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Da quanto tempo la Terra ha vita

Storia della Terra

Per maggiori dettagli sulla storia geologica della Terra, vedi Storia geologica della Terra.

Per maggiori dettagli sulla storia biologica della Terra, vedi Storia della vita sulla Terra.

La storia naturale della Terra riguarda lo sviluppo del pianetaTerra dalla sua formazione fino ai giorni nostri. [1] [2] Quasi tutte le branche delle scienze naturali hanno contribuito alla comprensione dei principali eventi del passato della Terra, caratterizzati da costanti cambiamenti geologici ed evolutivi biologici.

La scala dei tempi geologici (GTS), come definita dalla convenzione internazionale, [3] descrive i grandi intervalli di tempo dall'inizio della Terra ad oggi, e le sue divisioni raccontano alcuni eventi definitivi della storia della Terra. La Terra si è formata circa 4,54 miliardi di anni fa, circa un terzo dell'età del per accrescimento dalla nebulosa solare. [4] [5] [6] Il degassamento vulcanico probabilmente creò l'atmosfera primordiale e poi l'oceano, ma l'atmosfera primordiale non conteneva quasi ossigeno. Gran parte della Terra è stata fusa a causa delle frequenti collisioni con altri corpi che hanno portato a un vulcanismo estremo. Mentre la Terra era nella sua fase iniziale (Terra primordiale), si pensa che una gigantesca collisione da impatto con un corpo di dimensioni planetarie chiamato Theia abbia formato la Luna. Nel corso del tempo, la Terra si è raffreddata, causando la formazione di una crosta solida e permettendo all'acqua liquida di salire in superficie.

L'eone dell'Adeano rappresenta il tempo prima di una registrazione affidabile (fossile) della vita; è iniziato con la formazione del pianeta e si è concluso 4,0 miliardi di anni fa. I successivi eoni dell'Archeano e del Proterozoico produssero l'inizio della vita sulla Terra e la sua prima evoluzione. L'eone successivo è il Fanerozoico, diviso in tre epoche: il Paleozoico, un'epoca di artropodi, pesci e la prima vita sulla terraferma; il Mesozoico, che ha attraversato l'ascesa, il regno e l'estinzione climatica dei dinosauri non aviari; e il Cenozoico, che vide l'ascesa dei mammiferi. Gli esseri umani riconoscibili sono emersi al massimo 2 milioni di anni fa, un periodo estremamente piccolo su scala geologica.

La prima prova indiscussa della vita sulla Terra risale almeno a 3,5 miliardi di anni fa, durante l'era Eoarchea, dopo che una crosta geologica iniziò a solidificarsi in seguito al precedente eone fuso dell'Adeano. Ci sono matfossili microbici come le stromatoliti trovate in arenaria di 3,48 miliardi di anni scoperta nell'Australia occidentale. [10] [11] [12] Un'altra prova fisica precoce di una sostanza biogenica è la grafite in 3,7 miliardi di anni fa rocce metasedimentarie scoperte nel sud-ovest della Groenlandia [13] così come "resti di vita biotica" trovati in rocce di 4,1 miliardi di anni fa nell'Australia occidentale. [14] [15] Secondo uno dei ricercatori, "Se la vita si sviluppasse relativamente rapidamente sulla Terra ... allora potrebbe essere comune nell'universo". [14]

Gli organismi fotosintetici sono apparsi tra 3,2 e 2,4 miliardi di anni fa e hanno iniziato ad arricchire l'atmosfera con l'ossigeno. La vita è rimasta per lo più piccola e microscopica fino a circa 580 milioni di anni fa, quando è nata una complessa vita multicellulare, si è sviluppata nel tempo e ha culminato nell'esplosione del Cambriano circa 538,8 milioni di anni fa. Questa improvvisa diversificazione delle forme di vita produsse la maggior parte dei principali phyla oggi conosciuti e divise l'Eone Proterozoico dal Periodo Cambriano dell'Era Paleozoica. Si stima che il 99% di tutte le specie che siano mai vissute La Terra, oltre cinque miliardi, [16] si sono estinti. [17] [18] Le stime sul numero delle attuali specie della Terra variano da 10 milioni a 14 milioni, [19] di cui circa 1,2 milioni sono documentati, ma oltre l'86% non è stato descritto. [20]

La crosta terrestre è cambiata costantemente dalla sua formazione, così come la vita dalla sua prima apparizione. Le specie continuano ad evolversi, assumendo nuove forme, dividendosi in specie figlie o estinguendosi di fronte ad ambienti fisici in continua evoluzione. Il processo della tettonica a placche continua a plasmare i continenti e gli oceani della Terra e la vita che ospitano.

Eoni

In geocronologia, il tempo è generalmente misurato in mya (milioni di anni fa), ogni unità rappresenta il periodo di circa 1.000.000 di anni nel passato. La storia della Terra si divide in quattro Grandi eoni, a partire da 4.540 milioni di anni fa con la formazione del pianeta. Ogni eone ha visto i cambiamenti più significativi nella composizione, nel clima e nella vita della Terra. Ogni eone viene successivamente diviso in ere, che a loro volta sono divise in periodi, che a loro volta sono divisi in epoche.

Tempo Eone (mya) Descrizione
Adeano 4.540–4.000 La Terra si è formata da detriti attorno al disco protoplanetario solare. Non c'è vita. Le temperature sono estremamente calde, con frequente attività vulcanica e ambienti dall'aspetto infernale (da qui il nome dell'eone, che deriva dall'Ade). L'atmosfera è nebulare. Possibili oceani primordiali o corpi idrici liquidi. La Luna si è formata in questo periodo, probabilmente a causa della collisione di un protopianeta con la Terra.
Archeano 4.000-2.500 La vita procariota, la prima forma di vita, emerge proprio all'inizio di questo eone, in un processo noto come abiogenesi. I continenti di Ur, Vaalbara e Kenorland potrebbero essere esistiti in questo periodo. L'atmosfera è composta da gas vulcanici e gas serra.
Proterozoico 2.500-538,8 Il nome di questo eone significa "primi anni di vita". Emergono gli eucarioti, una forma di vita più complessa, comprese alcune forme di organismi pluricellulari. I batteri iniziano a produrre ossigeno, modellando la terza e corrente dell'atmosfera terrestre. Piante, animali successivi e forse forme più antiche di funghi si formano in questo periodo. Le fasi iniziali e finali di questo eone potrebbero aver subito periodi di "Terra a palla di neve", in cui tutto il pianeta ha sofferto di temperature sotto lo zero. I primi continenti della Colombia, della Rodinia e della Pannotia, in quest'ordine, potrebbero essere esistiti in questo eone.
Fanerozoico 538.8–oggi La vita complessa, compresi i vertebrati, inizia a dominare la Terra oceano in un processo noto come esplosione cambriana. La Pangea si forma e successivamente si dissolve in Laurasia e Gondwana, che a loro volta si dissolvono negli attuali continenti. A poco a poco, la vita si espande sulla terraferma e iniziano ad apparire forme familiari di piante, animali e funghi, tra cui anellidi, insetti e rettili, da cui il nome dell'eone, che significa "vita visibile". Si verificano diverse estinzioni di massa, tra cui emergono uccelli, discendenti di dinosauri non aviari, e più recentemente mammiferi. Gli animali moderni, compresi gli esseri umani, si evolvono nelle fasi più recenti di questo eone.

Articolo principale: Scala del tempo geologico

La storia della Terra può essere organizzata cronologicamente secondo la scala del tempo geologico, che è suddivisa in intervalli basati sull'analisi stratigrafica. [2] [21] Le seguenti cinque linee temporali mostrano la scala del tempo geologico per scala. Il primo mostra l'intero tempo dalla formazione della Terra ad oggi, ma questo lascia poco spazio all'eone più recente. La seconda linea temporale mostra una vista espansa dell'eone più recente. In modo simile, l'era più recente viene espansa nella terza linea temporale, il periodo più recente viene espanso nella quarta linea temporale e l'epoca più recente viene espansa nella quinta linea temporale.

Articolo principale: Formazione ed evoluzione del Sistema Solare

Vedi anche: Differenziazione

planetaria

Il modello standard per la formazione del Sistema Solare (compresa la Terra) è l'ipotesi della nebulosa solare. [22] In questo modello, il Sistema Solare si è formato da una grande nube rotante di polvere e gas interstellare chiamata nebulosa solare. Era composto da idrogeno ed elio creati poco dopo il Big Bang 13,8 Ga (miliardi di anni fa) ed elementi più pesanti espulsi dalle supernove. A circa 4,5 miliardi di anni fa, la nebulosa ha iniziato una contrazione che potrebbe essere stata innescata dall'onda d'urto di una supernova vicina. [23] Un'onda d'urto avrebbe anche fatto ruotare la nebulosa. Quando la nube iniziò ad accelerare, il suo momento angolare, la gravità e l'inerzia la appiattivarono in un disco protoplanetario perpendicolare al suo asse di rotazione. Piccole perturbazioni dovute a collisioni e il momento angolare di altri detriti di grandi dimensioni hanno creato i mezzi attraverso i quali protopianeti di dimensioni chilometriche hanno iniziato a formarsi, in orbita attorno al centro della nebulosa. [24]

Il centro della nebulosa, non avendo molto momento angolare, collassò rapidamente, la compressione lo riscaldò fino a quando iniziò la fusione nucleare dell'idrogeno in elio. Dopo un'ulteriore contrazione, una stella T Tauri si è accesa e si è evoluta nel Sole. Nel frattempo, nella parte esterna della nebulosa la gravità ha causato la condensazione della materia intorno alla densità perturbazioni e particelle di polvere, e il resto del disco protoplanetario iniziarono a separarsi in anelli. In un processo noto come accrescimento incontrollato, frammenti di polvere e detriti più grandi si sono aggregati per formare pianeti. [24] La Terra si è formata in questo modo circa 4,54 miliardi di anni fa (con un'incertezza dell'1%) [25] [26] [4] ed è stata in gran parte completata entro 10-20 milioni di anni. [27] Nel giugno 2023, gli scienziati hanno riportato le prove che il pianeta Terra potrebbe essersi formato in soli tre milioni di anni, molto più velocemente dei 10-100 milioni di anni che si pensava in precedenza. [28] [29] Ciononostante, il vento solare della stella T Tauri appena formata eliminò la maggior parte del materiale nel disco che non si era già condensato in corpi più grandi. Ci si aspetta che lo stesso processo produca dischi di accrescimento intorno Praticamente tutte le stelle di nuova formazione nell'universo, alcune delle quali producono pianeti. [30]

La proto-Terra crebbe per accrescimento fino a quando il suo interno fu abbastanza caldo da fondere i pesanti siderofili. Avendo densità più elevate rispetto ai silicati, questi metalli affondarono. Questa cosiddetta catastrofe del ferro ha provocato la separazione di un mantello primitivo e di un nucleo (metallico) solo 10 milioni di anni dopo che la Terra ha iniziato a formarsi, producendo la struttura stratificata della Terra e impostando la formazione del campo magnetico terrestre. [31] J.A. Jacobs [32] è stato il primo a suggerire che il nucleo interno della Terra – un centro solido distinto dal nucleo esterno liquido – si sta congelando e crescendo dal nucleo esterno liquido a causa del graduale raffreddamento dell'interno della Terra (circa 100 gradi Celsius per miliardo di anni [33] ).

Ade ed Eoni Archeani

Principale articoli: Adeano e Archeano

Il primo eone nella storia della Terra, l'Adeano , inizia con la formazione della Terra ed è seguito dall'eone Archeano a 3,8 Ga. [2] : 145 Le rocce più antiche trovate sulla Terra risalgono a circa 4,0 Ga, e i più antichi cristalli di zircone detritale nelle rocce a circa 4,4 Ga, [34] [35] [36] subito dopo la formazione della crosta terrestre e della Terra stessa. L'ipotesi dell'impatto gigante per la formazione della Luna afferma che poco dopo la formazione di una crosta iniziale, la proto-Terra è stata colpita da un protopianeta più piccolo, che ha espulso parte del mantello e della crosta nello spazio e ha creato la Luna. [37] [38] [39]

Dalla conta dei crateri su altri corpi celesti, si deduce che un periodo di intensi impatti di meteoriti, chiamati Late Heavy Bombardment , iniziarono circa 4,1 miliardi di anni fa, e si conclusero intorno a 3,8 miliardi di anni, alla fine dell'Adeano. [40] Inoltre, il vulcanismo era grave a causa del grande flusso di calore e del gradiente geotermico. [41] Tuttavia, i cristalli di zircone detritici datati a 4,4 Ga mostrano prove di aver subito il contatto con acqua liquida, suggerendo che la Terra avesse già oceani o mari a quel tempo. [34]

All'inizio dell'Archeano, la Terra si era raffreddata in modo significativo. Le forme di vita attuali non avrebbero potuto sopravvivere sulla superficie terrestre, perché l'atmosfera dell'Archeano mancava di ossigeno e quindi non aveva uno strato di ozono per bloccare la luce ultravioletta. Tuttavia, si ritiene che la vita primordiale abbia iniziato ad evolversi all'inizio dell'Archeano, con fossili candidati datati a circa 3,5 anni fa. Alcuni scienziati ipotizzano addirittura che la vita potrebbe essere iniziato durante l'Adeano inferiore, fino a 4,4 miliardi di anni fa, sopravvivendo al possibile periodo di bombardamento pesante tardivo nelle bocche idrotermali sotto la superficie terrestre. [43]

Articoli

principali: Luna, Origine della Luna e Ipotesi

dell'impatto gigante L'unico satellite naturale della Terra, la Luna, è più grande rispetto al suo pianeta di qualsiasi altro satellite del Sistema Solare. [nb 1] Durante il programma Apollo, le rocce dalla superficie della Luna sono state portate sulla Terra. La datazione radiometrica di queste rocce mostra che la Luna ha un'età compresa tra 4,53 ± 0,01 miliardi di anni, [46] formatasi almeno 30 milioni di anni dopo il Sistema Solare. [47] Nuove prove suggeriscono che la Luna si sia formata ancora più tardi, 4,48 ± 0,02 Ga, o 70-110 milioni di anni dopo l'inizio del Sistema Solare. [48]

Le teorie per la formazione della Luna devono spiegare la sua formazione tardiva così come i seguenti fatti. In primo luogo, la Luna ha una bassa densità (3,3 volte quella dell'acqua, rispetto a 5,5 per la Terra [49] ) e un piccolo nucleo metallico. In secondo luogo, la Terra e la Luna hanno la stessa firma isotopica dell'ossigeno (abbondanza relativa degli isotopi dell'ossigeno). Delle teorie proposte per spiegare questi fenomeni, una è ampiamente accettata: l'ipotesi dell'impatto gigante propone che la Luna abbia avuto origine dopo che un corpo delle dimensioni di Marte (a volte chiamato Theia [47] ) ha colpito la proto-Terra con un colpo di striscio. [1] : 256 [50] [51]

La collisione ha rilasciato circa 100 milioni di volte più energia rispetto al più recente impatto di Chicxulub che si ritiene abbia causato l'estinzione del non aviario Dinosauri. È stato sufficiente per vaporizzare alcuni degli strati esterni della Terra e fondere entrambi i corpi. [50] [1] : 256 Una parte del materiale del mantello è stata espulsa in orbita attorno alla Terra. L'ipotesi dell'impatto gigante prevede che la Luna fosse impoverita di materiale metallico, spiegando la sua composizione anormale. [53] Il materiale espulso in orbita attorno alla Terra potrebbe essersi condensato in un unico corpo entro un paio di settimane. Sotto l'influenza della sua stessa gravità, il materiale espulso divenne un corpo più sferico: la Luna. [54]

La

convezione del mantello, il processo che guida la tettonica a placche, è il risultato del flusso di calore dall'interno della Terra alla superficie terrestre. Creazione di placche tettoniche rigide in corrispondenza delle dorsali medio-oceaniche. Queste placche vengono distrutte dalla subduzione nel mantello nelle zone di subduzione. Durante l'Archeano inferiore (circa 3,0 miliardi di anni) il mantello era molto più caldo di oggi, probabilmente intorno ai 1.600 °C (2.910 °F), quindi la convezione nel mantello era più veloce. Sebbene si sia verificato un processo simile all'attuale tettonica a placche, anche questo sarebbe stato più veloce. È probabile che durante l'Adeano e l'Archeano, le zone di subduzione fossero più comuni, e quindi le placche tettoniche fossero più piccole. [1] : 258 [57]

La crosta iniziale, che si formò quando la superficie terrestre si solidificò per la prima volta, scomparve completamente da una combinazione di questa veloce tettonica a placche dell'Adeano e degli intensi impatti del Late Heavy Bombardment. Tuttavia, si pensa che fosse basaltico in composizione, come l'odierna crosta oceanica, perché si era ancora verificata poca differenziazione crostale. [1] : 258 I primi pezzi più grandi di crosta continentale, che è un prodotto della differenziazione di elementi più leggeri durante la fusione parziale nella crosta inferiore, apparvero alla fine dell'Adeano, circa 4,0 miliardi di anni. Ciò che rimane di questi primi piccoli continenti è chiamato cratone. Questi pezzi di crosta del tardo Adeano e dell'Archeano inferiore formano i nuclei attorno ai quali sono cresciuti i continenti odierni. [58]

Le rocce più antiche della Terra si trovano nel cratone nordamericano del Canada. Sono tonaliti da circa 4,0 Ga. Mostrano tracce di metamorfismo ad alta temperatura, ma anche grani sedimentari che sono stati arrotondati dall'erosione durante il trasporto per via d'acqua, dimostrando che allora esistevano fiumi e mari. [59] I cratoni sono costituiti principalmente da due tipi alternati di terranes. Le prime sono le cosiddette cinture di pietra verde, costituite da rocce sedimentarie metamorfosate di basso grado. Queste "pietre verdi" sono simili ai sedimenti che oggi si trovano nelle fosse oceaniche, al di sopra delle zone di subduzione. Per questo motivo, le pietre verdi sono talvolta viste come prova della subduzione durante l'Archeano. Il secondo tipo è un complesso di rocce felsicmagmatiche. Queste rocce sono per lo più tonalite, trondhjemite o granodiorite, tipi di roccia simili nella composizione al granito (quindi tali terrani sono chiamati TTG-terrani). I complessi TTG sono visti come i relitti della prima crosta continentale, formatasi dalla fusione parziale in basalto. [60] : Capitolo 5

Oceani e atmosfera

Vedi anche: Origine dell'acqua sulla Terra e atmosfera prebiotica

La

Terra è spesso descritta come se avesse avuto tre atmosfere. La prima atmosfera, catturata dalla nebulosa solare, era composta da luce elementi (atmosferici) della nebulosa solare, principalmente idrogeno ed elio. Una combinazione del vento solare e del calore terrestre avrebbe allontanato questa atmosfera, a seguito della quale l'atmosfera è ora impoverita di questi elementi rispetto alle abbondanze cosmiche. [61] Dopo l'impatto che ha creato la Luna, la Terra fusa ha rilasciato gas volatili; E in seguito altri gas sono stati rilasciati dai vulcani, completando una seconda atmosfera ricca di gas serra ma povera di ossigeno. [1] : 256 Infine, la terza atmosfera, ricca di ossigeno, emerse quando i batteri iniziarono a produrre ossigeno circa 2,8 Ga. [62] : 83-84, 116-117

Nei primi modelli per la formazione dell'atmosfera e dell'oceano, la seconda atmosfera si formò per degassamento di sostanze volatili dall'interno della Terra. Ora si ritiene probabile che Molti dei volatili sono stati rilasciati durante l'accrescimento da un processo noto come degassamento da impatto, in cui i corpi in arrivo vaporizzano all'impatto. L'oceano e l'atmosfera, quindi, avrebbero iniziato a formarsi proprio come si è formata la Terra. [66] La nuova atmosfera probabilmente conteneva vapore acqueo, anidride carbonica, azoto e quantità minori di altri gas. [67]

I planetesimi a una distanza di 1 unità astronomica (UA), la distanza della Terra dal Sole, probabilmente non hanno contribuito con acqua alla Terra perché la nebulosa solare era troppo calda per la formazione del ghiaccio e l'idratazione delle rocce da parte del vapore acqueo avrebbe richiesto troppo tempo. [66] [68] L'acqua deve essere stata fornita da meteoriti provenienti dalla fascia esterna degli asteroidi e da alcuni grandi embrioni planetari provenienti da oltre 2,5 UA. [66] [69] Le comete possono anche avere Contribuito. Sebbene la maggior parte delle comete si trovi oggi in orbite più lontane dal Sole rispetto a Nettuno, le simulazioni al computer mostrano che in origine erano molto più comuni nelle parti interne del Sistema Solare. [59] : 130-132

Mentre la Terra si raffreddava, si formavano le nuvole. La pioggia ha creato gli oceani. Prove recenti suggeriscono che gli oceani potrebbero aver iniziato a formarsi già a 4,4 anni fa. [34] All'inizio dell'eone Archeano, coprivano già gran parte della Terra. Questa formazione precoce è stata difficile da spiegare a causa di un problema noto come il paradosso del Sole giovane e debole. È noto che le stelle diventano più luminose con l'avanzare dell'età e il Sole è diventato più luminoso del 30% dalla sua formazione 4,5 miliardi di anni fa. [70] Molti modelli indicano che la Terra primordiale avrebbe dovuto essere ricoperta di ghiaccio. [71] [66] Una soluzione probabile è che ci fosse abbastanza anidride carbonica e metano per produrre un effetto serra. L'anidride carbonica sarebbe stata prodotta dai vulcani e il metano dai primi microbi. Si ipotizza che esistesse anche una foschia organica creata dai prodotti della fotolisi del metano che causava anche un effetto anti-serra. [72] Un altro gas serra, l'ammoniaca, sarebbe stato espulso dai vulcani ma rapidamente distrutto dalle radiazioni ultraviolette. Uno

dei motivi dell'interesse per l'atmosfera primordiale e l'oceano è che formano le condizioni in cui la vita è nata per la prima volta. Ci sono molti modelli, ma poco consenso, su come la vita sia emersa da sostanze chimiche non viventi; I sistemi chimici creati in laboratorio sono ben al di sotto della complessità minima per un organismo vivente. [73] Il

primo passo verso l'emergere della vita potrebbe essere stato costituito da reazioni chimiche che hanno prodotto molti dei composti organici più semplici, tra cui basi nucleotiche e amminoacidi, che sono i mattoni della vita. Un esperimento del 1952 di Stanley Miller e Harold Urey dimostrò che tali molecole potevano formarsi in un'atmosfera di acqua, metano, ammoniaca e idrogeno con l'aiuto di scintille per imitare l'effetto dei fulmini. [75] Sebbene la composizione atmosferica fosse probabilmente diversa da quella usata da Miller e Urey, esperimenti successivi con composizioni più realistiche riuscirono anche a sintetizzare molecole organiche. [76] Le simulazioni al computer mostrano che molecole organiche extraterrestri potrebbero essersi formate nel disco protoplanetario prima della formazione della Terra. [77]

Un'ulteriore complessità avrebbe potuto essere raggiunta da almeno tre possibili punti di partenza: l'autoreplicazione, la capacità di un organismo di produrre prole simile a se stesso; metabolismo, la sua capacità di nutrirsi e ripararsi; e membrane cellulari esterne, che consentono l'ingresso di cibo e l'uscita dei prodotti di scarto, ma escludono le sostanze indesiderate. [78]

Articolo principale: Mondo dell'RNA

Anche i membri più semplici dei tre domini moderni della vita usano il DNA per registrare le loro "ricette" e una complessa serie di molecole di RNA e proteine per "leggere" queste istruzioni e usarle per la crescita, il mantenimento e l'autoreplicazione.

La scoperta che un tipo di molecola di RNA chiamata ribozima può catalizzare sia la propria replicazione che la costruzione delle proteine ha portato all'ipotesi che in precedenza le forme di vita erano basate interamente sull'RNA. [79] Potrebbero aver formato un mondo di RNA in cui c'erano individui ma nessuna specie, come mutazioni e I trasferimenti genici orizzontali avrebbero significato che la prole di ogni generazione avrebbe avuto genomi diversi da quelli con cui i loro genitori avevano iniziato. [80] L'RNA sarebbe stato successivamente sostituito dal DNA, che è più stabile e quindi può costruire genomi più lunghi, ampliando la gamma di capacità che un singolo organismo può avere. [81] I ribozimi rimangono i componenti principali dei ribosomi, le "fabbriche di proteine" delle cellule moderne. [82]

Sebbene brevi molecole di RNA autoreplicanti siano state prodotte artificialmente in laboratorio, [83] sono stati sollevati dubbi sulla possibilità di una sintesi naturale non biologica dell'RNA. [84] [85] [86] I primi ribozimi potrebbero essere stati formati da acidi nucleici più semplici come PNA, TNA o GNA, che sarebbero stati sostituiti in seguito dall'RNA. [87] [88] Sono stati ipotizzati altri replicatori pre-RNA, inclusi i cristalli [89] : 150 e persino i sistemi quantistici. [90]

Nel 2003 è stato proposto che i precipitati porosi di solfuro metallico assisterebbero la sintesi dell'RNA a circa 100 °C (212 °F) e alle pressioni del fondo oceanico vicino alle bocche idrotermali. In questa ipotesi, le proto-cellule sarebbero confinate nei pori del substrato metallico fino al successivo sviluppo delle membrane lipidiche. [91]

Articolo principale: Ipotesi del mondo

ferro-zolfo

Un'altra ipotesi di vecchia data è che la prima vita fosse composta da molecole proteiche. Gli amminoacidi, i mattoni delle proteine, sono facilmente sintetizzabili in condizioni prebiotiche plausibili, così come i piccoli peptidi (polimeri di amminoacidi acidi) che sono buoni catalizzatori. Una serie di esperimenti a partire dal 1997 ha dimostrato che amminoacidi e peptidi potrebbero formarsi in presenza di monossido di carbonio e idrogeno solforato con solfuro di ferro e solfuro di nichel come catalizzatori. La maggior parte delle fasi del loro assemblaggio richiedeva temperature di circa 100 °C (212 °F) e pressioni moderate, anche se una fase richiedeva 250 °C (482 °F) e una pressione equivalente a quella che si trova sotto i 7 chilometri (4,3 miglia) di roccia. Quindi, la sintesi autosufficiente delle proteine potrebbe essere avvenuta vicino alle bocche idrotermali. [93]

Una difficoltà con lo scenario del metabolismo è trovare un modo per far evolvere gli organismi. Senza la capacità di replicarsi come individui, gli aggregati di molecole avrebbero come bersaglio dei genomi composizionali (conteggi delle specie molecolari nell'aggregato) selezione. Tuttavia, un modello recente mostra che un tale sistema non è in grado di evolversi in risposta alla selezione naturale. [94]

È

stato suggerito che le "bolle" a doppia parete di lipidi come quelle che formano le membrane esterne delle cellule potrebbero essere state un primo passo essenziale. [95] Esperimenti che hanno simulato le condizioni della Terra primordiale hanno riportato la formazione di lipidi, e questi possono formare spontaneamente liposomi, "bolle" a doppia parete, e quindi riprodursi. Sebbene non siano intrinsecamente portatori di informazioni come lo sono gli acidi nucleici, sarebbero soggetti a selezione naturale per la longevità e la riproduzione. Gli acidi nucleici come l'RNA potrebbero quindi essersi formati più facilmente all'interno dei liposomi di quanto avrebbero fatto all'esterno. [96]

La teoria dell'argilla

Per ulteriori informazioni: Graham Alcune

argille, in particolare la montmorillonite, hanno proprietà che le rendono plausibili acceleratori per l'emergere di un mondo a RNA: crescono per auto-replicazione del loro modello cristallino, sono soggette a un analogo della selezione naturale (poiché la "specie" di argilla che cresce più velocemente in un particolare ambiente diventa rapidamente dominante) e possono catalizzare la formazione di molecole di RNA. Sebbene questa idea non sia diventata il consenso scientifico, ha ancora sostenitori attivi. [98] : 150-158 [89]

Una ricerca nel 2003 ha riportato che la montmorillonite potrebbe anche accelerare la conversione degli acidi grassi in "bolle" e che le bolle potrebbero incapsulare l'RNA attaccato all'argilla. Le bolle possono quindi crescere assorbendo lipidi aggiuntivi e dividendosi. La formazione delle cellule precoci può avere sono stati aiutati da processi simili. [99]

Un'ipotesi simile presenta le argille ricche di ferro autoreplicanti come progenitori di nucleotidi, lipidi e amminoacidi. [100]

Articolo principale: Ultimo antenato comune universale

Si ritiene che di questa molteplicità di protocelle, solo una linea sia sopravvissuta. Le attuali prove filogenetiche suggeriscono che l'ultimo antenato universale (LUA) visse durante l'eone Archeano, forse 3,5 Ga o prima. Questa cellula LUA è l'antenata di tutta la vita sulla Terra oggi. Probabilmente era un procariote, in possesso di una membrana cellulare e probabilmente di ribosomi, ma privo di un nucleo o di organelli legati alla membrana come i mitocondri o i cloroplasti. Come le cellule moderne, usava il DNA come codice genetico, l'RNA per il trasferimento di informazioni e la sintesi proteica. enzimi per catalizzare le reazioni. Alcuni scienziati ritengono che invece di essere l'ultimo antenato comune universale di un singolo organismo, ci fossero popolazioni di organismi che si scambiavano geni per trasferimento genico laterale. [103]

Articolo principale: Proterozoico

L'eone proterozoico è durato da 2,5 Ga a 538,8 Ma (milioni di anni) fa. [105] In questo lasso di tempo, i cratoni sono cresciuti in continenti con dimensioni moderne. Il passaggio a un'atmosfera ricca di ossigeno è stato uno sviluppo cruciale. La vita si è sviluppata dai procarioti agli eucarioti e alle forme multicellulari. Il Proterozoico vide un paio di gravi ere glaciali chiamate Terre a palla di neve. Dopo l'ultima Palla di Neve sulla Terra, circa 600 milioni di anni fa, l'evoluzione della vita sulla Terra ha accelerato. Intorno al 580 Ma, il biota dell'Ediacarano costituì il preludio per l'esplosione del Cambriano. [ citazione necessaria ]

Articolo

principale: Grande evento di ossidazione

Vedi anche: Strato

di ozono

Le prime cellule assorbivano energia e cibo dall'ambiente circostante. Usavano la fermentazione, la scomposizione di composti più complessi in composti meno complessi con meno energia, e usavano l'energia così liberata per crescere e riprodursi. La fermentazione può avvenire solo in un ambiente anaerobico (privo di ossigeno). L'evoluzione della fotosintesi ha reso possibile alle cellule di ricavare energia dal Sole. La

maggior parte della vita che copre la superficie della Terra dipende direttamente o indirettamente dalla fotosintesi. La forma più comune, la fotosintesi ossigenata, trasforma l'anidride carbonica, l'acqua e la luce solare in cibo. Cattura l'energia della luce solare in molecole ricche di energia come l'ATP, che poi forniscono il energia per produrre zuccheri. Per fornire gli elettroni nel circuito, l'idrogeno viene strappato dall'acqua, lasciando l'ossigeno come prodotto di scarto. [107] Alcuni organismi, tra cui i batteri viola e i batteri verdi dello zolfo, utilizzano una forma aniossigena di fotosintesi che utilizza alternative all'idrogeno estratto dall'acqua come donatori di elettroni; Esempi sono l'idrogeno solforato, lo zolfo e il ferro. Tali organismi estremofili sono limitati ad ambienti altrimenti inospitali come sorgenti termali e bocche idrotermali. La

forma anossigena più semplice sorse circa 3,8 Ga, non molto tempo dopo la comparsa della vita. La tempistica della fotosintesi ossigenata è più controversa; era certamente apparso di circa 2,4 Ga, ma alcuni ricercatori lo hanno riportato a 3,2 Ga. [107] Quest'ultimo "probabilmente è aumentato a livello globale. produttività di almeno due o tre ordini di grandezza". Tra i resti più antichi di forme di vita che producono ossigeno ci sono stromatoliti fossili. All'inizio

, l'ossigeno rilasciato era legato al calcare, al ferro e ad altri minerali. Il ferro ossidato si presenta sotto forma di strati rossi in strati geologici chiamati formazioni di ferro a bande che si formarono in abbondanza durante il periodo Sideriano (tra 2500 Ma e 2300 Ma). [2] : 133 Quando la maggior parte dei minerali esposti che reagivano prontamente furono ossidati, l'ossigeno iniziò finalmente ad accumularsi nell'atmosfera. Sebbene ogni cellula producesse solo una piccola quantità di ossigeno, il metabolismo combinato di molte cellule nel corso di un vasto periodo di tempo ha trasformato l'atmosfera terrestre al suo stato attuale. Questa era la terza atmosfera terrestre. [112] : 50-51 [62] : 83-84, 116-117

Un po' di ossigeno è stato stimolato dalla radiazione ultravioletta solare per formare ozono, che si è raccolto in uno strato vicino alla parte superiore dell'atmosfera. Lo strato di ozono ha assorbito, e assorbe tuttora, una quantità significativa della radiazione ultravioletta che un tempo era passata attraverso l'atmosfera. Ha permesso alle cellule di colonizzare la superficie dell'oceano e infine la terra: senza lo strato di ozono, le radiazioni ultraviolette che bombardavano la terra e il mare avrebbero causato livelli insostenibili di mutazione nelle cellule esposte. [113] [59] : 219-220

La fotosintesi ha avuto un altro grande impatto. L'ossigeno era tossico; molta vita sulla Terra probabilmente si estinse quando i suoi livelli aumentarono in quella che è nota come la catastrofe dell'ossigeno . Forme resistenti sono sopravvissuti e hanno prosperato, e alcuni hanno sviluppato la capacità di utilizzare l'ossigeno per aumentare il loro metabolismo e ottenere più energia dallo stesso cibo. [113]

L'evoluzione naturale del Sole lo rese progressivamente più luminoso durante gli eoni Archeano e Proterozoico; la luminosità del Sole aumenta del 6% ogni miliardo di anni. Di conseguenza, la Terra iniziò a ricevere più calore dal Sole nell'eone del Proterozoico. Tuttavia, la Terra non si è riscaldata. Invece, la documentazione geologica suggerisce che si raffreddò drammaticamente durante il primo Proterozoico. I depositi glaciali trovati in Sudafrica risalgono a 2,2 miliardi di anni fa, quando poi, sulla base di prove paleomagnetiche, devono essere stati localizzati vicino all'equatore. Pertanto, questa glaciazione, nota come glaciazione huroniana, potrebbe essere stata globale. Alcuni scienziati suggeriscono che questo sia stato così grave che la Terra è stata congelata dai poli all'equatore, un'ipotesi chiamata Terra a palla di neve. [114]

L'era glaciale huroniana potrebbe essere stata causata dall'aumento della concentrazione di ossigeno nell'atmosfera, che ha causato la diminuzione del metano (CH 4 ) nell'atmosfera. Il metano è un gas serra forte, ma con l'ossigeno reagisce per formare CO 2 , un gas serra meno efficace. Quando l'ossigeno libero divenne disponibile nell'atmosfera, la concentrazione di metano avrebbe potuto diminuire drasticamente, abbastanza da contrastare l'effetto del crescente flusso di calore dal Sole.