На планете существовала жизнь в той или иной форме почти столько же, сколько существует Земля.
Если бы вы попали в нашу Солнечную систему сразу после ее образования, вы бы увидели совершенно инопланетное зрелище. Наше Солнце было бы примерно такой же массы, как сегодня, но только на 80% светлее, поскольку звезды нагреваются по мере старения. Четыре внутренних каменистых мира все еще будут там, но три из них будут выглядеть очень похожими. Венера, Земля и Марс имели разреженную атмосферу, жидкую воду на поверхности и органические ингредиенты, которые могли породить жизнь.
Хотя мы до сих пор не знаем, зародилась ли когда-либо жизнь на Венере или Марсе, мы знаем, что к тому времени, когда Земле было всего 100 миллионов лет, на ее поверхности уже жили организмы. После того, как миллиарды лет космической эволюции породили элементы, молекулы и условия, при которых могла существовать жизнь, наша планета стала той, где она не только возникла, но и процветала. Насколько нам известно, вот какими были эти первые шаги.
Жизнь, какой мы ее знаем, имеет несколько свойств, с которыми согласны все. В то время как жизнь на Земле включает химию на основе углерода (требующую углерода, кислорода, азота, водорода и многих других элементов, таких как фосфор, медь, железо, сера и т. д.) и зависит от жидкой воды, другие комбинации элементов и молекул могут быть возможный. Однако четыре общих свойства, присущих всей жизни, таковы:
- Жизнь имеет метаболизм, при котором она собирает энергию/ресурсы из внешнего источника для собственного использования.
- Жизнь реагирует на внешние раздражители из окружающей среды и соответствующим образом меняет свое поведение.
- Жизнь может расти, адаптироваться к окружающей среде или иным образом эволюционировать из своей нынешней формы в другую.
- И жизнь может размножаться, создавая жизнеспособное потомство, возникающее в результате собственных внутренних процессов.
Все четыре из них должны присутствовать одновременно, чтобы популяция организмов считалась живой. Снежинки и кристаллы могут расти и размножаться, но отсутствие у них метаболизма не позволяет классифицировать их как живые. Белки могут иметь метаболизм и быть способными воспроизводиться, но они не реагируют на внешние раздражители и не изменяют поведение в зависимости от того, с чем сталкиваются. Даже вирусы, которые являются наиболее спорным организмом на грани между жизнью и не-жизнью, могут воспроизводиться только путем заражения других успешно живущих клеток, что ставит под сомнение, классифицируются ли они как живые или неживые.
Многие органические материалы - химические соединения, такие как сахара, аминокислоты, этилформиат и даже сложные соединения, такие как полициклические ароматические углеводороды - , обнаружены в межзвездном пространстве, на астероидах и были в изобилии на ранней Земле. Но у нас нет доказательств того, что жизнь зародилась до образования Земли.
Вместо этого ведущей мыслью является то, что Земля была сформирована из этих сырых ингредиентов и, возможно, многих других. Возможно, нуклеотиды были обычным явлением; возможно, белки и белковые фрагменты были предварительно собраны; возможно, липидные слои и бислои могли спонтанно возникать в водной среде. Однако считается, что для того, чтобы перейти от предшественников к реальной жизни, нам нужна правильная среда.
Эти три благоприятные планеты - Венера, Земля и Марс - все, вероятно, имели разумный уровень поверхностной гравитации, тонкие атмосферы, жидкую воду на их поверхностях и эти биохимические молекулы-предшественники. Единственное, что было у Земли, чего, вероятно, не было у двух других планет, - это Луна. Хотя все три мира, вероятно, впервые имели шанс сформировать жизнь, наша Луна помогла нам дать шансы, которых, возможно, не было в других мирах.
Количества воды на этих ранних планетах, скорее всего, было достаточно для образования океанов, морей, озер и рек, но недостаточно, чтобы полностью покрыть их жидкой водой. Это означает, что у всех у них были континенты и океаны, а на их границе были приливные бассейны: регионы, где вода может стабильно существовать на суше и подвергаться всевозможным градиентам энергии.
Солнечный свет, тень и ночь, циклы испарения и концентрации, пористый поток жидкости в присутствии минералов и градиенты активности воды - все это может предоставить молекулам возможность связываться друг с другом новыми и интересными способами. Эффекты приливов могут быть усилены Луной, но все эти миры имеют приливы благодаря Солнцу. Тем не менее, есть дополнительный источник энергии, которым обладает Земля, который, вероятно, способствовал зарождению жизни, который, возможно, не был столь впечатляющим на Венере или Марсе.
Последний фактор - тепловая активность недр планеты. Гидротермальные жерла на дне океанов представляют собой горячие геологические точки, которые являются отличными кандидатами на место возникновения жизни. Даже сегодня они являются домом для организмов, известных как экстремофилы: бактерии и другие формы жизни, способные выдерживать температуры, обычно разрывающие молекулярные связи, связанные с жизненными процессами.
Эти жерла содержат огромные градиенты энергии, а также химические градиенты, где чрезвычайно щелочная вода жерла смешивается с кислой, богатой углекислотой океанской водой. Наконец, эти жерла содержат ионы натрия и калия, а также структуры карбоната кальция, которые могут служить матрицей для первых клеток. Тот факт, что жизнь существует в таких средах, указывает на то, что такие миры, как Европа или Энцелад, могут стать сегодня потенциальными домами для жизни в других частях Солнечной системы.
Но, возможно, наиболее вероятным местом для зарождения жизни на Земле является лучший из всех миров: гидротермальные поля. Вулканическая активность происходит не только под океанами, но и на суше. Под участками пресной воды эти вулканически активные районы обеспечивают дополнительный источник тепла и энергии, который может стабилизировать температуру и обеспечить градиент энергии. В то же время эти места по-прежнему допускают циклы испарения/концентрации, обеспечивают замкнутую среду, позволяющую накапливать нужные ингредиенты, и допускают цикл солнечного/ночного воздействия.
На Земле мы можем быть уверены, что приливные бассейны, гидротермальные источники и гидротермальные поля были обычным явлением. Хотя молекулы-предшественники определенно возникли за пределами Земли, вполне вероятно, что здесь, на нашей планете, спонтанно произошло превращение неживого в живое.
Со временем Земля сильно изменилась, как и живые организмы на нашей планете. Мы не знаем, возникла ли жизнь один раз, более одного раза или в разных местах. Что мы знаем, однако, так это то, что если мы реконструируем эволюционное древо каждого существующего организма, обнаруженного сегодня на Земле, то все они имеют одного и того же предка.
Изучая геномы существующих организмов, обнаруженных сегодня в нашем мире, биологи могут реконструировать временную шкалу того, что известно как LUCA: последний универсальный общий предок жизни на Земле. К тому времени, когда Земле было менее 1 миллиарда лет, жизнь уже обладала способностью транскрибировать и переводить информацию между ДНК, РНК и белками, и эти механизмы существуют сегодня во всех организмах. Возникала ли жизнь несколько раз, неизвестно, но общепризнано, что жизнь, какой мы ее знаем сегодня, произошла от одной популяции.
Несмотря на то, что геологические процессы часто могут скрыть летопись окаменелостей за пределами нескольких сотен миллионов лет, мы смогли проследить происхождение жизни чрезвычайно далеко назад. Окаменелости микробов были обнаружены в песчанике возрастом 3,5 миллиарда лет. Графит, обнаруженный в метаморфизованных осадочных породах, имеет биогенное происхождение и датируется 3,8 миллиарда лет назад.
В еще более ранние, более экстремальные времена отложения определенных кристаллов в горных породах, по-видимому, возникли в результате биологических процессов, что позволяет предположить, что Земля была кишит жизнью уже 4,3-4,4 миллиарда лет назад: как только 100-200 миллионов лет после образования Земли и Луны. Насколько нам известно, жизнь на Земле существует почти столько же, сколько и сама Земля.
В какой-то момент на нашей планете, на самых ранних стадиях, многочисленные молекулы, являющиеся предшественниками жизни, при правильных энергетических и химических условиях начали одновременно усваивать энергию, реагировать на окружающую среду, расти, адаптироваться, развиваться и размножаться. Даже если бы это было неузнаваемо для нас сегодня, это отмечает происхождение жизни. С тех пор благодаря радикально непрерывной череде биологических успехов наша планета стала живым миром.
В то время как у Венеры и Марса, возможно, были одинаковые шансы, радикальные изменения в атмосфере Венеры превратили ее в раскаленную оранжерею всего через 200-300 миллионов лет, в то время как исчезновение марсианского магнитного поля заставило ее атмосферу быть удалены, делая его твердым и замороженным. В то время как удары астероидов могут привести к тому, что земная жизнь будет отправлена за пределы планеты, по всей Солнечной системе и галактике, все данные свидетельствуют о том, что мы находимся там, где она началась.
Через 9,4 миллиарда лет после Большого взрыва Земля кишела жизнью. Мы никогда не оглядывались назад.
Дополнительная информация о том, какой была Вселенная, когда:
- Каково было, когда Вселенная раздувалась?
- Как это было, когда начался Большой Взрыв?
- Каково было, когда Вселенная была самой горячей?
- Как это было, когда Вселенная впервые создала больше материи, чем антиматерии?
- Как это было, когда бозон Хиггса придал Вселенной массу?
- Как это было, когда мы впервые создали протоны и нейтроны?
- Как это было, когда мы потеряли последнюю часть нашей антиматерии?
- Как это было, когда Вселенная создала свои первые элементы?
- Как это было, когда Вселенная впервые создала атомы?
- Каково было, когда во Вселенной не было звезд?
- Как это было, когда первые звезды начали освещать Вселенную?
- Как это было, когда погибли первые звезды?
- Как это было, когда во Вселенной образовалось второе поколение звезд?
- Как это было, когда Вселенная создала самые первые галактики?
- Как это было, когда звездный свет впервые прорвался сквозь нейтральные атомы Вселенной?
- Как это было, когда образовались первые сверхмассивные черные дыры?
- Что было, когда жизнь во Вселенной впервые стала возможной?
- Как это было, когда галактики образовывали наибольшее количество звезд?
- Как это было, когда формировались первые обитаемые планеты?
- Как это было, когда космическая паутина сформировалась?
- Как это было, когда сформировался Млечный Путь?
- Как это было, когда темная энергия впервые захватила Вселенную?
- Как это было, когда наша Солнечная система только сформировалась?
- Как это было, когда планета Земля сформировалась?