Планета, която е кандидат за обитаване, без съмнение ще преживее катастрофи, сблъсъци и събития на ниво изчезване. Ако животът трябва да оцелее и да процъфти в един свят, той трябва да притежава правилните вътрешни и екологични условия, които да му позволят да съществува. Тук илюстрация на ранната земна среда може да изглежда страховита, но животът някак си намери начин. (НАСА ЦЕНТЪР ПОЛЕТЕН ЦЕНТЪР НА НАСА)

Какво беше, когато животът започна на земята?

Планетата е имала живот върху нея, под някаква или друга форма, почти толкова дълго, колкото е съществувала Земята.

Ако дойдете в нашата Слънчева система веднага след формирането й, щяхте да видите напълно чужда гледка. Нашето Слънце би било с приблизително същата маса, каквато е днес, но само около 80% като светеща, тъй като звездите се нагряват с напредване на възрастта. Четирите вътрешни, скалисти свята все още биха били там, но три от тях ще изглеждат изключително сходни. Всички Венера, Земя и Марс имаха тънка атмосфера, течна вода на повърхността си и органичните съставки, които можеха да предизвикат живот.

Въпреки че все още не знаем дали животът някога се е задържал на Венера или Марс, ние знаем, че по времето, когато Земята е била едва 100 милиона години, на нейната повърхност са съществували организми. След като милиарди години космическа еволюция породиха елементи, молекули и условия, от които животът можеше да съществува, нашата планета се превърна в тази, в която не само го правеше, но и там, където процъфтяваше. Доколкото можем да научим нашите знания, ето какви са били тези първи стъпки.

Изглед в микрони на много примитивни организми. Дали първите организми са се образували на Земята или са предхождали формирането на нашата планета, все още е открит въпрос, но доказателствата са в полза на сценариите, при които възниква животът на нашия свят. (ERIC ERBE, ЦИФРОВА КОЛОРИЗАЦИЯ ОТ ХРИСТОФЕР ПОЛЕЙ, ДАЛЕ НА USDA, ARS, EMU)

Животът, както знаем, има няколко свойства, за които всички са съгласни. Докато животът на Земята включва химия на въглерод (изисква въглерод, кислород, азот, водород и много други елементи като фосфор, мед, желязо, сяра и т.н.) и разчита на течна вода, други комбинации от елементи и молекули могат да бъдат възможен. Четирите общи свойства, които цял живот споделя, са следните:

  1. Животът има метаболизъм, при който черпи енергия / ресурси от външен източник за собствена употреба.
  2. Животът реагира на външни стимули от средата му и съответно променя поведението му.
  3. Животът може да расте, да се адаптира към средата му или по друг начин да се развие от сегашната си форма в друга.
  4. И животът може да се възпроизвежда, създавайки жизнеспособно потомство, което възниква от собствените му вътрешни процеси.
Образуването и растежа на снежинка, особена конфигурация от леден кристал. Въпреки че кристалите имат молекулярна конфигурация, която им позволява да се възпроизвеждат и копират, те не използват енергия или кодират генетична информация. (ВЯЧЕСЛАВ ИВАНОВ / VIMEO.COM/87342468)

И четирите трябва да са едновременно, за да може една популация от организми да се счита за жива. Снежинките и кристалите може да са в състояние да растат и да се размножават, но липсата им на метаболизъм не им позволява да бъдат класифицирани като живи. Протеините могат да имат метаболизъм и да могат да се възпроизвеждат, но те не реагират на външни стимули или променят поведението въз основа на това, което срещат. Дори вирусите, които са най-спорният организъм на границата между живота и неживота, могат да се възпроизвеждат само чрез заразяване на други успешно живи клетки, поставяйки под съмнение дали са класифицирани като живи или неживи.

Много органични материали - химически съединения като захари, аминокиселини, етилформат и дори сложни като полициклични ароматни въглеводороди - се намират в междузвездното пространство, в астероидите и са били в изобилие на ранната Земя. Но нямаме доказателства, че животът е започнал преди формирането на Земята.

Ранната Слънчева система беше изпълнена с комети, астероиди и малки бучки материя, които поразиха практически всеки свят наоколо. Този период е исторически известен като късно-тежката бомбардировка и се смята, че е донесъл на Земята много от съставките, но не и самите живи организми. (НАСА)

Вместо това водещата мисъл е, че Земята е била формирана с тези сурови съставки върху нея и може би много повече. Може би нуклеотидите са били често срещани; може би протеини и протеинови фрагменти са дошли предварително сглобени; може би липидните слоеве и бислоевете могат да възникнат спонтанно във водна среда. За да преминем от предшественици към живот към реалния живот обаче, се смята, че се нуждаем от правилната среда.

Тези три благоприятни планети - Венера, Земя и Марс - всички вероятно са имали разумно ниво на гравитация на повърхността, тънки атмосфери, течна вода на техните повърхности и тези молекули биохимични предшественици. Единственото нещо, което Земята имаше, че другите две планети, вероятно, не бяха Луна. Докато и трите свята вероятно са имали шанс да формират живот за първи път, нашата Луна ни помогна да ни даде шансове, че другите светове може да не са имали.

Земята и Слънцето, не толкова различно от това как може да са се появили преди 4 милиарда години. В ранните етапи на Слънчевата система Венера и Марс може би изглеждаха доста сходно. (НАСА / ТЕРИ ВИРТ)

Количеството вода, присъстващо на тези ранни планети, беше много вероятно да създаде океани, морета, езера и реки, но не достатъчно, за да ги покрие напълно в течна вода. Това означава, че всички те са имали континенти и океани, а на границата на двата е имало приливни басейни: региони, където водата може стабилно да съществува на суха земя и да е обект на всякакъв вид енергийни градиенти.

Слънчевата светлина, сянката и нощта, цикли на изпаряване и концентрация, порест поток на течности в присъствието на минерали и градиенти на активността на водата биха могли да осигурят възможности молекулите да се свързват заедно по нови и интересни начини. Ефектите от приливите и отливите могат да бъдат засилени от Луната, но всички тези светове притежават приливи и отливи поради Слънцето. Има обаче допълнителен източник на енергия, който Земята притежава, който вероятно е допринесъл за произхода на живота, който може да не е толкова зрелищен на Венера или Марс.

Приливни басейни, като тези, показани тук от Уисконсин, се срещат на границата на сушата и големи водни тела, като езера, морета или океани. Пул с подходящите условия и молекули-предшественици е един от кандидатите, където животът би могъл да възникне на Земята. (GOODFREEPHOTOS_COM / PIXABAY)

Последният фактор е топлинната активност от вътрешността на планетата. На дъното на океаните хидротермалните отвори са геоложки горещи точки, които са отлични места за кандидатстване за живот. И до днес те са дом на организми, известни като екстремофили: бактерии и други форми на живот, които могат да издържат на температурите, които обикновено нарушават молекулните връзки, свързани с жизнените процеси.

Тези отдушници съдържат огромни енергийни градиенти, както и химически градиенти, където изключително алкална отдушник се смесва с киселата, богата на въглеродни киселини океанска вода. И накрая, тези отвори съдържат както натриеви, така и калиеви йони, както и калциеви карбонатни структури, които биха могли да послужат като шаблон за първите клетки. Фактът, че животът съществува в среда като тази, сочи светове като Европа или Енцелад като потенциални домове за живот другаде в Слънчевата система.

Дълбоко под морето, около хидротермалните отвори, където не достига слънчева светлина, животът все още процъфтява на Земята. Как да създадем живот от неживота е един от големите открити въпроси в науката днес. Ако животът може да съществува тук, на дъното на земните океани, може би има шанс за живот и в дълбоките подземни океани на Европа или Енцелад. (ПРОГРАМА НА NOAA / PMEL VENTS)

Но може би най-вероятното място, за да започне животът на Земята, е най-доброто от всички светове: хидротермални полета. Вулканичната дейност не се извършва само под океаните, но и на сушата. Под зоните на сладка вода тези вулканично активни зони осигуряват допълнителен източник на топлина и енергия, който може да стабилизира температурите и да осигури енергиен градиент. През цялото време тези места все още позволяват цикли на изпаряване / концентрация, осигуряват ограничена среда, която позволява натрупването на правилните съставки и позволяват цикъл на излагане на слънчева светлина / нощ.

На Земята можем да сме сигурни, че приливите, хидротермалните отвори и хидротермалните полета са често срещани. Докато молекулите-предшественици със сигурност произлизат отвъд Земята, вероятно тук, на нашата планета, трансформацията на неживота в живот е възникнала спонтанно.

Този въздушен изглед на Гранд Призматичен извор в Националния парк Йелоустоун е една от най-емблематичните хидротермални характеристики на сушата в света. Цветовете се дължат на различните организми, живеещи при тези екстремни условия и зависят от количеството слънчева светлина, което достига до различните части на изворите. Хидротермални полета като това са едни от най-добрите места за кандидатстване за живота, възникнали на Земята. (JIM PEACO, НАЦИОНАЛНИ ПАРКИ)

С течение на времето Земята се промени значително, както и живите организми на нашата планета. Не знаем дали животът е възникнал веднъж, повече от веднъж или на различни места. Това, което знаем обаче, е, че ако реконструираме еволюционното дърво на всеки съществуващ днес организъм на Земята, всички те споделят един и същ прародител.

Изучавайки геномите на съществуващите днес организми в нашия свят, биолозите могат да реконструират времевия график на това, което е известно като LUCA: Последният универсален общ предшественик на живота на Земята. По времето, когато Земята е била на по-малко от 1 милиард години, животът вече е имал възможност да преписва и превежда информация между ДНК, РНК и протеини и тези механизми съществуват във всички организми днес. Дали животът е възникнал многократно, не е известно, но общоприето е, че животът, какъвто го познаваме днес, произхожда от едно население.

Сканиращо електронно микроскопско изображение на субклетъчно ниво. Докато ДНК е невероятно сложна, дълга молекула, тя е изградена от същите градивни елементи (атоми) като всичко останало. Доколкото ни е известно, структурата на ДНК, на която се основава животът, може дори да предшества изкопаемите. (ПУБЛИЧНО ИЗОБРАЖЕНИЕ НА ДОМАНА ОТ Д-Р ЕРСКИН ПАЛМЕР, USCDCP)

Въпреки факта, че геоложките процеси често могат да затъмнят записа на изкопаеми след няколкостотин милиона години, ние успяхме да проследим произхода на живота извънредно далеч. Микробиални вкаменелости са открити в пясъчник преди 3,5 милиарда години. Графитът, намерен в метаморфозирана утаечна скала, е проследен до биогенен произход и е от преди 3,8 милиарда години.

Трилобитите, вкаменени във варовик, от Музея на полето в Чикаго. Всички съществуващи и вкаменели организми могат да бъдат проследени до универсален общ прародител, живял преди около 3,5 милиарда години. (Джеймс Св. Джон / FLICKR)

В още по-ранни, по-екстремни времена, отлаганията на определени кристали в скалите изглежда да произхождат от биологични процеси, което предполага, че Земята е кипяла с живот още от 4,3 до 4,4 милиарда години: веднага след 100–200 милиона години след Земята и Луната се образува. Доколкото ни е известно, животът на Земята съществува почти толкова дълго, колкото и самата Земя.

Намерени графити в Циркон, някои от най-старите доказателства за въглеродния живот на Земята. Тези залежи и съотношението въглерод-12, които показват в включванията, датират живота на Земята преди повече от 4 милиарда години. (E A BELL ET AL, PROC. NATL. ACAD. SCI. USA, 2015)

В един момент на нашата планета, в най-ранните етапи, молекулите, които са в изобилие и предшественици на живота, при правилните енергийни и химични условия, започнаха едновременно да метаболизират енергия, да реагират на околната среда, да растат, да се адаптират, да се развиват и да се възпроизвеждат , Дори и днес да ни е неузнаваем, това бележи произхода на живота. В радикално непрекъснат низ от биологичен успех, нашата планета е жив свят оттогава.

Хаденови диаманти, вградени в циркон / кварц. В панел d можете да намерите най-старите находища, които показват възраст от 4,26 милиарда години или почти възрастта на самата Земя. (M. MENNEKEN, A. A. NEMCHIN, T. GEISLER, R. T. PIDGEON & S. A. WILDE, ПРИРОДА 448 7156 (2007))

Докато Венера и Марс може би са имали сходни шансове, радикалните промени в атмосферата на Венера са я превърнали в пламтящ свят на парника само след 200–300 милиона години, докато смъртта на Марсианското магнитно поле е довела до отнемане на атмосферата, правейки я здрава и замразени. Докато ударите на астероиди могат да изпратят живот, базиран на Земята, извън света, в Слънчевата система и галактиката, всички доказателства подсказват, че ние сме там, където е започнал.

Към 9,4 милиарда години след Големия взрив Земята киши живот. Никога не сме поглеждали назад.

Допълнително четене на това каква е била Вселената, когато:

  • Как беше, когато Вселената се надуваше?
  • Какво беше, когато за първи път започна Големият взрив?
  • Как беше, когато Вселената беше най-горещата?
  • Как беше, когато Вселената за първи път създаде повече материя от антиматерия?
  • Как беше, когато Хигс даде маса на Вселената?
  • Как беше, когато за първи път направихме протони и неутрони?
  • Какво беше, когато загубихме последната си антиматерия?
  • Как беше, когато Вселената направи първите си елементи?
  • Как беше, когато Вселената за първи път направи атоми?
  • Как беше, когато във Вселената нямаше звезди?
  • Как беше, когато първите звезди започнаха да осветяват Вселената?
  • Какво беше, когато загинаха първите звезди?
  • Как беше, когато Вселената направи второто си поколение звезди?
  • Как беше, когато Вселената направи първите първи галактики?
  • Какво беше, когато звездна светлина за пръв път проби неутралните атоми на Вселената?
  • Какво беше, когато се образуваха първите свръхмасивни черни дупки?
  • Как беше, когато животът във Вселената за пръв път стана възможен?
  • Какво беше, когато галактиките образуваха най-голям брой звезди?
  • Какво беше, когато се оформиха първите обитаеми планети?
  • Как беше, когато космическата паяжина се оформи?
  • Какво беше, когато Млечният път се оформи?
  • Как беше, когато тъмната енергия пое за първи път Вселената?
  • Как беше, когато нашата Слънчева система за първи път се формира?
  • Какво беше, когато планетата Земя се оформи?

Starts With A Bang вече е на Forbes и е публикуван отново на Medium благодарение на нашите привърженици на Patreon. Итън е автор на две книги, „Отвъд галактиката“ и „Трекнология: Наука за звездното пътуване от трикрилите до Warp Drive“.