Pochodzenie Życia: Wczesne środowisko Ziemi

Consequently, the earth was very hot, evaporating the liquid water into the atmosphere. Jednak, jak ziemia ochłodziła się, grawitacja-przechwyconej pary wodnej skondensowane, spadł jako deszcz, i nie gotować daleko, ale pozostał impounded w basenach, które stały się jeziora i oceany. Uważano również, że aktywność tektoniczna była przyczyną wielu erupcji wulkanicznych w tamtych czasach. Z dzisiejszych wulkanów wiemy, że kiedy wybuchają, uwalniają dwutlenek węgla, azot i wiele innych gazów beztlenowych. Dodatkowo, bez chroniącej atmosfery, Ziemia była nieustannie bombardowana meteorytami i innymi odłamkami kosmicznymi, które wciąż były w obiegu po wielkim wybuchu. Z obecnych badań astronomicznych wiemy, że meteoryty mogą przenosić lód i inne związki, w tym związki węgla. Naukowcy uważają więc, że wczesna atmosfera Ziemi składała się z pary wodnej, dwutlenku węgla, tlenku węgla, wodoru, azotu, amoniaku i metanu. Zauważ, że żaden tlen nie był obecny we wczesnej atmosferze Ziemi!

Meteorolodzy podejrzewają, że błyskawice, ulewne deszcze i promieniowanie ultrafioletowe łączyły się z intensywną aktywnością wulkaniczną i stałym bombardowaniem meteorytami, aby uczynić wczesną Ziemię interesującym, lecz niegościnnym środowiskiem.

Synteza Millera-Ureya

Dwaj amerykańscy naukowcy, Stanley Miller i Harold Urey, zaprojektowali eksperyment, aby symulować warunki na wczesnej Ziemi i obserwować powstawanie życia. Połączyli metan, wodę, amoniak i wodór w pojemniku w przybliżonych stężeniach, które teoretycznie istniały na wczesnej Ziemi. Aby zasymulować błyskawicę, dodali iskrę elektryczną. Dni później zbadali powstałą „zupę” i odkryli obecność kilku prostych aminokwasów! Chociaż ten eksperymentalny projekt prawdopodobnie nie reprezentował dokładnie procentu kombinacji gazowych wczesnej Ziemi, dalsze prace dr Millera i innych, wykorzystujące różne kombinacje, doprowadziły do powstania związków organicznych. Jeszcze w 1995 roku Miller wyprodukował uracyl i cytozynę, dwie zasady azotowe występujące zarówno w DNA jak i RNA. Jednak do tej pory nie udało się stworzyć w laboratorium żadnej żywej istoty z rzeczy nieożywionych. Co ciekawe, kontynuując badania nad meteorytami, już w 1969 roku stwierdzono, że zawierają one wszystkie pięć zasad azotowych. Przedstawia to hipotezę, że być może składniki niezbędne do życia zostały przyniesione z kosmosu!

Wegener: Plate Tectonics and Continental Drift

Patrząc na współczesną mapę świata, łatwo zauważyć, jak linia brzegowa zachodniej strony Afryki wydaje się pasować do wschodniej linii brzegowej Ameryki Południowej. Jak umiejętności kartograficzne i wiedza na temat granic kontynentu wzrosła przez nautical eksploracji, w 1912 roku, niemiecki meteorolog Alfred Wegener zaproponował Earth-moving hipotezę. Wysunął on hipotezę, że istniejące obszary lądowe faktycznie się przemieszczają i prawdopodobnie wszystkie zaczęły się jako jeden duży obszar lądowy. Jego teoria dryfu kontynentów sprawiła, że lądolody na Ziemi wyglądają jak gigantyczne pływające wyspy, które czasem się oddalają, a czasem rozbijają o siebie z powodu sił, których nie potrafił opisać. Chociaż zauważono anomalię Afryka-Ameryka Południowa, jego teoria nie zyskała dużego poparcia za jego życia.

Dzięki ostatnim postępom w geologii wiemy teraz, że wszystkie cechy powierzchniowe – ląd i woda – w rzeczywistości unoszą się na lepkim płaszczu Ziemi, który wspiera ruchomą skorupę i zewnętrzną warstwę Ziemi. Stała skorupa, czyli płyta, którą zamieszkujemy, jest jednym z wielu nieregularnie ukształtowanych kawałków o różnych rozmiarach, które poruszają się w określonych kierunkach. Idea, że te duże płyty kontynentalne są w ciągłym ruchu stworzonym przez ogrzewanie geotermalne, konwekcję i ruch jest nazywana tektoniką płyt.

Tektonika płyt wyjaśnia, jak duże obszary lądowe oddzielają się, a także zderzają się ze sobą. Ten stały ruch Ziemi, często mierzony w centymetrach na rok, jest odpowiedzialny za trzęsienia ziemi, wulkany, rozprzestrzenianie się dna morskiego i dryf kontynentów.

Najwyraźniej Wegener miał rację; wczesne odizolowane formy lądowe prawdopodobnie połączyły się w jedną masę lądową lub superkontynent zwany Pangaea, około 250 milionów lat temu pod koniec ery paleozoicznej. Zauważ na ilustracji Pangaea proponowany kształt superkontynentu.

Pangaea.

Życie, które rozwinęło się na oddzielnych lądolodach, musiało teraz konkurować z innymi formami życia z innych odizolowanych lądolodów, gdy te lądolody zlały się w jeden. Rywalizacja o przestrzeń, pożywienie i schronienie, a także zwiększone drapieżnictwo stworzyły dodatkowe presje naturalnej selekcji. Zapisy kopalne wskazują na masowe wymierania i poważne zmiany w różnorodności genetycznej w tym czasie.

Drugie wydarzenie kataklizmiczne również wpływające na różnorodność biologiczną miało miejsce około 200 milionów lat temu podczas ery mezozoicznej. W tym czasie Pangaea zaczęła się oddzielać, a odizolowane formy lądowe ponownie stały się swoim własnym, unikalnym, odizolowanym laboratorium ewolucyjnym. Oddzielające się obszary lądowe stały się od siebie odizolowane reprodukcyjnie.

Wyginięcie i różnorodność genetyczna

Wyginięcie wydaje się być zjawiskiem naturalnym i, podobnie jak dobór naturalny, sprzyja reprodukcji pewnych gatunków kosztem gatunków mniej dopasowanych. Wyginięcie to utrata wszystkich członków danego gatunku i ich genetycznego dopełnienia, nigdy nie do odzyskania. Dowody kopalne wskazują, że po masowym wymieraniu, takim jak wymieranie permskie, gdy powstała Pangaea, i ponownie pod koniec okresu kredowego, gdy światem rządziły dinozaury, nastąpił okres wzrostu i zmienności genetycznej. Najwyraźniej wymieranie otworzyło obrzeżne terytoria dla kolonizacji przez pozostałe gatunki. Klasycznym przykładem są tu ssaki, ponieważ wiadomo, że istniały one od 50 do 100 milionów lat na terytoriach zamieszkałych przez dinozaury przed ich wyginięciem. Po wymarciu dinozaurów skamieniałości ssaków wskazują na znaczną ilość specjacji i wzrost ogólnej liczby osobników, co prawdopodobnie było związane z nabyciem nowego terytorium i utratą dinozaurów jako konkurentów i drapieżników.

Radiacja adaptacyjna

Gwałtowna różnorodność genetyczna po wymarciu, podziale mas lądowych lub innym kataklizmie może być spowodowana radiacją adaptacyjną, znaną również jako ewolucja rozbieżna.

Nazywa się ją radiacją, ponieważ genetycznie rozbieżni potomkowie wydają się promieniować z centralnego punktu, podobnie jak promienie słoneczne ze słońca. Podczas ewolucji div-ergent, potomkowie przyjmują różne cechy, które pozwalają im zajmować podobnie zróżnicowane nisze.

Klasycznym przykładem promieniowania adaptacyjnego jest badanie zakończone przez Darwina, jak obserwował 13 różnych gatunków zięb podczas jego słynnej podróży odkrywczej na Wyspy Galapagos. Same wyspy są dobrze przystosowane do radiacji adaptacyjnej, ponieważ składają się z licznych małych wysp położonych w bliskim sąsiedztwie na Oceanie Spokojnym, około 125 mil (200 kilometrów) na zachód od Ekwadoru w Ameryce Południowej.

Od czasów Darwina, analiza specjacji zięb ujawniła, że populacja założycielska przybyła z kontynentu i zajęła wyspę. Specyficzne naciski na wyspie prawdopodobnie spowodowały ewolucję tego gatunku w nowy gatunek, różniący się od gatunku kontynentalnego. Gdy zięby opanowały wyspę, konkurencja wzrosła, a gatunki pionierskie mogły migrować na inną wyspę. W ten sposób powstał nowy gatunek założycielski, który przystosował się do nowych warunków panujących na wyspie i zmodyfikował się, stając się nowym gatunkiem. Podobnie, pozostałe wyspy były kolonizowane kolejno. Ponieważ każda wyspa jest nieco inna, adaptacje zięb były często unikalne dla konkretnej wyspy. Ponadto, zięby mogły powrócić na zamieszkaną wyspę i konkurować z istniejącym gatunkiem, lub powrócić i podzielić się terytorium, schronieniem i zasobami i pokojowo współistnieć. Powrót na zamieszkaną wyspę również prawdopodobnie wywołał dodatkowe naturalne presje selekcyjne.

Wciąż nie jesteśmy pewni, jak życie powstało na Ziemi. To mogło być niebiańskie arcydzieło, astronomiczna anomalia, lub seria mutacji i adaptacji. Istnieją dowody, które przemawiają za każdą z tych teorii. Niezależnie od tego, wzory podobieństwa wydają się łączyć niektóre organizmy bliżej niż inne.

Excerpted from The Complete Idiot’s Guide to Biology 2004 by Glen E. Moulton, Ed.D.. Wszystkie prawa zastrzeżone, w tym prawo do reprodukcji w całości lub w części w jakiejkolwiek formie. Used by arrangement with Alpha Books, a member of Penguin Group (USA) Inc.

Aby zamówić tę książkę bezpośrednio od wydawcy, odwiedź stronę Penguin USA lub zadzwoń pod numer 1-800-253-6476. Można również nabyć tę książkę w Amazon.com i Barnes & Noble.

.