TIDLIG JORD: FORHOLD OG BEGYNNELSE AV LIVET - BIOLOGI - 2026

Den primitive jorden er et begrep som brukes til å referere til hva planeten vår var i løpet av de første 1000 millioner årene av eksistens. Dette spennet omfatter Hadic Aeon (4.600–4.000 Ma) og Eoarchic Era (4000–3.600 Ma) fra den arkaiske Aeon (4000–2.500 Ma). I geologi betyr forkortelsen Ma (fra latin, mega annum) millioner av år før i dag.

Hadiske, arkaiske og proterozoiske aeoner (2500–542 ma) utgjør det prekambrium, med henvisning til bergarter dannet før den kambriske perioden. Underavdelingene til precambrian er ikke formelle stratigrafiske enheter og er definert rent kronometrisk.

Kilde: pixabay.com

Dannelse av den primitive jorden

Den mest aksepterte forklaringen på universets opprinnelse er Big Bang-teorien, i henhold til hvilken universet utvidet seg fra et begynnelsesvolum lik null (all materie konsentrert på ett sted på et øyeblikk, som kalles en "singularitet") til nådde et enormt volum for 13,7 milliarder år siden.

Universet var allerede nesten 9 milliarder år gammelt da, for 4,567 millioner år siden, dannet vårt solsystem og den tidlige jord. Dette veldig nøyaktige anslaget er basert på radiometrisk datering av meteoritter fra solsystemet.

Sola ble dannet ved sammenbruddet av en gassregion i det interstellare mediet. Materiell komprimering er årsaken til dets høye temperaturer. Den roterende skiven med gass og støv dannet en primitiv solenivå, hvorfra komponentene i solsystemet kommer.

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

Kosmisk støv akkumuleres gjennom en prosess med akkresjonskollisjoner, først mellom små himmellegemer, deretter mellom embryonale planeter opp til 4000 kilometer i diameter, til slutt mellom et lite antall store planetariske kropper.

Forholdene til den primitive jorden

I løpet av sin lange historie gjennomgikk den tidlige jorden enorme endringer i miljøforholdene.

De opprinnelige forholdene, som kvalifiserte som infernale, var absolutt fiendtlige overfor alle livsformer. Temperaturene som gjorde at alle landmaterialer ble del av et hav av magma, bombardementet av meteoritter, asteroider og små planeter, og tilstedeværelsen av dødelige ioniserte partikler brakt av solvinden skiller seg ut.

Deretter avkjølte den primitive jorden, slik at utseende av jordskorpen, flytende vann, atmosfære og fysisk-kjemiske forhold som var gunstig for utseendet til de første organiske molekylene og til slutt livets opprinnelse og bevaring.

Hadic Aeon

Kunnskapen om Hadic Aeon kommer fra analysen av et lite antall terrestriske bergprøver (dannet mellom 4 031 og 4,0 Ma), komplementert med slutninger basert på studiet av meteoritter og andre himmelmaterialer.

Rett etter dannelsen av Jorden, allerede i Hadic Aeon, skjedde en siste store akkresjonelle kollisjon med et himmellegeme på størrelse med Mars. Støtens energi smeltet eller fordampet store deler av jorden.

Koalescens ved avkjøling og akkresjon av damp dannet månen. Det smeltede materialet som ble igjen på Jorden dannet et hav av magma.

Jordens kjerne, som er laget av flytende metall, kommer fra dypt i magmahavet. Det sammensmeltede silisiumet som oppstod jordskorpen utgjorde det øverste laget av det havet. Den store dynamikken på dette stadiet førte til differensiering av kjernen, mantelen, jordskorpen, en protoceano og en atmosfære.

Mellom 4.568 og 4.4 Ma var jorden fiendtlig mot livet. Det var ingen kontinenter eller flytende vann, det var bare et hav av magma bombardert intenst av meteoritter. I denne perioden begynte imidlertid de kjemiske-miljømessige forhold som var nødvendige for livets oppkomst, å utvikle seg.

Det var Eoarchic

Livet antas generelt å ha sin opprinnelse på et tidspunkt i overgangen mellom Hadic Aeon og Eoarchic Era, selv om ingen mikrofossiler er kjent for å bevise dette.

Eoarchic Era var en periode med dannelse og ødeleggelse av jordskorpen. Den eldste kjente bergformasjonen, som ligger på Grønland, oppsto for 3,8 milliarder år siden. Vaalbará, det første superkontinentet som Jorden hadde, ble dannet for 3,6 milliarder år siden.

I løpet av den eoarchiske epoken, for mellom 3 950 og 3 870 millioner år siden, led Jorden og månen et ekstremt intenst bombardement av meteoritter som avsluttet en periode med ro som hadde vart i 400 millioner år. Månekraterne (ca. 1 700 med en diameter over 20 km; 15 med en diameter på 300–1200 km) er det mest synlige resultatet av dette bombardementet.

På jorden ødela dette bombardementet det meste av jordskorpen og fikk havene til å koke, og drepte alt liv bortsett fra, sannsynligvis, visse bakterier, sannsynligvis ekstremofiler tilpasset høye temperaturer. Terrestrisk liv var på randen av utryddelse.

Prebiotiske prosesser

I det andre tiåret av det tjuende århundre foreslo den russiske biokjemikeren Aleksandr Oparin at livet oppsto i et miljø som Primitive Earth gjennom en prosess med kjemisk evolusjon som i utgangspunktet førte til utseendet til enkle organiske molekyler.

Atmosfæren ville ha vært sammensatt av gasser (vanndamp, hydrogen, ammoniakk, metan) som ville ha dissosiert til radikaler ved hjelp av UV-lys.

Rekombinasjonen av disse radikalene ville ha produsert en dusj av organiske forbindelser, og dannet en uregulerende buljong hvor kjemiske reaksjoner ville ha produsert molekyler som kunne replikere.

I 1957 demonstrerte Stanley Miller og Harold Urey ved hjelp av en innretning som inneholdt varmt vann og Oparin-gassblandingen utsatt for elektriske gnister, at kjemisk utvikling kunne ha skjedd.

Dette eksperimentet produserte enkle forbindelser til stede i levende ting, inkludert nukleinsyrebaser, aminosyrer og sukker.

I det neste trinnet med kjemisk evolusjon, som også er blitt gjenskapt eksperimentelt, ville de tidligere forbindelser ha gått sammen for å danne polymerer som ville ha samlet seg til å danne protobionter. Disse kan ikke gjenskape, men har semipermeable og eksiterbare membraner som i levende celler.

Livets opprinnelse

Protobionts ville ha forvandlet seg til levende vesener ved å tilegne seg evnen til å reprodusere, overføre deres genetiske informasjon til neste generasjon.

På laboratoriet kan korte RNA-polymerer syntetiseres kjemisk. Blant polymerene til stede i protobiontene må det ha vært RNA.

Da magmaen stivnet og startet dannelsen av jordskorpen, produserte bergens erosive prosesser leire. Dette mineralet kan adsorbere korte RNA-polymerer på dets hydratiserte overflater, og tjener som en mal for dannelse av større RNA-molekyler.

På laboratoriet har det også blitt vist at korte RNA-polymerer kan fungere som enzymer og katalysere deres egen replikasjon. Dette viser at RNA-molekylene kunne ha replikert seg i protobiontene, til slutt celler med opprinnelse, uten behov for enzymer.

De tilfeldige endringene (mutasjonene) i RNA-molekylene til protobiontene ville ha skapt variasjon som naturlig seleksjon kunne ha operert. Dette ville ha vært begynnelsen på den evolusjonsprosessen som oppsto i alle former for liv på jorden, fra prokaryoter til planter og virveldyr.

referanser

1. Barge, LM 2018. Tatt i betraktning planetariske miljøer med utgangspunkt i livstudier. 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 bevart i ca. 3,5 Ga varme kildeavsetninger. Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (eds). 2002. Den tidlige jorden: fysisk, kjemisk og biologisk utvikling. 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 opprinnelse: leksjoner for astrobiologi. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. Alt i alder - hvordan vitenskap utforsker fortiden. University of Chicago Press, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Betingelser for fremveksten av liv på den tidlige jorden: sammendrag og refleksjoner. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 361, 1877–1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (red.). 2006. Evolusjon av den tidlige atmosfæren, hydrosfæren og biosfæren: begrensninger fra malmforekomstene. Geological Society of America, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Fysiske forhold på den tidlige jorden. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Den konsise geologiske tidsskalaen. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Early Earth-systemer: en geokjemisk tilnærming. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. Jordens tidlige atmosfære og hav, og livets opprinnelse. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Det utviklende universet og livets opprinnelse - letingen etter våre kosmiske røtter. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. Tidlig liv på jorden: en praktisk guide. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Kometer og livets opprinnelse. World Scientific, New Jersey.