33.2: Warunki panujące na wczesnej Ziemi

Conditions on Early Earth
JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Conditions on Early Earth
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

88,498 Views

02:06 min
August 07, 2019

Overview

Około 4 miliardy lat temu oceany zaczęły się zagęszczać na Ziemi, a erupcje wulkaniczne uwalniały do pierwotnej atmosfery azot, dwutlenek węgla, metan, amoniak i wodór. Jednak organizmy o cechach życia nie były początkowo obecne na Ziemi. Naukowcy wykorzystali eksperymenty, aby określić, w jaki sposób ewoluowały organizmy, które mogły rosnąć, rozmnażać się i utrzymywać środowisko wewnętrzne.

W latach dwudziestych XX wieku naukowcy Oparin i Haldane zaproponowali ideę, że proste związki biologiczne mogły powstać na wczesnej Ziemi. Ponad 30 lat później Stanley Miller i Harold Urey z University of Chicago przetestowali tę hipotezę, symulując warunki panujące w atmosferze i oceanach wczesnej Ziemi w aparaturze laboratoryjnej. Wykorzystując elektryczność jako źródło energii, eksperyment Millera-Ureya wygenerował aminokwasy i inne cząsteczki organiczne, pokazując, że środowisko wczesnej Ziemi sprzyjało powstawaniu cząsteczek biologicznych. Nowsze eksperymenty przyniosły porównywalne wyniki i sugerują, że aminokwasy mogły powstać w pobliżu obszarów aktywności wulkanicznej lub kominów hydrotermalnych w oceanie.

Aminokwasy i małe cząsteczki organiczne mogą następnie samoorganizować się, tworząc bardziej złożone makrocząsteczki. Na przykład kapanie aminokwasów lub nukleotydów na gorący piasek może spowodować powstanie odpowiednich polimerów, białek i kwasów nukleinowych. Klasa makrocząsteczek zwanych lipidami mogła następnie utworzyć pęcherzyki, zapewniając oddzielne, wewnętrzne środowisko. Ta zdolność do oddzielenia wnętrza od zewnątrz jest jedną z kluczowych cech życia. Inną cechą życia jest posiadanie materiału genetycznego; RNA było prawdopodobnie pierwszą dziedziczną informacją genetyczną. Wyspecjalizowane pęcherzyki, zwane protokomórkami, prawdopodobnie zawierały RNA, które mogło się replikować. Te proste protokomórki mogą również rosnąć i ewoluować, przygotowując grunt pod powstanie życia komórkowego na Ziemi.

Transcript

Jak po raz pierwszy pojawiły się komórki na planecie Ziemia? Opierając się na obserwacjach eksperymentalnych, naukowcy sądzą, że specyficzne warunki panujące na wczesnej Ziemi doprowadziły do powstania komórek w kilku etapach. Seria erupcji wulkanicznych miała miejsce na Ziemi około czterech miliardów lat temu, wnosząc amoniak, metan, wodór i inne gazy do atmosfery pełnej pary wodnej. Gdy Ziemia się ochładzała, para wodna skraplała się w oceanach.

W latach dwudziestych XX wieku naukowcy sugerowali, że promieniowanie UV lub oświetlenie mogły spowodować powstawanie małych cząsteczek organicznych w tych oceanach. W 1952 roku Stanley Miller i Harold Urey przetestowali ten pomysł w laboratorium. Eksperyment Millera-Ureya symulował wczesną atmosferę i oceany Ziemi. W obecności elektryczności zaobserwowali powstawanie aminokwasów, elementów budulcowych białek. Od tego czasu naukowcy zasugerowali, że te elementy budulcowe mogły powstać w pobliżu kominów hydrotermalnych w oceanie, w pobliżu aktywności wulkanicznej lub w wyniku uderzenia meteorytów w Ziemię.

Jak powstały złożone cząsteczki, które znamy dzisiaj? Ostatnie badania wykazały, że nukleotydy mogą spontanicznie łączyć się ze sobą, tworząc kwasy nukleinowe. Wskazuje to, że najwcześniejsze biomolekuły samoorganizowały się z mniejszych bloków budulcowych. Inna klasa makrocząsteczek, zwana lipidami, może samoorganizować się i tworzyć pęcherzyki, które oddzielają wnętrze pęcherzyka od środowiska zewnętrznego. Stałe środowisko w pęcherzykach mogło ułatwić tworzenie się protokomórek, co było krytycznym krokiem w ewolucji życia.

Te protokomórki prawdopodobnie zawierały RNA jako materiał genetyczny. RNA samoistnie się replikowało i było przekazywane kolejnym pokoleniom. Ekstremalne warunki panujące na wczesnej Ziemi umożliwiły powstanie tych protokomórek zawierających RNA, z których prawdopodobnie wyewoluowały komórki zawierające DNA.

Key Terms and definitions​

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for