RANÁ ZEMĚ: PODMÍNKY A ZAČÁTEK ŽIVOTA - BIOLOGIE - 2025

Primitivní Země je termín, který je používán se odkazovat na to, co naše planeta byla v průběhu prvních 1000 milionů let existence. Toto rozpětí zahrnuje Hadic Aeon (4 600–4 000 mA) a Eoarchickou éru (4 000–3 600 Ma) archaického Aeonu (4 000–2 500 Ma). V geologii znamená zkratka Ma (latinsky, mega annum) milióny let před současností.

Hadic, Archaic a Proterozoic Aeons (2500 - 542 Ma) tvoří Precambrian, se odkazovat na skály vytvořené před Cambrian obdobím. Dělení Precambrian nejsou formální stratigrafické jednotky a jsou definovány čistě chronometricky.

Zdroj: pixabay.com

Formování primitivní Země

Nejvíce široce přijímané vysvětlení původu vesmíru je teorie velkého třesku, podle níž se vesmír rozšířil z počátečního objemu rovného nule (veškerá hmota koncentrovaná na jednom místě v okamžiku, která se nazývá „singularita“) dosáhnout obrovského objemu před 13,7 miliardami let.

Vesmír byl již téměř 9 miliard let starý, když se před 4,567 miliony let formovala naše sluneční soustava a raná Země. Tento velmi přesný odhad je založen na radiometrickém datování meteoritů pocházejících ze Sluneční soustavy.

Slunce bylo tvořeno kolapsem oblasti plynu mezihvězdného média. Stlačování hmoty je příčinou vysokých teplot. Rotující disk plynu a prachu vytvořil primitivní sluneční mlhovinu, ze které pocházejí komponenty sluneční soustavy.

Formaci rané Země lze vysvětlit „standardním modelem planetární formace“.

Kosmický prach se hromadí během procesu narůstajících srážek, nejprve mezi malými nebeskými tělesy, poté mezi embryonálními planetami až do průměru 4 000 kilometrů, nakonec mezi malým počtem velkých planetárních těles.

Podmínky primitivní Země

Během své dlouhé historie prošla raná Země obrovskými změnami okolních podmínek.

Počáteční podmínky, považované za pekelné, byly naprosto nepřátelské vůči všem formám života. Vyznačují se teploty, díky nimž jsou všechny pozemské materiály součástí moře magmatu, bombardování meteority, asteroidy a malými planetami a přítomnost smrtelných ionizovaných částic přivedených slunečním větrem.

Následně se primitivní Země ochladila, což umožnilo výskyt zemské kůry, tekuté vody, atmosféry a fyzikálně-chemických podmínek příznivých pro výskyt prvních organických molekul a konečně pro vznik a zachování života.

Hadic Aeon

Znalost Hadic Aeon vychází z analýzy malého počtu vzorků terestrických hornin (vytvořených mezi 4 031 a 4,0 Ma), doplněných závěry na základě studia meteoritů a jiných nebeských materiálů.

Krátce po vytvoření Země, již v Hadic Aeon, došlo k poslední velké akreční kolizi s nebeským tělesem velikosti Marsu. Energie nárazu roztavila nebo vypařila velkou část Země.

Měsíc tvořilo koalescence chlazením a hromadění páry. Roztavený materiál, který zůstal na Zemi, vytvořil oceán magmatu.

Jádro Země, které je vyrobeno z tekutého kovu, pochází z hlubin magmatického oceánu. Kondenzovaný oxid křemičitý, který pocházel ze zemské kůry, tvořil horní vrstvu oceánu. Velká dynamika této fáze vedla k diferenciaci jádra, pláště, zemské kůry, protoceano a atmosféry.

Mezi 4 568 a 4,4 Ma byla Země nepřátelská k životu. Nebyly tam žádné kontinenty ani tekutá voda, byl tam jen oceán magmat bombardovaný intenzivně meteority. V tomto období se však začaly vyvíjet chemicko-environmentální podmínky nezbytné pro vznik života.

Bylo to eoarchické

Život se obecně předpokládá, že vznikl v určitém bodě přechodu mezi Hadic Aeon a Eoarchic Era, ačkoli není známo, že by to dokázaly žádné mikrofosílie.

Eoarchická éra byla obdobím formování a ničení zemské kůry. Nejstarší známá skalní formace, která se nachází v Grónsku, vznikla před 3,8 miliardami let. Vaalbará, první superkontinent, který Země měla, vznikla před 3,6 miliardami let.

Během Eoarchic éry, mezi 3,950 a 3,870 Ma, Země a Měsíc utrpěly extrémně intenzivní bombardování meteoritů, které ukončilo období klidu, které trvalo 400 milionů let. Nejviditelnějším výsledkem tohoto bombardování jsou měsíční krátery (asi 1700 s průměrem větším než 20 km; 15 s průměrem 300–1200 km).

Na Zemi toto bombardování zničilo většinu zemské kůry a způsobilo, že se oceány vařily a zabily veškerý život kromě pravděpodobně některých bakterií, pravděpodobně extremofilů přizpůsobených vysokým teplotám. Pozemský život byl na pokraji vyhynutí.

Prebiotické procesy

Ve druhé dekádě 20. století ruský biochemik Aleksandr Oparin navrhl, aby život vznikl v prostředí jako je primitivní Země procesem chemického vývoje, který zpočátku vedl ke vzniku jednoduchých organických molekul.

Atmosféra by byla složena z plynů (vodní pára, vodík, amoniak, metan), které by se působením UV světla rozpadly na radikály.

Rekombinace těchto radikálů by vyvolala sprchu organických sloučenin, čímž by se vytvořil prvotní vývar, ve kterém by chemické reakce produkovaly molekuly schopné replikace.

V roce 1957 Stanley Miller a Harold Urey demonstrovali pomocí přístroje obsahujícího horkou vodu a plynnou směs Oparinu vystavenou elektrickým jiskrám, že by mohlo dojít k chemické evoluci.

Tento experiment produkoval jednoduché sloučeniny přítomné v živých věcech, včetně bází nukleových kyselin, aminokyselin a cukrů.

V dalším kroku chemické evoluce, která byla také experimentálně obnovena, by se předchozí sloučeniny spojily dohromady za vzniku polymerů, které by se agregovaly za vzniku protobiontů. Tito nejsou schopní se replikovat, ale mít semipermeabilní a vzrušující membrány jako ty živých buněk.

Původ života

Protobionti by se proměnili v živé bytosti získáním schopnosti se rozmnožovat a předávat své genetické informace další generaci.

V laboratoři lze chemicky syntetizovat krátké polymery RNA. Mezi polymery přítomnými v protobiontech musí být RNA.

Když magma ztuhla, iniciovala vznik kůry primitivní Země, erozivní procesy hornin vytvořily hlínu. Tento minerál může adsorbovat krátké RNA polymery na své hydratované povrchy a slouží jako šablona pro tvorbu větších molekul RNA.

V laboratoři se také ukázalo, že krátké polymery RNA mohou fungovat jako enzymy a katalyzovat jejich vlastní replikaci. To ukazuje, že molekuly RNA se mohly replikovat v protobiontech, případně v původních buňkách, bez potřeby enzymů.

Náhodné změny (mutace) v molekulách RNA protobiontů by vytvořily variace, na které by přirozená selekce mohla fungovat. To by byl začátek evolučního procesu, který pochází ze všech forem života na Zemi, od prokaryotů po rostliny a obratlovce.

Reference

1. Barge, LM 2018. Vzhledem k planetárním prostředím v původu životních studií. Nature Communications, DOI: 10,1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Nejčasnější známky života na zemi zachované v ca. Vklady 3,5 g horké prameny. Nature Communications, DOI: 10,1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (eds). 2002. Raná Země: fyzikální, chemický a biologický vývoj. Geological Society, Special Publications 199, London.
4. Gargaud, M., Martin, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Young Sun, raná Země a počátky života: lekce pro astrobiologii. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. Věk všeho - jak věda zkoumá minulost. University of Chicago Press, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Podmínky vzniku života na počátku Země: shrnutí a úvahy. Filozofické transakce královské společnosti B, 361, 1877–1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (eds.). 2006. Vývoj rané atmosféry, hydrosféry a biosféry: omezení z ložisek rudy. Geological Society of America, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Fyzické podmínky na počátku Země. Filozofické transakce královské společnosti B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Stručná geologická časová stupnice. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Systémy rané Země: geochemický přístup. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. Raná atmosféra a oceány Země a původ života. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Vyvíjející se vesmír a původ života - hledání našich kosmických kořenů. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. Raný život na Zemi: praktický průvodce. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Komety a původ života. World Scientific, New Jersey.