TERRA PRIMITIVA: CONDIZIONI E INIZIO DELLA VITA - BIOLOGIA - 2025

La Terra primitiva è un termine usato per riferirsi a ciò che era il nostro pianeta durante i suoi primi 1.000 milioni di anni di esistenza. Questo intervallo comprende l'Eone Hadico (4.600–4.000 Ma) e l'Era Eoarchica (4.000–3.600 Ma) dell'Eone Arcaico (4.000–2.500 Ma). In geologia, l'abbreviazione Ma (dal latino, mega annum) significa milioni di anni prima del presente.

Gli eoni Hadico, Arcaico e Proterozoico (2500–542 Ma) costituiscono il Precambriano, riferendosi a rocce formate prima del periodo Cambriano. Le suddivisioni del Precambriano non sono unità stratigrafiche formali e sono definite puramente cronometricamente.

Fonte: pixabay.com

Formazione della Terra Primitiva

La spiegazione più ampiamente accettata dell'origine dell'Universo è la teoria del Big Bang, secondo la quale l'Universo si è espanso da un volume iniziale uguale a zero (tutta la materia concentrata in un punto in un istante, che è chiamata "singolarità") a raggiungendo un volume enorme 13,7 miliardi di anni fa.

L'universo aveva già quasi 9 miliardi di anni quando, 4.567 milioni di anni fa, si formarono il nostro sistema solare e la Terra primordiale. Questa stima molto accurata si basa sulla datazione radiometrica di meteoriti risalenti al Sistema Solare.

Il Sole è stato formato dal collasso di una regione gassosa del mezzo interstellare. La compressione della materia è la causa delle sue alte temperature. Il disco rotante di gas e polvere formava una primitiva nebulosa solare, da cui provengono i componenti del Sistema Solare.

La formazione della Terra Primordiale può essere spiegata dal "modello standard di formazione planetaria".

La polvere cosmica si accumula attraverso un processo di collisioni di accrescimento, prima tra piccoli corpi celesti, poi tra pianeti embrionali fino a 4.000 chilometri di diametro, infine tra un piccolo numero di grandi corpi planetari.

Condizioni della Terra primitiva

Durante la sua lunga storia, la Terra Primordiale ha subito enormi cambiamenti nelle sue condizioni ambientali.

Le condizioni iniziali, qualificandosi come infernali, erano assolutamente ostili a tutte le forme di vita. Spiccano le temperature che hanno reso tutti i materiali terrestri parte di un mare di magma, il bombardamento di meteoriti, asteroidi e piccoli pianeti, e la presenza di particelle ionizzate letali portate dal vento solare.

Successivamente, la Terra primitiva si è raffreddata, consentendo la comparsa della crosta terrestre, dell'acqua liquida, dell'atmosfera e delle condizioni fisico-chimiche favorevoli alla comparsa delle prime molecole organiche e, infine, all'origine e alla conservazione della vita.

Hadic Aeon

La conoscenza dell'Eone Hadico deriva dall'analisi di un piccolo numero di campioni di roccia terrestre (formati tra 4.031 e 4,0 Ma), integrati da inferenze basate sullo studio di meteoriti e altri materiali celesti.

Poco dopo la formazione della Terra, già nell'Eone Hadico, si è verificata un'ultima grande collisione di accrescimento con un corpo celeste delle dimensioni di Marte. L'energia dell'impatto ha fuso o vaporizzato gran parte della Terra.

La coalescenza per raffreddamento e accumulo di vapore ha formato la Luna. Il materiale fuso che è rimasto sulla Terra ha formato un oceano di magma.

Il nucleo della Terra, che è fatto di metallo liquido, proviene dalle profondità dell'oceano di magma. La silice fusa che ha originato la crosta terrestre costituiva lo strato superiore di quell'oceano. Il grande dinamismo di questa tappa ha portato alla differenziazione del nucleo, del mantello, della crosta terrestre, di un protoceano e di un'atmosfera.

Tra 4.568 e 4.4 Ma, la Terra era ostile alla vita. Non c'erano continenti o acqua liquida, c'era solo un oceano di magma bombardato intensamente da meteoriti. Tuttavia, in questo periodo, iniziarono a svilupparsi le condizioni chimico-ambientali necessarie per l'emergere della vita.

Era Eoarchico

Si presume generalmente che la vita abbia avuto origine a un certo punto della transizione tra l'Eone Hadico e l'Era Eoarchica, sebbene non sia noto alcun microfossili per dimostrarlo.

L'Era Eoarchica fu un periodo di formazione e distruzione della crosta terrestre. La più antica formazione rocciosa conosciuta, situata in Groenlandia, è sorta 3,8 miliardi di anni fa. Vaalbará, il primo supercontinente che aveva la Terra, si è formato 3,6 miliardi di anni fa.

Durante l'Era Eoarchica, tra 3.950 e 3.870 Ma, la Terra e la Luna hanno subito un bombardamento estremamente intenso di meteoriti che ha posto fine a un periodo di calma durato 400 milioni di anni. I crateri lunari (circa 1.700 con un diametro maggiore di 20 km; 15 con un diametro di 300–1200 km) sono il risultato più visibile di questo bombardamento.

Sulla Terra, questo bombardamento ha distrutto la maggior parte della crosta terrestre e fatto bollire gli oceani, uccidendo tutta la vita tranne, probabilmente, alcuni batteri, probabilmente estremofili adattati alle alte temperature. La vita terrestre era sull'orlo dell'estinzione.

Processi prebiotici

Nella seconda decade del XX secolo, il biochimico russo Aleksandr Oparin, propose che la vita avesse avuto origine in un ambiente come quello della Terra Primitiva attraverso un processo di evoluzione chimica che inizialmente portò alla comparsa di semplici molecole organiche.

L'atmosfera sarebbe stata composta da gas (vapore acqueo, idrogeno, ammoniaca, metano) che si sarebbero dissociati in radicali per azione della luce UV.

La ricombinazione di questi radicali avrebbe prodotto una pioggia di composti organici, formando un brodo primordiale in cui le reazioni chimiche avrebbero prodotto molecole capaci di replicarsi.

Nel 1957 Stanley Miller e Harold Urey dimostrarono, utilizzando un dispositivo contenente acqua calda e la miscela di gas Oparin sottoposta a scintille elettriche, che poteva essersi verificata un'evoluzione chimica.

Questo esperimento ha prodotto composti semplici presenti negli esseri viventi, comprese basi di acidi nucleici, amminoacidi e zuccheri.

Nella fase successiva dell'evoluzione chimica, anch'essa ricreata sperimentalmente, i composti precedenti si sarebbero uniti per formare polimeri che si sarebbero aggregati per formare protobionti. Questi non sono in grado di replicarsi, ma hanno membrane semipermeabili ed eccitabili come quelle delle cellule viventi.

Origine della vita

I protobionti si sarebbero trasformati in esseri viventi acquisendo la capacità di riprodursi, trasmettendo le loro informazioni genetiche alla generazione successiva.

In laboratorio, i polimeri a RNA corto possono essere sintetizzati chimicamente. Tra i polimeri presenti nei protobionti doveva esserci l'RNA.

Quando il magma si è solidificato, dando inizio alla formazione della crosta della Terra Primitiva, i processi erosivi delle rocce hanno prodotto argilla. Questo minerale può adsorbire brevi polimeri di RNA sulle sue superfici idratate, fungendo da modello per la formazione di molecole di RNA più grandi.

In laboratorio, è stato anche dimostrato che i polimeri a RNA corto possono funzionare come enzimi, catalizzando la loro stessa replicazione. Ciò dimostra che le molecole di RNA avrebbero potuto replicarsi nei protobionti, originando infine cellule, senza la necessità di enzimi.

I cambiamenti casuali (mutazioni) nelle molecole di RNA dei protobionti avrebbero creato variazioni su cui la selezione naturale avrebbe potuto agire. Questo sarebbe stato l'inizio del processo evolutivo che ha dato origine a tutte le forme di vita sulla Terra, dai procarioti alle piante e ai vertebrati.

Riferimenti

1. Barge, LM 2018. Considerando gli ambienti planetari all'origine degli studi sulla vita. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Primi segni di vita sulla terra conservati in ca. 3,5 Ga depositi di sorgenti calde. Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (a cura di). 2002. La prima Terra: sviluppo fisico, chimico e biologico. Geological Society, Special Publications 199, Londra.
4. Gargaud, M., Martin, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Young Sun, la Terra primordiale e le origini della vita: lezioni di astrobiologia. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. L'età di tutto: come la scienza esplora il passato. University of Chicago Press, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Condizioni per l'emergere della vita sulla Terra primordiale: riassunto e riflessioni. Transazioni filosofiche della Royal Society B, 361, 1877–1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (a cura di). 2006. Evoluzione della prima atmosfera, idrosfera e biosfera: vincoli dai depositi di minerali. Geological Society of America, Boulder, Memoir 198.
8. Lunine, JI 2006. Condizioni fisiche sulla Terra primordiale. Transazioni filosofiche della Royal Society B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. La scala temporale geologica concisa. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Sistemi della Terra primordiale: un approccio geochimico. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. La prima atmosfera e gli oceani della Terra e l'origine della vita. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. L'universo in evoluzione e l'origine della vita: la ricerca delle nostre radici cosmiche. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. La vita in anticipo sulla Terra: una guida pratica. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Le comete e l'origine della vita. World Scientific, New Jersey.