PĂMÂNT TIMPURIU: CONDIȚII ȘI ÎNCEPUT DE VIAȚĂ - BIOLOGIE - 2025

Primitive Pământul este un termen care este folosit pentru a se referi la ceea ce a fost planeta noastră în primii 1000 de milioane de ani de existență. Acest interval cuprinde Eonul Hadic (4.600–4.000 mA) și Era Eoarhică (4.000–3.600 Ma) a Eonului Arhaic (4.000–2.500 Ma). În geologie, prescurtarea Ma (din latină, mega annum) înseamnă milioane de ani înainte de prezent.

Eonii Hadici, Arhaici și Proterozoici (2500–542 Ma) alcătuiesc Precambrianul, referindu-se la roci formate înainte de perioada Cambriană. Subdiviziunile Precambrianului nu sunt unități stratigrafice formale și sunt definite pur cronometric.

Sursa: pixabay.com

Formarea Pământului Primitiv

Cea mai acceptată explicație pentru originea Universului este teoria Big Bang, conform căreia Universul s-a extins de la un volum inițial egal cu zero (toată materia concentrată într-un singur loc într-o clipă, care se numește „singularitate”) până la ajungând la un volum imens acum 13,7 miliarde de ani.

Universul avea deja aproape 9 miliarde de ani când, acum 4.567 milioane de ani, s-a format Sistemul nostru Solar și Pământul timpuriu. Această estimare foarte precisă se bazează pe datarea radiometrică a meteoriților care datează din Sistemul Solar.

Soarele s-a format prin prăbușirea unei regiuni de gaz a mediului interstelar. Compresia materiei este cauza temperaturilor ridicate ale acesteia. Discul rotativ de gaz și praf a format o nebuloasă solară primitivă, din care provin componentele sistemului solar.

Formarea Pământului timpuriu poate fi explicată prin „modelul standard al formării planetare”.

Praful cosmic se acumulează printr-un proces de coliziune prin acreție, mai întâi între corpurile cerești mici, apoi între planetele embrionare cu diametrul de până la 4.000 de kilometri, în final între un număr mic de corpuri planetare mari.

Condițiile Pământului Primitiv

În lungul său istoric, Pământul timpuriu a suferit modificări enorme în condițiile sale de mediu.

Condițiile inițiale, care se calificau ca infernale, erau absolut ostile tuturor formelor de viață. Se evidențiază temperaturile care au făcut ca toate materialele terestre să facă parte dintr-o mare de magmă, bombardarea de către meteoriți, asteroizi și planete mici și prezența particulelor letale ionizate aduse de vântul solar.

Ulterior, Pământul primitiv s-a răcit, permițând apariția scoarței terestre, a apei lichide, a atmosferei și a condițiilor fizico-chimice favorabile apariției primelor molecule organice și, în final, la originea și conservarea vieții.

Hadic Aeon

Cunoașterea Aonului Hadic provine din analiza unui număr mic de eșantioane de roci terestre (formate între 4.031 și 4.0 Ma), completate cu inferențe bazate pe studiul meteoritelor și al altor materiale cerești.

La scurt timp după formarea Pământului, deja în Hadic Aeon, a avut loc o ultimă mare coliziune acrețională cu un corp ceresc de dimensiunea lui Marte. Energia impactului s-a topit sau a vaporizat o mare parte a Pământului.

Coalescența prin răcire și acumularea aburului a format Luna. Materialul topit care a rămas pe Pământ a format un ocean de magmă.

Nucleul Pământului, care este confecționat din metal lichid, provine din adâncul oceanului magma. Silica topită care a originat scoarța terestră a constituit stratul superior al acelui ocean. Marele dinamism al acestei etape a dus la diferențierea miezului, a mantalei, a scoarței terestre, a unui protoceano și a unei atmosfere.

Între 4.568 și 4.4 Ma, Pământul a fost ostil vieții. Nu existau continente sau apă lichidă, nu exista decât un ocean de magmă bombardat intens de meteoriți. Cu toate acestea, în această perioadă, au început să se dezvolte condițiile chimico-ambientale necesare apariției vieții.

Era eoarhică

Viața se presupune că, în general, își are originea la un moment dat în tranziția dintre Eonul Hadic și Era Eoarhică, deși nu se știe că niciun microfosil ar dovedi acest lucru.

Era Eoarhică a fost o perioadă de formare și distrugere a scoarței terestre. Cea mai veche formațiune de roci cunoscută, situată în Groenlanda, a apărut acum 3,8 miliarde de ani. Vaalbará, primul supercontinent pe care l-a avut Pământul, a fost format acum 3,6 miliarde de ani.

În perioada Eoarhică, între 3.950 și 3.870 Ma, Pământul și Luna au suferit un bombardament extrem de intens de meteoriți care a pus capăt unei perioade de calm care a durat 400 de milioane de ani. Craterele lunare (aproximativ 1.700 cu un diametru mai mare de 20 km; 15 cu un diametru de 300–1200 km) sunt rezultatul cel mai vizibil al acestui bombardament.

Pe Pământ, acest bombardament a distrus cea mai mare parte a scoarței terestre și a determinat fierberea oceanelor, ucigând toată viața, cu excepția, probabil, a anumitor bacterii, probabil extremofile adaptate la temperaturi ridicate. Viața terestră a fost pe cale de dispariție.

Procese prebiotice

În a doua decadă a secolului XX, biochimistul rus Aleksandr Oparin, a propus că viața își are originea într-un mediu ca cel al Pământului Primitiv printr-un proces de evoluție chimică care a dus inițial la apariția unor molecule organice simple.

Atmosfera ar fi fost compusă din gaze (vapori de apă, hidrogen, amoniac, metan) care s-ar fi disociat în radicali prin acțiunea luminii UV.

Recombinarea acestor radicali ar fi produs un duș de compuși organici, formând un bulion primordial în care reacțiile chimice ar fi produs molecule capabile să se reproducă.

În 1957, Stanley Miller și Harold Urey au demonstrat, folosind un aparat care conține apă caldă și amestecul de gaz Oparin supus unor scântei electrice, că evoluția chimică ar fi putut avea loc.

Acest experiment a produs compuși simpli prezenți în viețuitoare, inclusiv baze de acid nucleic, aminoacizi și zaharuri.

În următoarea etapă a evoluției chimice, care a fost, de asemenea, recreată experimental, compușii precedenți s-ar fi unit pentru a forma polimeri care s-ar fi agregat pentru a forma protobionți. Acestea nu se pot reproduce, dar au membrane semipermeabile și excitabile precum cele ale celulelor vii.

Originea vieții

Protobionții s-ar fi transformat în ființe vii prin dobândirea capacității de a se reproduce, transmitându-și informațiile genetice generației următoare.

În laborator, polimerii ARN scurti pot fi sintetizați chimic. Printre polimerii prezenți în protobionți trebuie să fi fost ARN.

Când magma s-a solidificat, începând formarea crustei Pământului Primitiv, procesele erozive ale rocilor au produs lut. Acest mineral poate adsorbi polimeri de ARN scurti pe suprafețele sale hidratate, servind ca un șablon pentru formarea de molecule de ARN mai mari.

În laborator, s-a demonstrat, de asemenea, că polimerii ARN scurte pot funcționa ca enzime, catalizând propria replicare. Acest lucru arată că moleculele de ARN s-ar fi putut reproduce în protobionți, eventual producând celule, fără a fi nevoie de enzime.

Modificările aleatoare (mutații) din moleculele ARN ale protobionților ar fi creat variații asupra cărora ar fi putut opera selecția naturală. Acesta ar fi fost începutul procesului evolutiv care a generat toate formele de viață de pe Pământ, de la procariote până la plante și vertebrate.

Referințe

1. Barge, LM 2018. Având în vedere mediile planetare în originea studiilor de viață. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Primele semne de viață pe terenurile păstrate în cca. Depozite de izvor cald de 3,5 Ga. Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (eds). 2002. Pământul timpuriu: dezvoltare fizică, chimică și biologică. Societatea Geologică, Publicații Speciale 199, Londra.
4. Gargaud, M., Martin, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Soarele tânăr, Pământul timpuriu și originile vieții: lecții pentru astrobiologie. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. Epoca de tot - modul în care știința explorează trecutul. Universitatea din Chicago Press, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Condiții pentru apariția vieții pe Pământul timpuriu: rezumat și reflecții. Tranzacții filozofice ale Royal Society B, 361, 1877-1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (eds.). 2006. Evoluția atmosferei timpurii, a hidrosferei și a biosferei: constrângeri de la depozitele de minereu. Geological Society of America, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Condiții fizice pe Pământul timpuriu. Tranzacții filosofice ale Royal Society B, 361, 1721-1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Scala de timp geologică concisă. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Sisteme timpurii de pământ: o abordare geochimică. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. Atmosfera și oceanele timpurii ale Pământului și originea vieții. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Universul în evoluție și originea vieții - căutarea rădăcinilor noastre cosmice. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. Viața timpurie pe Pământ: un ghid practic. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Cometele și originea vieții. World Scientific, New Jersey.