TIDLIG JORD: FORHOLD OG LIVETS BEGYNDELSE - BIOLOGI - 2025

Den primitive jord er et udtryk, der bruges til at henvise til, hvad vores planet var i løbet af dens første 1.000 millioner eksistensår. Denne rækkevidde omfatter Hadic Aeon (4.600–4.000 mA) og den eoarchiske æra (4.000–3.600 Ma) fra den arkaiske Aeon (4.000–2.500 Ma). I geologi betyder forkortelsen Ma (fra latin, mega annum) millioner af år før nutiden.

De Hadiske, Arkaiske og Proterozoiske Æoner (2500–542 Ma) udgør det prekambrium, idet det henvises til klipper dannet før den kambriske periode. Underkategorierne af præambrien er ikke formelle stratigrafiske enheder og er defineret rent kronometrisk.

Kilde: pixabay.com

Dannelse af den primitive jord

Den mest accepterede forklaring på universets oprindelse er Big Bang-teorien, ifølge hvilken universet ekspanderede fra et indledende volumen svarende til nul (al stof koncentreret et sted på et øjeblik, som kaldes en "singularitet") til nåede et enormt volumen for 13,7 milliarder år siden.

Universet var allerede næsten 9 milliarder år gammelt, da vi for 4,567 millioner år siden dannede vores solsystem og den tidlige jord. Dette meget nøjagtige skøn er baseret på radiometrisk datering af meteoritter, der går tilbage til solsystemet.

Solen blev dannet ved sammenbruddet af en gasregion i det interstellare medium. Kompression af stof er årsagen til dets høje temperaturer. Den roterende skive med gas og støv dannede en primitiv soltåge, hvorfra komponenterne i solsystemet kommer.

Dannelsen af ​​den tidlige jord kan forklares med "standardmodellen for planetarisk dannelse."

Kosmisk støv akkumuleres gennem en proces med tiltrædelseskollisioner, først mellem små himmellegemer, derefter mellem embryonale planeter op til 4.000 kilometer i diameter, til sidst mellem et lille antal store planetariske kropper.

Betingelser for den primitive jord

I løbet af sin lange historie gennemgik den tidlige jord enorme ændringer i dens miljøforhold.

De oprindelige betingelser, der blev kvalificeret som infernale, var absolut fjendtlige over for alle livsformer. De temperaturer, der gjorde alle terrestriske materialer del af et hav af magma, bombardementet af meteoritter, asteroider og små planeter, og tilstedeværelsen af ​​dødbringende ioniserede partikler bragt af solvinden skiller sig ud.

Senere afkøles den primitive jord, hvilket tillader udseendet af jordskorpen, flydende vand, atmosfære og fysisk-kemiske forhold, der er gunstige for udseendet af de første organiske molekyler og endelig livets oprindelse og bevarelse.

Hadic Aeon

Kendskabet til Hadic Aeon stammer fra analysen af ​​et lille antal terrestriske klippeprøver (dannet mellem 4.031 og 4,0 Ma) komplementeret med konklusioner baseret på studiet af meteoritter og andre himmelmaterialer.

Kort efter Jordens dannelse, allerede i Hadic Aeon, skete der en sidste stor akkretional kollision med et himmellegeme på størrelse med Mars. Stødens energi smeltede eller fordampede meget af Jorden.

Koalescens ved afkøling og akkretion af damp dannede Månen. Det smeltede materiale, der blev tilbage på Jorden, dannede et hav af magma.

Jordens kerne, der er lavet af flydende metal, kommer fra dybt i magmahavet. Det smeltede silica, der stammer fra jordskorpen, udgjorde det øverste lag af dette hav. Den store dynamik på dette trin førte til differentiering af kernen, mantelen, jordskorpen, en protoceano og en atmosfære.

Mellem 4.568 og 4,4 Ma var Jorden fjendtlig overfor livet. Der var ingen kontinenter eller flydende vand, der var kun et hav af magma bombarderet intenst af meteoritter. I denne periode begyndte de kemiske og miljømæssige forhold, der var nødvendige for livets opståen, imidlertid at udvikle sig.

Det var Eoarchic

Det antages, at livet normalt har oprindelse på et tidspunkt i overgangen mellem Hadic Aeon og Eoarchic Era, skønt ingen mikrofossiler er kendt for at bevise dette.

Den eoarchiske æra var en periode med dannelse og ødelæggelse af jordskorpen. Den ældste kendte klippeformation beliggende i Grønland opstod for 3,8 milliarder år siden. Vaalbará, det første superkontinent, Jorden havde, blev dannet for 3,6 milliarder år siden.

I løbet af den eoarchiske æra, mellem 3.950 og 3.870 Ma, led Jorden og Månen en ekstremt intens bombardement af meteoritter, der sluttede en periode med ro, der havde varet 400 millioner år. Månekraterne (ca. 1700 med en diameter på over 20 km; 15 med en diameter på 300–1200 km) er det mest synlige resultat af dette bombardement.

På Jorden ødelagde dette bombardement det meste af jordskorpen og fik havene til at koge og dræbte alt liv undtagen sandsynligvis visse bakterier, sandsynligvis ekstremofiler tilpasset høje temperaturer. Det jordiske liv var ved at blive slukket.

Prebiotiske processer

I det andet årti af det 20. århundrede foreslog den russiske biokemiker Aleksandr Oparin, at livet stammer fra et miljø som den primitive jord gennem en proces med kemisk udvikling, der oprindeligt førte til udseendet af enkle organiske molekyler.

Atmosfæren ville have været sammensat af gasser (vanddamp, brint, ammoniak, methan), der ville have dissocieret til radikaler ved hjælp af UV-lys.

Rekombinationen af ​​disse radikaler ville have frembragt et brusebad af organiske forbindelser og dannet en primordial suppe, hvori kemiske reaktioner ville have produceret molekyler, der er i stand til at replikere.

I 1957 demonstrerede Stanley Miller og Harold Urey ved hjælp af en anordning, der indeholdt varmt vand og Oparin-gasblandingen udsat for elektriske gnister, at kemisk udvikling kunne have fundet sted.

Dette eksperiment producerede enkle forbindelser til stede i levende ting, herunder nukleinsyrebaser, aminosyrer og sukkerarter.

I det næste trin i kemisk udvikling, der også er blevet genskabt eksperimentelt, ville de tidligere forbindelser have samlet sig og dannet polymerer, der ville have samlet sig til dannelse af protobionter. Disse er ikke i stand til at replikere, men har semipermeable og exciterbare membraner som dem i levende celler.

Livets oprindelse

Protobionts ville have forvandlet sig til levende væsener ved at erhverve evnen til at gengive og overføre deres genetiske information til den næste generation.

I laboratoriet kan korte RNA-polymerer syntetiseres kemisk. Blandt de tilstedeværende polymerer i protobionterne må der have været RNA.

Da magmaen størknet og indledte dannelsen af ​​den primitive jordskorpe, producerede klippernes erosive processer ler. Dette mineral kan adsorbere korte RNA-polymerer på dets hydratiserede overflader og tjener som en skabelon til dannelse af større RNA-molekyler.

På laboratoriet er det også vist, at korte RNA-polymerer kan fungere som enzymer, der katalyserer deres egen replikation. Dette viser, at RNA-molekylerne kunne have replikeret i protobionterne, til sidst med oprindelsesceller, uden behov for enzymer.

De tilfældige ændringer (mutationer) i RNA-molekylerne i protobionterne ville have skabt variation på, hvilken naturlig selektion kunne have fungeret. Dette ville have været begyndelsen på den evolutionære proces, der stammer fra alle former for liv på Jorden, fra prokaryoter til planter og hvirveldyr.

Referencer

1. Barge, LM 2018. I betragtning af planetariske miljøer med oprindelse i livsundersøgelser. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Tidligste livstegn på land bevaret i ca. 3,5 Ga varme kildeaflejringer. Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (red.). 2002. Den tidlige jord: fysisk, kemisk og biologisk udvikling. Geological Society, Special Publications 199, London.
4. Gargaud, M., Martin, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Ung sol, tidlig jord og livets oprindelse: lektioner til astrobiologi. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. Alt i alder - hvordan videnskab udforsker fortiden. University of Chicago Press, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Betingelser for fremkomsten af ​​liv på den tidlige jord: resume og refleksioner. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 361, 1877–1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (red.). 2006. Udvikling af den tidlige atmosfære, hydrosfæren og biosfæren: begrænsninger fra malmaflejringer. Geological Society of America, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Fysiske forhold på den tidlige jord. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Den kortfattede geologiske tidsskala. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Early Earth-systemer: en geokemisk tilgang. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. Jordens tidlige atmosfære og oceaner og livets oprindelse. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Det udviklende univers og livets oprindelse - søgen efter vores kosmiske rødder. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. Tidligt liv på Jorden: en praktisk vejledning. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Kometer og livets oprindelse. World Scientific, New Jersey.