Back to chapter

33.2:

התנאים בתחילת כדור הארץ

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

Languages

Share

איך התאים הופיעו לראשונה על פני כדור הארץ? בהתבסס על תצפיות נסיוניות, מדענים חושבים שתנאים מסוימים בכדור הארץ הקדום הובילו להיווצרות התאים במספר שלבים. סדרה של התפרצויות געשיות התרחשו על פני כדור הארץ לפני כארבעה מיליארד שנים, ותרמו אמוניה, מתאן, מימן, וגזים אחרים לאטמוספירה שהייתה מלאה באדי מים.עם התקררות כדור הארץ, אדי המים התעדו לאוקיינוסים. בשנות ה-20 של המאה ה-20, UV מדענים הציעו שקרינת או ברקים הם הסיבה האפשרית להיווצרות מולקולות אורגניות קטנות באוקיינוסים האלה. בשנת 1952, בחנו סטנלי מילר והרולד יורי את הרעיון הזה במעבדה.ניסוי מילר-יורי הדמה את האטמוספירה והאוקיינוסים של כדור הארץ הקדום. בנוכחות החשמל, הם הבחינו בהיווצרות חומצות אמינו, אבני הבניין של החלבונים. מאז, מדענים סבורים כי אבני בניין אלה כנראה נוצרו ליד נביעות הידרותרמיות באוקיינוס, קרוב לפעילות געשית, או כתוצאה ממטאוריטים שפגעו בכדור הארץ.כיצד נוצרו המולקולות המורכבות המוכרות לנו כיום? מחקרים אחרונים הראו כי נוקלאוטידים יכולים להתחבר באופן ספונטני ליצירת חומצות גרעין. זה מצביע על כך שהביומולוקולות הקדומות הורכבו עצמית מאבני בניין קטנות יותר.סוג אחר של מקרומולקולות, הנקראות ליפידים, יכולים להתארגן באופן עצמאי וליצור בועיות, המפרידות בין פנים הבועית לבין הסביבה החיצונית. ייתכן שהסביבה הקבועה בתוך הבועיות הקלה על היווצרות פרוטו-תאים, צעד קריטי בהתפתחות החיים. פרוטו-תאים אלו ככל הנראה כחומר גנטי RNA הכילו.השתכפל בעצמו RNA-ה והועבר לדורות הבאים. התנאים הקיצוניים על כדור הארץ הקדום אפשרו היווצרות פרוטו-תאים RNA אלה שהכילו, שמהם ככל הנראה התפתחו DNA תאים שהכילו.

33.2:

התנאים בתחילת כדור הארץ

Around 4 billion years ago, oceans began to condense on earth while volcanic eruptions released nitrogen, carbon dioxide, methane, ammonia, and hydrogen into the primordial atmosphere. However, organisms with the characteristics of life were not initially present on earth. Scientists have used experimentation to determine how organisms evolved that could grow, reproduce, and maintain an internal environment.

In the 1920s, the scientists Oparin and Haldane proposed the idea that simple biological compounds could have formed on the early earth. More than 30 years later, Stanley Miller and Harold Urey at the University of Chicago tested this hypothesis by simulating the conditions of the early earth's atmosphere and oceans in a laboratory apparatus. Using electricity as an energy source, the Miller-Urey experiment generated amino acids and other organic molecules, showing that the environment of early earth was conducive to the formation of biological molecules. More recent experiments have yielded comparable results and suggest that amino acids may have formed near areas of volcanic activity or hydrothermal vents in the ocean.

Amino acids and small organic molecules may then have self-assembled to form more complex macromolecules. For instance, dripping amino acids or nucleotides into hot sand can result in the formation of the corresponding polymers, proteins, and nucleic acids, respectively. A class of macromolecules called lipids may have then formed vesicles providing a separate, internal environment. This ability to separate the inside from the outside is one of the key characteristics of life. Another characteristic of life is the possession of genetic material; RNA was likely the first heritable genetic information. Specialized vesicles, called protocells, probably contained RNA that could replicate itself. These simple protocells could also grow and evolve, setting the stage for the formation of cellular life on earth.

Suggested Reading

Joyce, Gerald F., and Jack W. Szostak. “Protocells and RNA Self-Replication.” Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 10, no. 9 (September 1, 2018): a034801. [Source]

Ma, Wentao, and Yu Feng. “Protocells: At the Interface of Life and Non.” Life 5, no. 1 (March 2015): 447–58. [Source]