Kaip mūsų planeta susiformavo, keitėsi ir sukūrė ankstyviausius mikroorganizmus
Žemės ankstyvosios istorijos pasakojimas – tai didžiulių pokyčių istorija: nuo chaotiško, iš dulkių ir planetesimalių sudaryto išsilydžiusio darinuko iki planetos, galinčios palaikyti sudėtingą gyvybę. Per pirmus kelis šimtus milijonų metų Žemė patyrė atkaklų likusių nuolaužų bombardavimą, bet galiausiai tapo stabili, su vandenynais ir atmosfera. Ši cheminė erdvė sukūrė sąlygas, iš kurių užsimezgė gyvybė. Kiekvienas žingsnis lėmė planetos vidinės struktūros, paviršiaus sąlygų ir gebėjimo palaikyti biologinę raidą formavimąsi.
6 tema: Ankstyvoji Žemė ir gyvybės atsiradimas kviečia į geologinę ir biologinę kelionę per didžiulius laiko tarpsnius, kaip Žemė susidarė, diferencijavosi ir leido susikurti ankstyviausiems mikroorganizmams. Nuo susidūrimo, sukūrusio Mėnulį, iki mikroorganizmų paliktų mikrofosilijų – šie įvykiai teikia kritinių įžvalgų apie gyvybės atsparumą ir planetinius procesus, kurie leido evoliucijai. Žemiau pateikiama trumpa kiekvienos pagrindinės srities apžvalga:
1. Žemės akrecija ir diferencijavimasis
Kelias nuo planetesimalių protoplanetiniame diske iki protoninės Žemės apėmė nesuskaičiuojamus susidūrimus, kurie galų gale suformavo išsilydžiusią planetą, kurioje sunkieji metalai nugrimzdo sukurti branduolį, o lengvesni silikatai pakilo suformuoti mantiją ir plutą. Taip susiklostė Žemės sluoksniuota sandara, sukūrusi prielaidas tektonikai, vulkanizmui ir apsauginiam magnetiniam laukui – svarbiems gyvenamumo bruožams.
2. Mėnulio formavimasis: didžiojo smūgio hipotezė
Manoma, kad Theia – Marso dydžio kūnas – atsitrenkė į jaunąją Žemę, išspardydamas medžiagą, kuri susitelkė į Mėnulį. Šis dramatiškas įvykis nulėmė Žemės sukimąsi, ašies posvyrį ir galbūt stabilizavo klimatą. Didžiojo smūgio hipotezę palaiko panašus Žemės ir Mėnulio uolienų izotopinis „parašas“ bei kosminių diskų aplink jaunas planetas modeliavimas.
3. Hadėjaus eonas: intensyvus bombardavimas ir vulkanizmas
Hadėjaus eonas (~4,6–4,0 mlrd. metų atgal) pasižymėjo ekstremaliomis sąlygomis – nuolatiniu asteroidų/kometų bombardavimu, dažnais vulkaniniais išsiveržimais, o Žemės paviršius iš pradžių buvo magminis ar iš dalies išsilydęs. Nepaisant tokios nepalankios pradžios, ilgainiui susiformavo pirminė pluta ir vandenynai, nurodantys galimybes atsirasti gyvybei.
4. Ankstyvosios atmosferos ir vandenynų formavimasis
Vulkaninis išsiveržimas (CO2, H2O garai, SO2 ir kt.) bei vandens atgabenimas iš kometų/asteroidų galėjo sukurti pirmąją stabilią Žemės atmosferą ir vandenynus. Vėsdamas paviršius leido kondensuotis vandens garams, susidarant pasauliniams vandenynams – terpę, kurioje radosi cheminės reakcijos, svarbios gyvybei. Geologiniai duomenys rodo, kad vandenynai susiformavo labai anksti, stabilizuodami paviršiaus temperatūrą ir skatindami cheminę apytaką.
5. Gyvybės ištakos: prebiotinė chemija
Kaip negyvos molekulės sudarė savireplikacines sistemas? Teorijų esama įvairių, nuo pirminės sriubos ant planetos paviršiaus iki gylio vandenynų hidroterminių versmių, kur mineralinių junginių kupinas vanduo dugne galėjo lemti energingus cheminių junginių gradientus. Į šiuos prebiotinius procesus gilinamasi astrobiologijoje, jungiamos geochemijos, organinės chemijos ir molekulinės biologijos žinios.
6. Ankstyviausios mikrofosilijos ir stromatolitai
Fosilinis paveldas (pvz., stromatolitai – sluoksniuotos mikroorganizmų bendrijų struktūros) liudija, kad gyvybė Žemėje egzistavo jau prieš 3,5–4,0 mlrd. metų. Šie senoviniai įrašai rodo, kad gyvybė susikūrė sparčiai, vos stabilizavusis sąlygoms, gal net praėjus kelis šimtus milijonų metų nuo paskutinių katastrofinių smūgių.
7. Fotosintezė ir didysis deguonies įvykis
Deguoninę fotosintezę (veikiausiai cianobakterijų) atsiradus, Žemės atmosfera ~prieš 2,4 mlrd. metų patyrė „didįjį deguonies įvykį“. Laisvo deguonies atsiradimas sukėlė daug anoksinių organizmų žūtį, bet atvėrė kelią aerobiniam kvėpavimui ir sudėtingesnėms ekosistemoms.
8. Eukariotai ir sudėtingesnių ląstelių atsiradimas
Perėjimas nuo prokariotų prie eukariotų (ląstelių su branduoliu ir organelėmis) žymi svarbų evoliucinį šuolį. Pagal endosimbiotinę teoriją, senovinės ląstelės prarijo laisvai gyvenusias bakterijas, kurios ilgainiui tapo mitochondrijomis ar chloroplastais. Ši inovacija sudarė sąlygas įvairiapusiškesniam metabolizmui ir sudėtingesnių organizmų atsiradimui.
9. „Sniego gniūžtės Žemės“ hipotezės
Yra geologinių duomenų, kad Žemė galėjo būti beveik visuotinio apledėjimo („Sniego gniūžtės Žemės“) stadijose, galbūt reguliuojant ar keičiant evoliucinius kelius. Tokios pasaulinio masto ledynų epochos atskleidžia, kaip planetiniai klimato grįžt. mechanizmai, žemynų išsidėstymas ir biosferos poveikis lemia planetos klimato balansą.
10. Kambrijos sprogimas
Galiausiai, maždaug prieš 541 mln. metų įvyko Kambrijos sprogimas, lėmęs spartų gyvūnų įvairovės augimą – daugelis dabartinių tipo gyvūnų kilę iš čia. Tai pabrėžia, kaip planetinės sąlygos, deguonies lygis, genetinės naujovės ir ekologinė sąveika gali sukelti spartų sudėtingumo protrūkį vis besivystančioje Žemėje.
Išsamiai panagrinėjus šiuos etapus – nuo išlydytos jaunystės ir smarkių smūgių iki klestinčių mikrobinių „kilimėlių“ ir galiausiai daugialąsčių organizmų – 6 tema aprašo, kaip geologiniai ir biologiniai reiškiniai susijungė, kad suformuotų mūsų „gyvąją planetą“. Per geocheminius, fosilinius ir lyginamosios planetologijos duomenis matome Žemės „biografinę“ istoriją kaip katastrofų, adaptacijos ir naujovių pynę. Suprasti, kaip Žemė pasiekė ir išlaikė tinkamumą gyvybei, suteikia vertingų įžvalgų ieškant gyvybės kitur, atskleidžiant universalų medžiagos, energijos ir chemijos sąveikos principą, galintį palaikyti biologiją visatoje.