Vznik života Rostislav Brzobohatý 018 This presentation covers the Text Book chapter 26 and it covers the following major topics. 1.Early fossils, 2. History of Life, 3. Possible sources of origin and 4. RNA world earth2 Země – unikátní planeta – jediná zatím známá planeta s životem (v jejím geologickém záznamu je zachováno svědectví o životě a jeho proměnlivosti během cca 4 miliard let) Life as we know of it exists only on earth. Earth is one of the nine planets in solar system. There are billions of stars in our galaxy and there are billions galaxies in the universe. Astronomers have identified several planetary systems that may have life; at least simple bacterial forms. Some planets may have complex life forms that may have evolved independent of other similar planets. However, we have no evidence to support that yet !! Život jako problém •- osobní (subjektivní) •- vědecký- filosofický • - přírodovědný (jedna z nejobtížnějších • vědeckých otázek), v následujícím je • podán pohled současné • geologie a biologie • • • Pozn.: - Problém definice - Znaky života - metabolismus, replikace (paměťový systém), autoorganizace (zvyšování komplexity a integrity) Názory na vznik života • • - kreace: - jednorázová • - neukončená • - inteligentní dyzajnér • - panspermie • - abiogeneze (z neživého vzniká živé evoluční • cestou): • - exogeneze (mimo Zemi) • - náš život má původ na Zemi Současné přírodovědné modely vztahující se ke vzniku života na Zemi •pokoušejí se odpovědět na otázky • • • KDY JAK KDE KDY slide_47 slide_62 Metasedimentary rocks from Isua, West Greenland (over 3,700 million years old) contain 13C-depleted carbonaceous compounds, with isotopic ratios that are compatible with a biogenic origin1–3. Metamorphic garnet crystals in these rocks contain trails of carbonaceous inclusions that are contiguous with carbon-rich sedimentary beds in the host rock, where carbon is fully graphitized. Previous studies4,5 have not been able to document other elements of life (mainly hydrogen, oxygen, nitrogen and phosphorus) structurally bound to this carbonaceous material. Here we study carbonaceous inclusions armoured within garnet porphyroblasts, by in situ infrared absorption on approximately 10−21 m3 domains within these inclusions. We show that the absorption spectra are consistent with carbon bonded to nitrogen and oxygen, and probably also to phosphate. The levels of C–H or O–H bonds were found to be low. These results are consistent with biogenic organic material isolated for billions of years and thermally matured at temperatures of around 500 °C. They therefore provide spatial characterization for potentially the oldest biogenic carbon relics in Earth’s geological record. The preservation of Eoarchean organic residues within sedimentary material corroborates earlier claims2,6 for the biogenic origins of carbon in Isua metasediments. Nature, 03/08/2017 Biological activity is a major factor in Earth’s chemical cycles, including facilitating CO2 sequestration and providing climate feedbacks. Thus a key question in Earth’s evolution is when did life arise and impact hydrosphere–atmosphere–lithosphere chemical cycles? Until now, evidence for the oldest life on Earth focused on debated stable isotopic signatures of 3,800–3,700 million year (Myr)-old metamorphosed sedimentary rocks and minerals1, 2 from the Isua supracrustal belt (ISB), southwest Greenland3. Here we report evidence for ancient life from a newly exposed outcrop of 3,700-Myr-old metacarbonate rocks in the ISB that contain 1–4-cm-high stromatolites—macroscopically layered structures produced by microbial communities. The ISB stromatolites grew in a shallow marine environment, as indicated by seawater-like rare-earth element plus yttrium trace element signatures of the metacarbonates, and by interlayered detrital sedimentary rocks with cross-lamination and storm-wave generated breccias. The ISB stromatolites predate by 220 Myr the previous most convincing and generally accepted multidisciplinary evidence for oldest life remains in the 3,480-Myr-old Dresser Formation of the Pilbara Craton, Australia4, 5. The presence of the ISB stromatolites demonstrates the establishment of shallow marine carbonate production with biotic CO2 sequestration by 3,700 million years ago (Ma), near the start of Earth’s sedimentary record. A sophistication of life by 3,700 Ma is in accord with genetic molecular clock studies placing life’s origin in the Hadean eon (>4,000 Ma)6. nature19355-sf1 3,7 Ga PrekPracVyvActuel slide11 le07_31 dickinsoniaED.jpg (40975 bytes) bangiomorpha1 stromatolite_xsection2 Archaeobarberton 26-02-EarlyProkaryote Vysvětlivka: jev pokračuje končí GunflintMicrofoss2 -- Pilow lávy, start desk. tekt. --GOE Mají uhlíkaté stěny, navíc obohacené dusíkem a zároveň je doprovázejí mikrokrystaly pyritu, které by mohly být odpadem jejich metabolismu, pokud by byl založený na síře, jak se autoři domnívají. news110-i1_0 news491-i1_0 Lee Sweetlove (2011) Stromatolity (petrifikovaná bakteriální bahna) 26-01c-Stromatolites Stromatolites are fossils of bacterial mats. The gray brown lines marked by the arrows show the layers of bacterial mats that are billions of years old. The oldest fossil shown above is from Western Australia and it is considered to be about 3.5 billions of years old. Vznik stromatolitů •Za dostatku světla produkovaly cyanobakterie kyslík (fotosyntéza), ten používali jiní mikrobi k získávání energie (světlejší vrstva) - pokud kyslík chyběl, přecházeli k fermentaci, za absence kyslíku přežívali jen fermentanti (tmavší vrstva). Bahnité sedimenty byly zpevněny uhličitanem vápenatým z vody a vytvářely pevné páskované horniny. stromatolity stromatolite_xsection Stromatolity, 1,8 Ga, Great Slave Lake (Kanada) Recentní stromatolity, Shark Bay, Austrálie (vzácně se tvoří ještě dnes v hypersalinních podmínkách, které zabraňují vstup případným požíračům) stromatolites_sharkbay 18-04A At right is a layered stromatolite, produced by the activity of ancient cyanobacteria. The layers were produced as calcium carbonate precipitated over the growing mat of bacterial filaments; photosynthesis in the bacteria depleted carbon dioxide in the surrounding water, initiating the precipitation. The minerals, along with grains of sediment precipitating from the water, were then trapped within the sticky layer of mucilage that surrounds the bacterial colonies, which then continued to grow upwards through the sediment to form a new layer. As this process occured over and over again, the layers of sediment were created. This process still occurs today; Shark Bay in western Australia is well known for the stromatolite "turfs" rising along its beaches. Buněčný filament - 3465 Ma apexchert2 Apex1 Mikrofosílie (?) z „Apex Chert“ (Archaikum, 3465 Ma, Z. Australie) D,E- Archaeotrichion, F – Eoleptonema, G,H - Primaevifilium Cyanophyta ~ cca 3.4 Ga 26-02-EarlyProkaryote This is an example of simple bacteria that lived 3.5 billion years ago. This sample is also collected from Western Australia. F4_large V archaiku převládala CO2 + metanová atmosféra (sopečná činnost + životní činnost archaeí – metanogenů), prakticky chyběl volný kyslík (pokud byl produkován sinicemi, byl vázán na oxidační reakce Fe2 a tvorbu páskováných železných rud). Teprve koncem archaika a začátkem proterozoika se obsah volného kyslíku výrazně zvyšuje a nastupuje ekosystém na bázi CO2 a O2. První stabilní ekosystém v archaiku (3, 6- 2, 3 Ga) UV záření metan – rozpad stratosfér. smog rovnováha ubývání skleníkových plynů přibývání skleníkových plynů CO2 CO2 + metan fotosyntéza = organická hmota = metanogeneze (Sinice ) (Archaea) (podle Lovelock 1994) 48287425 Pohled na horniny lokality Gunflint (Kanada, ~ 2.0 Ga) Microfosílie (Procaryota) z Gunflint (Kanada, ~ 2.0 Ga) - rekonstrukce •A= Eoastrion (Fe a S redukující baktérie), B = Eosphaera (neznámá příbuznost), C = Animikiea (pravděpodobně řasa), D = Kakabekia (neznámá příbuznost) GunflintMicrofoss2 Mikrofosílie (Procaryota) z Gunflint (snímky el. mikroskop, detail ) GunflintMicrofossils 032 Další ukázka páskovaných Fe rud Gryphania, nejstarší mnohobuněčné fosílie (řasy), Iron Mine (Michigan, USA, ~ 2.1 Ga) pmg31 Grypania spiralis (99200 bytes) Gryphania spiralis Gabonionta_I JV Gabon (Z. Afrika) Francevillian Group černé břidlice mořská delta 2. 1 Ga (Nature news, 2010) Trojrozměrná stavba + některé struktury => mnohobuněčnost Bengtson: „ první pokus multicelularity“ (?) Gabonské fosílie („Gaboniota“) Gabonionta – jiný způsob zachování Gabonionta – možná interpretace Bangiomorpha pubescens, fosilní mnohobuněčná červená řasa– 1,2 Ga bangiomorpha2 bangiomorpha1 Různé typy fosilních cyanobacterií, perfektně zachované vzorky 26-02x2-FossilCyanobacteria These cyanobacteria are the earliest forms of photosynthetic organisms that released oxygen in to the atmosphere allowing the possibilities for multicellular organisms to evolve from simple unicellular organisms. Acritarcha – cysty a jednobuněčné mikrofosílie mnohdy nejistého systematického zařazení (většinou řasy) tvoří převládající fosílie v proterozoiku ShuiyousphaeridiumThinSect Meghystrichosphaeridium Shuyosphaeridium – Acritarcha (Doushantuo, Čína, neoprz.) Meghystrichospaeridium – Acritarcha, Doushantuo, Čína, neoprz. Tianzhushania Tianzhushania – Akritarcha-řezy (Doushantuo, Čína, neoprz. Fosílie z Ediacary (Austrálie, ~600 Ma, mnohobuněčná Vendobionta) •Dickinsonia Tribrachidium Mawsonites dickensonia tribrachidium ediacara1 Fossils found in rocks of the Ediacaran period in Australia have been previously characterized as early marine organisms. But a report suggests that these rocks are fossilized soils. So did some of these Ediacaran organisms in fact live on land, like lichens? A palaeontologist and a geologist weigh up the evidence. Poznámka: DMNS15M_600MYA_SeaFloor Představa možného pohledu na mořské dno v nejvyšším proterozoiku („ediakarská fauna“) Unikátní fotografie zachycující jednotlivá stadia rýhování vajíček (embriony) mnohobuněčných organizmů (ráz rýhování je blízký rýhování některých členovců) z lokality Doushantuo (jižní Čína), 570 Ma (nejvyšší proterozoikum). embryo_Color Diaoyapolite Diaoyapolite – řasa, 5 cm, Doushantuo, Čína, neoprz. Paratetraphycus Paratetraphycus – mnohobuněčné řasy (Doushantuo, Čína, neoprz.) tumblr_nm5iwagMxT1sq04bjo1_500 Cloudina - ~ 600 Ma •Cloudina, Jedna z nejstarších fosílií s vnitřní kostrou – pohárky z uhličitanu vápenatého (podobné láčkovcům), 3-4 cm velké – nástup biomineralizace fosílie interpretace bez názvu Geologický záznam prekambria ukazuje, že •- náš život je nejspíše čistě zemského původu •- první známky života se objevují od ~ 3.8 Ga •- první mikrofosílie od 3.5 Ga •- první horniny spojené s životní činností organizmů • od 3.5 Ga •- ekosystém na bázi kyslíku a eukaryota od ~ 2.3 Ga •- rozvoj mnohobuněčných s pevnou kostrou, ~ 600 Ma •- Země prodělávala silné biotické krize již v prekambriu • (vymizení 70% akritarch ve sv. prekambriu) i • několikrát během fanerozoika (6 velkých vymírání) • • • JAK •Dvousložkový model (opuštěn) •Mnohosložkové modely • - jílovité minerály, voda, atmosféra (Bernal 1967), nově spojován • s priony, které jsou schopny vazby na jílové částice • - „Fe + S prostředí“ = povrchy FeS2, +voda+teplota+zaprášená • atmosféra, nebo prostředí kuřáků (Wächterhäuser 1988, 2000). • - koncentrovaný metan, vysoké tlaky a teplota, organometalické • struktury (katalysátory, matrice etc.), velké hloubky zemské • kůry (T. Gold 1997 – „The deep hot biosphere“) • - v prostředí mořského ledu (množství drobných kavern, rychlé • řetězení RNA v chladu, teprve později přechod do teplejších • prostředí, H. Trinks). Konkrétní možné kroky •Postup, který prezentují dnes biochemici zahrnuje (J. D. Bernal- „biopoesis“): •- vznik jednoduchých organických molekul -řetězení a vznik replikace -tvorbu buněčných membrán a oddělení vnitřního a vnějšího prostředí -nástup a stabilizace výměny látkové -buněčný život • Pozn.: Joyce &Lincolnová (Science, 2008) - laboratorní syntéza RNA řetězců schopných kopírovat jiné řetězce. Výkonnější řetězce vytvářejí více kopií a převládají (selekce). Craig Venter - syntéza genomu mycoplasmy a implantace do těla mycoplasmy genomu zbavené, buňka se sysntetickým genomem craig_venter_foto_craig_venter_institute__4d3d4100a0 Vznik jednoduchých organických molekul •Představa utváření jednoduchých organických molekul (stavebních částic všech živých soustav, tzv. monomerů), které se musely účastnit procesů při vzniku života. Za základní anorganické látky, z nichž byl život formován, jsou považovány metan, čpavek, voda, sirovodík, oxid uhličitý a fosfáty. Do dnešní doby nebyla laboratorně syntetizována žádná „živá hmota“. V nebulárních oblacích však byla zjištěna (2004) přítomnost PAH (polycyklické aromatické uhlovodíky), které jsou biochemiky považovány za předchůdce RNA. Z jednoduchých řetězců vznikají složité řetězce – polymery. nucleotide •Základní vlastností živých soustav je replikace ( vytváření kopií). Je klíčovým krokem, teprve jejím objevením můžeme mluvit o životě. Tato vlastnost se nejprve vyvíjela zřejmě jako schopnost RNA. Ta vzniká ze složitých řetězců jako kyselina schopná vytvářet svoje kopie. Vznikl „svět RNA“, velmi různorodý. Později se stabilizovala replikace do řady DNA-RNA-bílkovina. Vzniká reprodukce (schopnost mít potomky). V těchto procesech hraje již roli selekce („přežívání“, trvání, a produkování množství „potomků“ těmi, kteří zvládnou proces reprodukce lépe). rna_chain Replikující molekuly se uzavírají do buněčných membrán •Uzavření replikujících se molekul do obalů (membrán) přineslo 2 výhody: informační (genetický) materiál mohl být držen uzavřený, prostředí uvnitř membrán mohlo být odlišné od vnějšího. Buněčné membrány se ukázaly tak výhodné, že tyto oblaněné replikátory brzy převládly nad „nahými“ (neoblaněnými). Tento přelom vedl již zřejmě k organizmům podobným současným baktériím. earlycells Možný vznik buněčných membrán •Lipidy (nerozpustné mastné látky ve vodě) tvoří mícháním s vodou vlnité trubice. Např. vlny na pobřeží mohly míchat vodu s lipidy a vytvářet drobné „bublinky“, které mají dlouhou trvanlivost (viz dále) lipidy Tzv. „bublinová“ hypotéza bubliny Úroveň nejjednodušších organizmů (progenotů, představa) •Protobionta Liposomy 26-05-Protobionts Formation of simple organic molecules is one step closer to forming macromolecules. Once simple macromolecules are formed, then they can aggregate to form simple structures as shown above called protobionts on the left. The liposomes on the right are formed by the aggregation of lipids in aqueous situation. However this far from being able to replicate with precision and proper genetic information. Nástup moderního metabolického procesu (látková přeměna, výměna hmoty a energie s okolím) •Některé buňky začínají využívat různých typů molekul k různým funkcím (DNA, je stabilnější než RNA, drží genetický materiál; RNA, je variabilnější, slouží jako přenašeč informací; proteiny jako podporovatel chemických reakcí slouží k základním metabolickým reakcím v buňce). Vzniká řetězec DNA-RNA-protein a prokaryontní typ života. Geologické záznamy říkají, že jen v této podobě existoval život od 3.5 do 2.5 Ma let. dnarnaprotein Vznik eukaryotických buněk, teorie sériové symbiózy •Lynn Margulis (1970) •Vedle konkurence • rovněž spolupráce 200px-Lynn_Margulis •Princip teorie sériové symbiózy: Kyslíkaté baktérie a cyanobaktérie (sinice) pronikaly do jiných buněk a po mnoha generacích se během evoluce staly jejich součástí jako mitochondrie a chloroplasty (tělíska dnes zodpovědná v buňkách za energetický režim). endosym_graphic GOE - cca 2, 5 Ga Plantae Animalia Bacteria Archaea Studie DNA u baktérií ukázaly: •DNA mitochondrií je podobná DNA baktérií, které způsobují tyfus. Mohou být potomky jejich předchůdců (viz další obr.) typhus_mitochon Studie o příbuznosti baktérií podporují symbiotickou teorii vzniku eukaryot •Fylogenetický graf ukazuje na velkou příbuznost mitochondrií a baktérií tyfu a příbuznost chloroplastů a cyanobaktérií mitocyan_phylog V češtině vyšlo v r. 2004: MargulisKniha Základní 3 domény života • Živé systémy, jejich velmi složitá stavba a vztahy se dnes již nezobrazují jako strom života nebo postupné schéma, na jehož vrcholu stojí člověk, ale jako keř s širokou základnou, jehož větve náhodně přežívají a divergují, popř. jako prostorové schéma tří základních domén stojících vedle sebe, které se různosměrně větví (vlevo). Bacteria a Archaea sdružují nesymbiotické buňky, Eukaryota pak buňky symbiotické. threedomains CTreea (LUCA = Last Universal Common Ancestor) Domain Systems 26-10-ClassificationArt Recent classification system includes a 3 domain system separating true bacteria from archaebacteria and eukaryotic organisms. Archaea – ukázka recentních zástupců (pozn.: nebyl zjištěn žádný patogen) I11-29-archaea1 Recentní metanogenní archaea • •Pozn.: Methanosarcina acetivorans (anaerobní podmínky, mořské dno) produkuje methan a vinný ocet prostřednictvím dvou starých enzymů (Pta-fosfortransacetyláza, Ack-acetátkináza) = jednoduchý metabolismus, odpovídající zřejmě nestaršímu zjištěnému typu metabolismu. Tyto dva enzymy v předbuněčných strukturách v souvislosti s Fe + S prostředím mohli nastartovat prvotní jednoduchý biochemický cyklus, při němž se získaná energie ukládá v molekulách ATP (adenosintrifosfátu => cesta k použitelné energii pro stavbu živých soustav). archaea_noaa_sm Methanosarcina_2 Methanosarcina_3 • BTemp Prostředí života archaeí velmi slaná (1), kuřavky-velmi horká (2), anaerobní-bahenní (3), zasířená 4), pod ledem (5) I11-29-archaea2 KDE •Země nabízí celou řadu možných prostředí pro vznik života, vzájemně někdy velmi vzdálených jindy velmi blízkých: • • - povrch planety (země, hydrosféra – jílové minerály • Bernal 1967, atmosféra – povrchová chemie-minerály, • Wächterhäuser 1988) • • - velké hloubky zemské kůry (T. Gold 1997, „The • deep hot biosphere“, organometalokomplexy) • • - přechodná prostředí (kuřavky v oceánech, • Wächterhäuser 2000) • • - ledové příkrovy (H. Trinks) • • - a/nebo kombinací těchto míst (viz dále) Tgold2 TGold1 The last universal common ancestor of all life — a microbe dubbed LUCA that existed around 3.5 billion years ago — probably resided in a hydrothermal vent that had low oxygen levels. To find out how the organism lived, William Martin and his colleagues at Heinrich Heine University Düsseldorf in Germany reconstructed the evolutionary trees of more than 6 million genes from bacteria and archaea. They identified 355 protein families that were probably in LUCA's genome — these are involved in anaerobic metabolism and fixing carbon dioxide and nitrogen. This suggests that LUCA lived in an environment that was rich in hydrogen, CO2 and iron, such as a hydrothermal vent. LUCA may have depended heavily on the geochemistry of the vent to survive. Nature Microbiol. http://doi.org/bm2s (2016) ball of ice pond cauldron Kuřavky – výstup hydrotermálních pramenů, dna oceánů, blízkost středooceánských hřbetů (stálý přísun stavebních částí a energie; mikrokaverny-sklatba molekul; prudký teplotní gradient: horká voda=sklatba monomerů, chladná (popř. i v ledových prostředích)=řetězení, vznik RNA; syntéza lipidů a stavba membrán mohla proběhnout i mimo toto prostředí). Opuštěním prostředí mikrokavern začíná „LUCA“ svůj vlastní nezávislý život. hydrothermal-vent Kuřavka Kolonie červů v blízkosti kuřáku cervi LostCityatlantic Lost City, žilné pole objeveno v roce 2000, 800m hloubka, v gejsírech voda 40-90 st. C, pH9-11 (alkalické cca shoda s oceánskou vodou), CaCO3 stavby - bílé, uhlovodíky zde vznikají působením mořské mořské vody a horninového okolí kuřáku (z nebiologických zdrojů) Geologicky: ? chybí kus kůry ? „okno do zem. nitra“ Þ vysoká poloha pláště J. Amerika Afrika Situace kolem Lost City (1. 5 Ma ) LostCityAtlantisMassifviewN LostCitychimney LostCityoldtowers Vápencové věže v oblasti Lost City jsou až 60m vysoké lost_city Lost City, cca 30. 000 let, studium komínů a jejich archaeí ukázalo, že dnes vzácné DNA sekvence jsou častější ve starých komínech = evoluce Hotspots-more Známé „hot spots“ a jejich pozice na planetě •Vznikl nejspíše na Zemi abiogenezí, před ~3,8-3,5 Ga, v blízkosti hydrotermálního či vulkanického prostředí v možné kombinaci s prostředím chladným nebo ve velkých hloubkách zemské kůry (Země = matka, Gaia) • •Je kontinuální, procházel však velkými krizemi • •Lze ho rozdělit systematicky do tří domén: • Archaea Bacteria Eucaryota • (nesymbiogenetické buňky, Procaryota) (symbiogenetické buňky) Život na Zemi z geologického pohledu: 3domains_origins Život jako tvůrčí geologický faktor •Živá a neživá složka planety vyvářejí společný dynamický systém (termodynamika) •Život (biosféra, noosféra ) se podílí na vlastnostech a charakteru atmosféry (např. volný kyslík), hydrosféry (kyslík, koloběh CO2) i litosféry (tvorba hornin, ložisek) i geologických procesech (transport látek a materiálů, organizmy s fotosyntézou se dnes podílejí na geochem. energ. cyklu 3x více než čistě geologická aktivita Země ) •Výsledkem této dynamiky je v každém čase nový a odchylný obraz celé planety a všech jejích složek •Tato dynamika kolísá v mezích, které nikdy nepřekročily podmínky pro zachování života •Odraz v oblasti lidské etiky Jak problém života uchopit ? •- jako každou otázku našeho poznání •- poznání je individuální, volná volba forem • poznání a vnímání světa, •- vědecké poznání je neukončené a • otevřené, jeho součástí je omyl, testování, • oprava a doplňování (není „vlastníkem“ • pravdy) •- koexistence myšlení, názorů, různých forem • poznávání, tedy i poznávání života • Použité prameny: Courtillot, V. , 1999: Evolutionary Catastrophes, The Science of Mass Extinction. – Cambridge University Presss, pp.173, Cambridge(UK). Gould J.S. (ed.), 1998: Dějiny planety Země. – Knižní klub, Columbus, pp. 256, Praha. Hallam, A., Wignall, P.B., 1997: Mass Exctinctions and their Aftermath. – Oxford Univ. Press, pp. 320. Oxford. Kalvoda, J., Bábek, O., Brzobohatý, R., 1998: Historická geologie. – UP Olomouc, pp. 199. Olomouc. Lovelock, J., 1994: Gaia, živoucí planeta. – MF, MŽP ČR, Kolumbus 129, pp. 221. Praha. Margulisová, L., 2004: Symbiotická planeta, nový pohled na evoluci. – Academia, pp. 150. Praha. Paturi, F. X., 1995: Kronika Země. - Fortuna Print, pp. 576. Praha Pálfy, J., 2005: Katastrophen der Erdgeschichte – globales Aussterben ? – Schweizerbart. Ver. (Nägele u. Obermiller), pp. 245, Stuttgart. Raup, D.M.,1995: O zániku druhů. – Nakl. LN, pp.187. Praha. Internet – různé databáze (především obrazová dokumentace) • 200px-Volvox_aureus Volvox aureus – koloniální bičíkovec http://www.utdallas.edu/~janokb/Files/GEOS_1304/Web_pages/K_Precambrian_files/slide0015_image027.gi f Precambrian Early Oceans from 4 bya •Much water vapor from volcanic degassing. •Salt in oceans is derived from weathering and carried to the oceans by rivers. •Part of the earth’s water probably came from comets. –Comets are literally large dirty snowballs. –Provide fresh water. Oldest Rock on Earth •Zircon from an Australian sedimentary rock indicates an age of 4.4 Gyr years old. Quartz from the same rock reveals that water existed on Earth at this time. zircon_grain_crystal00sm backscatterele acasta Oldest Rock on Earth Ruly Acasta (Grónsko) The Earth’s Oldest Crustal Rocks acasta The Acasta gneiss in Canada’s NWT was formed 4.0 Byr ago. Along with similar metamorphic rocks in southern Greenland, these are the most ancient pieces of crust remaining on Earth. 3.96 Ga +/- 3 Ma Origin of Continental Crust •3.9 to 4.2 Bya •Acasta Gneiss –3.96 Ga +/- 3 Ma • bif SchopfObrArcha Priamevifilum endosym schema evolution SOUHRN: Barberton (J. Afrika, ~ 3.5 Ga), jedna z nejstarších mikrofosílií (?) 040422_microbe_tubes_02 Grafické rekonstrukce některých forem ediakarských vendobiont PalfyEdiacara 19_02 Sukcese velkých etap života z hlediska dominance skupin (jak je chápat) živočichové rostliny Prekambrium PrekamRotary geol. jev pokračuje končí Vysvětlivky: GOE GOE = Great Oxidation Event (Globální oxidace povrch. vod, viz izotopy síry) 4.4 – heterogenní hafnium –evidence zemské kůry P+O P+O = pilow lávy + ofiolity, prokazují start deskové tektoniky (Isua, 3.8 Ma) Hlavní geologické a biologické události v prekambriu. Zachycují prolínající se působení živé a neživé složky, jejich rozrůzňování a tvorbu neustále proměňujícího se obrazu planety. V následujícím jsou doloženy některé termíny ukázkami hornin a fosílií. High-powered laser in the Czech Republic has now provided provocative evidence that the hellish conditions produced when an asteroid or comet slams into Earth could have created some key building blocks of life on Earth. In a lab experiment intended to duplicate the high temperatures and pressures of such an impact, researchers transformed a solution containing a simple pre cursor into adenine, guanine, cytosine, and uracil—the information-bearing nucleobases in RNA, which many believe to have been the first genetic molecule to encode. “This is, I believe, the first time that all four nucleobases have been made in one set of reaction conditions,” says Steven Benner, an astrobiologist in Gainesville, Florida. Researchers havelong sought to identify ways that the nucleobases that make up RNA or DNA could be created from simpler substances. That, could help scientists ascertain where and how life might have originated, says Svatopluk Civiš, a physical chemist at the J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry in Prague. In recent years, Civiš adds, researchers proposed that a substance called formamide was a possible source of such genetic building blocks. This minimalist chemical, which forms when hydrogen cyanide reacts with water, would have been abundant on early Earth and has the major elements needed for prebiotic chemicals—namely, hydrogen, nitrogen, carbon, and oxygen. Indeed, some teams have already produced individual nucleobases in lab experiments that relied on catalysts to drive chemical reactions between formamide and other ingredients. Other teams have made nucleobases from different grab bags of simple chemicals. In the new research, Civiš and his colleagues fired their institute’s 1-kilojoule laser into a formamide-bearing solution that also included clay. In that mixture, intended to represent a chemical-rich pool on ancient Earth’s surface, the one-third-of-anano second-long pulses generated intense pressure, temperature spikes exceeding 4200°C, and a cascade of radiation including ultraviolet and x-ray wavelengths—just the sort of conditions expected when an object such as a comet or asteroid strikes the ground. These extreme conditions sparked reactions that, besides producing substances such as hydrogen cyanide, carbon monoxide, ammonia, and methanol, also created the four RNA nucleobases. Previous studies showed that some classes of meteorites already contain nucleobases such as adenine and guanine. But the new results suggest that besides merely delivering nucleobases, celestial bodies could have also created them when they struck the planet, says Raffaele Saladino, an organic chemist at Tuscia University in Viterbo, Italy. He and his colleagues have studied formamide under more benign lab conditions, but he says the Prague experiments “are the first time that formamide has been studied in the context of a meteorite impact.” Such impacts were common in Earth’s early history. During a period aptly dubbed the Late Heavy Bombardment, which began about 4 billion years ago and lasted some 150 million years, large objects pummeled our planet and moon as well as Mercury, Venus, and Mars. Although many researchers have suggested that such impacts and their resulting effects on climate would have effectively sterilized Earth’s surface, erasing any life that may have already started, the new study hints that this period seeded our planet with the raw ingredients necessary for life to develop. “This paper nicely correlates the Late Heavy Bombardment and the energy it delivered to Earth about 4 billion years ago with the formation of RNA and DNA nucleobases from formamide,” Benner says.