Planeta koja je kandidat za naseljavanje bez sumnje će na njemu doživjeti katastrofe, sudare i događaje na razini izumiranja. Ako život želi opstati i napredovati u svijetu, on mora imati ispravne unutrašnje i okolne uvjete kako bi mu omogućio da opstane. Ovdje ilustracija rane Zemljine okoline može izgledati zastrašujuće, ali život je nekako ipak pronašao način. (NASA GODDARD PROSTORNI LETNI CENTAR)

Kako je bilo kad je život započeo na Zemlji?

Planeta je na njemu, u nekom ili drugom obliku, imala život gotovo sve dok je Zemlja postojala.

Da ste došli u naš Sunčev sustav odmah nakon njegovog formiranja, vidjeli biste potpuno strani prizor. Naše bi Sunce bilo približno iste mase kakvo je i danas, ali samo oko 80% kao svjetlucavo, zvijezde se zagrijavaju kako stare. Četiri unutarnja, stjenovita svijeta i dalje bi bila tamo, no tri bi izgledala vrlo slično. Venera, Zemlja i Mars svi su imali tanku atmosferu, tekuću vodu na površini i organske sastojke koji su mogli potaknuti život.

Dok još uvijek ne znamo je li se život ikada održao na Veneri ili Marsu, znamo da su na Zemlji, kad je bila stara samo 100 milijuna godina, na njenoj površini živjeli organizmi. Nakon što su milijarde godina kozmičke evolucije stvorile elemente, molekule i uvjete iz kojih je život mogao postojati, naš je planet postao onaj u kojem nije uspio, nego i tamo gdje je uspio. Koliko nam je znanstveno poznato, evo koji su ti prvi koraci bili.

Pregled mikrona vrlo primitivnih organizama. Jesu li prvi organizmi nastali na Zemlji ili su prije formiranja našeg planeta još uvijek otvoreno pitanje, ali dokazi favoriziraju scenarije u kojima život nastaje na našem svijetu. (ERIC ERBE, DIGITALNA KOLORIZACIJA KRISTOFSKIM POOLEJEM, OKO USDA, ARS, EMU)

Život kakav znamo ima nekoliko svojstava sa kojima se svi slažu. Iako život na Zemlji uključuje kemiju koja se temelji na ugljiku (za to su potrebni ugljik, kisik, dušik, vodik i mnogi drugi elementi poput fosfora, bakra, željeza, sumpora itd.) I ovisi o tekućoj vodi, druge kombinacije elemenata i molekula mogu biti moguće. Četiri zajednička svojstva koja cijeli život dijeli su sljedeća:

  1. Život ima metabolizam, gdje skuplja energiju / resurse iz vanjskog izvora za vlastitu upotrebu.
  2. Život reagira na vanjske podražaje iz svoje okoline i mijenja njihovo ponašanje u skladu s tim.
  3. Život može rasti, prilagoditi se njegovom okruženju ili se može na neki drugi način razviti iz svog sadašnjeg oblika u drugi.
  4. I život se može razmnožavati, stvarajući održiva potomstva koja proizlaze iz njegovih vlastitih unutarnjih procesa.
Stvaranje i rast snježne pahuljice, posebna konfiguracija ledenog kristala. Iako kristali imaju molekularnu konfiguraciju koja im omogućava da se reproduciraju i kopiraju, oni ne koriste energiju ili kodiraju genetske informacije. (VYACHESLAV IVANOV / VIMEO.COM/87342468)

Sve ove četiri osobe moraju biti istovremeno, kako bi se populacija organizama smatrala živima. Pahulje i kristali mogu rasti i razmnožavati se, ali njihov nedostatak metabolizma sprečava ih da budu klasificirani kao živi. Proteini mogu imati metabolizam i mogu se reproducirati, ali ne reagiraju na vanjske podražaje ili mijenjaju ponašanje na temelju onoga na što naiđu. Čak se i virusi, koji su organizam koji se najviše raspravlja na liniji života i neživota, mogu razmnožavati samo inficirajući ostale uspješno žive stanice i dovodeći u sumnju jesu li klasificirani kao živi ili ne živi.

Mnogi organski materijali - kemijski spojevi poput šećera, aminokiselina, etil formata, pa čak i složeni poput policikličkih aromatskih ugljikovodika - nalaze se u međuzvjezdanom prostoru, u asteroidima, a bilo ih je dosta i na ranoj Zemlji. Ali nemamo dokaze da je život počeo prije formiranja Zemlje.

Rani Sunčev sustav bio je ispunjen kometama, asteroidima i malim nakupinama materije koje su pogodile praktički svaki svijet okolo. To je razdoblje povijesno poznato kao kasno teško bombardiranje, a smatra se da je na Zemlju donio mnoge sastojke, ali ne i same žive organizme. (NASA)

Umjesto toga, vodeća misao je da je Zemlja nastala s tim sirovim sastojcima na sebi, a možda i mnogo više. Možda su nukleotidi česti; možda su proteini i fragmenti proteina bili unaprijed sastavljeni; možda bi se lipidni slojevi i dvoslojevi mogli spontano pojaviti u vodenom okruženju. Međutim, kako bismo prešli iz prethodnika u stvarni život, vjerujemo da nam treba pravo okruženje.

Ove tri povoljne planete - Venera, Zemlja i Mars - vjerojatno su imale razumnu razinu površinske gravitacije, tanke atmosfere, tekuće vode na svojim površinama i ove molekule biokemijskih prethodnika. Jedna stvar koju je Zemlja imala da druga dva planeta, međutim, nije bio Mjesec. Iako su sva tri svijeta najvjerojatnije imala priliku prvi put oblikovati život, naš Mjesec nam je pomagao da pružimo šanse koje drugi svjetovi možda nisu imali.

Zemlja i Sunce, nisu toliko različiti od onoga kako su se možda pojavili prije 4 milijarde godina. U ranim fazama Sunčevog sustava Venera i Mars možda su izgledali prilično slično. (NASA / TERRY VIRTS)

Količina vode prisutna na tim ranim planetima bila je vrlo vjerovatna za stvaranje oceana, mora, jezera i rijeka, ali nedovoljno da ih u potpunosti prekriva tekućom vodom. To znači da su svi imali kontinente i oceane, a na spoju obala postojali su bazeni: regije u kojima voda može stabilno postojati na suhom i biti podložna svim vrstama gradijenta energije.

Sunčeva svjetlost, sjena i noć, ciklusi isparavanja i koncentracije, porozni protok tekućine u prisustvu minerala i gradijenti vodene aktivnosti mogli bi pružiti mogućnosti da se molekule spoje na nove i zanimljive načine. Učinci plime mogu pojačati Mjesec, ali svi ti svjetovi posjeduju plimu zbog Sunca. Međutim, postoji dodatni izvor energije koji Zemlja posjeduje koji je vjerovatno doprinio životnom podrijetlu, a koji možda nije bio tako spektakularan na Veneri ili Marsu.

Plimni bazeni, poput onih prikazanih ovdje iz Wisconsina, javljaju se na granici kopna i velikih vodnih tijela poput jezera, mora ili oceana. Bazen s pravim uvjetima i molekulama prekursora jedan je od kandidata za život na Zemlji. (GOODFREEPHOTOS_COM / PIXABAY)

Taj posljednji faktor je toplinska aktivnost iz unutrašnjosti planeta. Na dnu oceana hidrotermalni otvori su geološka žarišta, koja su izvrsna mjesta za dobivanje života. I danas su dom organizmima poznatim kao ekstremofili: bakterijama i drugim oblicima života koji mogu izdržati temperature koje obično prekidaju molekularne veze povezane s životnim procesima.

Ovi otvori sadrže ogromne gradijente energije, kao i kemijske gradijente, gdje se izrazito alkalna odvodna voda miješa s kiselom, ugljičnom kiselinom bogatom oceanskom vodom. Konačno, ti otvori sadrže i natrijeve i kalijeve ione, kao i kalcijeve karbonatne strukture koje bi mogle poslužiti kao predložak za prve stanice. Činjenica da život postoji u okruženjima poput ovog upućuje na svjetove poput Europe ili Enceladusa kao potencijalnih domova za život drugdje u Sunčevom sustavu.

Duboko pod morem, oko hidrotermalnih otvora, do kojih ne stiže sunčevo svjetlo, na zemlji i dalje uspijeva život. Kako stvoriti život iz neživota jedno je od velikih otvorenih pitanja u današnjoj znanosti. Ako život može postojati ovdje, na dnu Zemljinih okeana, možda postoji šansa za život i u dubokim podzemnim oceanima Europe ili Enceladusa. (PROGRAM VENTILA ZA NOAA / PMEL)

Ali možda je najvjerojatnije mjesto na kojem će život započeti na Zemlji najbolje od svih svjetova: hidrotermalna polja. Vulkanska aktivnost ne odvija se samo ispod oceana, nego i na kopnu. Ispod područja slatke vode, ta vulkansko aktivna područja pružaju dodatni izvor topline i energije koji može stabilizirati temperature i osigurati gradijent energije. Sve vrijeme, ova mjesta još uvijek omogućuju cikluse isparavanja / koncentracije, pružaju ograničeno okruženje koje omogućava akumuliranje pravih sastojaka i omogućavaju izlaganje suncu / noćnom ciklusu.

Na Zemlji možemo biti sigurni da su plimni bazeni, hidrotermalni otvori i hidrotermalna polja svi bili uobičajeni. Iako su molekule prethodnice sigurno poticale izvan Zemlje, vjerojatno se ovdje na našem planetu spontano dogodila transformacija neživota u život.

Ovaj zračni pogled na Grand Prismatic Spring u Nacionalnom parku Yellowstone jedno je od najistaknutijih hidrotermalnih obilježja na kopnu na svijetu. Boje nastaju zbog različitih organizama koji žive u ovim ekstremnim uvjetima, a ovise o količini sunčeve svjetlosti koja dopire do različitih dijelova izvora. Hidrotermalna polja poput ovoga neke su od najboljih kandidatnih lokacija za život nastao na Zemlji. (JIM PEACO, USLUGA Nacionalnih parkova)

Vremenom se Zemlja uvelike promijenila, kao i živi organizmi na našem planetu. Ne znamo je li život nastao jednom, više puta ili na različitim lokacijama. Ono što znamo, međutim, je da ako rekonstruiramo evolucijsko stablo svakog postojećeg organizma pronađenog na Zemlji danas, svi će dijeliti istog pretka.

Proučavajući genome postojećih organizama koji se danas nalaze u našem svijetu, biolozi mogu rekonstruirati vremenski raspon onoga što je poznato kao LUCA: Posljednji univerzalni zajednički predak života na Zemlji. Do vremena kada je Zemlja bila mlađa od milijardu godina, život je već imao mogućnost prepisivanja i prenošenja informacija između DNK, RNK i proteina, a ovi mehanizmi danas postoje u svim organizmima. Je li život nastao više puta nije poznato, ali općenito je prihvaćeno da život kakav danas poznajemo potječe iz jedne populacije.

Skeniranje slike elektronskim mikroskopom na subcelijskoj razini. Iako je DNK nevjerojatno složena, duga molekula, građena je od istih građevnih blokova (atoma) kao i sve ostalo. Koliko nam je poznato, struktura DNK na kojoj se temelji život možda je čak i prije fosilnih zapisa. (SLIKA JAVNE DOMENE DR. ERSKINE PALMER, USCDCP)

Unatoč činjenici da geološki procesi često mogu zamračiti fosilne zapise nakon nekoliko stotina milijuna godina, podrijetlo života smo izuzetno daleko mogli pronaći. Mikrobni fosili pronađeni su u pješčenjaku koji datiraju prije 3,5 milijardi godina. Grafit, pronađen deponiran u metamorfoziranoj sedimentnoj stijeni, ima biogeno porijeklo i datira prije 3,8 milijardi godina.

Trilobiti fosilizirani u vapnencu, iz Field Field-a u Chicagu. Svi postojeći i fosilizirani organizmi mogu datirati svoje potomstvo do univerzalnog zajedničkog pretka koji je živio prije oko 3,5 milijardi godina. (JAMES ST. JOHN / FLICKR)

U još ranijim, ekstremnijim vremenima, čini se da taloženje određenih kristala u stijenama potječe iz bioloških procesa, što sugerira da je Zemlja bila životom već 4,3 do 4,4 milijarde godina prije: 100–200 milijuna godina nakon Zemlje i Mjesec je nastao. Koliko znamo, život na Zemlji postoji gotovo onoliko dugo koliko i sama Zemlja.

Naslage grafita pronađene u cirkonu, neke od najstarijih dokaza o životu na Zemlji temeljenom na ugljiku. Ta ležišta i omjeri ugljik-12 koji pokazuju u uključenjima datiraju život na Zemlji prije više od 4 milijarde godina. (E A BELL ET AL, PROC. NATL. ACAD. SCI. USA, 2015)

U nekom trenutku na našem planetu, u vrlo ranim fazama, molekule kojih je u izobilju i prekursori života, pod pravim energetskim i kemijskim uvjetima, počeli su istovremeno metabolizirati energiju, reagirati na okoliš, rasti, prilagođavati se, razvijati se i razmnožavati , Čak i ako bi nam to danas bilo neprepoznatljivo, to označava porijeklo života. U radikalno neprekinutom nizu biološkog uspjeha, naš planet je od tada živ svijet.

Hadeanski dijamanti ugrađeni u cirkon / kvarc. Najstarije naslage možete pronaći na ploči d, koja ukazuju na starost od 4,26 milijardi godina ili gotovo starost same Zemlje. (M. MENNEKEN, A. A. NEMCHIN, T. GEISLER, R. T. PIDGEON & S. A. WILDE, NATURE 448 7156 (2007))

Iako su Venera i Mars možda imali slične šanse, radikalne promjene u atmosferi Venere učinile su je uzbudljivim svijetlećim svijetom nakon samo 200–300 milijuna godina, dok je smrt Marsovskog magnetskog polja oduzela atmosferu, čineći je čvrstom i smrznuti. Iako udari asteroida mogu poslati život sa Zemlje izvan svijeta, kroz Sunčev sustav i galaksiju, svi dokazi govore da smo tamo gdje je i započeo.

Do 9,4 milijarde godina nakon Velikog praska, Zemlja je bila puna života. Nikad se nismo osvrnuli.

Daljnje čitanje o tome kako je izgledao Svemir kada:

  • Kako je bilo kada se svemir napuhavao?
  • Kako je bilo kad je prvi puk počeo?
  • Kako je bilo kad je svemir bio u najtoplijem trenutku?
  • Kako je bilo kad je svemir stvorio više materije nego antimaterije?
  • Kako je bilo kad je Higgs dao misu Svemiru?
  • Kako je bilo kad smo prvi put pravili protone i neutrone?
  • Kako je bilo kad smo izgubili posljednju antimateriju?
  • Kako je bilo kad je Svemir napravio svoje prve elemente?
  • Kako je bilo kad je Svemir prvi put stvorio atome?
  • Kako je bilo kad u Svemiru nije bilo zvijezda?
  • Kako je bilo kad su prve zvijezde počele osvjetljavati Svemir?
  • Kako je bilo kad su umrle prve zvijezde?
  • Kako je bilo kad je Svemir napravio drugu zvijezdu?
  • Kako je bilo kad je Svemir napravio prve galaksije?
  • Kako je bilo kad je zvijezda prvi put probila neutralne atome svemira?
  • Kako je bilo kad su se formirale prve supermasivne crne rupe?
  • Kako je bilo kad je život u Svemiru prvi put postao moguć?
  • Kako je bilo kad su galaksije tvorile najveći broj zvijezda?
  • Kako je bilo kad su se formirali prvi planeti nastanjeni?
  • Kako je bilo kad se kozmička mreža poprimila u obliku?
  • Kako je bilo kada je Mliječni put poprimio oblik?
  • Kako je bilo kad je tamna energija prvi put preuzela svemir?
  • Kako je bilo kad se prvi stvorio naš Sunčev sustav?
  • Kakav je to bio oblik planete Zemlje?

Starts With A Bang je sada na Forbesu, a objavljen je na Mediumu zahvaljujući našim pristalicama Patreona. Ethan je autor dvije knjige, Beyond The Galaxy i Treknology: The Science of Star Trek od Tricorders do Warp Drive-a.