Когда земля возникла: Как появилась Земля? — все самое интересное на ПостНауке

Содержание

Происхождение всего: почему на Земле появилась жизнь

Как все везде появилось: звезды и галактики, атмосфера Земли, океаны, клетка и, наконец, человеческие цивилизации. Сочетая юмор и научную канву, автор проводит читателей сквозь пространство и время — почти 14 млрд лет, — показывая при этом связи между теориями, помогающие понимать такие темы, как физика частиц, тектоника плит и фотосинтез. Все это — о книге Дэвида Берковичи «Происхождение всего», переведенной издательством «Альпина нон-фикшн». Indicator.Ru публикует отрывок из этой книги.

В отличие от других планет Солнечной системы на Земле образовался умеренный климат, поэтому на ней сохранялась вода в жидком состоянии, а следовательно, и жизнь, по крайней мере такие ее формы, которые нам известны. Первыми живыми организмами, появившимися на Земле, были микроорганизмы, и произошло это за несколько миллиардов лет до того момента, с которого мы, люди, считаем планету пригодной для жизни, не говоря уже гостеприимной. Но даже в наши дни мы нашли на планете микробную жизнь, обитающую в самых неблагоприятных природных условиях — в средах, где температура превышает 100°C, или в кислотных кратерных озерах. Поэтому определение «пригодности для жизни» имеет довольно широкий диапазон. Мы можем обнаружить микробную жизнь, существующую или существовавшую когда-то на других планетах, условия на которых не хуже самых плохих условий на Земле.

Вода исключительно важна для жизни, поэтому список потенциально пригодных для жизни планет включает в себя Марс и ледяные спутники Юпитера и Сатурна (Европу и Энцелад соответственно), на которых точно есть вода в жидком состоянии. Как бы то ни было, мы точно знаем, что на нашей планете выработался особенно стабильный и мягкий климат, давший жизни достаточно времени, чтобы она могла стать сложной и многоклеточной. Разговор об условиях, необходимых для существования жизни на планете, нужно начать с классического понятия «зоны возможной жизни». Эта зона, по сути, является диапазоном орбит в любой планетной системе, где условия на поверхности находящихся в ней планет позволяют существовать воде в жидком состоянии.

Другими словами, планета должна быть не так далеко от звезды, чтобы вся вода замерзла (как, вероятно, произошло на Марсе, хотя это становится все более сомнительным), но и не так близко, чтобы вся вода испарилась (как на Венере). Это понятие до сих пор используется астрономами, обнаруживающими планеты в других планетных системах, так как основными характеристиками, которые они устанавливают, по крайней мере пока, являются расстояние от планеты до звезды и (иногда) масса и / или размер планеты.

Урок 51. эволюция планеты земля — Естествознание — 10 класс

Эволюция планеты Земля

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Сегодня большинство учёных поддерживают гипотезу образования планеты из межзвездного пылевидного вещества с включениями и кусками различных небесных тел. Процессы появления Земли описал российский ученый О. Ю. Шмидт (1891-1956 г.г.).

Согласно данной гипотезе, 4,6 миллиардов лет назад вокруг молодого Солнца возникли сгустки и скопления вещества, увеличивающиеся из-за притяжения дополнительного «строительного материала» силой гравитации. Этот процесс напоминал метеоритный дождь.

Земля сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад, температура в период зарождения Земли была столь высока, что поверхность планеты была схожа с расплавленным океаном. Однако вследствие того, что радиоактивность, поддерживавшая на планете высокую температуру, постепенно снижалась, Земля начала остывать.

4 миллиарда 400 миллионов лет на Землю метеориты еще продолжали падать на Землю, но, так как ядро Земли постепенно охлаждалось, большая часть земной поверхности трансформировалась в кору, состоящую, преимущественно, из вулканической породы. На данном этапе на поверхности Земли уже начала появляться вода.

В процессе охлаждения Земли, ее поверхность выделяла огромное количество углекислого газа, что обусловило и выделение водяного пара. Ряд исследователей полагает, что именно вследствие остывания Земли и выделения углекислого газа на Земле появилась вода.

Некоторые ученые полагают, что воду заносили астероиды и кометы, падающие на Землю. Найденные на современном этапе фрагменты метеоритов, из которых сформировалась Земля, на 5% состоят из воды. Гипотеза о привнесении на Землю воды из Космоса – одна из многих, сегодня не существует общепринятой точки зрения на процесс возникновения воды на планете. Вода полностью изменила облик планеты. Испаряясь над поверхностью Земли, водяной пар соединялся с углекислым газом, вследствие чего над планетой возник плотный облачный покров.

Это период первичной атмосферы Земли. Первичная атмосфера состояла из следующих химических соединений: водяного пара, аммиака, метана, водорода, диоксида углерода (углекислого газа), сероводорода, оксида углерода. Кислорода в первичной атмосфере не было.

В дальнейшем первичная атмосфера трансформировалась во вторичную. Это произошло вследствие выветривания, вулканической и солнечной активности, жизнедеятельности цианобактерий и водорослей.

Результатом трансформации первичной атмосферы стало разложение метана на водород и углекислый газ, аммиака – на водород и азот. В атмосфере Земли начали накапливаться углекислый газ и азот.

Дрейф континентов

Около 180 миллионов лет назад Пангея раскололась – изначально на два континента Лавразию и Гондвану, которые затем раскололись на континенты, существующие сегодня.

Рассмотрите процесс движения континентов.

Расставьте названия континентов в составе Пангеи.

Северная Америка

Южная Америка

Земля перестала сталкиваться с протопланетами 3,5 млрд лет назад — Наука

ТАСС, 10 ноября. В последний раз Земля сталкивалась с крупными протопланетами примерно 3,5 млрд лет назад. К такому выводу планетологи пришли, изучив структуру кратеров и толщину грунта в разных регионах Луны. Статью с результатами их исследования опубликовал научный журнал Nature Astronomy.

«Традиционно считается, что причиной массированной бомбардировки астероидами, кометами и протопланетными телами, которую пережили планеты Солнечной системы, были миграции планет-гигантов. Наши наблюдения указывают на то, что этот процесс начался неожиданно рано, практически сразу после формирования Земли и Луны, а не через 600 млн лет после ее возникновения», – пишут исследователи.

Ученые считают, что на первых этапах существования Земли и других планет Солнечной системы в них постоянно врезались протопланетные тела, астероиды и кометы. Этот период астрономы называют поздней тяжелой бомбардировкой, он начался примерно 4,1 млрд лет назад и закончился через 400 млн лет. Именно тогда возникли почти все известные науке крупные кратеры на Земле, Марсе, Меркурии и Луне.

В дальнейшем подобные столкновения практически прекратились и за последующие три миллиарда лет достаточно крупные небесные тела врезались в Землю лишь несколько раз. Следы этих катастроф сегодня изучают геологи и палеонтологи. Искать их очень сложно, потому что поверхность Земли непрерывно меняется из-за движения континентальных плит и выветривания.

Древнейшая история Луны

В ходе нового исследования китайские планетологи под руководством астронома из Технологического университета Гуйлина (Китай) Мингана Се узнала историю этой астероидной «бомбардировки». Для этого ученые исследовали структуру кратеров и свойства грунта в разных регионах Луны.

Астрономы объясняют, что поверхность спутника Земли застыла практически сразу после формирования. В первый миллион лет ее существования в недрах Луны прекратилась вся геологическая активность. Благодаря этому на ее поверхности сохранились все крупные кратеры, которые сформировались в далеком прошлом.

С другой стороны, следы падений относительно небольших астероидов постепенно стираются с поверхности Луны. Это происходит потому, что возникшие из-за них кратеры постепенно заполняет лунный грунт и обломки других небесных тел. Из-за этого ученые не могут точно сказать, ни когда закончилась поздняя тяжелая бомбардировка, ни когда она началась.

Се и его коллеги решили эту проблему. Они обратили внимание, что толщина грунта в разных регионах Луны должна сильно зависеть от размера небесных тел, которые туда падали. В частности, после того, как поздняя тяжелая бомбардировка завершилась, грунт на поверхности Луны должен был начать накапливаться и, в результате, повлиять на форму новых кратеров и характер того, как грунт их заполняет.

Руководствуясь этой идеей, ученые проанализировали данные, которые собрали астронавты миссий «Аполлон-11», «Аполлон-12», «Аполлон-15» и «Аполлон-17» и работавшие на Луне позже зонды, в том числе китайские марсоходы миссий «Чанъэ-3» и «Чанъэ-5».

Сопоставив толщину лунного грунта со структурой и возрастом кратеров в исследованных регионах, ученые пришли к выводу, что примерно 3,5 млрд лет назад характер «бомбардировки» поверхности Земли и Луны серьезно изменился. До этого на них падали крупные протопланетные тела, а после с Луной и Землей сталкивались исключительно небольшие астероиды.

По словам ученых, подобный резкий переход говорит о том, что поздняя тяжелая бомбардировка началась практически сразу после образования Луны и Земли, а не через 400-600 млн лет, как планетологи считали раньше. Это, в свою очередь, говорит о том, что Юпитер и другие планеты-гиганты начали мигрировать к окраинам Солнечной системы еще в процессе своего формирования, а не значительно позже.

Такой сценарий хорошо объясняет, почему на Луне почти нет крупных кратеров возрастом меньше 3,7 млрд лет. Вдобавок благодаря этому ученые могут избежать нереалистичных объяснений того, почему значений на первых этапах существования Луны протопланеты и крупные астероиды должны были падать на поверхность спутника очень часто, заключают китайские исследователи.

Как появилась жизнь на Земле: отвечает Стивен Хокинг

В марте 2018 года умер Стивен Хокинг, физик и великий популяризатор науки, так и не успев завершить свою последнюю книгу.

Его семья, коллеги и фонд Stephen Hawking Estate закончили её с помощью архива учёного. Книга «Краткие ответы на большие вопросы» вышла в издательстве «Бомбора», а мы публикуем отрывок, в котором Стивен Хокинг рассуждает о жизни во Вселенной.

Полезная рассылка «Мела» два раза в неделю: во вторник и пятницу

13,8 миллиарда лет назад, когда произошел Большой взрыв и родилась Вселенная, углерода не существовало. Тогда было так жарко, что всё вещество должно было существовать в виде частиц, которые мы называем протонами и нейтронами. Изначально протонов и нейтронов было поровну.

Однако по мере расширения Вселенная остывала. Примерно через минуту после Большого взрыва температура должна была упасть приблизительно до миллиарда градусов, что в сто раз выше температуры в недрах Солнца. При такой температуре нейтроны начинают распадаться, образуя больше протонов.

Если бы происходило только это, то всё вещество Вселенной в итоге оказалось бы состоящим из простого элемента — водорода, ядро которого содержит единственный протон. Однако некоторые нейтроны сталкивались с протонами, сливались и образовывали другой простейший элемент — гелий, ядро которого состоит из двух протонов и двух нейтронов. Но в молодой Вселенной не могли образовываться более тяжёлые элементы, типа углерода и кислорода.

Трудно представить, что какая-то живая структура может состоять только из водорода и гелия. В любом случае, молодая Вселенная всё равно оставалась ещё слишком горячей для того, чтобы атомы могли создавать молекулы.

Вселенная продолжала расширяться и остывать. Но в некоторых её участках плотность оказывалась несколько выше, чем в других, и в них гравитационное притяжение дополнительной материи замедляло расширение вплоть до полного прекращения этого процесса. Коллапс вещества стал приводить к образованию звёзд и галактик. Это началось примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва.

Некоторые из первых звёзд должны были быть массивнее нашего Солнца, температура их тоже была выше и способствовала превращению первоначальных гелия и водорода в более тяжёлые элементы, такие как углерод, кислород и железо. Это могло происходить в течение нескольких сотен миллионов лет. В результате некоторые звёзды взрывались, превращаясь в сверхновые, и рассеивали тяжёлые элементы в космическом пространстве, что стало сырьём для новых поколений звёзд.

Другие звёзды слишком далеки от нас, и мы не в состоянии непосредственно увидеть, есть ли у них планетные системы. Однако есть два способа, позволяющих обнаружить наличие планет у звёзд. Первый — следить за звездой и наблюдать, остаётся ли неизменным поток исходящего от неё света. Если планета оказывается между звездой и земным наблюдателем, то она слегка затмевает свет звезды. Если это происходит регулярно, значит, планета обращается на околозвёздной орбите. Второй способ — точное измерение положения звезды.

Если вокруг звезды обращается планета, она вызывает слабое колебание положения звезды. Если колебания происходят неоднократно и регулярно, можно сделать вывод, что у звезды есть как минимум одна планета

Эти способы впервые были применены около двадцати лет назад. К настоящему времени благодаря им у далеких звёзд обнаружено несколько тысяч планет. По некоторым расчётам, в среднем каждая пятая звезда обладает планетой, похожей на Землю, которая находится от звезды на расстоянии, приемлемом для существования жизни в том виде, как мы её знаем.

Наша Солнечная система образовалась примерно 4,5 миллиарда лет назад, или чуть меньше девяти миллиардов лет после Большого взрыва, из газа, содержащего остатки ранних звёзд. Земля сформировалась преимущественно из тяжёлых элементов, в том числе из углерода и кислорода. Каким-то образом отдельные атомы смогли объединиться в виде молекул ДНК. Это та самая знаменитая двойная спираль, обнаруженная в 1950-е годы Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета.

Две цепочки спирали связываются парой нуклеотидов. Известны четыре нуклеатида: аденин, цитозин, гуанин и тимин. Аденин в одной цепочке всегда связывается с тимином в другой, а гуанин — с цитозином. Таким образом, последовательность нуклеотидов в одной цепочке определяет уникальную комплементарную последовательность в другой. Две цепочки могут отдаляться, и каждая действует как образец для создания последующих цепочек.

Молекулы ДНК способны воспроизводить генетическую информацию, закодированную в последовательности нуклеотидов. Части последовательности могут использоваться для производства протеинов и других химических соединений, которые способны нести инструкции, закодированные в последовательности, и собирать сырьё для ДНК для самовоспроизводства.

Как я уже говорил, мы не знаем, каким образом появились молекулы ДНК. Поскольку шансы возникновения молекул ДНК благодаря случайным комбинациям чрезвычайно малы, многие склонны предполагать, что жизнь на Земле появилась откуда-то извне, например, благодаря обломкам, оторвавшимся от Марса в тот период, когда планеты находились ещё в нестабильном состоянии, или что в Галактике летают семена жизни. Впрочем, маловероятно, что ДНК способна выжить, долгое время подвергаясь космической радиации.

Если зарождение жизни на конкретной планете очень и очень маловероятно, но всё же возможно, то для этого потребуется весьма длительное время. И ещё должно хватить времени на последующую эволюцию таких разумных существ, как мы с вами, прежде чем Солнце распухнет и поглотит Землю.

Временное окно, в которое это может произойти, определяется продолжительностью жизни Солнца, а она составляет около десяти миллиардов лет. За это время разумная форма жизни должна потенциально освоить космические путешествия, чтобы иметь возможность перебраться к другой звезде. Но если побег окажется невозможным, жизнь на Земле будет обречена.

Ископаемые останки свидетельствуют, что некоторые формы жизни появились на Земле примерно 3,5 миллиарда лет назад. Это произошло спустя всего 500 миллионов лет после того, как Земля стала стабильной и достаточно остыла, чтобы на ней могла формироваться жизнь. Но у Вселенной на формирование жизни было примерно семь миллиардов лет, следовало предусмотреть достаточный запас времени на то, чтобы появились такие существа, как мы, способные задаться вопросом о происхождении жизни.

Если вероятность образования жизни на конкретной планете чрезвычайно мала, почему это произошло на Земле примерно в 1/14 от доступного временного окна?

Раннее возникновение жизни на Земле предполагает, что существуют высокие шансы спонтанного зарождения жизни в подходящих условиях. Возможно, сначала были более простые формы организации, из которых образовалась ДНК. Появившаяся ДНК оказалась настолько успешной, что могла полностью вытеснить ранее существовавшие формы. Мы не знаем, каковы были эти формы, но одним из вариантов представляется РНК.

РНК похожа на ДНК, только гораздо проще и без двойной спиральной структуры. Короткие отрезки РНК могут самовоспроизводиться, как ДНК, и постепенно складываться в ДНК. Мы не в состоянии создать нуклеотиды, не говоря уж о РНК, в лабораторных условиях из неживого материала ейчас уже в лабораториях синтезируют и РНК, и ДНК — Прим. пер.). Но на протяжении 500 миллионов лет, когда океаны покрывали почти всю поверхность планеты, не исключена возможность того, что РНК возникла случайно.

По мере самовоспроизводства ДНК не исключена вероятность случайных ошибок, многие из которых оказывались вредными и вели к гибели видов. Некоторые оказывались нейтральными и никак не влияли на функционирование генов. А отдельные ошибки оказывались благотворными для выживания видов — и попадали в ряд дарвиновского естественного отбора.

Поначалу процесс биологической эволюции шёл очень медленно. Потребовалось 2,5 миллиарда лет для того, чтобы первые клетки эволюционировали до многоклеточных организмов. За последующий миллиард лет некоторые из них развились до рыб, а некоторые рыбы, в свою очередь, превратились в млекопитающих.

С тех пор скорость эволюции неизменно возрастала. На эволюцию первых млекопитающих до нас ушло всего 100 миллионов лет. Дело в том, что первые млекопитающие уже имели свои версии жизненно важных органов, которыми обладаем мы. Следовательно, для эволюции ранних млекопитающих до человека потребовалась лишь тонкая настройка.

Но эволюция человеческой расы вышла на критическую стадию, сопоставимую по значимости с развитием ДНК. Речь идёт о формировании речи, в особенности — письменной речи. После этого передача информации от поколения к поколению стала возможна не только генетически, через ДНК, но и иным способом.

За 10 000 лет письменной истории можно выявить несколько различимых изменений в человеческой ДНК, обусловленных биологической эволюцией. Но объём знаний, передаваемых от поколения к поколению, вырос несоизмеримо. Я пишу книги, чтобы рассказать вам, что я узнал о Вселенной за свою долгую карьеру учёного, и, занимаясь этим, переношу знания из своего мозга на бумагу, чтобы вы могли прочитать их

наука и вера». Глава 2



Глава вторая. Свидетельства биологической эволюции

Свидетельства биологической эволюции получены во многих областях науки.

Научные представления об эволюции сформировались на основании множества разнообразных данных, полученных в различных областях науки. Некоторые из этих данных, например ископаемые остатки давно вымерших животных и характер географического распространения видов, были известны ученым с XIX века или даже раньше. Другие, такие как сравнения последовательностей нуклеотидов в ДНК, стали доступны ученым лишь в XX и XXI веках.

Свидетельства в пользу эволюции получены не только в биологии, но и в других областях исследования прошлого и настоящего: в антропологии, астрофизике, химии, геологии, физике, математике и в других научных дисциплинах, в том числе в науке о поведении и в социологии. Астрофизика и геология продемонстрировали, что Земля возникла достаточно давно, чтобы биологическая эволюция привела к возникновению всех живущих в наши дни видов. Физика и химия предоставили науке методы датировки, позволившие установить время, когда произошли основные эволюционные события. Исследования древних видов позволили выявить не только особенности строения, но и особенности поведения, образующие непрерывные последовательности в эволюционных рядах видов. Антропология позволила получить новые сведения о происхождении человека и о возникновении особенностей человеческого поведения и общественного устройства в ходе исторического взаимодействия биологических и культурных факторов.

Как и в любой другой области науки, многие вопросы пока остаются без ответа. Биологи по-прежнему исследуют степень и характер эволюционного родства разных видов, генетические изменения, влияющие на строение и работу организмов, действие живых существ на климат Земли и на другие свойства окружающей среды, эволюцию интеллекта и социального поведения, а также многие другие интереснейшие проблемы. Но в каждом случае они задают конкретные вопросы и стараются узнать больше о том, как происходила и происходит эволюция, а не происходила ли она вообще. Они изучают механизмы, вызывающие эволюционные изменения, и последствия этих изменений, продолжая проливать свет на все эти вопросы.

Биологическая эволюция составляет часть той убедительной исторической картины, которую ученые создали за последние несколько веков. Картина эта начинается с образования Вселенной, Солнечной системы и Земли. Эти события привели к возникновению условий, необходимых для эволюции жизни. Мы по-прежнему не имеем ответов на многие вопросы, касающиеся возникновения жизни на нашей планете, но мы можем быть уверены, что ее возникновение запустило процесс биологической эволюции, продолжающийся по сей день. Новые элементы и штрихи добавляются сегодня к этой картине, в частности в ходе изучения наследственных механизмов, ответственных за эволюционные изменения.

Возникновение Вселенной, нашей галактики и Солнечной системы привело к образованию условий, необходимых для эволюции жизни на Земле.

Представления о месте Земли во Вселенной изменились в XX веке не в меньшей степени, чем в XVI и XVII веках, вслед за предположением Коперника, что Солнце, а не Земля находится в центре известного людям мироздания. В двадцатые годы XX века новый телескоп, установленный в обсерватории на горе Уилсон в окрестностях Лос-Анджелеса, позволил выяснить, что многие неясные пятнышки света, наблюдаемые на ночном небе, являются не туманностями в пределах нашей галактики (Млечного Пути), а отдельными галактиками, каждая из которых состоит из многих миллиардов звезд. Исследуя свет, испускаемый этими звездами, астрофизики пришли к еще одному важному выводу: галактики удаляются друг от друга по всем направлениям, то есть Вселенная расширяется.

Это наблюдение привело к возникновению гипотезы, которую впервые сформулировал бельгийский астроном и католический священник Жорж Леметр. Согласно этой гипотезе Вселенная возникла в результате события, впоследствии получившего название Большой взрыв. Согласно этой идее вся энергия и вся материя во Вселенной первоначально были так сжаты, что представляли собой бесконечно малый, бесконечно плотный и бесконечно горячий объект, получивший название космологической сингулярности. Ученым по-прежнему известно о ней очень мало. Затем Вселенная начала расширяться. По ходу расширения она охладилась до такой степени, что элементарные частицы, которые сегодня образуют материю Вселенной, достигли устойчивого состояния. Из предположения о Большом взрыве и представлений о времени, которое должно было пройти с тех пор, следовало предсказание, согласно которому можно было ожидать, что материя в дальнем космосе обладает определенной рассчитанной температурой. Это предсказание впоследствии подтвердилось в результате исследований, проведенных с помощью расположенных на Земле микроволновых радиотелескопов. Последующие наблюдения, проведенные со спутников, показали, что фоновое излучение Вселенной имеет в точности те характеристики, которые предсказывает концепция Большого взрыва.

По мере расширения Вселенной материя собиралась, под действием тяготения и других сил, природа которых пока не вполне выяснена, в огромные образования, ставшие галактиками. В пределах этих образований сгустки материи намного меньшего размера сжались до вертящихся облаков газа и пыли. Когда материя в центре каждого облака становилась под действием тяготения достаточно плотной, атомы водорода в этих облаках начинали объединяться, образуя атомы гелия, испуская свет и другие формы излучения. Так возникли звезды.

Астрофизики также выяснили, что некоторые звезды образуются в центре уплощенных дисковидных скоплений материи. Газ и пыль в пределах таких скоплений могут объединяться в небольшие тела, называемые протопланетами. Компьютерные модели позволили установить, что протопланеты могут срастаться в планеты и другие объекты (такие как спутники планет и астероиды), вращающиеся вокруг звезды. По-видимому, именно так и возникла наша Солнечная система. Точные измерения и расчеты позволили обнаружить большие планеты, вращающиеся вокруг звезд и в других частях нашей галактики. Из этих открытий следует, что вокруг входящих в галактику миллиардов звезд вращаются, в свою очередь, миллиарды планет.

Астрофизики и геологи разработали множество методик, позволяющих оценить возраст Вселенной, нашей Галактики, Солнечной системы и Земли. Измеряя расстояния между галактиками и скорости их расхождения, астрономы могут рассчитать, сколько времени прошло с тех пор, как произошел Большой взрыв. Согласно современным данным, Вселенная возникла около 14 миллиардов лет назад. Другой метод, позволяющий оценить возраст Вселенной, основан на измерении фонового излучения, оставшегося от Большого взрыва. Этот метод дает сходные результаты. Другие наблюдения и расчеты свидетельствуют о том, что наша галактика начала образовываться через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, то есть Млечный Путь немногим моложе, чем сама Вселенная.

Солнечная система возникла в пределах Млечного Пути намного позже. Измерения свойств радиоактивных элементов, содержащихся в метеоритах, указывают на то, что наша планета сформировалась от 4,5 до 4,6 миллиарда лет назад. После того как возникла Земля, ее бомбардировали многие астероиды и кометы, неоднократно расплавляя ее поверхность. Новейшие расчеты показывают, что одно из тел, столкнувшихся с Землей, было столь большим (приблизительно размером с Марс), что от столкновения часть материала Земли выплеснулась на орбиту и образовала Луну. Самые древние из горных пород, доставленных с Луны, имеют, согласно измерениям и расчетам, возраст между 4,4 и 4,5 миллиарда лет. Древнейшие минералы, обнаруженные на Земле, — цирконовые кристаллы, образовавшиеся 4,4 миллиарда лет назад. Породы, возраст которых превышает 3,5 миллиарда лет, были обнаружены в Гренландии, Африке и Австралии.

Радиометрическое датирование

Согласно данным современной космологии, частицы, образующие обычную материю (протоны, нейтроны и электроны), сформировались в те времена, когда Вселенная охлаждалась после Большого взрыва. Затем эти частицы объединялись вместе, образуя атомы водорода, гелия и, в небольших количествах, следующего, более тяжелого, элемента периодической системы — лития.

Все остальные элементы во Вселенной возникли внутри звезд, подобных Солнцу, или взрывающихся звезд, называемых сверхновыми. Сверхновые разбрасывали эти элементы по межзвездному пространству. Смешиваясь с водородом, гелием и литием, эти элементы сформировали бесчисленные звездные системы, в том числе и нашу Солнечную систему.

Некоторые атомы обладают радиоактивностью. Это означает, что они подвержены естественному процессу распада, в результате которого они образуют другие радиоактивные и нерадиоактивные атомы и испускают энергию. Каждый радиоактивный нуклид (радионуклид) характеризуется определенным периодом полураспада, то есть временем, за которое половина атомов в образце распадается. Таким образом, радиоактивные атомы работают как внутренние часы, встроенные в материал, в состав которого они входят. Сравнивая долю определенного радиоактивного элемента в некоем материале с долей продуктов его распада в этом материале, исследователи могут определить время формирования этого материала. Подобные измерения и расчеты позволили установить возраст Земли и Луны, различных метеоритов и всей Солнечной системы. Все результаты этих измерений и расчетов свидетельствуют о том, что данным объектам миллиарды лет.

Некоторые люди, выступающие против изучения эволюции, пытаются подвергнуть сомнению данные радиометрических анализов. Но на самом деле этот метод, выработанный благодаря прекрасно продуманным исследованиям, занявшим более века, представляет собой одно из наиболее прочно обоснованных достижений современной науки.

Живые организмы появились на Земле в течение первого миллиарда лет ее существования.

Древнейшие ископаемые свидетельствуют о том, что жизнь на Земле существовала на протяжении большей части истории нашей планеты. На западе Австралии палеонтологи обнаружили особые минеральные образования, называемые строматолитами, которые, по-видимому, сформировались в результате деятельности бактерий не менее 3,4 миллиарда лет назад, и ископаемые бактериальные остатки, возраст которых, по радиометрическим датировкам, составляет около 3,5 миллиарда лет. Другие свидетельства говорят о том, что жизнь могла возникнуть намного раньше, в течение первых нескольких сотен миллионов лет после того, как поверхность Земли остыла и затвердела.

Вопрос о том, как зародилась жизнь, — одна из интереснейших и сложнейших научных проблем. Мы пока не располагаем никакими ископаемыми свидетельствами существования жизни раньше 3,9 миллиарда лет назад, поскольку не обнаружены более древние осадочные отложения. Воссоздать условия, при которых зародились древнейшие организмы, очень трудно, потому что наши знания о химических и физических условиях на Земле в древнейшие времена далеко не полны. Тем не менее исследователи выдвинули ряд гипотез о том, как самовоспроизводящиеся организмы могли появиться и начать эволюционировать. Хотя ни одна из гипотез пока не стала общепринятой, науке удалось пролить некоторый свет на эти фундаментальные вопросы.

Сотни лабораторных опытов, проводившихся с пятидесятых годов XX века, показали, что простейшие из химических соединений, имеющихся на Земле, в том числе вода и вулканические газы, могли в результате реакций образовывать многие из молекул, составляющих строительные блоки живых клеток, в том числе молекулы веществ, из которых состоят белки, ДНК и клеточные мембраны. Метеориты, прилетающие из космоса, тоже содержат некоторые из этих строительных блоков, а астрономы с помощью радиотелескопов нашли много таких молекул в межзвездном пространстве.

Для того чтобы возникла жизнь, должны были выполняться три условия. Во-первых, должны были образоваться группы молекул, способные к самовоспроизведению. Во-вторых, копии этих молекулярных комплексов должны были обладать изменчивостью, так чтобы одни из них могли эффективнее пользоваться ресурсами и успешнее противостоять действию среды, чем другие. В-третьих, эта изменчивость должна была наследоваться, позволяя некоторым формам численно увеличиваться при благоприятных условиях среды.

Никто пока не знает, какая комбинация молекул впервые удовлетворила перечисленным условиям, но ученые показали возможный принцип работы этих процессов, изучая молекулы вещества, называемого РНК. Недавно удалось выяснить, что некоторые молекулы РНК могут во много раз ускорять скорости химических реакций, в том числе реакции воспроизведения элементов других молекул РНК. Если молекулы вроде РНК были способны к самовоспроизведению (возможно, при содействии других молекул), они могли создать основы для возникновения очень простого живого организма. Если такие самовоспроизводящиеся комплексы оказывались заключены в пузырьки, образованные мембранами из определенных химических веществ, они могли сформировать протоклетки — древнейшие формы самых простых клеток. Изменения, происходящие с молекулами, могли привести к возникновению форм, которые, к примеру, воспроизводились в определенной среде эффективнее. Тем самым, началось бы действие естественного отбора, который дал бы возможность протоклеткам, обладающим выгодными особенностями молекулярного строения, размножаться успешнее и становиться все сложнее.

Для того чтобы выдвинуть правдоподобную гипотезу происхождения жизни, нужно ответить еще на многие вопросы. Исследователи, изучающие происхождение жизни, пока не знают даже, какие комплексы химических соединений могли начать самовоспроизводиться. Даже если мы сможем создать живую клетку в лаборатории на основе простых химических соединений, это еще не будет свидетельствовать о том, что в природе, на молодой Земле, миллиарды лет назад произошло то же самое. Но принципы, лежащие в основе химических истоков жизни, а также возможные подробности процесса ее возникновения являются, как и другие природные явления, объектом научных исследований. История науки показывает, что даже такие сложные вопросы, как вопрос о том, каким образом возникла жизнь, могут стать доступны для научного решения в результате развития теорий, разработки нового оборудования и открытия новых фактов.

Палеонтологическая летопись содержит бесчисленные свидетельства эволюции, отражающие многие подробности ее течения.

В начале XIX века естествоиспытатели открыли, что ископаемые остатки располагаются в разных слоях осадочных горных пород в определенном порядке. Более древние материалы залегают глубже, ближе к основанию осадочной породы, чем вещества, образовавшиеся в результате более позднего осадконакопления.

Ископаемые остатки организмов, очень сходных с современными, встречаются в сравнительно молодых отложениях, в то время как ископаемые, которые лишь отдаленно напоминают современные организмы, залегают в более древних пластах осадочных пород. Исходя из этих наблюдений, многие естествоиспытатели, в том числе Эразм Дарвин, дед Чарльза, полагали, что живые организмы меняются со временем. Но Чарльз Дарвин и Альфред Рассел Уоллес первыми установили, что движущей силой эволюции служит естественный отбор, который Чарльз Дарвин также называл «происхождением в результате модификаций».

Когда в 1859 году была опубликована книга Дарвина «Происхождение видов», палеонтология как наука еще находилась в зачаточном состоянии. Осадочные породы из многих районов Земли были по-прежнему неизвестны или малоизучены.

Дарвин в течение почти двадцати лет собирал свидетельства, подтверждающие его теорию, прежде чем опубликовать ее положения. Кроме того, он подробно обсудил в книге и возможные трудности своей теории, связанные, в частности, с неполнотой палеонтологической летописи и с недостатком (среди известных на тот момент ископаемых) переходных форм, промежуточных между большими группами живых организмов.

За прошедшие с тех пор полтора века палеонтологи открыли множество переходных форм, неизвестных во времена Дарвина. Залегающие во многих районах Земли осадочные породы, образовавшиеся от 520 до 550 миллионов лет назад, содержат ископаемые остатки многоклеточных животных, представляющих собой переходные формы между весьма удаленными друг от друга типами — такими, как, например, моллюски и кольчатые черви — и сочетающих в себе их признаки. В более древних отложениях, возрастом около 1,5 миллиарда лет, встречаются ископаемые следы, которые могли оставить организмы, промежуточные между одноклеточными и многоклеточными животными.

Описанный в начале этой книги тиктаалик представляет собой примечательную переходную форму между рыбами и древнейшими наземными позвоночными (так называемыми четвероногими). Ископаемые остатки возрастом около 330 миллионов лет отражают основные этапы эволюции крупных земноводных, которые произошли от древнейших четвероногих. Многие хорошо сохранившиеся скелеты из осадочных пород возрастом около 230 миллионов лет принадлежат динозаврам, произошедшим от одной из ветвей пресмыкающихся. Известный пример переходной формы — археоптерикс, ископаемое, жившее 155 миллионов лет назад, обладавшее скелетом небольшого динозавра, но также крыльями и перьями. Другие похожие на птиц ископаемые организмы были обнаружены в Китае. Их возраст составляет около 110 миллионов лет. Хвосты у них довольно короткие, а на крыльях есть снабженные когтями придатки. По открытым в результате раскопок более поздним ископаемым можно проследить эволюцию многих современных групп организмов, таких как киты, слоны, броненосцы, лошади и люди.

Сходство строения и поведения часто свидетельствует о происхождении от общего предка.

Все виды, обитающие на Земле в наши дни, происходят от других видов, живших раньше, которые, в свою очередь, происходят от других, и так далее. Такие последовательности видов образуют ветви эволюционного древа. Для любых двух современных видов можно проследить историю их возникновения до того момента, где ветви, давшие им начало, разделились. В месте разделения этих ветвей находится последний общий предковый вид этих двух современных видов. (Иногда такой предковый вид называют просто общим предком, но при этом имеют в виду не один организм, а группу организмов.) Например, общим предком человека и шимпанзе был вид, живший от 6 до 7 миллионов лет назад, в то время как общий предок человека и рыбы фугу был рыбой, жившей в океанах Земли более 400 миллионов лет назад.

Таким образом, люди не происходят ни от шимпанзе, ни от каких-либо других современных обезьян, а происходят от вида, который вымер много лет назад. Не происходят люди и от современных рыб, но происходят от древнего вида рыб, давшего начало наземным позвоночным.

Если общий предок двух видов жил сравнительно недавно, то эти два вида, скорее всего, будут иметь больше сходных черт поведения и строения, чем два вида, общий предок которых жил значительно раньше. Поэтому люди больше похожи на шимпанзе, чем на рыб. Тем не менее любые организмы обладают общими признаками, потому что происходят от общих предков, живших на Земле в более или менее далеком прошлом. Например, исходя из накопленных к настоящему времени палеонтологических и молекулярно-биологических свидетельств, общий предок человека, коровы, кита и летучей мыши был, по-видимому, небольшим млекопитающим, жившим около 100 миллионов лет назад. Потомки этого общего предка претерпели в ходе эволюции существенные изменения, но строение их скелетов по-прежнему довольно сходно. Органы, с помощью которых люди, например, пишут, коровы ходят по земле, киты плавают, а летучие мыши летают, отличаются деталями устройства скелетной основы, но составляющие ее кости сходны по общему строению и порядку соединения друг с другом.

Биологи называют сходные структуры, унаследованные от общих предков, гомологичными. Гомологию различных структур — не только костей, но и многих других деталей строения организмов — изучают в ходе сравнительно-анатомических исследований, задача которых состоит в том, чтобы выявить, исходя из степеней сходства, характер эволюционного родства. Другие биологические исследования позволяют, пользуясь той же логикой, изучать сходство, наблюдаемое в функциях органов, в развитии зародышей или в поведении организмов. Таким образом ученые исследуют возможные пути эволюционного развития, связывающие современные организмы с их древними предками. Палеонтологическая летопись, в свою очередь, позволяет проверять гипотезы, выдвигаемые в ходе таких исследований.

Иногда в двух разных эволюционных ветвях независимо возникают сходные признаки. Такие признаки называют аналогичными. Они напоминают гомологичные, но являются результатом действия общих условий среды, а не происхождения от общего предка. К примеру, дельфины — это морские млекопитающие, которые произошли от наземных млекопитающих в течение последних 50 миллионов лет. Эволюционно дельфины так же далеки от рыб, как мыши или люди. Но они обладают обтекаемой формой тела, очень схожей с формой тела многих рыб, в том числе акул, и даже вымерших древних пресмыкающихся — ихтиозавров. Ученые исследуют такого рода случаи, известные во многих разных группах живых организмов, и разбираются в том, являются ли сходные черты строения и поведения результатом происхождения от общих предков или независимыми эволюционными ответами на действие похожих факторов окружающей среды.

Эволюция позволяет объяснять особенности географического распространения растений и животных.

Разнообразие живых организмов почти невообразимо. Многие миллионы видов обитают на земле, в земле и над землей, и каждый из них занимает свое собственное место в природе (экологическую нишу). Некоторые виды, например люди, собаки и крысы, могут жить в очень широком диапазоне условий. Другие, напротив, крайне специализированы. Например, один из видов грибов растет исключительно на передней части надкрыльев единственного вида жуков, который обитает в единственной пещере на юге Франции. Личинки одного из видов мушки-дрозофилы, Drosophila carcinophila, могут развиваться только в особых бороздках под выростами третьей пары ротовых придатков сухопутного краба, обитающего лишь на нескольких островах в Карибском море.

Биологическая эволюция объясняет не только происхождение этого разнообразия, но и распространение видов по нашей планете. Рассмотрим, к примеру, мушек из семейства Drosophilidae (дрозофилиды), живущих на Гавайских островах. Более 500 видов мушек этого семейства, относящихся к роду Drosophila и к близкому к нему роду Scaptomyza, встречаются исключительно на Гавайях. Эти виды составляют около четверти всех известных науке видов из этих двух родов. На Гавайях живет больше видов этих родов, чем на какой-либо другой сравнимой по площади территории Земли. Почему так много разных видов этих мушек обитают на Гавайях, и только на Гавайях?

Ответ на этот вопрос следует из геологической и биологической истории Гавайских островов. Эти острова представляют собой вершины стоящих посреди океана вулканов. Они никогда не были соединены ни с каким материком. Эти острова возникли из-за наползания Тихоокеанской тектонической плиты на «горячую точку», где поднимающиеся вверх из глубины Земли расплавленные породы нагревают земную кору. Самые новые острова — самые высокие, а более старые постепенно разрушаются и в конечном итоге погружаются под воду. Самый старый из современных Гавайских островов, атолл Куре, поднялся со дна океана около 30 миллионов лет назад, в то время как самый молодой, Большой остров (о. Гавайи), возник лишь около 500 000 лет назад и по-прежнему обладает довольно сильной вулканической активностью.

Все туземные (то есть существовавшие до людей, которые пришли от 1200 до 1600 лет назад) растения и животные Гавайского архипелага происходят от организмов, которые по воздуху или по воде с окружающих материков и с других островов попали на Гавайи, первоначально почти безжизненные. Что касается мушек-дрозофилид, то ряд данных, особенно полученных с помощью изучения ДНК, говорит о том, что все современные гавайские виды родов Drosophila и Scaptomyza происходят от единственного предкового вида, попавшего на острова миллионы лет назад.

Первые «поселенцы» столкнулись с условиями, весьма благоприятными для стремительного видообразования. Каждый вид неоднократно становился предковым для множества новых видов по мере заселения мушками новых местообитаний — на разной высоте, с разным количеством осадков, с разной почвой и разными растениями. Кроме того, небольшие группы мушек, а в некоторых случаях, возможно, и единичные оплодотворенные самки, время от времени перелетали или переносились ветром на другие острова, где от них происходили новые виды. Например, многие гавайские дрозофилы откладывают яйца в гниющие на земле листья. На материках эта ниша занята другими группами насекомых и иных беспозвоночных, но на Гавайях она оставалась почти незанятой.

Млекопитающие, населявшие Северную и Южную Америку, представляют собой еще один хороший пример того, как особенности распространения видов объясняются их эволюцией. Около 60 миллионов лет назад Северная Америка примыкала к Евразии, и там развивались парнокопытные, непарнокопытные, хоботные и хищные млекопитающие. Южная Америка в те времена лишь недавно отделилась от Австралии с Антарктидой, и на этом материке эволюционировали сумчатые, а также свои группы копытных, гигантские грызуны, ленивцы и броненосцы. Примерно 3 миллиона лет назад тектонические силы сблизили Северную и Южную Америку, а падение уровня моря привело к образованию Панамского перешейка. По нему обитатели Северной Америки — ламы, еноты, пумы, медведи и собаки — двинулись на юг, а броненосцы, ленивцы, дикобразы и опоссумы проследовали в обратном направлении, однако прижиться там смогли лишь немногие мелкие виды. А в Южной Америке почти вся самобытная фауна млекопитающих, сухопутных крокодилов и гигантских бегающих птиц была вытеснена пришельцами с Севера.

Фотография политенной хромосомы личинки мушки-дрозофилы. Штрихами отмечен участок хромосомы, развернутый в обратную сторону по отношению к его исходному положению, сохранившемуся у других родственных видов. Такой поворот участка хромосомы называют инверсией.

Мушки с пятнистыми крыльями

Гавайские мушки-дрозофилы представляют собой прекрасный пример так называемой «адаптивной радиации» (т. е. как бы приспособительного расхождения из одной точки), процесса, при котором предковый вид дает начало очень большому числу новых видов за сравнительно небольшой промежуток времени. Исследователи биологической эволюции сосредоточили особое внимание на группе, включающей приблизительно 100 видов дрозофил, обладающих характерными пигментными пятнами на довольно крупных крыльях. Эти виды — носители весьма любопытных сведений об эволюционной истории данной группы.

Клетки в слюнных железах личинок всех мушек из рода Drosophila содержат особые хромосомы, получившие название политенных. Эти хромосомы легко увидеть под микроскопом. Окрашенные определенным образом, они становятся полосатыми, покрываясь поперечными темными и светлыми полосами разной ширины. Благодаря этим полоскам в хромосомах несложно выявить такую разновидность хромосомных перестроек, как инверсии. Иногда фрагмент хромосомы переворачивается задом наперед в результате ошибок, происходящих при удвоении ДНК. В результате получается видоизмененная хромосома, часть которой, заметная благодаря порядку светлых и темных полос, развернута на 180 градусов. Многие инверсии такого типа происходили в разных участках хромосом в ходе образования разных видов дрозофил.

Принимая во внимание, что все гавайские виды мушек семейства Drosophilidae произошли от единственного вида, ученые исследовали политенные хромосомы разных видов на предмет изменений в расположении полос, чтобы восстановить последовательность, в соответствии с которой виды мушек переселялись со старых островов на новые и давали начало новым видам. Например, на Большом острове, самом молодом во всем архипелаге, в настоящее время обитает 26 видов дрозофил с пятнистыми крыльями. Исследуя инверсии, происходившие в хромосомах этих видов, и сравнивая эти данные с данными о видах, населяющих более старые острова, ученые установили, что дрозофилы Большого острова являются потомками 19 оплодотворенных самок или небольших групп мушек, проникших на этот остров с соседних, более старых островов.

Данные молекулярной биологии подтвердили и уточнили выводы об эволюции, полученные в других областях науки.

Чарльз Дарвин и другие биологи XIX века пришли к своим выводам об эволюции несмотря на то, что им почти ничего не было известно о молекулярных основах жизни. Открытые с тех пор возможности детального исследования биологических молекул предоставили науке данные совершенно нового рода, свидетельствующие о механизмах и путях эволюции. Новые данные полностью подтвердили общие выводы, сделанные на основании изучения ископаемых, географического распространения видов и других наблюдений. Кроме того, молекулярные данные стали источником множества новых сведений об эволюционных отношениях видов и о механизмах эволюции.

ДНК передается из поколения в поколения либо напрямую от родительской особи к детям (у организмов, размножающихся бесполым путем), либо в результате слияния содержащих ДНК сперматозоида и яйцеклетки (у организмов, размножающихся половым путем). Последовательность нуклеотидов в ДНК, как уже было сказано, может меняться при передаче от одного поколения другому в ходе мутаций. Если эти изменения приводят к появлению полезных признаков, то новая последовательность нуклеотидов получает повышенные шансы распространиться в пределах популяции на протяжении ряда поколений. В результате в молекулах ДНК оказываются «записаны» последствия происходивших в прошлом наследственных изменений, в том числе ответственных за возникающие в ходе эволюции приспособления.

Сравнение последовательностей ДНК двух организмов разных видов позволяет биологам выявить наследственные изменения, произошедшие с тех пор, как эволюционные ветви, ведущие к этим видам, отделились от их единого общего предка. Если общий предок этих двух видов существовал сравнительно недавно, то последовательности их ДНК будут больше похожи друг на друга, чем если их последний общий предок жил очень давно. Например, последовательность нуклеотидов в ДНК человека, в небольшой степени изменчивая в пределах нашего вида в зависимости от популяции и индивидуума, в среднем отличается от последовательности нуклеотидов в ДНК шимпанзе лишь на несколько процентов, что отражает наше сравнительно близкое эволюционное родство с шимпанзе. Но ДНК человека уже больше отличается от ДНК павиана, еще больше — от ДНК мыши, еще больше — от ДНК курицы, еще больше — от ДНК рыбы фугу. Этот ряд отражает степень нашего эволюционного родства со всеми этими видами. Еще большая разница наблюдается, если сравнивать ДНК человека с ДНК мух, червей, растений. Но у всех живых организмов можно выявить сходные черты в последовательности нуклеотидов в ДНК, несмотря на то что с тех пор, как жил последний общий предок всего живого, прошло уже очень много времени. Даже у людей и бактерий последовательности ДНК обладают некоторыми чертами сходства в пределах отдельных генов, причем сходные участки последовательностей отвечают за синтез молекулярных систем, имеющих сходные функции. Так представления о биологической эволюции дают ответ на вопрос, почему для успешного изучения важнейших для жизнедеятельности человека биологических процессов во многих случаях можно исследовать другие организмы. В связи с этим значительная часть современных биомедицинских исследований основана на изучении общих биологических свойств разных живых организмов.

Эволюция конечностей у древнейших наземных позвоночных

Молекулярно-биологические исследования позволили выявить участки ДНК, отвечающие за образование различных частей тела в ходе развития зародыша. Некоторые из наиболее важных таких участков называют гомеотическими генами (или хокс-генами).

У людей и других млекопитающих гомеотических генов 39. Каждый гомеотический ген управляет функциями других генов, причем в разных частях организма один и тот же гомеотический ген может управлять разными наборами других генов.

Гомеотические гены принимают участие в развитии многих черт строения, в том числе конечностей, позвоночника, пищеварительной и половой систем у самых разных видов беспозвоночных и позвоночных животных. К примеру, как показано на иллюстрации (справа), те же гены, что управляют развитием определенных частей тела у мушки-дрозофилы, управляют развитием соответствующих частей тела и у мышей и других млекопитающих. Каждый цвет соответствует участкам работы определенного гомеотического гена у зародышей дрозофилы и мыши.

Гомеотические гены также непосредственно управляют развитием плавников у рыб и конечностей у наземных позвоночных. Характер работы этих генов определяет черты строения конечностей, в частности обеспечивает образование пальцев. Изменения характера их работы, по всей видимости, играли заметную роль в эволюции древнейших наземных позвоночных, в частности в происхождении тиктаалика.

Изучение биологических молекул позволяет выявлять не только характер и степень эволюционного родства организмов, но также и характер изменений признаков, происходящих в ходе эволюции в результате изменений генов. В частности, молекулярно-биологические исследования позволили изучить функции белков-регуляторов, которые включают и выключают гены в клетках в процессе развития организма из оплодотворенной яйцеклетки. Небольшие изменения в этих белках, в участках ДНК, к которым эти белки прикрепляются, осуществляя регуляцию, а также, как недавно выяснилось, в небольших молекулах РНК могут оказывать сильнейший эффект на черты строения и функций организма. Такого рода изменения, видимо, играли большую роль во многих возникших в ходе эволюции новшествах, в частности в формировании конечностей наземных позвоночных из плавников рыб. Кроме того, биологи выяснили, что очень похожие наборы регуляторных белков имеются у таких разных организмов, как мухи, мыши и люди, несмотря на то что от общего предка их отделяют многие миллионы лет. Данные исследований ДНК говорят о том, что фундаментальные механизмы, лежащие в основе формирования особенностей строения организмов, возникли раньше, чем многоклеточность, или на заре эволюции многоклеточных организмов и с тех пор изменялись лишь очень слабо.

Ископаемые остатки древнего китообразного из рода дорудон (Dorudon), обнаруженные в Египте и относящиеся ко времени около 40 миллионов лет назад, являют собой пример важного переходного звена в эволюции китообразных. Предками этого животного были наземные млекопитающие, и оно еще сохраняло остатки скелетной основы задних ног со ступнями и пальцами (маленькие косточки у основания хвоста), несмотря на то что уже обитало в воде и плавало при помощи длинного и мощного хвоста.

Эволюция китов и дельфинов

Объединение результатов палеонтологических и молекулярно-биологических исследований позволяет биологам создавать намного более подробные схемы эволюционной истории живых организмов, чем было возможно до внедрения молекулярных методов. К примеру, недавние палеонтологические открытия, сделанные в Азии и Северной Африке, демонстрируют начавшийся около 50 миллионов лет назад ряд организмов, первоначально копытных хищников, живущих на суше, затем наземных хищников, охотящихся в воде, затем превратившихся в постоянных обитателей водной среды. Эти палеонтологические данные соответствуют недавним открытиям, сделанным генетиками, говорящим о происхождении китов и дельфинов от парнокопытных наземных млекопитающих, представленных в наши дни такими животными, как свиньи, овцы, козы и жирафы. Новейшие исследования регуляторных систем генов у современной морской свиньи (китообразного, близкого к дельфинам) позволили выявить те молекулярные изменения, благодаря которым предки этих животных утратили задние конечности и приобрели обтекаемую форму тела. Все эти данные согласуются друг с другом и добавляют интереснейшие подробности к нашим представлениям об эволюции.

Биологическая эволюция объясняет происхождение и историю нашего вида.

Изучение разного рода свидетельств, о которых мы говорили выше, привело ученых к выводу, что человек произошел в ходе эволюции от приматов. Для людей XIX века идея, что у человека и современных обезьян общие предки, была внове, и она стала предметом бурных обсуждений среди ученых при жизни Дарвина и в последующие годы.

Но в наши дни у ученых уже нет сомнений в близком эволюционном родстве человека и всех остальных приматов. Используя те же данные и методы, что применяются для изучения эволюции других видов, исследователи накопили множество палеонтологических данных об эволюции человека, а в последнее время получили также убедительнейшие молекулярно-биологические данные, однозначно свидетельствующие о том, что биологическая эволюция человеческого вида протекала сходным образом и под действием тех же факторов, что и эволюция всех остальных форм жизни на Земле.

Согласно данным подробнейшего сравнения ДНК, общий предок человека и шимпанзе жил приблизительно 6–7 миллионов лет назад в Африке. Ветвь эволюционного древа, ведущая от этого древнего вида к современным людям, дала начало нескольким боковым ветвям, соответствующих популяциям и видам, которые в конечном итоге вымерли. В разные периоды прошлого на Земле могли сосуществовать несколько человекоподобных видов.

Около 4,1 миллиона лет назад в Африке возник вид, который палеонтологи относят к роду австралопитеков. (Название Australopithecus означает «южная обезьяна»: ископаемые остатки первого известного науке вида этого рода были обнаружены на юге Африки, хотя другие находки, в том числе почти полный скелет трехлетней самки, были впоследствии сделаны в восточной части Африки.) Мозг взрослого представителя этого рода, судя по ископаемым черепам, был сравним по размеру с мозгом современных человекообразных обезьян. По-видимому, австралопитеки проводили часть жизни на деревьях, о чем свидетельствуют их короткие ноги и черты строения рук. Но австралопитеки умели также ходить на двух ногах, как люди. Известны прекрасно сохранившиеся окаменевшие следы ног одного из древнейших видов австралопитека, отпечатанные на вулканическом пепле.

Около 2,3 миллиона лет назад в Африке возник древнейший вид рода Homo, к которому принадлежат все современные люди. Этот вид получил научное название Homo habilis, что означает «человек умелый». Средний размер его мозга, судя по ископаемым черепам, был, по-видимому, примерно на 50% больше, чем размер мозга ранних австралопитеков. Первые каменные орудия, изготовленные древними гоминидами, появились уже 2,6 миллиона лет назад.

Около 1,8 миллиона лет назад возник более продвинутый вид, Homo erectus («человек прямоходящий»). Этот вид проник из Африки в Евразию. Более поздние находки свидетельствуют и о существовании нескольких других видов рода Homo.

Мозг более поздних видов в среднем превосходил по размерам мозг их предшественников.

Ряд данных свидетельствует о том, что первые современные по строению тела люди, представители вида Homo sapiens («человек разумный»), возникли в Африке из более ранних форм рода Homo. Древнейшим известным ископаемым остаткам современного человека немногим менее 200 000 лет. Современные люди распространились по всей Африке, а позже проникли в Азию, Австралию, Европу и Америку, вытеснив при этом обитавших в некоторых частях света древних людей.

Как появилась жизнь

Формирование нашей планеты можно уподобить выплавке чугуна в мартеновской печи. В печи кокс, руда, флюсы – все это плавится, и в конце концов тяжелый жидкий металл стекает вниз, а наверху остается затвердевшая пена шлака.

Кроме того выделяются газы и вода. Точно так же образовалось металлическое ядро земли, «стекшее» к центру планеты. В результате этой «плавки» начался процесс, известный как дегазация мантии. Землю 4 млрд лет назад, когда, как считают, зародилась жизнь отличал активный вулканизм, не идущий ни в какое сравнение с нынешним. Поток радиации из недр был раз в 10 мощнее, чем в наше время. В результате тектонических процессов и интенсивной метеоритной бомбардировки тонкая земная кора постоянно перерабатывалась. Свой вклад, очевидно, вносила и находившаяся на значительно более близкой орбите Луна, которая своим гравитационным полем массировала и разогревала нашу планету.

Самое удивительное, что интенсивность свечения солнца в те далекие времена была ниже примерно на 30%. Если бы солнце стало в нашу эпоху стало светить хотя бы на 10% слабее, Земля моментально покрылась бы льдом. Но тогда у нашей планеты было намного больше собственного тепла, и ничего даже близко напоминавшего ледников на ее поверхности не встречалось.

Зато существовала  плотная атмосфера, хорошо удерживавшая тепло. По своему составу она имела восстановительный характер, то есть, в ней практически отсутствовал несвязанный кислород, зато она включала в себя значительное количество водорода, а также парниковые газы – водяной пар, метан и углекислый газ.

Короче говоря, первая жизнь на Земле появилась в условиях, в которых из живущих ныне организмов могли бы существовать лишь примитивные бактерии. Первые следы воды геологи находят в отложениях, возрастом 3,5 млрд лет, хотя, судя по всему в жидком виде она появилась на Земле несколько  раньше. На это косвенно указывают имеющие окатанную форму цирконы, которую они приобрели, вероятно находясь в водоемах. Вода образовывалась из насыщавшего атмосферу водяного пара, когда Земля стала постепенно остывать. Кроме того, воду (предположительно в объеме до 1,5 объема современного мирового океана) к нам принесли малые кометы, интенсивно бомбардировавшие земную поверхность. 

Новости ВсЁ Наука — Как возникла жизнь на Земле?

Как возникла жизнь на третьей каменистой планете, вращающейся вокруг ничем не примечательной звезды в центре Солнечной системы? Люди ищут ответ на этот вопрос на протяжении всей своей истории. Но лишь в последние десятилетия ученые добились определенных успехов в понимании механизма возникновения жизни в океанах. Может показаться, что нечто столь сложное, как жизнь, должно быть явлением невероятно редким и что для его возникновения, вероятно, потребовалось много времени. Но в 2015 году ученые доказали, что жизнь появилась на Земле на 300 миллионов лет раньше, чем они полагали. Это значит, что после того, как наша планета сформировалась, потребовалось всего 400 миллионов лет, чтобы на ней появились первые формы жизни. При этом четыреста миллионов лет – мгновение по сравнению с 4,5 миллиардами лет существования нашей планеты.

Что нужно для возникновения жизни?

Когда ученые пытаются ответить на вопрос о том, как появилась жизнь на нашей планете, первое, на что стоит обратить внимание – это время. Мы знаем, что Земля родилась 4,5 миллиардов лет назад, а возраст первых ископаемых останков, обнаруженных в Западной Австралии составляет 4,1 млрд лет. Значит ли это, что жизнь на третьей планете от Солнца зародилась практически сразу?

Авторы работы, которая была опубликована в журнале Journal Science целых пять лет назад полагают, что с правильными ингредиентами жизнь формируется очень быстро. Говоря о правильных ингредиентах, важно понимать, что основным ингредиентом – по крайней мере в случае каменистых планет земного типа – является вода. А на нашей планете, как оказалось, вода присутствовала с самого начала.

Необходимо отметить, что наличие воды настолько важно для развития жизни, что многие астрономы в поисках жизни на других планетах в прямом смысле этого слова “следуют за водой». Вот почему сегодня ученые снаряжают миссии к ледяным лунам газовых гигантов Европе, спутнике Юпитера и Энцеладе, спутнике Сатурна. Оба спутника покрыты ледяным панцирем, под которым находится жидкая вода.

Ранняя Земля была прекрасной химической лабораторией

Первые бактерии

Так что же удалось обнаружить ученым в Западной Австралии? Находкой оказались цианобактерии, также известные как сине-зеленые водоросли. Возможные ископаемые образцы были обнаружены в горных породах, возраст которых составляет около 3500 миллионов лет. Хотя обычно их называют сине-зелеными водорослями, цианобактерии на самом деле водорослями не являются. Цианобактерии и вообще бактерии – это прокариотические формы жизни. В основном это означает, что их клетки не имеют органелл (крошечных структур внутри клеток, которые выполняют определенные функции) и не имеют отдельных ядер – их генетический материал смешивается с остальной частью клетки. Эта особенность характерна для бактерий и архей.

Все остальные формы жизни на Земле, включая настоящие водоросли, состоят из эукариотических клеток с органеллами и генетическим материалом, содержащимся в одном месте (ядре). Но почему бактерии, спросите вы? Дело в том, что бактерии (и археи) – выносливые существа. Они процветают в горячих, холодных, соленых, кислых и щелочных средах, в которых большинство эукариот гибнут. А прокариоты, как известно – самые ранние формы жизни на Земле. Это были простые существа, которые питались углеродными соединениями ранних океанов Земли. Еще больше статей о том, какие формы жизни существуют на нашей планете вы найдете на нашем канале в Google News, подписывайтесь, не стесняйтесь.

Полосатые, извилистые мраморные узоры на поверхности некоторых водоемов – ни что иное, как полосатые рисунки масс сине-зеленых водорослей.

Но с течением времени эволюционировали и другие организмы, которые использовали солнечную энергию вместе с такими соединениями, как сульфиды, чтобы генерировать собственную энергию. Затем цианобактерии пошли еще дальше: они начали использовать воду в процессе фотосинтеза, выделяя кислород в качестве побочного продукта. Со временем в атмосфере Земли накопилось достаточно кислорода, чтобы обеспечить эволюцию организмов, метаболизирующих кислород.

Важно понимать, что эволюция эукариотических клеток была важной вехой в истории жизни на Земле. По мере того как условия становились все более благоприятными, развивались все более сложные организмы. Так и появились мы с вами.

Однако понимание процессов, ведущих к возникновению жизни, осложняется самой биологией. Атмосфера Земли сегодня мало похожа на атмосферу ранней Земли, в которой развивалась жизнь; она была почти восстановлена бактериями, растительностью и другими формами жизни, которые действовали на нее в течение многих эпох. К счастью, Солнечная система сохранила для нас множество естественных лабораторий, в которых мы можем изучать сырые ингредиенты жизни – летучие вещества, органические вещества, а также химические процессы, ведущие к жизни. Мы также можем найти на Земле прямые свидетельства взаимодействия жизни с окружающей средой и изменений, которые претерпела жизнь по мере развития планеты. Когда мы поймем как именно развивалась жизнь на Земле, нам будет намного легче найти жизнь за ее пределами.

Происхождение Вселенной и Земли


Солнечная туманность


Формирование Земли
Происхождение атмосферы и океанов


Происхождение Земли — Солнечная туманность Гипотеза

Около 4,6 миллиарда лет назад наша Солнечная система образовалась из облака газа и пыль, которая медленно сжималась под действием силы тяжести всех своих частиц. Облако состояло в основном из водорода (H) с небольшим количеством гелия (He) и небольшого количества количества остальных встречающихся в природе химических элементов.Элементы больше, чем он должен был иметь был произведен в сверхновой.

Начальное вращение или опрокидывающееся движение было ускорено, поскольку туманность сжался, как вращающийся фигурист, который тянет руки, чтобы вращаться быстрее. Контракт, вращающееся облако превратилось в диск. Внутри диска самая большая концентрация материи была в центре. Это стало солнцем. Иметь значение собраны в более мелкие комочки на диске. Они стали планетами. В протосолнце и протопланеты выросли за счет аккреции вещества, падающего в к центру масс.Солнечная туманность нагрелась по мере увеличения сжатия давление. Как протосолнце росло и давление увеличивалось, он нагрелся от гравитационного сжатия. Он начал светиться красным. Жар протосолнца нагрел солнечная туманность, особенно внутренняя туманность. В конце концов давление и температура в ядре протосолнца стала настолько высокой, что водород ядра слились вместе, образуя гелий. Эта ядерная реакция высвободила огромные количество энергии, как и сегодня.Солнце родилось. В течение Фаза Т-Тельца, очень сильный солнечный ветер унес большую часть оставшегося газа и частиц. менее 10 м от внутренней части Солнечной системы, оставляя только планеты и астероиды. К этому времени планеты достигли почти всей своей массы. но бомбардировка сильными метеоритами продолжалась еще полмиллиарда лет или около того.

При высоких температурах внутренней солнечной туманности малые протопланеты (Меркурий, Венера, Земля, Марс) были слишком горячими, чтобы удерживать летучие газы, которые доминировала в солнечной туманности.Только тугоплавкие (с высокой температурой плавления) материалы, такие как железо и каменистые силикаты были стабильны. Следовательно, планет земной группы состоят в основном из металлических ядер. и силикатные мантии с тонкой или отсутствующей атмосферой. Во внешней солнечной туманности температура была достаточно низкой, чтобы обильные газы накапливались и удерживались протопланетами. В результате юпитерианских планет (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) — газовые гиганты, состоящие в основном из водорода, гелия и водорода. такие соединения, как метан (CH 4 ) и аммиак (NH 3 ).

Разделение Слои и атмосфера Земли

Материалы, которые аккреции к ранней Земле, вероятно, были добавлены по частям, без каких-либо определенного порядка (хотя некоторые модели призывают к последовательному наращиванию металлических а затем силикатные материалы). Ранняя Земля была очень горячей из-за 1) гравитационного сжатие, 2) удары и 3) радиоактивный распад (намного больше, чем сегодня). Ранняя Земля, вероятно, была частично или в значительной степени расплавленный.Более плотные металлические жидкости опустились к центру Земли. и менее плотные силикатные жидкости поднимались наверх, как нефть поднимается на поверхность воды. Таким образом, Земля очень быстро превратилась в металлическую, в основном железо ядро ​​ и каменная силикатная мантия .

Через вулканический (вулканическая и интрузивная) активность кора Земли в конечном итоге сформировалась. Состав мантии силикатный, богат железом и магнием, подобен к композициям из каменных метеоритов и лунных скал.Корочка же более обогащен кремнеземом с меньшим количеством железа и магния. Высокий кремнезем породы земной коры (или, скорее, совокупность минералов в породах земной коры) обычно имеют более низкую плотность и более низкие температуры плавления, чем мантийные породы (минералы). Образовались породы земной коры по частичное плавление мантийных пород (плавление низшей температуры плавления, высший кремнезем, минералы в породах мантии. Это дает более богатую кремнеземом магму (расплавленную породу), чем мантию. горные породы.Магма, будучи менее плотной чем скала, из которой он образовался, может подняться на поверхность, остыть и кристаллизоваться. Этот общий процесс происходило медленно с течением времени после того, как Земля остыла настолько, что мантийные породы могли не растает полностью. Много континентальный корка , самая кремнеземная богатый и наименее плотный вид, возник 2,5 миллиарда лет назад.

Формирование и эволюция Атмосфера

Летучие вещества, переносимые некоторые типы метеоров и комет были добавлены на Землю в результате ударов, некоторые из них проникли внутрь. Газы в мантии предпочитают переходить в любой образующийся расплав и счастливо уйти в атмосферу, если расплав достигнет поверхности. Вулканическая активность, особенно на Срединно-океанические хребты, вулканические дуги и горячие точки высвобождают большое количество воды пар, углекислый газ и другие газы в атмосферу.

Сегодняшняя атмосфера Земли на 78% состоит из азота (N 2 ) и на 21% из кислорода (O 2 ). Это сильно отличается от атмосферы спутников Земли Венеры и Марса, чьи в атмосфере преобладает углекислый газ (CO 2 ), но без свободных кислород.Еще более разные бывают атмосферы планет Юпитера, состоящие из H, He и H соединений CH 4 и NH 3 . Водяной пар (H 2 O), CO 2 и N 2 вместе с другими газами выбрасываются в поверхность из-за вулканической активности на Земле сегодня и, предположительно, также в начале дни Земли. Эти газы напоминают атмосферы других планет земной группы. Итак, если атмосфера Земли была первоначально преобладали эти газы, как это изменилось до такой степени, что N 2 и O 2 являются доминирующими, а CO 2 второстепенными? А как насчет всех H 2 O?

Как только жизнь эволюционировала, к 3.5 лет назад фотосинтез начал накапливать энергию в химические связи простого углевода (CH 2 O). Фотосинтез выводит CO 2 атмосферы и заменяет его на O 2 .

CO 2 + H 2 O (плюс солнечный свет) -> CH 2 O + O 2

Энергия, запасенная посредством фотосинтеза, используется организмами (в том числе фотосинтетические) дыханием , который берет с воздуха O 2 , совмещает его с углеводов (и других органических веществ) и высвобождает CO 2 обратно в атмосферу.

СН 2 О + О 2 -> (энергия для клеточных процессов) CO 2 + H 2 O

Но фотосинтез и дыхание не сбалансированы. Часть органического вещества, которое произведенная продукция смывается в почвы и вниз по рекам и откладывается в осадочных породах. пласты, где он хранится.

За геологическое время большая часть CO 2 была удалена из атмосферы и хранится в осадочных породах, добавлен О 2 и N 2 продолжает накапливаться от газовыделения.Конечно, большая часть выпущенного водяного пара конденсируется с образованием океаны.

Ископаемое топливо являются остатками органического вещества, хранящегося в осадочных породах. Сжигание ископаемого топлива возвращает CO 2 который был заперт от миллионов до сотен миллионов лет назад атмосферы, и изменение нынешнего баланса атмосферы и Земли климат (потому что CO 2 является парниковым газом).

Истоки жизни на Земле

Истоки жизни на Земле

Происхождение жизни — одна из величайших загадок Вселенной. Чтобы определить происхождения жизни ученые исследуют проблему в нескольких различные пути. Некоторые ученые изучают жизнь на нашей планете. Некоторые ученые ищут жизнь или ископаемую жизнь на других планетах или луны в нашей солнечной системе. И другие ученые пытаются обнаружить жизни в других солнечных системах, либо путем измерения воздействия жизни на атмосферы далеких планет или путем измерения искусственного излучения, например радиосигналы, которые могут быть произведены развитой жизнью.

На данный момент, наиболее плодотворным подходом было изучение жизни на нашей планете. Однако даже у нас на заднем дворе трудно определить жизненный путь. происхождение, потому что это началось по крайней мере 3,5 миллиарда лет назад. Мы знаем что жизнь началась по крайней мере 3,5 миллиарда лет назад, потому что это возраст древнейших пород с ископаемыми свидетельствами жизни на Земле. Эти горные породы встречаются редко, потому что последующие геологические процессы изменили форму поверхность нашей планеты, часто разрушая старые породы, создавая новые. Тем не менее, в Африке можно найти скалы возрастом 3,5 миллиарда лет с окаменелостями. и Австралия. Обычно они представляют собой смесь застывших вулканических лав. и осадочные кремни. Окаменелости встречаются в осадочных кремнях.

Выше) возраст 3,5 миллиарда лет лава. Вверху справа) осадочные кремни возрастом 3,5 миллиарда лет.

Химические следы жизни также были обнаружены в немного более старых породах.В Гренландии, обнаружена серия древних метаморфизованных отложений. Анализирует указывают на то, что отложения образовались около 3,8 миллиарда лет назад. Они также выявили сигнатуры изотопов углерода, которые, по-видимому, были произведены организмами, которые жили, когда осаждались отложения.

Во всех случаях, в нашей жизни должна быть вода. Это общее правило верно на Земле и считается верным в других частях Солнечной системы. В настоящее время ищут жизнь на Марсе, где, возможно, когда-то текла вода. на поверхности и Европе, где может существовать подземное море воды под его ледяная поверхность.

Если проанализировать генетическая информация в различных современных организмах, живущих на Земле, можно начать группировать и разделять организмы на основе их общих (или разнородные) свойства. Этот тип анализа интуитивно понятен в некоторых случаях. уровни. Например, большинство людей узнают, что мул олень и белый Хвостовые олени более близки, чем олени-мулы и медведи гризли. Следовательно, на дереве жизни олень-мул выглядел бы ближе к белому. хвост оленя, чем медведя гризли. Этот же процесс можно применить к всех организмов и привел к трем большим сферам жизни: бактериям, архее, и Эукария. Люди, как и другие сложные млекопитающие, являются частью группа Eukarya. Если проследить генетическую информацию в организмах во всех трех группах, похоже, у них есть общий предок или, по крайней мере, предки, имеющие общий набор черт.В любом случае кажется ранние формы жизни на древе жизни были теплолюбивыми или гипертермофильными организм, что означает, что они жили в системах, состоящих из горячей воды.

Вверху) Примеры современных термофильные организмы.

Горячая вода системы называются гидротермальными системами. Их можно найти в областях вулканической активности, когда горячая расплавленная порода под поверхностью нагревает грунтовые воды. Гидротермальные системы производят горячие источники и гейзеры на поверхности. Хорошие примеры включают Йеллоустон в США и Роторуа в Нью-Йорке. Зеландия.

Вверху) Горячие источники Йеллоустоун

Недавно, Кринг и его коллеги исследовали воздействие, вызванное гидротермальные системы. Энергия, выделяемая при ударе, равна настолько велика, что может легко нагреть воду и заставить ее циркулировать земная кора.Примеры систем, вызванных ударами, были найден в нескольких ударных кратерах по всему миру. И хотя никто из них действуют сегодня, вероятно, они производили горячие источники и гейзеры. подобны тем, которые вызваны магматической активностью под поверхностью Земля.

Ранний период на Земле В истории вулканизма и образования кратеров от ударов были очень распространенными процессами. Таким образом, оба могли обеспечить среду, необходимую для преобразования разнородных химические соединения в живые организмы и, возможно, обеспечили подходящие среда обитания для развития этой жизни.

Был происхождение жизни связано с лунным катаклизмом?

Этот веб-сайт основан на информации, изначально созданной для серии исследований центров космических снимков NASA / UA.
Концепция и содержание Дэвида А. Кринга.
Дизайн, графика и изображения Джейка Бейли и Дэвид А. Кринг.
Для любого использования информации и изображений требуется разрешение Центра космических снимков и / или Дэвида А.Кринг (сейчас в ФИАН).

Происхождение жизни: Условия, породившие жизнь на Земле

Происхождение жизни на Земле было долгим вопросом. Существует множество теорий относительно того, как развивалась жизнь, но профессора Сигенори Маруяма (ELSI, Токийский технологический институт), Кен Курокава (Национальный институт генетики) и доктор Тошиказу Эбисудзаки (RIKEN) нашли способ сузить круг вопросов до одного. единственная вероятная теория. Составив список из девяти основных экологических требований, они предполагают, что наиболее вероятным местом зарождения жизни является ядерный гейзер, где регулярно циркулируют материалы и энергия.В рамках проекта Hadean Bioscience Project в сотрудничестве с LiVE Company Ltd. также снята серия фильмов. «Вся история Земли и жизни» доступна на YouTube.

Происхождение Земли — сложная история. Его поверхность претерпела долгую эволюцию, претерпев огромные изменения за миллионы лет. С самого раннего этапа аккреции, когда газ и пыль начали сливаться под действием силы тяжести, это была динамичная планета. Бомбардировка астероидов и горячего внутреннего ядра означала, что самая ранняя среда на Земле была враждебной, голой скалой.Геологи называют это время, начавшееся с момента первоначального образования Земли 4,6 миллиарда лет назад, гадейским эоном. Слово Hadean происходит от греческого бога Аида, правившего подземным миром, и является подходящей аналогией адской среды.

Геологи давно изучают немногочисленные остатки этого времени, записанные в горных породах, в надежде найти подсказки об условиях на Земле. Единственные сохранившиеся записи от 4,6 до 4 миллиардов лет назад обнаружены в твердом кристаллическом минерале под названием циркон.Однако жизненно важно, чтобы ученые узнали как можно больше об этом времени, поскольку именно в этих суровых и адских условиях произошло зарождение жизни.

Самая ранняя Земля была «голой планетой»; коллеги из Hadean Bioscience описывают ее как не имеющую океана или атмосферы, когда она впервые сформировалась.

Профессора Сигенори Маруяма, Кен Курокава и доктор Тошиказу Эбисудзаки являются частью команды, работающей над проектом Hadean Bioscience, в основном базирующейся в Институте наук о Земле и жизни (Токийский технологический институт).В проекте участвуют ученые из разных областей, включая геологию, биологию и физику, создавая междисциплинарную команду, работающую над ответом на фундаментальный вопрос о том, когда, где и как зародилась жизнь на Земле.

Хадейская Земля
Ответ на вопрос о том, как зародилась самая первая жизнь на Земле, долгое время было проблемой для ученых. Неужели на Земле спонтанно возникла жизнь? Если да, то как это могло произойти? И означает ли это, что на других планетах с похожими условиями окружающей среды тоже есть жизнь?

Междисциплинарная команда, работающая над ответом на фундаментальный вопрос о том, когда, где и как
родилась на Земле жизнь.

Наземные воды образовались вторично в результате бомбардировки ABEL 4,37–4,20 млрд лет назад.

Мы знаем, что жизнь на Земле построена на соединениях, содержащих такие элементы, как углерод, азот, водород и кислород. Сложные последовательности этих элементов связаны друг с другом, образуя сами строительные блоки жизни. Они образуют важные органические молекулы, такие как сахара, ферменты, белки и ДНК. Однако эти органические молекулы не существовали естественным образом на Земле во время Хадейского эона, когда появились первые зародыши жизни.Необходимые элементы существовали только в неорганической форме, связанные со скалами, атмосферой и ранним океаном.

Возникновение жизни зависит от условий окружающей среды при энерго-материальном круговороте.

г. Самая ранняя Земля была «голой планетой»; коллеги из Hadean Bioscience описывают ее как не имеющую океана или атмосферы, когда она впервые сформировалась. В конечном итоге они появились около 4,37 миллиарда лет назад после того, как на Землю обрушился водный астероид. Когда появилась жидкая вода и атмосфера, у пребиотической жизни появилось больше шансов сформироваться (химические предшественники жизни на Земле).Считается, что первые следы жизни, зарегистрированные на Земле, имеют возраст 4,2 миллиарда лет, что указывает на то, что жизнь могла возникнуть в течение 200 миллионов лет после первого появления жидкой воды.

Модель атомного гейзера. Изображения взяты из фильма «Вся история Земли и жизни», созданного Hadean Bioscience Project.

Требования для ранней жизни
Мы знаем, что все ключевые элементы для жизни находятся на Земле, но они нелегко образуют органические соединения.Ранние эксперименты 1950-х годов показали, что аминокислоты могли образовываться при конденсации воды в экспериментальных условиях, имитирующих атмосферу ранней Земли. Однако для этого требовался мощный источник энергии. Подвод энергии вызвал химические реакции, способные создавать соединения на основе водорода, углерода и азота, которые в конечном итоге образуют органические молекулы.

Исследователи Hadean Bioscience предполагают, что для того, чтобы понять, как зародилась жизнь на Земле, нам необходимо понять конкретные экологические требования, которые должны быть выполнены, чтобы это могло произойти.Они определили девять конкретных условий, и если все эти экологические требования не соблюдены, жизнь не может родиться.

Ядерный гейзер
Существует множество теорий о том, как зародилась жизнь. Один из самых популярных был выдвинут самим Дарвином, который предположил, что «теплый маленький пруд» мог быть наиболее вероятным местом для зарождения жизни. Другая популярная теория утверждает, что гидротермальные жерла вдоль срединно-океанических хребтов были бы идеальным местом для развития предшественников жизни, в то время как другие предполагают, что жизнь была принесена сюда из других частей Вселенной и доставлена ​​во время столкновения с астероидом.Выявив основные требования для жизни, коллеги Hadean Bioscience смогли определить наиболее вероятное место возникновения жизни.

Ядерные гейзеры — явление, которого мы не видим на современной Земле. Во время Хадейского эона некоторые радиоактивные элементы были гораздо более распространены на поверхности Земли. Радиоактивные элементы, такие как уран, содержат нестабильные изотопы, которые со временем распадаются и выделяют радиацию. Заряженные частицы, образующие излучение, могут реагировать с окружающей водой, активируя инертные молекулы и атомы и создавая поток электронов, который запускает дальнейшие химические реакции.Вода нагревается естественным ядерным реактором и периодически разбрызгивается на поверхность Земли подобно гейзерам, которые мы видим сегодня на Земле.

… понимая эти ключевые требования к формированию жизни на Земле и то, как они определяют местоположение для ее самого раннего зарождения, мы можем начать понимать, где мы можем найти жизнь
за пределами нашей планеты.

Появление первой жизни
Исследователи Hadean Bioscience смогли показать, что ядерный гейзер — единственная теория местонахождения первой жизни, которая удовлетворяет всем девяти основным требованиям:

  1. Чтобы пребиотическая жизнь зародилась, необходим мощный источник энергии.Энергии одного Солнца недостаточно для разрушения неорганических соединений, таких как азот (N 2 ), углекислого газа (CO 2 ) и воды (H 2 O), и превращения их в сложные органические молекулы. Однако естественный ядерный реактор обеспечит более чем достаточно энергии для запуска требуемых реакций.
  2. Запасы основных элементов — еще одно условие для формирования жизни, поскольку большинство организмов на Земле состоит из углерода, водорода, кислорода и азота. Ранняя земная кора вместе с атмосферой и океаном может их снабжать.
  3. Наряду с элементами, которые образуют строительные блоки органических соединений, должен быть готовый источник питательных веществ, поддерживающих жизнь. Источником питательных веществ на ранней гадейской Земле должны были быть горные породы на поверхности Земли, богатые железом и фосфором, а также более редкими элементами, такими как калий и уран.
  4. Еще одним ключевым требованием является высокая концентрация газов, содержащих такие соединения, как аммиак и метан. Замкнутое пространство, такое как подземная камера в водопроводе ядерного гейзера, может собирать достаточную концентрацию этих газов.
  5. Команда также определила, что циклы «сухой-влажный» являются еще одним важным условием окружающей среды для возникновения жизни. Чередование гидратации и дегидратации может привести к образованию более сложных органических молекул из аминокислот, таких как РНК.
  6. Для зарождения жизни вода должна быть чистой и нетоксичной. Ранние океаны были очень кислыми и очень солеными, и жизнь здесь не могла возникнуть и не выжить. Это говорит о том, что жизнь могла сформироваться в водной среде на суше, например в бассейне или водно-болотном угодье.
  7. Вода также должна быть бедна натрием и богата калием. Мы знаем это, поскольку современные клетки содержат мало натрия, что позволяет предположить, что жизнь сформировалась в среде, где он был относительно недоступен.
  8. Цикл между днем ​​и ночью — еще одно жизненно важное условие для зарождения жизни. Циклы день-ночь допускают колебания температуры, при этом низкие и высокие температуры вызывают различные типы реакций и способствуют самовоспроизведению последовательностей ДНК.
  9. Наконец, для появления жизни необходима разнообразная среда.Изменения pH, солености и температуры будут способствовать возникновению различных типов реакций, приводящих к более сложным и разнообразным органическим молекулам. Разнообразная среда могла бы возникнуть на суше Земли из-за тектоники плит, но не в ее океанах.

Жизнь за пределами Земли
Команда смогла показать, что ядерный гейзер является наиболее вероятным местом рождения жизни, а не гидротермальным источником с токсичными океанами, недостатком питательных веществ и недостаточной энергией для движения. реакции, которые производят органические молекулы.Система ядерных гейзеров — единственное предлагаемое место, отвечающее всем условиям. Понимая эти ключевые требования для формирования жизни на Земле и то, как они определяют место ее зарождения, мы можем начать понимать, где мы можем найти жизнь за пределами нашей планеты.

Личный ответ

Что впервые вдохновило вас на исследование происхождения жизни на Земле?

Профессор Маруяма: Я давно занимаюсь исследованиями истории Земли и жизни.Тайна происхождения Земли и происхождения самой жизни до сих пор не разгадана. Я решил разобраться с этой загадкой, опираясь на наши знания мировой геологии, истории Земли и совместной эволюции Земли и жизни. Ключевой концепцией является то, что окружающая среда способствует возникновению и развитию жизни. Серия фильмов Hadean Bioscience CG «Вся история Земли и жизни» теперь демонстрируется на YouTube: www.youtube.com/c/HadeanBioscience

3.1 Происхождение Земли и Солнечной системы — Введение в океанографию

  • Тепло возникло в результате распада радиоактивных элементов на Земле, в частности, 235U, 238U, 40K и 232Th, которые в основном присутствуют в мантии.Общее количество тепла, производимого таким образом, со временем уменьшается (потому что эти изотопы расходуются) и сейчас составляет примерно 25% от того, что было при формировании Земли. Это означает, что внутри Земли постепенно становится холоднее.
  • Тепло исходило от тепловой энергии, уже содержащейся в объектах, которые образовали Землю.
  • Тепло возникло в результате столкновений. Когда объекты ударяются о Землю, часть энергии от их движения шла на деформацию Земли, а часть превращалась в тепло.(Самое худшее столкновение, которое испытала Земля, было с планетой по имени Тейя, которая была примерно размером с Марс. Вскоре после образования Земли Тейя ударилась о Землю. Когда Тейя врезалась в Землю, ее металлическое ядро ​​слилось с ядром Земли, и обломки внешние силикатные слои были брошены в космос, образуя кольцо из обломков вокруг Земли. Материал внутри кольца слился в новое тело на орбите вокруг Земли, дав нам нашу Луну. Примечательно, что обломки могли слиться за 10 лет или меньше! Этот сценарий образования Луны называется гипотезой гигантского удара .)
  • По мере того, как Земля становилась больше, ее гравитационная сила становилась все сильнее. Это увеличило способность Земли притягивать к себе объекты, но также привело к сжатию материала, из которого была изготовлена ​​Земля, подобно тому, как Земля обхватила себя гигантским гравитационным объятием. Сжатие вызывает нагрев материалов.

Нагревание имело очень важные последствия для строения Земли. По мере роста Земля собирала смесь зерен силикатных минералов, а также железа и никеля. Эти материалы были разбросаны по всей Земле.Ситуация изменилась, когда Земля начала нагреваться: она стала настолько горячей, что плавились и силикатные минералы, и металлы. Металлический расплав был намного плотнее, чем силикатный минеральный расплав, поэтому металлический расплав опустился к центру Земли, чтобы стать ее ядром, а силикатный расплав поднялся вверх, чтобы стать земной корой и мантией. Другими словами, Земля не перемешалась. Разделение силикатных минералов и металлов на скалистый внешний слой и металлическое ядро, соответственно, называется дифференциацией . С тех пор гравитация придала Земле почти сферическую форму с радиусом 6371 км и окружностью около 40 000 км.Однако это не идеальная сфера, поскольку вращение Земли вызывает экваториальную выпуклость, так что окружность Земли на 21 км (0,3%) шире на экваторе, чем между полюсами. Таким образом, технически это «сплюснутый сфероид».

Если бы мы провели инвентаризацию элементов, из которых состоит Земля, мы бы обнаружили, что 95% массы Земли составляют всего четыре элемента: кислород, магний, кремний и железо. Большая часть оставшихся 5% приходится на алюминий, кальций, никель, водород и серу.Мы знаем, что в результате Большого взрыва образовались водород, гелий и литий, но откуда взялись остальные элементы? Ответ в том, что остальные элементы созданы звездами. Тепло и давление внутри звезд заставляют более мелкие атомы сталкиваться и сливаться в новые, более крупные атомы. Например, когда атомы водорода сталкиваются и сливаются, образуется гелий. Когда некоторые атомы сливаются, выделяется большое количество энергии, и именно эта энергия заставляет звезды сиять.

Чтобы сделать элементы такими тяжелыми, как железо и никель, нужны звезды большего размера.Наше Солнце — средняя звезда; После того, как он израсходует водородное топливо для производства гелия, а затем часть этого гелия переплавится для получения небольших количеств бериллия, углерода, азота, кислорода и фтора, его срок службы истечет. Он перестанет образовывать атомы, остынет и раздувается, пока его середина не достигнет орбиты Марса. Напротив, большие звезды эффектно заканчивают свою жизнь, взрываясь как сверхновые и выбрасывая вновь образованные атомы, включая элементы тяжелее железа, в космос.Потребовалось много поколений звезд, чтобы создать более тяжелые элементы и выбросить их в космос, прежде чем более тяжелых элементов стало достаточно, чтобы сформировать планеты, подобные Земле.


* «Физическая геология» Стивена Эрла используется по международной лицензии CC-BY 4.0. Загрузите эту книгу бесплатно по адресу http://open.bccampus.ca

. Хронология фотографий

: как формировалась Земля

Эволюция Земли

(Изображение предоставлено НАСА / Космический центр Джонсона)

Совершите экскурсию по увлекательной геологической летописи, оставленной после основных этапов развития Земли 4.5 миллиардов лет. Здесь мы сосредоточены на событиях, которые сформировали поверхность планеты, таких как гигантские удары и богатая кислородом атмосфера.

Формы Земли

(Изображение предоставлено Копенгагенским университетом, Ларс А. Бучхейв)

Трудно сказать, когда Земля впервые сформировалась, потому что с самых ранних дней планеты не сохранились горные породы. Хотя ученые расходятся во мнениях по поводу деталей, большинство исследователей считают, что Земля образовалась в результате серии столкновений, произошедших менее чем через 100 миллионов лет после слияния Солнечной системы.Согласно большинству моделей образования Земли, более 10 столкновений с другими телами увеличили объем нашей растущей планеты. Измеряя возраст горных пород на Луне и метеоритов, обнаруженных на Земле, ученые оценивают консолидацию Земли 4,54 миллиарда лет назад. На молодой планете образовалась атмосфера и железное ядро, когда…

Бум! Столкновение Земля-Луна

(Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech)

Последнее столкновение на временной шкале Земли произошло с Тейей, каменистым планетоидом размером с Марс.Эта протопланета ударила Землю в сторону, оставив нашу планету в основном нетронутой, но разрушив себя и сдув атмосферу Земли. Испаренные обломки Тейи сконденсировались и образовали луну. Некоторые исследователи считают, что остатки Земли до столкновения все еще существуют глубоко в мантии и внешнем ядре Земли сегодня. Мантия — это слой между поверхностной корой и ядром.

Океан магмы

(Изображение предоставлено Диего Барукко / Shutterstock)

Сила образующего луну удара оставила на Земле вспенивающуюся горячую каплю магмы.Адские условия означали, что Земля на какое-то время напоминала Венеру с туманной, парной атмосферой. Но когда планета остыла, лава превратилась в камень, а жидкая вода начала конденсироваться, образуя первый океан Земли. Самые старые минералы, найденные на Земле, называемые цирконами, датируются этим временем и имеют возраст 4,4 миллиарда лет.

Первые континенты

(Изображение предоставлено Жаком Деклойтресом, группа быстрого реагирования MODIS Land, NASA / GSFC)

Сегодня Земля полностью покрыта гигантскими тектоническими плитами континентальной и океанической коры.Но первые тектонические плиты молодой Земли были намного меньше. Эти протоконтиненты представляли собой переработанную вулканическую породу, которая была переплавлена ​​или также захоронена и преобразована в метаморфическую породу. Эти метаморфические пояса часто содержат богатые залежи золота, серебра, меди и других драгоценных металлов. По мнению исследователей, новая кора Земли быстро росла: около 70 процентов коры сформировалось 3 миллиарда лет назад. Самые ранние химические маркеры жизни также появились с первыми континентами около 3,8 миллиарда лет назад.

Дыхание жизни

(Изображение предоставлено Робом Байером / Shutterstock)

Первые дуновения кислорода — в результате эволюции фотосинтеза — появились в скалах около 3,5 миллиарда лет назад. Фотосинтез был одним из

После того, как уровень кислорода в атмосфере резко вырос 2,4 миллиарда лет назад, в течение следующего миллиарда лет на Земле ничего не происходило. Земля была настолько устойчивой, что ученые называют этот отрезок времени «скучным миллиардом». Тектонически все было довольно спокойно: континенты застряли в суперконтинентальных пробках для большей части скучного миллиарда.Многие исследователи считают, что существует связь между отсутствием тектонической активности и скучным миллиардом — возможно, жизни нужен был толчок от дрейфующих континентов, чтобы продвинуть эволюцию мимо фотосинтеза к сложным телам.

Суперконтиненты

(Изображение предоставлено Николь Рейджер, Национальный научный фонд, на основе данных карты Пангеи, Проект Палеогеографического атласа, Чикагский университет)

Земля была покрыта гигантскими скоплениями континентов, называемых суперконтинентами, несколько раз в своем мимо.Самый известный суперконтинент, Пангея, был местом рождения динозавров. Но даже первые континенты Земли несколько раз объединялись в суперконтиненты, считают исследователи. Остатки древних горных поясов помогают исследователям объединить континенты в их прошлые модели, например, сопоставить кусочки головоломки.

Большой холода

(Изображение предоставлено: изображение Земли Snowball через Shutterstock)

Скучный миллиард прошел до свидания, когда 750 миллионов лет назад разорвался большой суперконтинент, вызвав глобальное похолодание под названием Земля Snowball Earth.Эта модель предполагает, что планета представляла собой мягкий «снежный ком», почти полностью покрытый ледниками. Извержения вулканов и выветривание горных пород, сопровождавшие распад суперконтинента, задержали углекислый газ, сильно охладив планету. Геологи обнаружили свидетельства существования ледников на всех континентах того времени, даже в местах, которые находились в тропических широтах.

Жизнь взрывается

(Изображение предоставлено Катриной Кенни и Нобумичи Тамура)

Уровень кислорода в атмосфере снова начал расти примерно 650 миллионов лет назад, примерно в то время, когда появились первые животные.Первые твердые части у животных появились в кембрийский период 545 миллионов лет назад. Хотя исследователи еще не пришли к единому мнению о причине этого взрыва жизни, многие думают, что сочетание факторов стимулировало этот необычный скачок от одиночных клеток к сложным существам. Например, расширяющиеся континенты отправили в океаны поток питательных веществ и открыли новые места обитания. И началась эволюционная гонка вооружений, когда животные боролись, чтобы поесть друг друга и защитить себя от хищников.

Массовые вымирания

(Изображение предоставлено Райнером Альбиезом / Shutterstock)

Земля страдает от массовых вымираний с кембрийского периода, но наибольшее количество окаменелостей в летописи окаменелостей приходится на пермский период 252 миллиона лет назад. Исследователи полагают, что более 90 процентов жизни умерло всего за 60 000 лет, по сравнению с 85 процентами жизни во время вымирания динозавров в конце мелового периода 66 миллионов лет назад. Однако главный подозреваемый в вымирании пермского периода — не падение метеорита, а гигантское извержение вулкана в Сибири.Ученые считают, что массивное наводнение лавы создало токсичные парниковые газы. Химические элементы в старых породах также регистрируют массовые вымирания из-за изменения климата, например, 450 миллионов лет назад, когда более 75 процентов морских видов погибло во время крупного ледникового периода.

Происхождение Земли: Предложение новой модели под названием ABEL

Основные моменты

Земля, образованная двумя ступенями, названа моделью ABEL (появление биоэлементов).

Земля родилась как совершенно сухая планета в 4 года.53 Ga без водных компонентов.

Бомбардировкой ABEL в течение 4,37–4,20 млрд лет назад на сушу образовались водные компоненты.

Вторичное накопление окисляющих биоэлементов стало предшественником для инициирования метаболизма.

ABEL Бомбардировка инициировала тектонику плит после застойной тектоники крышки.

Abstract

Земля родилась как сухая планета без атмосферы и компонентов океана в 4.56 млрд лет с последующей вторичной аккрецией биоэлементов, таких как углерод (C), водород (H), кислород (O) и азот (N), пик которого достигал 4,37–4,20 млрд лет. Эта двухступенчатая модель образования Землю мы называем появлением модели биоэлементов (модель ABEL), а событие появления биоэлементов (водный компонент) — бомбардировкой ABEL. Очевидно, что твердая Земля произошла из энстатитового хондритоподобного сухого материала на основании сходства изотопного состава кислорода и других изотопов.С другой стороны, вода на Земле происходит в основном из углеродистого хондрита, исходя из соотношения изотопов водорода. Мы представляем нашу модель ABEL, чтобы объяснить эту загадку между твердой Землей и водой, а также вторичную аккрецию окисляющих биоэлементов, которая стала предшественником для инициирования метаболизма и появления жизни на планете с высокой степенью восстановления. Если бы не было бомбардировки ABEL, жизнь никогда бы не появилась на Земле. Таким образом, бомбардировка ABEL — одно из самых важных событий для превращения этой планеты в пригодную для жизни планету.Хронология бомбардировки ABEL основана на предыдущих исследованиях поздней тяжелой бомбардировки и поздней модели облицовки. Бомбардировка ABEL, как полагают, произошла в период 4.37–4.20 млрд. Лет назад, что является концепцией пересмотра стандартной поздней тяжелой бомбардировки и поздних моделей облицовки. Кроме того, бомбардировка ABEL является спусковым механизмом перехода от тектоники застойных крышек к тектонике плит на этой планете из-за введения летучих веществ в исходную сухую Землю.

Ключевые слова

Происхождение Земли и жизни

Появление биоэлементов (ABEL)

Происхождение воды на Земле

Бомбардировка ABEL

Обитаемая планета Троица

Начало тектоники плит

Рекомендуемые статьи )

© 2016, Китайский университет геолого-геофизических исследований (Пекин) и Пекинский университет.Производство и хостинг — Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Как образовалась Земля?

Вид на Землю с Аполлона 11. Авторы и права: НАСА.

Каким образом Земля — ​​наш дом и место, где развивалась жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, — появилась на свет? В какой-то огненной печи на вершине большой горы? В какой-то божественной кузнице с молотом богов, выковывающих ее из чистого эфира? Как насчет великого океана, известного как Хаос, где что-то было создано из ничего, а затем заполнено всеми живыми существами?

Если какие-то из этих рассказов кажутся вам знакомыми, это одни из древних легенд, передаваемых на протяжении многих лет и пытающихся описать, как возник наш мир.И что интересно, некоторые из этих древних историй о сотворении мира содержат в себе научный факт.

Что касается образования Земли, то здесь были задействованы силы, которые можно описать только как огненные, хаотические и даже богоподобные. Однако за последние несколько столетий исследования и уточнения, внесенные в то, что сегодня известно как Науки о Земле, позволили ученым составить более эмпирическое и научное понимание того, как формировался наш мир.

По сути, ученые установили, что несколько миллиардов лет назад наша Солнечная система представляла собой не что иное, как облако частиц холодной пыли, кружащееся в пустом пространстве.Это облако газа и пыли было возмущено, возможно, из-за взрыва соседней звезды (сверхновой), и облако газа и пыли начало коллапсировать, когда гравитация стянула все вместе, образуя солнечную туманность — огромный вращающийся диск. Вращаясь, диск разделился на кольца, и от неистового движения частицы раскалились добела.

Центр диска сросся, чтобы стать Солнцем, а частицы во внешних кольцах превратились в большие огненные шары из газа и расплавленной жидкости, которые охлаждались и конденсировались, чтобы принять твердую форму.Около 4,5 миллиардов лет назад они начали превращаться в планеты, которые мы знаем сегодня как Земля, Марс, Венера, Меркурий и внешние планеты.

Первая эра существования Земли известна как Хадейский Эон. Это название происходит от греческого слова «Аид» (подземный мир), которое указывает на состояние планеты в то время. Это состояло из того, что поверхность Земли подвергалась непрерывной бомбардировке метеоритами и интенсивному вулканизму, который, как полагают, был серьезным из-за большого теплового потока и геотермального градиента, относящихся к этой эпохе.

Из-за дегазации и вулканической активности образовалась изначальная атмосфера, и существуют доказательства того, что жидкая вода существовала в то время, несмотря на условия на поверхности. Конденсирующийся водяной пар, дополненный льдом, доставляемым кометами, накапливался в атмосфере и охладил расплавленную внешнюю часть планеты, образовав твердую корку и образовав океаны.

Это было также в течение этого эона — примерно 4 года.48 миллиардов лет назад (или 70–110 миллионов лет после зарождения Солнечной системы) сформировался единственный спутник Земли, Луна. Наиболее распространенная теория, известная как «гипотеза гигантского удара», предполагает, что Луна возникла после того, как тело размером с Марс (иногда называемое Тейей) нанесло прото-Земле скользящий удар.

Столкновения было достаточно, чтобы испарить некоторые внешние слои Земли и расплавить оба тела, и часть материала мантии была выброшена на орбиту вокруг Земли.Выброс на орбите вокруг Земли конденсировался и под действием собственной гравитации превратился в более сферическое тело: Луну.

г. Хадейский эон закончился примерно 3,8 миллиарда лет назад с наступлением архейской эпохи. Как и Хадей, этот эон получил свое название от древнегреческого слова, которое в данном случае означает «начало» или «происхождение». Это относится к тому факту, что именно в этот период Земля значительно остыла, и формы жизни начали развиваться.

Большинство форм жизни сегодня не могло выжить в архейской атмосфере, лишенной кислорода и озонового слоя.Тем не менее, широко известно, что именно в это время начала формироваться самая изначальная жизнь, хотя некоторые ученые утверждают, что многие формы жизни могли возникнуть даже раньше, во время позднего Хадея.

Считается, что 4,4 миллиарда лет назад небесное тело (Тейя) врезалось в Землю и породило Луну. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения — Калтех.

В начале этого эона мантия была намного горячее, чем сегодня, возможно, до 1600 ° C (2900 ° F).В результате планета стала гораздо более геологически активной, процессы, такие как конвекция и тектоника плит, происходили намного быстрее, а зоны субдукции были более распространены. Тем не менее, наличие осадочных пород, датируемых этим периодом, указывает на обилие рек и океанов.

г. Первые крупные куски континентальной коры также датируются поздним хадейским / ранним ахейским эонами. То, что осталось от этих первых маленьких континентов, называется кратонами, и эти кусочки коры образуют ядра, вокруг которых выросли сегодняшние континенты.Поскольку поверхность постоянно меняла свою форму в течение последующих эонов, континенты формировались и распадались.

Суперконтинент Пангея в пермский период (300 — 250 миллионов лет назад). Предоставлено: Геология НАУ / Рон Блейки.

Континенты мигрировали по поверхности, иногда объединяясь в суперконтинент. Примерно 750 миллионов лет назад самый ранний из известных суперконтинентов под названием Родиния начал распадаться, а затем воссоединился 600-540 миллионов лет назад, чтобы сформировать Паннотию, а затем, наконец, Пангею.Этот последний суперконтинент распался 180 миллионов лет назад, в конечном итоге обретя конфигурацию, которую мы знаем сегодня. (См. Графики с сайта Geology.com здесь)

С того времени произошли все события, которые мы считаем «недавней историей», — всего лишь отметка на геологической шкале времени. Динозавры правили, а затем умирали, млекопитающие достигли господства, гоминиды начали медленно эволюционировать в виды, известные нам как homo sapiens, и возникла цивилизация. А началось все с большого количества пыли, пожара и нескольких серьезных ударов.Из этого были созданы Солнце, Луна, Земля и жизнь, как мы ее знаем.


Компьютерное моделирование предполагает, что раннюю Землю бомбардировали астероидами и кометами
Предоставлено Вселенная сегодня

Ссылка : Как образовалась Земля? (2014, 10 декабря) получено 22 мая 2021 г.