Коли почалася еволюція життя на Землі?
Еволюція життя Землі почалася з появи першого
Ціанобактеріальні мати і археї були домінуючоюформою життя на початку архейського періоду і стали величезним еволюційним кроком на той час. Кисневий фотосинтез, що з'явився близько 2,5 млрд. років тому, зрештою призвів до оксигенації атмосфери, яка почалася приблизно 2,4 млрд. років тому.
Найбільш ранні свідоцтва еукаріот датуються1,8 млрд років тому, хоча, можливо, вони з'явилися раніше - диверсифікація еукаріот прискорилася, коли вони почали використовувати кисень в метаболізмі. Пізніше, близько 1,7 млрд років тому, стали з'являтися багатоклітинні організми з диференційованими клітинами для виконання спеціалізованих функцій.
Приблизно 1,2 млрд років тому з'являються першіводорості, а вже приблизно 450 млн років тому - перші вищі рослини. Безхребетні тварини з'явилися в едиакарской періоді, а хребетні виникли близько 525 мільйонів років тому під час кембрійського вибуху.
Під час пермського періоду із великих хребетнихпереважали синапсиди — предки ссавців, але події пермського вимирання (251 млн. років тому) знищили 96% усіх морських видів та 70% наземних видів хребетних, у тому числі й більшості синапсид.
У період відновлення після цієї катастрофиархозаври стали найбільш поширеними наземними хребетними і витіснили терапсид у середині тріасу. Наприкінці тріасу архозаври дали початок динозаврам, які домінували протягом юрського та крейдяного періодів.
Предки ссавців на той час представлялисобою невеликих комахоїдних тварин. Після крейдяного палеогенового вимирання, що відбулося близько 66 мільйонів років тому, всі нептахові динозаври вимерли, і з архозаврів залишилися лише крокодили та птахи.
Після цього ссавці стали швидкозбільшуватися в розмірах і різноманітності, так як тепер їм майже ніхто не складав конкуренцію. Такі масові вимирання, ймовірно, прискорювали еволюцію шляхом появи у нових груп організмів можливостей для диверсифікації.
Викопні рештки показують, що квітковірослини з'явилися в ранньому крейдяному періоді (130 мільйонів років тому) або дещо раніше, і, ймовірно, допомогли еволюціонувати запилюють комахами. Соціальні комахи з'явилися приблизно в той же час, що і квіткові рослини. Хоча вони займають лише невелику частину «родоводу» комах, в даний час вони складають більше половини їх загальної кількості.
Люди є одними з приматів, що почали ходити вертикально близько 6 млн років тому. Хоча розмір мозку їхніх предків був порівнянний з розміром мозку інших гомінідів, наприклад, шимпанзе.
виникнення життя
Відповідно до сучасної концепції світу РНК,рибонуклеїнова кислота (РНК) була першою молекулою, яка придбала здатність самовідтворюватися. Могли пройти мільйони років, перш ніж на Землі з'явилася перша така молекула. Але після її утворення на нашій планеті з'явилася можливість виникнення життя.
Молекула РНК може працювати як фермент, поєднуючи вільні нуклеотиди у комплементарну послідовність. Таким чином, відбувається розмноження РНК.
Але ці хімічні сполуки ще не можна назватиживою істотою, так як вони не мають кордонів тіла. Будь-який живий організм має такі кордони. Тільки всередині ізольованого від зовнішнього хаотичного руху частинок тіла можуть відбуватися складні хімічні реакції, що дозволяють суті харчуватися, розмножуватися, рухатися, і так далі.
Поява ізольованих порожнин в океаніявище досить часто. Їх утворюють жирні кислоти (аліфатичні кислоти), які у воду. Справа в тому, що один кінець молекули гідрофільний, а інший — гідрофобний.
Потрапили в воду жирні кислоти утворюють сфери таким чином, що гідрофобні кінці молекул знаходяться всередині сфери. Можливо, молекули РНК стали потрапляти в такі сфери.
Ізольована порожнина, створена молекулами фосфоліпідів
- Перший обмін речовин
Уміння відтворюватися і наявність кордонів тіла -це ще не всі ознаки, що відрізняють жива істота від неживої природи. Для відтворення всередині сфери з жирних кислот молекулі РНК потрібно було налагодити процес обміну речовин.
- Перше поділ клітин
Як почали ділитися перші клітини, що складаються змолекули РНК та мембрани з жирних кислот, в даний час невідомо. Можливо, побудована всередині мембрани нова молекула РНК починала відштовхуватись від першої.
Зрештою, одна з них проривала мембрану. Разом з молекулою РНК йшла і частина молекул жирних кислот, які утворювали навколо неї нову сферу.
Докембрій або криптозой
Докембрій тривав майже 4 млрд років.У цей відрізок часу на Землі відбулися значні зміни: Кора охолола, з'явилися океани і, що найважливіше, з'явилася примітивне життя. Однак сліди цьому житті в палеонтологічного літопису рідкісні, оскільки перші організми були дрібними і не мали твердих оболонок.
На докембрій припадає більшість геологічної історії Землі — близько 3,8 млрд років. При цьому його хронологія розроблена набагато гірше, ніж фанерозою, що пішов за ним.
Причина цього в тому, що органічні залишки вдокембрійських відкладеннях зустрічаються вкрай рідко, що є однією з відмінних рис цих найдавніших геологічних утворень. Тому палеонтологічний метод вивчення для докембрійських товщ непридатний.
- Катархейскій еон (4,54 - 4,0 млрд років тому)
Дослідження метеоритів, гірських порід та іншихматеріалів того часу показують, що наша планета сформувалася приблизно 4,54 млрд років тому. До цього часу навколо Сонця був тільки розмитий диск, що складається з газу і космічного пилу. Потім, під дією сили тяжіння, пил стала збиратися в невеликі тіла, які в результаті перетворилися на планети.
Упродовж багатьох мільйонів років на Землі неіснувало жодних форм життя. Після архейського епізоду розплавлення верхньої мантії та її перегріву з виникненням у цій геосфері магматичного океану вся первісна поверхня Землі разом з її первинною та спочатку щільною літосферою дуже швидко поринула у розплави верхньої мантії.
Атмосфера в той час не була щільною і складаласяз отруйних газів, таких як аміак (NH3), метан (CH4), водень (H2), хлор (Cl2), сірка. Температура її досягала 80 ° С. Природна радіоактивність була у багато разів вище нинішньої. Життя в таких умовах була неможлива.
4,533 мільярда років тому Земля імовірнозіткнулася з небесним тілом розміром з Марс, гіпотетичної планетою Тейєю. Зіткнення було таким сильним, що утворилися при зіткненні уламки були викинуті в космос і утворили Місяць.
Утворення Місяця сприяло появі життя: вона викликала припливи, що сприяли очищенню і аерації морів, і стабілізувала вісь обертання Землі.
Катархейскій еон, 4,54-4 мільярда років тому,відомий як протопланетний етап розвитку Землі. Охоплює першу половину криптозоя. Земля в той час була холодним тілом з розрідженою атмосферою і без гідросфери. В таких умовах ніякого життя з'явитися не могло.
Під час катархея атмосфера не була щільною. Вона складалася з газів і парів води, що з'являлися при зіткненні Землі з астероїдами.
У зв'язку з тим, що Місяць тоді був занадтонаближена (всього на 170 тисяч км) до Землі (довжина екватора - 40 тисяч км), доба тривала недовго - всього 6 годин. Але, в міру віддалення Місяця, доба почала збільшуватися.
- Архейський еон (4,0 - 2,5 млрд років тому)
Перші хімічні сліди життя віком приблизно3,5 млрд років були виявлені в гірських породах Австралії (Пілбара). Пізніше органічний вуглець був виявлений в породах, датованих 4,1 млрд років. Можливо, життя зародилося саме в гарячих джерелах, де було багато поживних речовин, в тому числі і нуклеотидів.
Життя в археї розвинулася до бактерій і ціанобактерій. Вони вели придонний спосіб життя: встеляли дно моря тонким шаром слизу.
Еоархей:
Тривав 4-3,6 млрд років тому. Можливо, прокаріоти з'явилися вже в кінці еоархея. Крім того, до Еоархей відносяться найдавніші геологічні породи - формація Ісуа в Гренландії.
палеоархей:
Палеоархей тривав з 3,6 по 3,2 млрд років тому. В Австралії знайдено найдавніша форма життя, що відноситься до цієї епохи - добре збережені залишки бактерій віком 3,46 млрд років.
мезоархей:
Строматоліт мезоархейского періоду
Мезоархей тривав 3,2-2,8 млрд років тому. У мезоархей вже зустрічаються строматоліти.
неоархей:
Неоархей тривав 2,8-2,5 млрд років тому.В цьому періоді з'явився кисневий фотосинтез, який став причиною кисневої катастрофи, що трапилася в палеопротерозой. В цьому періоді активно розвиваються бактерії і водорості.
Що було прабатьком живих організмів?
Вчені Нагойського університету в Японії вважають, що до появи першої живої клітини існував світ пре-РНК, заснований на ксенонуклеїнових кислотах (XNA).
На відміну від РНК-ланцюжків реплікація та складання XNA не потребує ферментів. Ланцюги ксенонуклеїнових кислот досить стабільні, щоб нести генетичну інформацію.
Вони також здатні зв'язуватися з білками і володіти ферментативними функціями подібно рібозімамі (так вчені називають РНК, здатні каталізувати біохімічні реакції).
Вчені синтезували фрагменти аліфатичної (не має циклів) нуклеїнової кислоти L-треонінолу (L-aTNA), яка, як вважається, існувала до появи РНК.
Вони також зробили більш довгий ланцюжок L-aTNA,яка була комплементарна вихідній послідовності фрагментів, подібно до того, як дві комплементарні один одному ДНК-ланцюжки створюють подвійну спіраль.
У пробірці при контрольованих умовах більшкороткі фрагменти L-aTNA збиралися разом і зв'язувалися один з одним на більш довгому ланцюжку L-треонінола. Це сталося в присутності сполуки, званого N-ціаноімідазолом, і іона металу, такого як марганець, обидва з яких, швидше за все, були присутні на ранній Землі.
Фрагменти L-aTNA також могли зв'язуватися з ДНК і РНК. Це говорить про те, що генетичний код може бути перенесений з ДНК і РНК на L-aTNA і назад.
За словами вчених, результати дослідження допоможуть майбутнім розробкам по створенню штучного життя і функціональних біотехнологічних інструментів, що складаються з ациклических XNA.
Читати далі:
Створено першу точна карта світу. Що не так з усіма іншими?
Вчені пояснили появу «павуків» на поверхні Марса
Дослідники вперше занурилися до самого глубоколежащих потонулого корабля