TIDIGA JORDEN: FÖRHÅLLANDEN OCH LIVETS BÖRJAN - BIOLOGI - 2025

Den primitiva jorden är en term som används för att hänvisa till vad vår planet var under dess första 1 000 miljoner år av existens. Denna omfattning omfattar Hadic Aeon (4.600–4.000 Ma) och Eoarchic Era (4.000–3.600 Ma) från Archaic Aeon (4000–2.500 Ma) I geologi betyder förkortningen Ma (från latin, mega annum) miljoner år före nutiden.

Hadic, archaic och Proterozoic Aeons (2500–542 Ma) utgör prekambrien, med hänvisning till stenar som bildades före den kambria perioden. Underindelningarna i precambrien är inte formella stratigrafiska enheter och definieras rent kronometriskt.

Källa: pixabay.com

Bildande av den primitiva jorden

Den mest accepterade förklaringen av universums ursprung är Big Bang-teorin, enligt vilken universum expanderade från en initial volym lika med noll (all materia koncentrerad på ett ställe på ett ögonblick, som kallas en "singularitet") för att nådde en enorm volym för 13,7 miljarder år sedan.

Universum var redan nästan 9 miljarder år gammalt när, för 4,567 miljoner år sedan, vårt solsystem och den tidiga jorden bildades. Denna mycket exakta uppskattning är baserad på radiometrisk datering av meteoriter som går tillbaka till solsystemet.

Solen bildades genom kollapsen av en gasregion i det interstellära mediet. Materialkomprimering är orsaken till dess höga temperaturer. Den roterande skivan med gas och damm bildade en primitiv solnebula, från vilken solsystemets komponenter kommer.

Bildandet av den tidiga jorden kan förklaras med "standardmodellen för planetbildning."

Kosmiskt damm samlas upp genom en process med tillträdeskollisioner, först mellan små himmelkroppar, sedan mellan embryonala planeter upp till 4 000 kilometer i diameter, slutligen mellan ett litet antal stora planetariska kroppar.

Förhållandena för den primitiva jorden

Under sin långa historia genomgick den tidiga jorden enorma förändringar i sina miljövillkor.

De ursprungliga förhållandena, kvalificerade som infernal, var absolut fientliga mot alla livsformer. De temperaturer som gjorde att alla markbundna material ingick i ett hav av magma, bombardemanget av meteoriter, asteroider och små planeter, och närvaron av dödliga joniserade partiklar som förorsakats av solvinden sticker ut.

Därefter kyldes den primitiva jorden, vilket möjliggjorde utseendet på jordskorpan, flytande vatten, atmosfär och fysikalisk-kemiska förhållanden som var gynnsamma för uppkomsten av de första organiska molekylerna och slutligen till livets ursprung och bevarande.

Hadic Aeon

Kunskapen om Hadic Aeon kommer från analysen av ett litet antal markbundna bergprover (bildade mellan 4 031 och 4,0 Ma), kompletterat med slutsatser baserade på studier av meteoriter och andra himmelsmaterial.

Strax efter bildandet av jorden, redan i Hadic Aeon, hände en sista stor accretional kollision med en himmelkropp på storleken på Mars. Anslagets energi smälte eller förångade mycket av jorden.

Koalescens genom kylning och ånga av ånga bildade månen. Det smälta materialet som återstod på jorden bildade ett hav av magma.

Jordens kärna, som är gjord av flytande metall, kommer från djupt i magmahavet. Den smälta kiseldioxiden som härrör från jordskorpan utgjorde det övre skiktet av det havet. Den stora dynamiken i detta steg ledde till differentiering av kärnan, manteln, jordskorpan, en protoceano och en atmosfär.

Mellan 4568 och 4,4 Ma var jorden fientlig mot livet. Det fanns inga kontinenter eller flytande vatten, det fanns bara ett hav av magma bombarderat intensivt av meteoriter. Under denna period började emellertid de kemiska och miljömässiga förhållanden som behövdes för livets uppkomst utvecklas.

Det var Eoarchic

Livet antas generellt ha kommit någon gång i övergången mellan Hadic Aeon och Eoarchic Era, även om inga mikrofossiler är kända för att bevisa detta.

Den eoarchiska eran var en period med bildande och förstörelse av jordskorpan. Den äldsta kända bergformationen, som ligger på Grönland, uppstod 3,8 miljarder år sedan. Vaalbará, den första superkontinent som jorden hade, bildades för 3,6 miljarder år sedan.

Under den eoarchiska eran, mellan 3 950 och 3 870 Ma, led jorden och månen ett extremt intensivt bombardemang av meteoriter som avslutade en lugnperiod som varat i 400 miljoner år. Månkratrarna (cirka 1 700 med en diameter större än 20 km; 15 med en diameter på 300–1200 km) är det mest synliga resultatet av detta bombardement.

På jorden förstörde detta bombardemang det mesta av jordskorpan och fick hav att koka och dödade allt liv utom förmodligen vissa bakterier, troligen extremofiler anpassade till höga temperaturer. Terrestriskt liv var på gränsen till utrotning.

Prebiotiska processer

Under det andra decenniet av 1900-talet föreslog den ryska biokemisten Aleksandr Oparin att livet härstammade i en miljö som den primitiva jorden genom en process med kemisk utveckling som initialt ledde till uppkomsten av enkla organiska molekyler.

Atmosfären skulle ha varit sammansatt av gaser (vattenånga, väte, ammoniak, metan) som skulle ha dissocierats till radikaler genom verkan av UV-ljus.

Rekombinationen av dessa radikaler skulle ha producerat en dusch av organiska föreningar och bildat en primordial buljong där kemiska reaktioner skulle ha producerat molekyler som kan replikeras.

1957 demonstrerade Stanley Miller och Harold Urey, med hjälp av en anordning som innehöll varmt vatten och Oparin-gasblandningen utsatt för elektriska gnistor, att kemisk utveckling kunde ha inträffat.

Detta experiment producerade enkla föreningar närvarande i levande saker, inklusive nukleinsyrabaser, aminosyror och sockerarter.

I nästa steg av kemisk utveckling, som också har återskapats experimentellt, skulle de tidigare föreningarna ha sammanfogats för att bilda polymerer som skulle ha aggregerats för att bilda protobionter. Dessa kan inte replikera men har semipermeabla och exciterbara membran som hos levande celler.

Livets ursprung

Protobionts skulle ha förvandlats till levande varelser genom att förvärva förmågan att reproducera, överföra deras genetiska information till nästa generation.

I laboratoriet kan korta RNA-polymerer syntetiseras kemiskt. Bland de polymerer som finns i protobionterna måste det ha varit RNA.

När magma stelnade och initierade bildandet av jordskorpan skapade bergens erosiva processer lera. Detta mineral kan adsorbera korta RNA-polymerer på dess hydratiserade ytor, och fungerar som en mall för bildning av större RNA-molekyler.

På laboratoriet har det också visats att korta RNA-polymerer kan fungera som enzymer och katalysera sin egen replikation. Detta visar att RNA-molekylerna kunde ha replikerats i protobionterna, så småningom från cellerna, utan behov av enzymer.

De slumpmässiga förändringarna (mutationer) i RNA-molekylerna i protobionterna skulle ha skapat variation på vilken naturlig selektion kunde ha fungerat. Detta skulle ha varit början på den evolutionära processen som har sitt ursprung i alla former av liv på jorden, från prokaryoter till växter och ryggradsdjur.

referenser

1. Barge, LM 2018. Med tanke på planetmiljöer med ursprung i livstudier. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Tidigaste livstecken på land bevarade i ca. 3,5 Ga varma våravlagringar. Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (eds). 2002. Den tidiga jorden: fysisk, kemisk och biologisk utveckling. Geological Society, Special Publications 199, London.
4. Gargaud, M., Martin, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Young Sun, early Earth och livets ursprung: lektioner för astrobiologi. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. Åldern på allt - hur vetenskapen utforskar det förflutna. University of Chicago Press, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Förhållanden för uppkomsten av liv på den tidiga jorden: sammanfattning och reflektioner. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 361, 1877–1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (red.). 2006. Utvecklingen av den tidiga atmosfären, hydrosfären och biosfären: begränsningar från malmavlagringar. Geological Society of America, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Fysiska förhållanden på den tidiga jorden. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Den kortfattade geologiska tidsskalan. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Early Earth-system: en geokemisk strategi. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. Jordens tidiga atmosfär och hav, och livets ursprung. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Det utvecklande universum och livets ursprung - sökandet efter våra kosmiska rötter. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. Tidigt liv på jorden: en praktisk guide. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Kometer och livets ursprung. World Scientific, New Jersey.