Jak powstało życie na planecie Ziemia? Co działo się na naszej planecie przed powstaniem materii żywej? | Leonzoo.pl
Marcin Jankowski | Leonzoo.pl → 27/10/2024 (21:10) → 06/02/2025 (12:53)Zanim jednak zaczniemy mówić o początku życia na naszej planecie, istotne jest to aby dowiedzieć się jak wyglądał jej początek. Według dotychczasowych badań naukowych, możemy przypuszczać że Ziemia powstała około 4,54 miliarda lat temu. Wykształciła się z dużym prawdopodobieństwem z mgławicy słonecznej czyli ogromnego obłoku gazu i pyłu, który zapadł się pod wpływem grawitacji. W centrum mgławicy utworzyło się Słońce, a wokół niego dysk protoplanetarny. To w jego miejscu powstały znane nam współcześnie planty, w tym także Ziemia.
Jak wyglądał proces tworzenia się Ziemi?
Sam proces tworzenia się naszej planety Ziemia był rozłożony w czasie. Nie stało się to w jednym momencie, ale formowanie się Ziemi przebiegało w kilku etapach. Zanim wykształciły się poszczególne planety w układzie słonecznym, poszczególne cząsteczki pyłu i gazu zderzały się ze sobą, a następnie sklejały. Tak z czasem tworzyły się coraz większe obiekty. Te ponownie uderzały w siebie nawzajem czego efektem było łączenie się, by stopniowo tworzyć znane nam dzisiaj planety.
Gdy Ziemia rosła i zwiększała swoją objętość, jej wnętrze zaczęło się rozgrzewać. Cięższe pierwiastki, takie jak żelazo i nikiel, opadły w kierunku jądra, podczas gdy lżejsze pierwiastki, takie jak krzem i tlen, utworzyły skorupę ziemską. Z czasem uformowała się także pierwotna atmosfera Ziemi. Zawierała ona gazy uwalniane z wnętrza planety, w wyniku degranulacji płaszcza ziemskiego. Atmosfera ta zawierała głównie dwutlenek węgla i azot. Wraz z ochładzaniem się Ziemi pary wodnej skropliły się i utworzyły oceany.
Kula ziemska składa się z kilku warstw. Najbardziej zewnętrzna zwana jest skorupą ziemską, tuż pod nią znajduje się warstwa określana mianem płaszcza. W tej części przepływa magma, która jest półpłynną skałą rozgrzaną do temperatury około 1500°C. Natomiast samo wnętrze Ziemi tworzy jądro, jednak dokładnie co w nim jest nie wiemy. Prawdopodobnie są tam struktury niespotykane na powierzchni Ziemi.
Początkowo warunki panujące na Ziemi były bardzo niegościnne. Badania wskazują, że atmosfera była toksyczna, a temperatura powierzchni naszej planety wysoka. Z biegiem czasu, w wyniku procesów geologicznych i chemicznych, warunki na Ziemi stały się bardziej sprzyjające życiu.
Uważa się, że Księżyc powstał w wyniku gigantycznego zderzenia Ziemi z innym obiektem o rozmiarach Marsa. Zderzenie to wyrzuciło w kosmos ogromną ilość materii, która następnie uformowała Księżyc.
Skąd wiemy jak wyglądał początek życia na planecie Ziemia?
Po dzień dzisiejszy trudno jest naukowcom jednoznacznie wyjaśnić co takiego wydarzyło się blisko 4 miliardy lat temu, że materia nieożywiona zamieniła się w materię żywą w procesie zwanym biogenezą. Mimo wszystko przez lata analiz udało się dowieść, że świat organizmów żywych podlega ciągłym zmianom rozumianym jako ich dalszy rozwój. Pogląd ten został wysnuty po tym, jak Karol Darwin opisał proces ewolucji zwierząt.
Organizmy żywe w następujących po sobie pokoleniach starają się eliminować wcześniejsze wady, wszystkie zalety są doskonalone, a ponadto poszukują one nowych nieodkrytych jeszcze możliwości. Tak samo jak szybko powstanie jakiś gatunek organizmu żywego dostosowanego do określonych warunków, tak samo szybko może on zniknąć, dając jednak wcześniej początek kolejnym organizmom. Przy tym określony gatunek organizmów może przetrwać w jednych warunkach bardzo długo, natomiast w innych naturalnie wyginie.
Przez taki stan rzeczy wiemy, że dzisiaj żyjące na Ziemi organizmy żywe mają powiązania z organizmami z poprzednich pokoleń w postaci określonych związków chemicznych. Szczątki pradawnych gatunków nie widocznych na naszej planecie, można znaleźć w postaci skamielin czy w skałach osadowych jako składniki biogeniczne.
Badacze wyciągając ze swojego wachlarza narzędzi zaawansowane metody poznawcze wykorzystujące promienie radioaktywne, zbadali poszczególne warstwy osadowe na Ziemi i stworzyli ich odwzorowanie - warstwa po warstwie - ukazując historię naszej planety. Wyniki tych prac pokazują jedynie przybliżony stan życia z owych lat ponieważ pozostałości organizmów żyjących miliony lat temu - zwierząt i roślin - zachowały się jedynie w niewielkiej części.
Oprócz wcześniejszych efektów, badania te przyniosły jeszcze jeden wniosek. Udało się potwierdzić, że ewolucja organizmów żywych przypomina koronę drzew. Im jesteśmy wyżej na drzewie, tym więcej pojawia się nowych gałęzi. Podobnie jak z drzewem, tak i w życiu każdego żywego organizmu, pewne gałęzie obumierają a w ich miejsce rodzą się kolejne.
Bardzo szybko można przyrównać ten proces do wyginięcia dinozaurów, gdzie w ich miejsce pojawiły się ma Ziemi zupełnie nowe gatunki zwierząt. Zatem schodząc w dół po naszym drzewie, w pewnym momencie dojdziemy do jego pnia co będzie miało odwzorowanie w przodku wszystkich organizmów, od którego zaczęło się życie na Ziemi.
Co o początku życia na naszej planecie mówią osady w skałach?
Po pierwsze dotychczasowe badania naukowców pozwalają sądzić, że Ziemia powstała około 4,5 miliarda lat temu. Ale wynik ten jest jedynie efektem ocen ponieważ współcześnie zachowane najstarsze skały z materiałem biogenicznym, liczą sobie raptem 590 milionów lat co przekłada się na początek ery kambr. Skamieliny z tego okresu dostarczają nam ciekawych wyników w postaci różnorodnych form życia na Ziemi jakimi były robaki i małże. Oczywiście te wykształciły się z innych, wcześniej żyjących mniej rozwiniętych organizmów.
Miękkie organizmy nie tworzą skamielin ponieważ są tak delikatne, że stosunkowo szybko się rozkładają i nie nadążały się zamieniać w skałę. Zatem praktycznie w ogóle nie ma skamielin starszych niż wspomniane 590 milionów. A co ciekawe, aż 80% historii Ziemi przypada na okres prekambryjski. Zatem nie jesteśmy w stanie w pełnym zakresie odtworzyć form życia pochodzących lub wykształconych właśnie w okresie prekambryjskim.
Istotnym odkryciem mogą pochwalić się naukowcy z lat 50. ubiegłego wieku. Wtedy to na brzegu jeziora Superior odkryto skały sprzed 2000 lat pokryte nieznaną białą substancją. Nie przypominała ona żadnej formy życia, ale mimo to podjęto próbę szczegółowych badań wspomnianej substancji pod mikroskopem o dużym powiększeniu. Co się okazało, były tam zanurzone mikroskopijne pozostałości organizmów żywych - przypominające współczesne jednokomórkowe bakterie i glony . Naukowcy stawiają to odkrycie w kategoriach cudu, ponieważ były znikome szanse na odkrycie tak małych i delikatnych pozostałości po organizmach żywych po tylu latach. Poprzez nasycenie tych form życia krzemionką, doprowadziła ona do stwardnienia konserwując odkryte mikroorganizmy.
To odkrycie było impulsem do dalszych prac badawczych na skałach pochodzących z pradziejów, gdzie nie udało się dotąd odnaleźć skamielin. Naukowcy nie mylili się i dość szybko znaleźli w zachodniej Australii skałę z zanurzonym organizmem liczącym sobie 3,5 miliarda lat. Badacze liczą na jeszcze spektakularne odkrycia, ponieważ nadal trwają badania najstarszych skał na Grenlandii liczących 3,8 miliarda lat.
Jak zbudowane były pierwsze formy życia na Ziemi i co ma do tego DNA?
W dużej zgodności naukowcy doszli do wspólnego wniosku, że odkryte nad jeziorem Superior mikroskopijnej wielkości jednokomórkowe organizmy to przedstawiciele jednej z pierwszych form życia na Ziemi. Pierwsze organizmy jakie wytworzyły się na Ziemi były bardzo proste w swojej budowie. Z perspektywy dotychczasowych odkryć i badań, naukowcy doszli do wniosku, że przybrały one formę życia jednokomórkowego. Do tej grupy organizmów jednokomórkowych zaliczamy bakterie. Tym samym skupiono się na zasadach ich funkcjonowania u samych podstaw czyli na najniższym możliwym poziomie. W ich przypadku zainteresowano kwestią, jak takie organizmy przetwarzają podstawowe surowce na podstawowe czynniki życiowe czyli białka, tłuszcze i cukry.
Zanim jednak powstało życie na Ziemi, była ona otoczona atmosferą składającą się z różnych związków chemicznych. W atmosferze występował metan, wodór, amoniak i woda. W morzach doszło do reakcji chemicznych, gdzie odpowiednie cząsteczki cukrów połączyły się dając skrobię i celulozę, a aminokwasy zapoczątkowały powstawanie białek. W efekcie połączenia się azotu i związków cukrów, powstał nowy związek chemiczny zwany DNA, który był zdolny do odtwarzania samego siebie.
Bakterie to proste organizmy produkujące dla siebie pożywienie o galaretowatej konsystencji, z powłoką wypełnioną płynem pochłaniającą różne substancje chemiczne. Z zewnątrz wchłaniają one związki oparte na wodorze, tlenie, wodzie, węglu i azocie, by następnie przekształcić je w bardziej skomplikowane związki. Wytworzono białka następnie są odpowiedzialne za budowę takiego organizmu, a z kolei węglowodany służą jako energia rozumiana jako pożywienie.
W tym momencie dochodzimy do najważniejszej kwestii związanej z powstaniem życia, leżącym u jego podstaw w każdym organizmie żywym. Za wszystkie procesy życiowe odpowiedzialny jest jeden związek chemiczny popularnie znany jako DNA - w naukowej literaturze rozpoznawany jako kwas dezoksyrybonukleinowy. Obrazowo mówiąc to DNA dostarcza instrukcje dla innych związków chemicznych w organizmie jak mają działać i się zachowywać. W dodatku bardzo ważną cechą DNA jest to, że potrafi się on sam odtwarzać.
Kwas dezoksyrybonukleinowy znany wszystkim jako DNA ma budowę przypominającą lekko spiralną drabinę. Po bokach znajdują się atomy ułożone w łańcuchu, a pomiędzy nimi znajdują się cienkie wiązania, które można przyrównać do nici. Jeśli zachodzi potrzeba taka struktura może się rozerwać. Nitki łączące atomy rozrywają się zawsze w połowie, a wolne krańcówki nitek zaczynają do siebie przyciągać inne związki aby miały połączenie z sąsiadującymi atomami w łańcuchu. W ten sposób z jednego łańcucha (jednej drabinki) zaczynają tworzyć się dwa nowe (wychodzą dwie nowe drabinki).
Ta umiejętność DNA sprawia, że każdy prosty organizm jest w stanie rosnąć i rozmnażać się przez tzw. podział. Im forma życia jest bardziej złożona, tym bardziej rozmnażające się komórki zaczynają ze sobą współpracować. Tworzą wtedy skomplikowane struktury, których może być w organizmie bardzo wiele. A za wszystko odpowiada kod genetyczny zapisany w cząsteczkach DNA, który może się różnić dla każdego gatunku a nawet dla poszczególnych jednostek.
DNA jest bardzo skomplikowaną strukturą, a im bardziej skomplikowany organizm tym bardziej kwas dezoksyrybonukleinowy się rozbudowuje. Tysiące atomów w takim kwasie, odpowiednio ustawione, tworzą grupy zwane nukleotydami (związki cukrów, fosforanów i innych składników).
Jak i kiedy powstało życie na planecie Ziemia? Co było impulsem do powstania życie na Ziemi?
Publikowana wiedza o początku życia na Ziemi to wszystko wynik dotychczasowych badań, tworzenia naukowych teorii, wspólnego konsensu badaczy oraz szeregu domysłów snutych przez lata. Nikt z całą pewnością nie jest w stanie powiedzieć co działo się na Ziemi przed 3,8 miliarda lat temu. Póki co stwierdzono jeszcze w latach 20. ubiegłego wieku, że w tamtym okresie w atmosferze Ziemi nie było tlenu. Występowały za to amoniak, woda, tlenek węgla, metan, wodór i nieznaczne ilości innych substancji. Ponadto powierzchnia Ziemi w przeważającej części była zalana gorącą wodą, podgrzewaną od żarzących się skał umiejscowionych tuż pod skorupą na dnie oceanów.
Wszystkie wymienione powyżej składniki były wystarczające do wytworzenia się organizmów żywych. W celu łatwiejszego zilustrowania tego co wydarzyło się na Ziemi miliardy lat temu, można powiedzieć że ostatecznym impulsem do zapoczątkowania życia była aktywność wulkaniczna, intensywne promieniowanie ultrafioletowe przenikające przez atmosferę bądź energia elektryczna pochodząca z wyładowań atmosferycznych (burza).
Początek życia na Ziemi był dziełem przypadku, ponieważ powstało ono dzięki sprzyjającym warunkom panującym akurat w danym czasie i miejscu. Mimo wszystko opisany proces powstania życia na Ziemi udało się potwierdzić doświadczeniami. Oczywiście zostały one dokonane na mikroskalę ale potwierdziły się wysnute wcześniej teorie.
Warunki panujące na Ziemi dzisiaj różniły się od tych, jakie były te 4 miliardy lat temu. W odróżnieniu od współczesnych inna była wtedy temperatura, radioaktywność czy elektryczność atmosferyczna. Mogły zachodzić również zupełnie inne reakcje chemiczne ponieważ promieniowanie ultrafioletowe Słońca było silniejsze niż dzisiaj. Tym samym bardzo proste formy życia mogły tworzyć się spontanicznie.
Tworzenie się (synteza) protein czyli cząsteczek atomów węgla, azotu, wodoru i tlenu był etapem szczególnym, gdyż to wtedy powstało życie. Choć samo promieniowanie ultrafioletowe było sprzyjające do tworzenia się protein we wszechobecnych wodach oblewających powierzchnię Ziemi, o tyle było ono zabójcze dla prostych form życia. Dlatego te pierwsze drobne istoty żywe mogły się chronić przed promieniowaniem głęboko pod wodą, osłonięte szlamem. Kiedy promieniowanie ustało tylko one (istoty żywe) mogły się tworzyć (realizować syntezę).
Jak wyglądała ewolucja zwierząt na Ziemi? Jak powstają nowe gatunki zwierząt na Ziemi?
Ewolucja zwierząt jest procesem ciągłym, co wynika z wpływu na nie otaczającego je środowiska. Poszczególne osobniki żyjąc w danym środowisku muszą się do niego jak najlepiej przystosować aby móc zdobywać pokarm, bronić się przed drapieżnikami czy rozmnażać się, a także pokonywać wszelkie inne napotkane trudności. Naturalne jest, że jedne osobniki będą lepiej przystosowane do danych warunków, a inne mniej. Zwierzęta lepiej radzące sobie w danym środowisku wydadzą na świat więcej osobników z lepszymi cechami odziedziczonymi po rodzicach. Z upływem czasu osobniki z lepszymi cechami liczebnie przewyższą te gorzej przystosowane, a w konsekwencji w przyszłości po wielu pokoleniach doprowadzi to do opanowania przez nich całej populacji.
Podobnie było z komarami, na które w XX wieku opracowano środek owadobójczy o nazwie DDT. Po jego rozpyleniu zabijano około 80% z nich od razu, a znaczna część ginęła później. Z niewiadomych powodów był jednak pewien odsetek komarów odpornych na DDT. Te, które pozostawały przy życiu krzyżowały się, a w konsekwencji powstawały całe nowe pokolenia mające właściwości odporne na DDT. W końcu wszystkie komary nabrały cech odpornościowych i substancja DDT nie była wstanie nic im zrobić.
Pojawienie się jakiejś cechy u zwierząt w mniejszej grupie dużej populacji to przeważnie wpływ środowiska, w którym akurat żyją. Zazwyczaj cechy te odróżniają daną grupę osobników od tych żyjących na innych terenach. W ten sposób dochodzi do powstania nowej rasy, odmiany czy podgatunku. Zmiany mogą być jednak tak duże, że w konsekwencji zwierzęta z jednej grupy przestaną się krzyżować z tymi z innych grup, mimo że będą w tej samej populacji. Wtedy możemy już mówić o powstaniu nowego gatunku zwierząt.
Wspomniane zmiany wśród poszczególnych grup zwierząt zachodzą bardzo powoli. Taki proces nabierania nowych cech trwa przez setki pokoleń, więc zmiany te są ciężkie do zaobserwowania przez przeciętnego człowieka. Dowodem na to są na pewno komary i stosowane na nich środki chemiczne DDT, ale także poniekąd różnorodność gatunkowa zwierząt.
Skąd wiemy jak wyglądała ewolucja zwierząt na Ziemi?
W starożytności czy w średniowieczu nie miano aż tak dużych potrzeb aby zajmować się dociekaniem o początkach istnienia Ziemi... Być może potrzeby były, ale na pewno ówcześni nie mieli takich możliwości badania przeszłości jak dzisiaj. Z początku przyjmowano jakieś założenia jako pewnik, które z czasem okazywały się, że nie mają one pokrycia w rzeczywistości.
Jeśli chodzi o powstanie Ziemi i życia na niej, do pewnych faktów dochodzono wraz z postępującym rozwojem nauki. Badacze w pewnym momencie zdali sobie sprawę, że odwzorowaniem ewolucji życia na Ziemi są skamieliny i pozostałości w skałach, ułożone w poszczególnych warstwach skał i osadów. Im głębsze warstwy tym starsze pozostałości życia na Ziemi można w nich obserwować.
Oczywiście takie poznawanie fauny sprzed milionów lat nie jest dokładne. Były przecież na Ziemi organizmy bardzo delikatne, których rozkład po wymarciu trwał bardzo szybko. Na tyle szybko, że otaczające je osady nie zdążyły wystarczająco stwardnieć.
Mimo wszystko udało się odkryć wystarczająco dużo gatunków, na podstawie których zbudowano pewien ciąg ewolucji. Dowiedziono tego, że miliony lat temu Ziemię zamieszkiwały gatunki, które już wymarły. Ponadto znaczna część z nich posiadała cechy takie same jak zwierzęta nam współczesne. Odkrycia w skałach dowiodły także, że pewne gatunki zwierząt były następstwem wcześniejszych form życia, a niektóre nabrały nowych cech by wytworzyć kolejne gatunki zwierząt. Materiał skalny pozwala zatem nie tylko zbadać formę organizmu żyjącego w przeszłości, ale można określić ich liczebność, moment powstania oraz wyginięcia.
Co to jest skamieniałość? Czego możemy się dowiedzieć dzięki nim o historii życia?
Dzisiaj historia życia na Ziemi przedstawia nam się w postaci skamieniałości nazywanych zamiennie skamielinami. To, że przedstawiają one pradawne formy życia przewidywali już starożytni Grecy. Musiało jednak upłynąć wiele lat, aby narodziła się nowa nauka - paleontologia - zajmująca się badaniem skamieniałości.
Człowiek jako myśląca forma życia jest stosunkowo młodym obiektem na Ziemi. Setki milionów lat wcześniej powstała o wiele mniej rozwinięta materia żywa, którą dzisiaj możemy jedynie badać dzięki skamieniałościom. Termin ten dokładnie określa pozostałe szczątki form żywych, które zachowały się w skałach. Skamieniałości (skamieliny) odnoszą się jednocześnie do zwierząt i roślin zachowanych w całości bądź częściowo. Skamieniałości zakonserwowane w całości są bardzo rzadkim zjawiskiem, ponieważ szczątki organizmów żywych aby się nie rozłożyć, musiały być otoczone w całości jakąś cieczą ograniczającą dostęp do nich tlenu.
Wielu z nas słyszało o odnalezionym bursztynie, w którym zanurzony był jakiś owad. Zakonserwowane szczątki mogą być znalezione także w żywicy drzew. Do bardziej znanych odkryć skamieniałości zaliczyć należy te z La Brea w Kalifornii, gdzie odnaleziono wiele dobrze zakonserwowanych szczątków zwierząt, ponieważ były zanurzone w starym asfaltowym jeziorze.
Natrafienie na skamieniałość to bardzo rzadkie zdarzenie. Choć udało się do tej ich odkryć miliony, paleontolodzy liczą się, że nie wszystkie skamieliny zachowają się w takim stanie w jakim by sobie tego życzyli. Wszystko przez to, że skały przez setki lat ulegają niszczeniu. Ponadto zwierzęta czy rośliny giną zazwyczaj na otwartych przestrzeniach bądź w lasach. Tam albo rozkładają się w dość szybkim procesie bądź ich szczątki są zjadane przez inne zwierzęta. Najlepszym środowiskiem do tego, aby skamieniałość przetrwała jak najdłużej są głębiny wód - morza, oceany itp. Szczątki opadają na dno, gdzie są otaczane przez osady i przez nie chronione. Dlatego do dziś udaje się odnaleźć bardzo wiele pozostałości po formach życia właśnie ze środowiska wodnego, w odróżnieniu od innych środowisk naturalnych.
