Абіогенез

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Абіогене́з (грецьк. а — від'ємна частина + біос — життя + генезис — народження, походження) або неофіційно виникнення життя — природний процес перетворення неживої матерії в живу. У наш геологічний час абіогенез неможливий через відсутність фізико-хімічних його передумов та неминучого знищення виникаючих форм сучасними живими організмами.

Іншими словами, абіогенез — це утворення органічних сполук, характерних для живої природи, поза організмів і без участі ферментів, в результаті хімічних реакцій між неорганічними речовинами (в звичних умовах або екстремальних ситуаціях, наприклад, в жерлах вулканів тощо). В ході такої взаємодії можуть виникати складні органічні сполуки, часом дуже токсичні (див. Біогенез).

Ранні геофізичні умови на Землі[ред. | ред. код]

Вважають, що Земля Гадейського періоду мала вторинну атмосферу[en], утворену завдяки процесу виділення газів[en] із гірських порід, що накопичилися від планетизмальних уламків, що зіштовхувалися. Спочатку вважали, що Земна атмосфера складалася із сполук водню: метану, аміаку і водяної пари—і що перше життя почалося серед цих умов із проходженням окисно-відновних реакцій, які є сприятливими для утворення органічних молекул. Відповідно до більш пізніх моделей, по вивченню давніх мінералів, атмосфера пізнього Гадейського періоду складалася переважно із водяної пари, азоту і діоксиду вуглецю, із невеликою кількістю сполук монооксиду вуглецю, водня, і сірки.[1] Під час періоду формування, Земля втратила значну частину своєї початкової маси, і ядра важчих елементів гірських порід залишилися у протопланетному диску.[2] Як наслідок, Як наслідок, гравітації Землі було недостатньо аби втримати молекулярний водень у атмосфері, і вона його швидко втратила під час Гадейського періоду, разом із значним обсягом початкових інертних газів. Розчин діоксиду вуглецю у воді, як вважають, був причиною того, що моря були злегка окисненими, так що їх рівень pH був близьким до 5.5. Атмосферу того часу можна було характеризувати як "гігантську, продуктивну вуличну хімічну лабораторію."[3] Вона могла бути подібною до суміші газів, які випускають із себе сучасні вулкани, яка досі містить деякі абіотичні хімічні речовини.[3]

Океани могли з'явитися вперше у Гадейському іоні, за сотню мільйонів років (200 Ma) після утворення Землі, у гарячому 100 °C (212 °F) відновлюючому середовищі, і з рівнем pH близьким до 5.8, що зріс швидко до нейтрального.[4] Цю теорію підтверджує аналіз кристалів циркону віком в 4.404 Ga із видозміненого кварциту з гір Наррієр[en] що в західній Австралії у Джек-Хіллз[en] в Пілбара[en], які є доказом того, що океані і континентальна кора існували приблизно в 150 Ma від формування Землі. [5] Не зважаючи на зростаючу вулканічну активність і існування великої кількості менших за розміром тектонічних "плит," запропоновано теорію, що в період між 4.4 і 4.3 Ga (мільярдів років), Вода вже була водяним світом, із невеликою кількістю, якщо така існувала, континентальної кори, і екстремально турбулентною атмосферою та гідросферою, які піддавалися інтенсивній дії ультрафіолетового (UV) світла, від Сонця що перебувало у стадії T Тельця, космічного випромінення і безперервного падіння болідів.[6]

Навколишнє середовище Гадейського періоду ймовірно було б дуже ворожим для сучасного життя. Часте зіткнення із великим об'єктами, розмір яких сягав 500 км в діаметрі, були достатніми аби стерілізувати планету і повністю випарувати океан на декілька місяців після удару, так що гаряча пара перемішувалася із парою гірських порід здіймалася у висотні хмари, які могли повністю покрити планету. Після декількох місяців, висота цих хмар могла починати зменшуватися, але основна частина хмар могла б залишатися і летючому стані на наступну тисячу років. Після чого сягнувши малої висоти вона б починала випадати дощем. В період наступних двох тисяч років, дощ поступово б зменшив висоту хмар, при чому океани б повернули свою початкову глибину лише через 3000 років після такої колізії.[7]

Найбільш ранні біологічні докази існування життя[ред. | ред. код]

Найчастіше загальноприйнятим місцем знаходження кореня у дереві життя є між монофілетичним доменом Бактерії і кладою утвореною Археєю і Еукаріотою, і це дерево називають "традиційним деревом життя", що базується на ряді молекулярних досліджень починаючи із C. Woese.[8] Дуже невелика кількість інших досліджень мають інші висновки, зокрема що корінь знаходиться у Домені Бактерії, або у філумі Firmicutes[9] або, що філум Chloroflexi є базовим по відношенню до клайда Археї+Еукаріоти і для решти Бактерій, як це запропонував Томас Кавальєр-Сміт[en].[10] Більш недавно Петер Вард висловив альтернативний погляд, який оснований на абіотичному синтезі РНК, яка перебуває замкнута у капсулі, а потім створює реплікації РНК рибозим. Запропоновано припущення, що потім це перебуває у біфуркації між Dominion Ribosa (Гіпотеза світу РНК) і Dominion Terroa, які після утворення великої клітини у ліпідній оболонці, утворюють ДНК із 20 амінокислот і триплетних кодів, який установлений як такий, що є останнім універсальним спільним предком або LUCA, первісного дерева філогенезу.[11]

Докембрійські строматоліти в Формуваннях Сієх, Льодовиковий національний парк в США. В 2002, в статті наукового журналу Nature опублікували припущення, що ці геологічні утворення віком в 3,5 Ga (мільярдів років) містять скам'янілі рештки мікроорганізмів ціанобактерій. Припускають, що це є свідченням про одну із найдавніших форм життя на Землі.

Самі ранні форми життя існували на Землі більш ніж 3,5 мільярдів років тому,[12][13][14] в Еоархейську Еру, тоді як достатня кількість земної кори затверділа після розплавленого стану у Гадейському періоді. Найдавніші фізичні докази тому, які було знайдено досить недавно, складаються із мікроскопічних скам'янілих залишків[en] у Поясі Нювувагіттук Грінстоун[en] в північному Квебеку, у складі гірської породи "смугастого заліза[en]", що має вік щонайменше 3,77 мільярди років, або навіть можливо 4,28 мільярди років.[15][16] Ці знахідки дозволили припустити, що утворення життя відбулося майже миттєво після утворення океанів. Як було відмічено, структура мікробів є дуже подібною до сучасних бактерій, які знаходяться біля гідротермальних джерел, що приводять на підтримку гіпотези, що абіогенез почався біля термальних джерел.[17][15]

Також варто відмітити біогенний графіт, знайдений у метадосадових породах віком в 3,7 мільярди років, що знаходяться на південному заході від Ґренландії [18] і скам'янілі ціанобактеріальні мати знайдені у пісковику віком в 3,48 мільярди років у Західній Австралії. [19][20] Свідчення про раннє життя у породі з острова Акілія, що біля пояса Ісуа Грінстоун[en] в південно-західній Ґренландії, як показав аналіз ізотопів біогенного вуглецю, має вік у 3,7 мільярдів років.[21][22] В інших частинах пояса Ісуа, графітові включення, що потрапили в кристали граната зв'язані із елементами типовими для життя: киснем, азотом, і ймовірно фосфором у формі фосфату, що є ще одним доказом існування життя 3,7 мільярди років тому.[23] У басейні Стреллі, в регіоні Пілбара[en] Західної Австралії, переконливі свідчення раннього життя були знайдені у піритовому пісковику у скам'янілих породах побережжя, в якому присутні округлі трубчасті клітини, які окиснювали сульфур за допомогою фотосинтезу за відсутності кисню.[24][25][26] Подальші дослідження цирконів із Західної Австралії в 2015 призвели до висновку, що життя на Землі існувало що найменш 4,1 мільярди років тому. [27][28][29]

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Kasting, James F. (12 February 1993). Earth's Early Atmosphere. Science 259 (5097): 920–926. PMID 11536547. doi:10.1126/science.11536547. Архів оригіналу за 10 October 2015. Процитовано 2015-07-28.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка)
  2. Fesenkov, 1959, с. 9
  3. а б Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок Follmann2009 не вказаний текст
  4. Morse, John W.; MacKenzie, Fred T. (1998). Hadean Ocean Carbonate Geochemistry. Aquatic Geochemistry 4 (3–4): 301–319. doi:10.1023/A:1009632230875. 
  5. Wilde, Simon A.; Valley, John W.; Peck, William H.; Graham, Colin M. (11 January 2001). Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago. Nature 409 (6817): 175–178. PMID 11196637. doi:10.1038/35051550. Архів оригіналу за 5 June 2015. Процитовано 2015-06-03.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка)
  6. Rosing, Minik T.; Bird, Dennis K.; Sleep, Norman H. та ін. (22 March 2006). The rise of continents – An essay on the geologic consequences of photosynthesis (PDF). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 232 (2–4): 99–113. doi:10.1016/j.palaeo.2006.01.007. Архів оригіналу за 14 July 2015. Процитовано 2015-06-08.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка)
  7. Sleep, Norman H.; Zahnle, Kevin J.; Kasting, James F. та ін. (9 November 1989). Annihilation of ecosystems by large asteroid impacts on early Earth (PDF). Nature 342 (6246): 139–142. Bibcode:1989Natur.342..139S. PMID 11536616. doi:10.1038/342139a0. 
  8. Boone, David R.; Castenholz, Richard W.; Garrity, George M., ред. (2001). The Archaea and the Deeply Branching and Phototrophic Bacteria. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. Springer. ISBN 978-0-387-21609-6. Архів оригіналу за 25 December 2014.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка)[сторінка?]
  9. The origin of a derived superkingdom: how a gram-positive bacterium crossed the desert to become an archaeon. Biology Direct 6: 16. 2011. PMC 3056875. PMID 21356104. doi:10.1186/1745-6150-6-16.  Проігноровано невідомий параметр |vauthors= (довідка)
  10. Cavalier-Smith T (2006). Rooting the tree of life by transition analyses. Biology Direct 1: 19. PMC 1586193. PMID 16834776. doi:10.1186/1745-6150-1-19. 
  11. Ward, Peter Douglas (2005). Life as We Do Not Know it: The NASA Search for (and Synthesis Of) Alien Life. Viking Books. ISBN 9780670034581. 
  12. Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок Origin1 не вказаний текст
  13. Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок Origin2 не вказаний текст
  14. Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок RavenJohnson2002 не вказаний текст
  15. а б Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок NAT-20170301 не вказаний текст
  16. Mortillaro, Nicole (1 March 2017). Oldest traces of life on Earth found in Quebec, dating back roughly 3.8 billion years. CBC News. Архів оригіналу за 1 March 2017. Процитовано 2 March 2017.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка)
  17. Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок 4.3b oldest не вказаний текст
  18. Ohtomo, Yoko; Kakegawa, Takeshi; Ishida, Akizumi та ін. (January 2014). Evidence for biogenic graphite in early Archaean Isua metasedimentary rocks. Nature Geoscience 7 (1): 25–28. Bibcode:2014NatGe...7...25O. doi:10.1038/ngeo2025. 
  19. Borenstein, Seth (13 November 2013). Oldest fossil found: Meet your microbial mom. Excite (Yonkers, NY: Mindspark Interactive Network). Associated Press. Архів оригіналу за 29 June 2015. Процитовано 2015-06-02.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка)
  20. Noffke, Nora; Christian, Daniel; Wacey, David; Hazen, Robert M. (16 November 2013). Microbially Induced Sedimentary Structures Recording an Ancient Ecosystem in the ca. 3.48 Billion-Year-Old Dresser Formation, Pilbara, Western Australia. Astrobiology 13 (12): 1103–1124. Bibcode:2013AsBio..13.1103N. PMC 3870916. PMID 24205812. doi:10.1089/ast.2013.1030. 
  21. Wade, Nicholas (31 August 2016). World's Oldest Fossils Found in Greenland. The New York Times. Архів оригіналу за 31 August 2016. Процитовано 31 August 2016.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка)
  22. Davies, 1999
  23. Hassenkam, T.; Andersson, M.P.; Dalby, K.N.; Mackenzie, D.M.A.; Rosing, M.T. (2017). Elements of Eoarchean life trapped in mineral inclusions. Nature 548 (7665): 78–81. Bibcode:2017Natur.548...78H. PMID 28738409. doi:10.1038/nature23261. 
  24. Pearlman, Jonathan (13 November 2013). Oldest signs of life on Earth found. The Daily Telegraph (London). Архів оригіналу за 16 December 2014. Процитовано 2014-12-15.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка)
  25. O'Donoghue, James (21 August 2011). Oldest reliable fossils show early life was a beach. New Scientist. Архів оригіналу за 30 June 2015.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка)
  26. Wacey, David; Kilburn, Matt R.; Saunders, Martin та ін. (October 2011). Microfossils of sulphur-metabolizing cells in 3.4-billion-year-old rocks of Western Australia. Nature Geoscience 4 (10): 698–702. Bibcode:2011NatGe...4..698W. doi:10.1038/ngeo1238. 
  27. Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок AP-20151019 не вказаний текст
  28. Bell, Elizabeth A.; Boehnike, Patrick; Harrison, T. Mark та ін. (19 October 2015). Potentially biogenic carbon preserved in a 4.1 billion-year-old zircon. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 112 (47): 14518–14521. Bibcode:2015PNAS..11214518B. PMC 4664351. PMID 26483481. doi:10.1073/pnas.1517557112.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка) Early edition, published online before print.
  29. Wolpert, Stuart (19 October 2015). Life on Earth likely started at least 4.1 billion years ago – much earlier than scientists had thought. ULCA. Архів оригіналу за 20 October 2015. Процитовано 20 October 2015.  Проігноровано невідомий параметр |df= (довідка)

Джерела[ред. | ред. код]

Посилання[ред. | ред. код]