VROEGE AARDE: VOORWAARDEN EN BEGIN VAN HET LEVEN - BIOLOGIE - 2025

De primitieve aarde is een term die wordt gebruikt om te verwijzen naar wat onze planeet was tijdens haar eerste 1.000 miljoen jaar van bestaan. Deze reeks omvat de Hadic Aeon (4.600–4.000 mA) en het Eoarchische Era (4.000–3.600 Ma) van het Archaïsche Aeon (4.000–2.500 Ma). In de geologie betekent de afkorting Ma (van het Latijn, mega jaar) miljoenen jaren vóór het heden.

De hadische, archaïsche en proterozoïsche eonen (2500–542 miljoen jaar) vormen het precambrium, verwijzend naar gesteenten gevormd vóór de Cambrische periode. De onderverdelingen van het Precambrium zijn geen formele stratigrafische eenheden en worden louter chronometrisch gedefinieerd.

Bron: pixabay.com

Vorming van de primitieve aarde

De meest algemeen aanvaarde verklaring van de oorsprong van het heelal is de oerknaltheorie, volgens welke het heelal zich uitbreidde van een aanvankelijk volume gelijk aan nul (alle materie concentreerde zich in een oogwenk op één plaats, wat een 'singulariteit' wordt genoemd) tot 13,7 miljard jaar geleden een enorm volume bereikt.

Het heelal was al bijna 9 miljard jaar oud toen, 4,567 miljoen jaar geleden, ons zonnestelsel en de vroege aarde zich vormden. Deze zeer nauwkeurige schatting is gebaseerd op radiometrische dateringen van meteorieten die teruggaan tot het zonnestelsel.

De zon is ontstaan ​​door de ineenstorting van een gasgebied van het interstellaire medium. Compressie van materie is de oorzaak van de hoge temperaturen. De roterende schijf van gas en stof vormde een primitieve zonnevorm, waaruit de componenten van het zonnestelsel komen.

De vorming van de vroege aarde kan worden verklaard door het "standaardmodel van planetaire vorming".

Kosmisch stof hoopt zich op door een proces van aanwasbotsingen, eerst tussen kleine hemellichamen, vervolgens tussen embryonale planeten met een diameter tot 4.000 kilometer, en tenslotte tussen een klein aantal grote planetaire lichamen.

Condities van de primitieve aarde

Tijdens haar lange geschiedenis onderging de vroege aarde enorme veranderingen in haar omgevingscondities.

De beginvoorwaarden, die kwalificeerden als hel, waren absoluut vijandig tegenover alle vormen van leven. De temperaturen die alle aardse materialen onderdeel maakten van een zee van magma, het bombardement door meteorieten, asteroïden en kleine planeten, en de aanwezigheid van dodelijke geïoniseerde deeltjes die door de zonnewind werden meegebracht, vallen op.

Later koelde de primitieve aarde af, waardoor de aardkorst, het vloeibare water, de atmosfeer en fysisch-chemische omstandigheden konden verschijnen die gunstig waren voor het verschijnen van de eerste organische moleculen en ten slotte voor de oorsprong en het behoud van leven.

Hadic Aeon

De kennis van de Hadic Aeon komt van de analyse van een klein aantal aardse gesteentemonsters (gevormd tussen 4.031 en 4.0 Ma), aangevuld met gevolgtrekkingen op basis van de studie van meteorieten en andere hemelse materialen.

Kort na de vorming van de aarde, al in de Hadic Aeon, vond een laatste grote botsing plaats met een hemellichaam ter grootte van Mars. De energie van de inslag smolt of verdampte een groot deel van de aarde.

Coalescentie door afkoeling en aangroei van stoom vormde de maan. Het gesmolten materiaal dat op aarde achterbleef, vormde een oceaan van magma.

De kern van de aarde, die is gemaakt van vloeibaar metaal, komt diep uit de magma-oceaan. Het gesmolten silica waaruit de aardkorst ontstond, vormde de bovenste laag van die oceaan. De grote dynamiek van deze fase leidde tot de differentiatie van de kern, de mantel, de aardkorst, een protoceano en een atmosfeer.

Tussen 4568 en 4,4 miljoen jaar stond de aarde vijandig tegenover het leven. Er waren geen continenten of vloeibaar water, er was alleen een oceaan van magma die intens gebombardeerd werd door meteorieten. In deze periode begonnen echter de chemisch-omgevingsomstandigheden die nodig waren voor het ontstaan ​​van leven zich te ontwikkelen.

Het was eoarchisch

Over het algemeen wordt aangenomen dat het leven is ontstaan ​​op een bepaald punt in de overgang tussen de Hadic Aeon en de Eoarchic Era, hoewel er geen microfossielen bekend zijn die dit bewijzen.

Het eoarchische tijdperk was een periode van vorming en vernietiging van de aardkorst. De oudst bekende rotsformatie, gelegen in Groenland, ontstond 3,8 miljard jaar geleden. Vaalbará, het eerste supercontinent dat de aarde had, werd 3,6 miljard jaar geleden gevormd.

Tijdens het eoarchische tijdperk, tussen 3.950 en 3.870 Ma, ondergingen de aarde en de maan een extreem intensief bombardement van meteorieten dat een einde maakte aan een periode van rust die 400 miljoen jaar had geduurd. De maankraters (ongeveer 1.700 met een diameter van meer dan 20 km; 15 met een diameter van 300–1200 km) zijn het meest zichtbare resultaat van dit bombardement.

Op aarde vernietigde dit bombardement het grootste deel van de aardkorst en veroorzaakte het dat de oceanen kookten, waarbij al het leven werd gedood, behalve waarschijnlijk bepaalde bacteriën, waarschijnlijk extremofielen die aan hoge temperaturen waren aangepast. Het aardse leven stond op de rand van uitsterven.

Prebiotische processen

In het tweede decennium van de 20e eeuw stelde de Russische biochemicus Aleksandr Oparin dat leven is ontstaan ​​in een omgeving als die van de primitieve aarde door een proces van chemische evolutie dat aanvankelijk leidde tot het verschijnen van eenvoudige organische moleculen.

De atmosfeer zou zijn samengesteld uit gassen (waterdamp, waterstof, ammoniak, methaan) die door de inwerking van UV-licht in radicalen zouden zijn uiteengevallen.

De recombinatie van deze radicalen zou een stortvloed van organische verbindingen hebben voortgebracht, waardoor een oerbouillon zou zijn gevormd waarin chemische reacties moleculen zouden hebben voortgebracht die in staat zijn om te repliceren.

In 1957 demonstreerden Stanley Miller en Harold Urey, met behulp van een apparaat dat heet water bevat en het Oparin-gasmengsel onderhevig aan elektrische vonken, dat chemische ontwikkeling had kunnen plaatsvinden.

Dit experiment produceerde eenvoudige verbindingen die aanwezig zijn in levende wezens, waaronder nucleïnezuurbasen, aminozuren en suikers.

In de volgende stap van chemische evolutie, die ook experimenteel is nagebouwd, zouden de vorige verbindingen zijn samengevoegd om polymeren te vormen die zouden zijn geaggregeerd om protobionten te vormen. Deze kunnen niet repliceren, maar hebben semipermeabele en prikkelbare membranen zoals die van levende cellen.

Oorsprong van het leven

Protobionts zouden in levende wezens zijn veranderd door het vermogen te verwerven om zich voort te planten en hun genetische informatie door te geven aan de volgende generatie.

In het laboratorium kunnen korte RNA-polymeren chemisch worden gesynthetiseerd. Onder de polymeren die in de protobionten aanwezig zijn, moet RNA zijn geweest.

Toen het magma stolde en de vorming van de korst van de primitieve aarde initieerde, produceerden de erosieve processen van de rotsen klei. Dit mineraal kan korte RNA-polymeren adsorberen op zijn gehydrateerde oppervlakken en dient als sjabloon voor de vorming van grotere RNA-moleculen.

In het laboratorium is ook aangetoond dat korte RNA-polymeren kunnen functioneren als enzymen die hun eigen replicatie katalyseren. Dit toont aan dat de RNA-moleculen zich hadden kunnen vermenigvuldigen in de protobionten, en uiteindelijk cellen zouden kunnen voortbrengen, zonder de noodzaak van enzymen.

De willekeurige veranderingen (mutaties) in de RNA-moleculen van de protobionten zouden variatie hebben gecreëerd waarop natuurlijke selectie had kunnen werken. Dit zou het begin zijn geweest van het evolutieproces dat alle vormen van leven op aarde heeft voortgebracht, van prokaryoten tot planten en gewervelde dieren.

Referenties

1. Barge, LM 2018. Planetaire omgevingen beschouwen als oorsprong van levensstudies. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Vroegste tekenen van leven op land bewaard in ca. 3,5 Ga hete lente-afzettingen. Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (eds). 2002. De vroege aarde: fysische, chemische en biologische ontwikkeling. Geological Society, Special Publications 199, Londen.
4. Gargaud, M., Martin, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Young Sun, vroege aarde en de oorsprong van het leven: lessen voor astrobiologie. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. De leeftijd van alles - hoe de wetenschap het verleden verkent. University of Chicago Press, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Voorwaarden voor het ontstaan ​​van leven op de vroege aarde: samenvatting en reflecties. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 361, 1877-1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (eds.). 2006. Evolutie van de vroege atmosfeer, hydrosfeer en biosfeer: beperkingen door ertsafzettingen. Geological Society of America, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Fysieke omstandigheden op de vroege aarde. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 361, 1721-1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. De beknopte geologische tijdschaal. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Early Earth-systemen: een geochemische benadering. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. De vroege atmosfeer en oceanen van de aarde, en de oorsprong van het leven. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Het evoluerende universum en de oorsprong van het leven - de zoektocht naar onze kosmische wortels. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. Het vroege leven op aarde: een praktische gids. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Kometen en de oorsprong van leven. World Scientific, New Jersey.