Wann begann die Entwicklung des Lebens auf der Erde?
Die Entwicklung des Lebens auf der Erde begann mit dem Erscheinen des ersten
Cyanobakterienmatten und Archaeen dominiertenLebensform zu Beginn der archäischen Periode und stellten einen großen Evolutionsschritt dieser Zeit dar. Die Sauerstoffphotosynthese, die vor etwa 2,5 Milliarden Jahren begann, führte schließlich zur Sauerstoffanreicherung der Atmosphäre, die vor etwa 2,4 Milliarden Jahren begann.
Der früheste Nachweis von Eukaryoten stammt ausVor 1,8 Milliarden Jahren, obwohl sie möglicherweise früher aufgetreten sind, beschleunigte sich die Diversifizierung der Eukaryoten, als sie begannen, Sauerstoff in ihrem Stoffwechsel zu verwenden. Später, vor etwa 1,7 Milliarden Jahren, begannen mehrzellige Organismen mit differenzierten Zellen aufzutreten, um spezielle Funktionen zu erfüllen.
Vor ungefähr 1,2 Milliarden Jahren der ersteAlgen und schon vor etwa 450 Millionen Jahren - die ersten höheren Pflanzen. Wirbellose Tiere traten während der Ediacaran-Zeit auf, und Wirbeltiere entstanden vor etwa 525 Millionen Jahren während der kambrischen Explosion.
Während der Permzeit von großen WirbeltierenSynapsiden, die Vorfahren der Säugetiere, überwogen, aber die Ereignisse des Perm-Aussterbens (vor 251 Millionen Jahren) zerstörten 96 % aller Meeresarten und 70 % der Landwirbeltierarten, einschließlich der meisten Synapsiden.
Während der Erholungsphase nach dieser KatastropheArchosaurier wurden zu den am weitesten verbreiteten Landwirbeltieren und ersetzten in der mittleren Trias die Therapsiden. Am Ende der Trias brachten Archosaurier die Dinosaurier hervor, die während der Jura- und Kreidezeit dominierten.
Die Vorfahren der damaligen Säugetiere warensind kleine insektenfressende Tiere. Nach dem Aussterben der Kreidezeit und des Paläogens vor etwa 66 Millionen Jahren starben alle Nicht-Vogel-Dinosaurier aus, sodass nur noch Krokodile und Vögel als Archosaurier übrig blieben.
Danach wurden Säugetiere schnellZunahme an Größe und Vielfalt, da jetzt fast niemand mehr mit ihnen konkurrierte. Solche Massensterben beschleunigten wahrscheinlich die Evolution, indem sie neuen Gruppen von Organismen die Diversifizierung ermöglichten.
Fossile Überreste zeigen diese BlütePflanzen tauchten in der frühen Kreidezeit (vor 130 Millionen Jahren) oder etwas früher auf und trugen wahrscheinlich zur Entwicklung bestäubender Insekten bei. Soziale Insekten tauchten ungefähr zur gleichen Zeit auf wie blühende Pflanzen. Obwohl sie nur einen kleinen Teil des „Stammbaums“ der Insekten einnehmen, machen sie derzeit mehr als die Hälfte der Gesamtzahl aus.
Der Mensch ist einer der Primaten, die vor etwa 6 Millionen Jahren angefangen haben, aufrecht zu gehen. Obwohl die Gehirngröße ihrer Vorfahren mit der anderer Hominiden wie Schimpansen vergleichbar war.
Die Entstehung des Lebens
Nach dem modernen Konzept der RNA-WeltRibonukleinsäure (RNA) war das erste Molekül, das sich selbst replizierte. Millionen von Jahren hätten vergehen können, bevor das erste derartige Molekül auf der Erde erschien. Aber nach seiner Entstehung erschien die Möglichkeit der Entstehung von Leben auf unserem Planeten.
Das RNA-Molekül kann wie ein Enzym wirken und freie Nukleotide zu einer komplementären Sequenz verbinden. So vermehrt sich RNA.
Diese chemischen Verbindungen können jedoch noch nicht genannt werdenein Lebewesen, da sie keine Körpergrenzen haben. Jeder lebende Organismus hat solche Grenzen. Nur in einem Körper, der von der äußeren chaotischen Bewegung der Partikel isoliert ist, können die komplexesten chemischen Reaktionen stattfinden, die es der Kreatur ermöglichen, sich zu ernähren, zu reproduzieren, sich zu bewegen und so weiter.
Das Auftreten isolierter Hohlräume im Ozean -Das Phänomen kommt recht häufig vor. Sie werden durch Fettsäuren (aliphatische Säuren) gebildet, die ins Wasser gelangen. Die Sache ist, dass ein Ende des Moleküls hydrophil und das andere hydrophob ist.
Im Wasser eingeschlossene Fettsäuren bilden Kugeln so, dass sich die hydrophoben Enden der Moleküle innerhalb der Kugel befinden. Vielleicht begannen RNA-Moleküle in solche Sphären zu fallen.
Ein isolierter Hohlraum, der von Phospholipidmolekülen erzeugt wird
- Erster Stoffwechsel
Die Fähigkeit zur Fortpflanzung und das Vorhandensein von Körpergrenzen -Dies sind nicht alle Zeichen, die ein Lebewesen von lebloser Natur unterscheiden. Um sich innerhalb einer Sphäre von Fettsäuren zu reproduzieren, musste das RNA-Molekül den Stoffwechselprozess anpassen.
- Erste Zellteilung
Wie entstanden die ersten Zellen, bestehend ausRNA-Moleküle und Fettsäuremembranen sind derzeit unbekannt. Möglicherweise begann sich das neue RNA-Molekül, das in der Membran aufgebaut war, vom ersten abzustoßen.
Am Ende durchbrach einer von ihnen die Membran. Zusammen mit dem RNA-Molekül blieb ein Teil der Fettsäuremoleküle übrig, die eine neue Kugel um sich herum bildeten.
Präkambrium oder Kryptose
Das Präkambrium dauerte fast 4 Milliarden Jahre.Während dieser Zeitspanne fanden bedeutende Veränderungen auf der Erde statt: Die Kruste kühlte ab, Ozeane erschienen und vor allem primitives Leben. Spuren dieses Lebens im Fossilienbestand sind jedoch selten, da die ersten Organismen klein waren und keine harten Schalen hatten.
Das Präkambrium macht den größten Teil der geologischen Geschichte der Erde aus – etwa 3,8 Milliarden Jahre. Darüber hinaus ist seine Chronologie viel weniger entwickelt als die des darauffolgenden Phanerozoikums.
Der Grund dafür ist, dass organische Rückstände inPräkambrische Ablagerungen sind äußerst selten, was eines der charakteristischen Merkmale dieser alten geologischen Formationen ist. Daher ist die paläontologische Untersuchungsmethode für die präkambrischen Schichten nicht anwendbar.
- Katarchisches Äon (vor 4,54 - 4,0 Milliarden Jahren)
Erforschung von Meteoriten, Gesteinen und anderenMaterialien aus dieser Zeit zeigen, dass unser Planet vor etwa 4,54 Milliarden Jahren entstanden ist. Bis zu diesem Zeitpunkt gab es nur eine verschwommene Scheibe um die Sonne, die aus Gas und kosmischem Staub bestand. Dann begann sich der Staub unter dem Einfluss der Schwerkraft in kleinen Körpern zu sammeln, die sich schließlich in Planeten verwandelten.
Viele Millionen Jahre lang gab es auf der Erde keineEs gab keine Lebensformen. Nach der archäischen Episode des Schmelzens des oberen Erdmantels und seiner Überhitzung mit der Entstehung eines Magma-Ozeans in dieser Geosphäre versank die gesamte unberührte Erdoberfläche zusammen mit ihrer primären und zunächst dichten Lithosphäre sehr schnell in den Schmelzen des oberen Erdmantels Mantel.
Die Atmosphäre war zu dieser Zeit nicht dicht und bestand ausaus giftigen Gasen wie Ammoniak (NH3), Methan (CH4), Wasserstoff (H2), Chlor (Cl2), Schwefel. Seine Temperatur erreichte 80 ° C. Die natürliche Radioaktivität war um ein Vielfaches höher als die derzeitige. Das Leben unter solchen Bedingungen war unmöglich.
Vor 4,533 Milliarden Jahren soll die Erde seinkollidierte mit einem Himmelskörper von der Größe des Mars, dem hypothetischen Planeten Theia. Die Kollision war so stark, dass die Trümmer der Kollision in den Weltraum geworfen wurden und den Mond bildeten.
Die Entstehung des Mondes trug zur Entstehung von Leben bei: Sie verursachte Gezeiten, die zur Reinigung und Belüftung der Meere beitrugen und die Rotationsachse der Erde stabilisierten.
Katarchisches Äon vor 4,54-4 Milliarden Jahren,bekannt als das protoplanetare Stadium in der Entwicklung der Erde. Deckt die erste Hälfte des Kryptozoikums ab. Die Erde war zu dieser Zeit ein kalter Körper mit einer verdünnten Atmosphäre und ohne Hydrosphäre. Unter solchen Bedingungen konnte kein Leben erscheinen.
Während der Katarchei war die Atmosphäre nicht dicht. Es bestand aus Gasen und Wasserdampf, die auftraten, als die Erde mit Asteroiden kollidierte.
Aufgrund der Tatsache, dass der Mond auch warIn der Nähe (nur 170.000 km) der Erde (die Länge des Äquators beträgt 40.000 km) dauerte der Tag nicht lange - nur 6 Stunden. Doch als der Mond sich entfernte, begann der Tag länger zu werden.
- Archean Eon (vor 4,0 - 2,5 Milliarden Jahren)
Die ersten chemischen Spuren des Lebens sind ungefährIn den Felsen Australiens (Pilbara) wurden 3,5 Milliarden Jahre entdeckt. Organischer Kohlenstoff wurde später in Gesteinen entdeckt, die 4,1 Milliarden Jahre alt sind. Vielleicht entstand das Leben in heißen Quellen, wo es viele Nährstoffe gab, einschließlich Nukleotide.
Das Leben im Archean entwickelte sich zu Bakterien und Cyanobakterien. Sie führten einen bodennahen Lebensstil: Sie bedeckten den Meeresboden mit einer dünnen Schleimschicht.
Eoarcheus:
Es dauerte vor 4-3,6 Milliarden Jahren. Prokaryoten könnten bereits am Ende des Eoarchäers aufgetaucht sein. Darüber hinaus gehören die ältesten geologischen Gesteine - die Isua-Formation in Grönland - den Eoarchäern.
Paläoarchäisch:
Paläoarchäisch dauerte vor 3,6 bis 3,2 Milliarden Jahren. Die älteste Lebensform aus dieser Zeit findet sich in Australien - gut erhaltene Überreste von Bakterien im Alter von 3,46 Milliarden Jahren.
Mesoarchäer:
Stromatolith der mesoarchischen Zeit
Mesoarchean dauerte vor 3,2-2,8 Milliarden Jahren. Stromatolithen sind bereits im Mesoarchäer zu finden.
Neoarchäer:
Neoarchean dauerte vor 2,8-2,5 Milliarden Jahren.Während dieser Zeit trat eine Sauerstoff-Photosynthese auf, die die im Paläoproterozoikum auftretende Sauerstoffkatastrophe verursachte. Während dieser Zeit entwickeln sich Bakterien und Algen aktiv.
Was war der Vorläufer lebender Organismen?
Wissenschaftler der Universität Nagoya in Japan glauben, dass es vor der Entstehung der ersten lebenden Zelle eine Prä-RNA-Welt gab, die auf Xenonukleinsäuren (XNA) basierte.
Im Gegensatz zu RNA-Ketten sind für die Replikation und den Zusammenbau von XNA keine Enzyme erforderlich. Xenonukleinsäureketten sind stabil genug, um genetische Informationen zu tragen.
Sie können auch an Proteine binden und haben enzymatische Funktionen wie Ribozyme (wie Wissenschaftler Ribonukleinsäuren nennen, die biochemische Reaktionen katalysieren können).
Die Wissenschaftler synthetisierten Fragmente der aliphatischen (nicht-zyklischen) Nukleinsäure L-Threoninol (L-aTNA), die vermutlich bereits vor dem Aufkommen der RNA existierte.
Sie machten auch eine längere L-aTNA-Kette,Dies war komplementär zur ursprünglichen Sequenz von Fragmenten, ebenso wie zwei zueinander komplementäre DNA-Stränge eine Doppelhelix bilden.
In einem Reagenzglas unter kontrollierten Bedingungen mehr alskurze L-aTNA-Fragmente kommen zusammen und binden an der längeren L-Threoninol-Kette aneinander. Dies geschah in Gegenwart einer Verbindung namens N-Cyanoimidazol und eines Metallions wie Mangan, die beide höchstwahrscheinlich auf der frühen Erde vorhanden waren.
Fragmente von L-aTNA könnten auch an DNA und RNA binden. Dies legt nahe, dass der genetische Code von DNA und RNA auf L-aTNA und umgekehrt übertragen werden kann.
Laut den Wissenschaftlern werden die Ergebnisse der Studie künftigen Entwicklungen helfen, künstliches Leben und hochfunktionelle biotechnologische Werkzeuge zu schaffen, die aus azyklischen XNAs bestehen.
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