2.10: Вплив життя на землю
- Page ID
- 2786
Виходячи з викопних даних, сучасна модель життя на Землі полягає в тому, що протягом періоду ~ 2 х 10 9 (мільярдів) років єдині форми життя на Землі були мікроскопічними. Хоча точна природа цих організмів залишається незрозумілою, здається ймовірним, що вони були тісно пов'язані з прокаріотами, тобто бактеріями та археями. Хоча найдавніші організми, ймовірно, використовували хімічну енергію, порівняно скоро з'явилися організми, які могли захоплювати енергію у світлі та використовувати її для керування різними термодинамічно несприятливими реакціями. Основний клас таких реакцій включає поєднання CO 2 (вуглекислого газу), H 2 O (вода) та інших малих молекул для утворення вуглеводів (цукрів) та інших важливих біологічних молекул, таких як ліпіди, білки та нуклеїнові кислоти. У якийсь момент протягом ранньої історії життя на Землі з'явилися організми, які виділяли молекулярний кисень (O 2) як продукт відходів світлових реакцій, відомих загалом як кисневий фотосинтез. Ці організми, що виділяють кисень, стали настільки численними, що вони почали змінювати хімію поверхні Землі - вони являють собою першу екологічну катастрофу, керовану життям.
Рівень атмосферного O 2 являє собою баланс між його виробленням, в першу чергу організмами, що здійснюють кисневий фотосинтез, і його видаленням за допомогою різних хімічних реакцій. Рано, як з'явився O 2, він вступив в реакцію з залізом з утворенням відкладень нерозчинного у воді оксиду Fe (III) (Fe 2 O 3) - тобто іржі. Ця реакція іржі видаляла велику кількість O 2 з атмосфери, зберігаючи рівень вільного O 2 низьким. Вважається, що іржавіння заліза в океанах значною мірою відповідає за масивні поклади заліза, знайдені у всьому світі. 49 O 2 також вступає в реакцію з органікою, як при спалюванні деревини, тому при заглибленні великої кількості органічних речовин до того, як вони зможуть вступити в реакцію, як це відбувається з утворенням вугілля, в атмосфері накопичується більше O 2. Хоча він, ймовірно, генерувався і випущений раніше, на ~ 2 мільярди років тому, атмосферний O 2 з'явився в помітних кількостях і ~ 850 мільйонів років тому O 2 піднявся до значних рівнів. Атмосферні рівні O 2 значно змінилися з тих пір, виходячи з відносних швидкостей його синтезу і руйнування. Близько 300 мільйонів років тому рівень атмосферного O 2 досяг ~ 35%, що майже вдвічі перевищує поточний рівень. Було висловлено припущення, що ці високі рівні атмосферного O 2 зробили можливою еволюцію гігантських комах. 50
Хоча ми схильні думати про O 2 як про природну та доброякісну речовину, насправді це високореактивна та потенційно токсична сполука; його поява створює серйозні проблеми та унікальні можливості для організмів. Як ми побачимо пізніше O 2 може бути «детоксикований» за допомогою реакцій, які призводять до утворення води; цей тип термодинамічно сприятливої реакції, схоже, був кооптизований для широкого кола біологічних цілей. Наприклад, через зв'язані реакції О 2 можна використовувати для захоплення максимальної кількості енергії від розпаду складних молекул (їжі), що призводить до утворення СО 2 і Н 2 О, обидва з яких дуже стабільні.
Приблизно в той час, коли рівень O 2 вперше піднімався, тобто ~ 10 9 років тому, перші сліди викопних нір з'являються в записі викопних копалин. Вони, ймовірно, були вироблені простими черв'якоподібними макроскопічними багатоклітинними організмами, відомими як метазоани (тобто тварини), здатні рухатися вздовж і крізь бруд на дні океану. Близько 0,6 х 10 9 років тому в записі викопних починають з'являтися нові і більш складні структурні скам'янілості. Оскільки викопний запис містить не всі організми, нам залишається спекулювати над тим, як виглядали найдавніші метазони. Першим з них, що з'являються у викопному записі, є так звані едіакарські організми, названі на честь геологічної освіти, в якій вперше були виявлені їх скам'янілості. 51 Сучасні гіпотези свідчать про те, що вони були нерухомими, як сучасні губки, але більш лесткими; залишається незрозумілим, як чи пов'язані вони з пізнішими тваринами. До початку кембрійського віку (~545 х 10 6 років тому) в межах викопних записів з'явилося найрізноманітніші організми, багато з яких чітко пов'язані з сучасними тваринами. Дані молекулярного рівня говорять про те, що їх предки виникли більш ніж на 30 мільйонів років раніше. Ці кембрійські організми показують цілий ряд типів тіла. Найважливіше, що багато були броньовані. Оскільки побудова броні передбачає витрачання енергії на синтез цих компонентів, наявність броні говорить про наявність хижаків, і необхідність захисної реакції.
Віруси: Тепер, перш ніж ми покинемо цю главу, ви можете запитати, чи забули ми віруси? Ну, ні - віруси часто є критичним компонентом екосистеми, а сприйнятливість або стійкість організму до вірусної інфекції часто є важливим еволюційним фактором, але віруси відрізняються від організмів тим, що вони неметаболічні. Це означає, що вони не проводять реакцій і не можуть відтворюватися самостійно, вони можуть відтворюватися лише всередині живої клітини. В основному вони не живі, тому навіть незважаючи на те, що вони надзвичайно важливі, ми будемо обговорювати віруси лише зрідка і в досить специфічних контекстах. Тим не менш, недавнє відкриття гігантських вірусів, таких як Mimivirus, говорить про те, що відбувається щось цікаве. 52