonissa, tapahtui viimeinen suuri akordiatiivinen törmäys Marsin kokoisen taivaankappaleen kanssa. Iskun energia sulatti tai höyrystyi suurta osaa maapallosta.

Yhdistyminen jäähdyttämällä ja höyryn lisääntyessä muodosti Kuun. Maan päälle jäänyt sula aine muodosti magman valtameren.

Maapallon ydin, joka on valmistettu nestemäisestä metallista, tulee syvältä magman valtamereltä. Maankuoren alustana ollut sulatettu piidioksidi muodosti tuon valtameren yläkerroksen. Tämän vaiheen suuri dynaamisuus johti ytimen, vaipan, maankuoren, alkueläimen ja ilmakehän erotteluun.

Vuosina 4568 - 4,4 Ma, maa oli vihamielinen elämälle. Ei ollut mantereita tai nestemäistä vettä, oli vain magman valtameri, jota pommittivat voimakkaasti meteoriitit. Tänä ajanjaksona kemialliset ympäristöolosuhteet, joita tarvitaan elämän syntymiseen, alkoivat kuitenkin kehittyä.

Se oli eokaristista

Elämän oletetaan yleensä alun perin syntyneen jossain vaiheessa Hadic Aeonin ja Eoarchic Ajanjakson välillä, vaikka mikään fossiilien ei tiedetä todistavan tätä.

Eoarkkinen aikakausi oli maankuoren muodostumisen ja tuhoutumisen aika. Vanhin tunnettu kivimuodostelma, joka sijaitsee Grönlannissa, syntyi 3,8 miljardia vuotta sitten. Vaalbará, ensimmäinen maanosa, oli muodostunut 3,6 miljardia vuotta sitten.

Eoarkkisen aikakauden aikana, välillä 3 950 - 3 870 Ma, Maa ja Kuu saivat meteoriittien erittäin voimakkaan pommituksen, joka päättyi 400 miljoonan vuoden kestäneeseen rauhalliseen aikaan. Kuulakraattorit (noin 1700, joiden halkaisija on yli 20 km; 15, joiden halkaisija on 300–1200 km) ovat tämän pommituksen näkyvin tulos.

Maapallolla tämä pommitus tuhosi suurimman osan maankuoresta ja aiheutti valtamerten kiehumisen, tappaen kaiken elämän paitsi luultavasti tietyt bakteerit, todennäköisesti korkeisiin lämpötiloihin sopeutuneet ekstremofiilit. Maanpäällinen elämä oli sukupuuttoon.

Prebioottiset prosessit

Venäläinen biokemisti Aleksandr Oparin ehdotti 1900-luvun toisella vuosikymmenellä, että elämä sai alkunsa primitiivisen maan kaltaisesta ympäristöstä kemiallisen evoluutioprosessin kautta, joka johti alun perin yksinkertaisten orgaanisten molekyylien ilmestymiseen.

Ilmakehä olisi koostettu kaasuista (vesihöyry, vety, ammoniakki, metaani), jotka olisivat dissosioituneet radikaaleiksi UV-valon vaikutuksesta.

Näiden radikaalien rekombinaatio olisi tuottanut orgaanisten yhdisteiden suihkun, muodostaen ensisijaisen liemen, jossa kemialliset reaktiot olisivat tuottaneet replikaatiokykyisiä molekyylejä.

Vuonna 1957 Stanley Miller ja Harold Urey osoittivat, kun käytettiin laitetta, joka sisälsi kuumaa vettä ja Oparin-kaasuseosta, joka oli altistettu sähköisille kipinöille, että kemiallinen kehitys olisi voinut tapahtua.

Tämä kokeilu tuotti elävissä olosuhteissa läsnä olevia yksinkertaisia ​​yhdisteitä, mukaan lukien nukleiinihappoemäkset, aminohapot ja sokerit.

Kemiallisen evoluution seuraavassa vaiheessa, joka on myös uudelleen kokeellisesti luotu, aikaisemmat yhdisteet olisivat liittyneet toisiinsa muodostaen polymeerejä, jotka olisivat aggregoituneet prototobionttien muodostamiseksi. Ne eivät pysty replikoitumaan, mutta niissä on puoliläpäiseviä ja herättäviä kalvoja, kuten elävien solujen.

Elämän alkuperä

Protobionttit olisivat muuttuneet eläviksi olentoiksi hankkimalla kyky lisääntyä ja siirtämällä geneettistä tietoa seuraavalle sukupolvelle.

Laboratoriossa lyhyet RNA-polymeerit voidaan syntetisoida kemiallisesti. Protobionteissa läsnä olevien polymeerien joukossa on pitänyt olla RNA: ta.

Kun magma jähmettyi ja aloitti primitiivisen maan kuoren muodostumisen, kivien eroosioprosessit tuottivat savea. Tämä mineraali voi adsorboida lyhyitä RNA-polymeerejä sen hydratoituihin pintoihin, toimien templaattina suurempien RNA-molekyylien muodostamiseksi.

Laboratoriossa on myös osoitettu, että lyhyet RNA-polymeerit voivat toimia entsyymeinä katalysoidessaan omaa replikaatiotaan. Tämä osoittaa, että RNA-molekyylit olisivat voineet replikoitua protobionteissa, lopulta lähtöisin olevissa soluissa, ilman entsyymien tarvetta.

Protobionttien RNA-molekyylien satunnaiset muutokset (mutaatiot) olisivat luoneet variaation, jolla luonnollinen valinta olisi voinut toimia. Tämä olisi ollut aloitus evoluutioprosessille, joka sai alkunsa kaikista maapallon elämänmuodoista prokaryooteista kasveihin ja selkärankaisiin.

Viitteet

1. Proomu, LM 2018. Planeettaympäristöjen huomioon ottaminen elämän tutkimuksen lähtökohtana. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Varhaisimmat elämän merkit maalla säilyneillä ca. 3.5 Ga kuumien lähteiden talletukset. Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (toim.). 2002. Varhainen maa: fysikaalinen, kemiallinen ja biologinen kehitys. Geological Society, Special Publications 199, Lontoo.
4. Gargaud, M., Martin, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Nuori aurinko, varhainen maa ja elämän alkuperät: astrobiologian oppitunnit. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. Kaiken aika - kuinka tiede tutkii menneisyyttä. University of Chicago Press, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Edellytykset elämän syntymiselle varhaisessa maapallossa: yhteenveto ja pohdinnat. Royal Society -yrityksen filosofiset tapahtumat B, 361, 1877–1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (toim.). 2006. Varhaisen ilmakehän, hydrosfäärin ja biosfäärin kehitys: malmiesiintymien aiheuttamat rajoitukset. Amerikan geologinen seura, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Fyysiset olosuhteet varhaisessa maapallossa. Royal Society -yrityksen filosofiset tapahtumat B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Tiivis geologinen aika-asteikko. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Varhaisen maan järjestelmät: geokemiallinen lähestymistapa. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. Maan varhainen ilmapiiri ja valtameret sekä elämän alkuperä. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Kehittyvä universumi ja elämän alkuperä - etsintä kosmisille juurillemme. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. Varhainen elämä maan päällä: käytännöllinen opas. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Komeettat ja elämän alkuperä. World Scientific, New Jersey.