FRÜHE ERDE: BEDINGUNGEN UND BEGINN DES LEBENS - BIOLOGIE - 2025

Die primitive Erde ist ein Begriff, der verwendet wird, um sich auf das zu beziehen, was unser Planet während seiner ersten 1000 Millionen Jahre seines Bestehens war. Diese Spanne umfasst das Hadic Aeon (4.600–4.000 mA) und das Eoarchic Era (4.000–3.600 Ma) des Archaic Aeon (4.000–2.500 Ma). In der Geologie bedeutet die Abkürzung Ma (aus dem Lateinischen Mega Annum) Millionen von Jahren vor der Gegenwart.

Die hadonischen, archaischen und proterozoischen Äonen (2500–542 Ma) bilden das Präkambrium und beziehen sich auf Gesteine, die vor der Kambriumzeit gebildet wurden. Die Unterteilungen des Präkambriums sind keine formalen stratigraphischen Einheiten und werden rein chronometrisch definiert.

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Bildung der primitiven Erde

Die am weitesten verbreitete Erklärung für den Ursprung des Universums ist die Urknalltheorie, nach der sich das Universum von einem Anfangsvolumen gleich Null (alle Materie in einem Augenblick an einem Ort konzentriert, was als "Singularität" bezeichnet wird) zu erweitert hat vor 13,7 Milliarden Jahren ein riesiges Volumen erreicht.

Das Universum war bereits fast 9 Milliarden Jahre alt, als sich vor 4,567 Millionen Jahren unser Sonnensystem und die frühe Erde bildeten. Diese sehr genaue Schätzung basiert auf der radiometrischen Datierung von Meteoriten aus dem Sonnensystem.

Die Sonne wurde durch den Zusammenbruch einer Gasregion des interstellaren Mediums gebildet. Die Kompression von Materie ist die Ursache für ihre hohen Temperaturen. Die rotierende Scheibe aus Gas und Staub bildete einen primitiven Solarnebel, aus dem die Komponenten des Sonnensystems stammen.

Die Bildung der frühen Erde kann durch das "Standardmodell der Planetenbildung" erklärt werden.

Kosmischer Staub sammelt sich durch einen Prozess von Akkretionskollisionen an, zuerst zwischen kleinen Himmelskörpern, dann zwischen embryonalen Planeten mit einem Durchmesser von bis zu 4.000 Kilometern und schließlich zwischen einer kleinen Anzahl großer Planetenkörper.

Bedingungen der primitiven Erde

Während ihrer langen Geschichte hat die frühe Erde enorme Veränderungen ihrer Umweltbedingungen erfahren.

Die Ausgangsbedingungen, die als höllisch eingestuft wurden, waren allen Lebensformen absolut feindlich gesinnt. Die Temperaturen, die alle terrestrischen Materialien zu einem Teil eines Magma-Meeres machten, die Bombardierung durch Meteoriten, Asteroiden und kleine Planeten und das Vorhandensein tödlicher ionisierter Partikel, die vom Sonnenwind gebracht wurden, sind bemerkenswert.

Anschließend kühlte sich die primitive Erde ab und ermöglichte das Auftreten der Erdkruste, des flüssigen Wassers, der Atmosphäre und der physikalisch-chemischen Bedingungen, die für das Auftreten der ersten organischen Moleküle und schließlich für die Entstehung und Erhaltung des Lebens günstig waren.

Hadic Aeon

Das Wissen über das Hadic Aeon stammt aus der Analyse einer kleinen Anzahl terrestrischer Gesteinsproben (gebildet zwischen 4.031 und 4.0 Ma), ergänzt durch Schlussfolgerungen, die auf der Untersuchung von Meteoriten und anderen Himmelsmaterialien beruhen.

Kurz nach der Entstehung der Erde, bereits im Hadic Aeon, ereignete sich eine letzte große Kollision mit einem Himmelskörper von der Größe des Mars. Die Energie des Aufpralls schmolz oder verdampfte einen Großteil der Erde.

Die Koaleszenz durch Abkühlen und Ansammlung von Dampf bildete den Mond. Das geschmolzene Material, das auf der Erde verblieb, bildete einen Ozean aus Magma.

Der Kern der Erde, der aus flüssigem Metall besteht, kommt aus der Tiefe des Magma-Ozeans. Das Quarzglas, aus dem die Erdkruste entstand, bildete die obere Schicht dieses Ozeans. Die große Dynamik dieser Phase führte zur Differenzierung des Kerns, des Mantels, der Erdkruste, eines Protoceanos und einer Atmosphäre.

Zwischen 4.568 und 4,4 Ma war die Erde lebensfeindlich. Es gab keine Kontinente oder flüssiges Wasser, es gab nur einen Ozean aus Magma, der intensiv von Meteoriten bombardiert wurde. In dieser Zeit begannen sich jedoch die für die Entstehung des Lebens notwendigen chemischen Umweltbedingungen zu entwickeln.

Es war eoarchisch

Es wird allgemein angenommen, dass das Leben irgendwann im Übergang zwischen dem Hadic Aeon und dem Eoarchic Era entstanden ist, obwohl keine Mikrofossilien bekannt sind, die dies beweisen.

Die eoarchische Ära war eine Zeit der Bildung und Zerstörung der Erdkruste. Die älteste bekannte Felsformation in Grönland entstand vor 3,8 Milliarden Jahren. Vaalbará, der erste Superkontinent der Erde, wurde vor 3,6 Milliarden Jahren gegründet.

Während der Eoarchischen Ära, zwischen 3.950 und 3.870 Ma, wurden Erde und Mond extrem intensiv mit Meteoriten bombardiert, die eine 400 Millionen Jahre dauernde Ruhephase beendeten. Die Mondkrater (etwa 1.700 mit einem Durchmesser von mehr als 20 km; 15 mit einem Durchmesser von 300 bis 1200 km) sind das sichtbarste Ergebnis dieses Bombardements.

Auf der Erde zerstörte dieses Bombardement den größten Teil der Erdkruste und ließ die Ozeane kochen, wobei alles Leben getötet wurde, außer wahrscheinlich bestimmten Bakterien, wahrscheinlich Extremophilen, die an hohe Temperaturen angepasst waren. Das irdische Leben war vom Aussterben bedroht.

Präbiotische Prozesse

Im zweiten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts schlug der russische Biochemiker Aleksandr Oparin vor, dass das Leben in einer Umgebung wie der der primitiven Erde durch einen Prozess der chemischen Evolution entstanden sei, der zunächst zum Auftreten einfacher organischer Moleküle führte.

Die Atmosphäre wäre aus Gasen (Wasserdampf, Wasserstoff, Ammoniak, Methan) zusammengesetzt gewesen, die durch Einwirkung von UV-Licht in Radikale dissoziiert wären.

Die Rekombination dieser Radikale hätte einen Schauer organischer Verbindungen erzeugt und eine Urbrühe gebildet, in der chemische Reaktionen Moleküle hervorgebracht hätten, die sich replizieren könnten.

1957 demonstrierten Stanley Miller und Harold Urey mit einem Gerät, das heißes Wasser und das Oparin-Gasgemisch enthielt, das elektrischen Funken ausgesetzt war, dass eine chemische Entwicklung hätte stattfinden können.

Dieses Experiment ergab einfache Verbindungen, die in Lebewesen vorhanden sind, einschließlich Nukleinsäurebasen, Aminosäuren und Zucker.

Im nächsten Schritt der chemischen Evolution, der ebenfalls experimentell nachgebildet wurde, hätten sich die vorherigen Verbindungen zu Polymeren zusammengeschlossen, die sich zu Protobionten aggregiert hätten. Diese können sich nicht replizieren, haben jedoch semipermeable und erregbare Membranen wie die lebender Zellen.

Ursprung des Lebens

Protobionten hätten sich in Lebewesen verwandelt, indem sie die Fähigkeit zur Fortpflanzung erworben und ihre genetischen Informationen an die nächste Generation weitergegeben hätten.

Im Labor können kurze RNA-Polymere chemisch synthetisiert werden. Unter den in den Protobionten vorhandenen Polymeren muss sich RNA befunden haben.

Als sich das Magma verfestigte und die Bildung der Kruste der primitiven Erde einleitete, erzeugten die erosiven Prozesse der Gesteine ​​Ton. Dieses Mineral kann kurze RNA-Polymere auf seinen hydratisierten Oberflächen adsorbieren und als Vorlage für die Bildung größerer RNA-Moleküle dienen.

Im Labor wurde auch gezeigt, dass kurze RNA-Polymere als Enzyme fungieren und ihre eigene Replikation katalysieren können. Dies zeigt, dass sich die RNA-Moleküle in den Protobionten repliziert haben könnten, die schließlich Zellen bilden, ohne dass Enzyme benötigt werden.

Die zufälligen Veränderungen (Mutationen) in den RNA-Molekülen der Protobionten hätten Variationen erzeugt, auf die die natürliche Selektion hätte wirken können. Dies wäre der Beginn des Evolutionsprozesses gewesen, der alle Formen des Lebens auf der Erde hervorgebracht hat, von Prokaryoten bis zu Pflanzen und Wirbeltieren.

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