9. kafli – Upphafsöld

4600-2500 Már

Myndrænt yfirlit yfir helstu atburði upphafsaldar

Myndun gufu- og vatnshvolfs jarðar?

• Líklega myndast þegar lofttegundir sluppu til yfirborðsins eftir að jörðin hafði hitnað svo mikið að mestur hluti hennar varð fljótandi

• Þær lofttegundir sem nú berast til yfirborðs jarðar með eldgosum gefa okkur hugmynd um frumgufuhvolf jarðar

Frumgufuhvolf jarðar:

líklega verið vatnsgufa, vetni, koldíoxíð, nitur o.s.fv.

Myndun jarðar

1)    Eftir að yfirborð jarðar hafði kólnað nægilega myndaðist fljótlega jarðskorpa úr basískri kviku úr möttlinum

2)    Þegar hitastig jarðskorpunnar var a.m.k. komið niður

fyrir markhitastig vatns náði vatnsgufa gufuhvolfsins að þéttast og mynda

vatnshvolfið –> haf

3)   Súrt regnið kom af stað mikilli efnaveðrun á berginu og fljótlega jókst selta hafanna

Berg frá upphafsöld

• „Gneis-granulít“ - mjög myndbreytt kornótt

berg

• Grænsteinabelti

- einkum að finna á meginlandsskjöldum

- einkennast af gosbergi (basískt og súrt) og seti

- nokkuð myndbreytt

                                                                           

Myndun grænsteinabelta. Setlög úr strandhöfum og myndbreytt úthafsskorpa þrýstist saman á milli meginlandskjarna/eyjaboga og mynda púðalaga grænsteinabelti

Stórir meginlandskjarnar myndast

• Fyrstu meginlands- kjarnarnir „kratonar“ urðu líklega til við myndun fellingafjalla fyrir 3.500-3.000 Má (Yellow stone)

• Fjöllin eru löngu horfin en bergið í rótum þeirra má sjá víða

• Meginlandskjarnar virðast ekki hafa myndast að neinu ráði fyrr en fyrir 2.700 - 2.300 Má en þá virðast fellingahreyfingar hafa verið nokkuð algengar

• Núverandi lega skjalda sem myndast höfðu á upphafsöld

                                                                           

Myndun fyrstu meginlandsskorpunnar samkvæmt flekakenningunnia) Úthafsskorpa sekkur, hlutbráðnun verður og eyjabogi myndast. Setlög og

hraun fylla lægðina að baki eyjabogans. b) Eyjaboga rekur saman og meginlandsskorpa verður til við samkýtinguna.

Fornt set og hraun vöðlast upp í grænsteinabeltum. Kvika frá hlutbráðnun safnast saman í berghleifum sem troða sér upp í skorpuna og auka á flotjafnvægi hennar.

Líf á upphafsöld

• Líklega er jörðin eina reikistjarnan sem hýst getur líf -> Hvers vegna??

1) Stærð jarðar og þar með

aðdráttaraflið sem heldur vatnshvolfinu og gufuhvolfinu á sínum stað

2) Fjarlægð jarðar frá sólu veldur því að hitastig á jörðinni er ákjósanlegt og vatnshvolfið helst því fljótandi að stærstum hluta

• Engir steingervingar heilkjörnunga finnast í bergi jarðar frá upphafsöld

• Aðeins er að finna steingerðar þráðlaga bakteríur í 3.500 Má gömlu kvarsbergi í V-Ástralíu

• Þessar bakteríur samsvara núlifandi ljóstillífandi bakteríum og gætu verið skyldir blágrænubakteríum (strýtuþörungum)

• Strýtuþörungar urðu mjög algengir undir lok upphafsaldar en nú myndast þeir við strendur hlýrra hafa en eru tiltölulega fáséðir miðað við fyrri útbreiðslu

                                                  

Vöxtur strýtuþörunga1) Bakteríurnar mynda límkennt lag (mottu) sem safnar í sig

karbónatögnum2) Bakteríurnar vaxa í gegnum setið og mynda aðra mottu. 3) Margar mottur hver ofan á annarri mynda strýtuþörunga.

Sameindaerfðafræði

• Í dag er hægt að greina röð byggingareininganna í genunum (kirni) og sjá uppröðun á amínósýrueiningum í prótínum

• Hægt er að bera saman amínósýruröðina og skoða innbyrðis skyldleika milli tegunda -> munurinn á genum simpansa og manna er minni en 2%

        

Hvernig kviknaði lífið á jörðinni?

Varð lífið á jörðinni til fyrir einstaka tilviljun eða af

efnafræðilegri nauðsyn?

• Þegar stórt er spurt verður lítið um svör en ef við skoðum lífið í dag þá einkennist það af þremur gerðum stórsameinda þ.e. kjarnasýranna DNA, RNA og prótíni.

Þegar þróun lífsins hófst hefur verið að baki löng þróun efnisins

1)      Talið er að í byrjun hafi efni sem eru nauðsynleg lifandi lífverum, svo sem amínósýrur og fosfat komið saman

2)      Hugsanlegt er að þessi efni hafi borist til jarðar utan úr geimnum -> því greinast í geimryki, loftsteinum og halastjörnum

3)      Efnin söfnuðust saman svo sameindir þeirra rákust á og með tímanum hafi orðið til sífellt flóknari efni

Stóra spurningin er í hvaða röð birtust þessi efni?

1) Talið er að áður en til varð líf hafi þróast frumstæðar lífverur þar sem RNA gegndi hlutverki kjarnasýra og prótína.

2) Lífverur verið óstöðugar en smám saman þróast í þeim ensímakerfi úr prótínum og erfðarefni úr DNA

-> til stuðnings má benda á að RNA getur:

a) flutt erfðaupplýsingar

b) framkvæmt vinnu í frumunum

c) hraðað efnahvörfum, þ.e. gengið í hlutverk ensíma

3) Einnig verið bent á að í sumum veirum gegnir RNA hlutverki erfðaefnis í stað DNA. Um síðir hefur svo DNA sem er stöðugri sameind þróast í að taka við hlutverki RNA sem erfðalykill

Hvar kviknaði lífið?

• Þegar Stanley Miller gerði tilraun sína og tókst að framleiða amínósýrur gerðu þeir ráð fyrir því að fyrstu lífrænu efnasamböndin og lífið sjálft hefði kviknað í tjörnum við stöðugar eldingar -> „frumgrauturinn“

• Gallin við þessa tilgátu er að ekkert frjálst súrefni (O2) hefði mátt vera til staðar því að það hefði oxað og þar með eyðilagt lífræn hráefni í nauðsynleg lífræn efnasambönd

• Ljóstillífun framleiðir nú meirihluta af súrefni og því var álitið að ekkert súrefni hefði verið í gufuhvolfi jarðar fyrir daga ljóstillífandi lífvera

• Í dag er vitað að útfjólublátt ljós brýtur vatnsgufuna í efri lögum gufuhvolfsins niður þannig að súrefni losnar og dreifist -> alltaf verið smá súrefni í gufuhvolfi upphafsaldar og nægilega mikið til að eyðileggja efnasambönd sem eru frumskilyrði þess að líf geti þrifist

• Það er því ólíklegt að líf hafi kviknað í litlum tjörnum þar sem súrefni var til staðar

• Umhverfi sem ekki er í beinni snertingu við gufuhvolfið er því betri kostur t.d heit svæði neðansjávar í nágrenni miðhafshryggja

• Í dag er að finna jarðhitasvæði á hryggjum þar sem heitt vatn flæðir -> þarna er að finna fjölskrúðugan bakteríugróður sem nýtir aðstæður í umhverfinu á margvíslegan máta en flestar nýta uppleyst efni sem vatnið ber með sér -> umhverfi þar sem líf hefði getað kviknað

Efnatillífun

• Aðferðin sem hitabakteríur nota til að afla orku er einföld í sjálfu sér:

virkja orku sem losnar við hægfara efnahvörf (efni falla út) í umhverfinu. Bakteríurnar neyta þessara efnasambanda og leyfa þannig efnahvörfunum sem að óbreyttu hefðu átt sér stað í sjónum að gerast inni í frumunni

• Svo lítur út sem frumstæðustu fornbakteríur séu aðlagaðir heitu súrefnissnauðu umhverfi

• Þetta bendir til þess að bakteríur hafi þróast í slíku kjörlendi t.d. á jarðhitasvæðum miðhafshryggjanna -> rök

Rök:

1) Hryggirnir eru víðáttumiklir

2) Mörg lífræn efnasambönd sem nauðsynleg eru myndunar lífvera leysast vel upp í heitu vatni

3) Vatnið er súrefnissnautt þannig að þessi lífsnauðsynlegu efnasambönd oxast ekki

4) Er að finna málma t.d nikkel sem lífverur þarfnast sem snefilefni

5) Mikið um leir -> mikilvægt efni við myndun lífrænna stórsameinda

6) Þarna er að finna frumstæðar lífverur sem stunda efnatillífun

Hvað með heilkjörnunga ???

• DNA/RNA rannsóknir hafa varpað ljósi á þróunarsögu baktería og hvenær heilkjörnungar urðu til

• Litningabygging frumstæðra heilkjörnunga bendir til þess að þeir hafi þróast frá bakteríum þegar leiðir fornbaktería og eiginlegra baktería (eubacteria) skildu

• Með tilkomu ljóstillífunar- baktería þ.e.a.s. blágrænu- og rauðgrænu-baktería breyttist vistkerfið

• Súrefnisframleiðsla þessara baktería gerði fjölfruma lífverum fyrst mögulegt að lifa.