لا شك أن كوكبًا مرشحًا لكونه مأهولًا سيواجه كارثة وتصادمات وأحداث على مستوى الانقراض. إذا أريد للحياة أن تعيش وتزدهر في العالم ، فيجب أن تمتلك الظروف الجوهرية والبيئية الصحيحة للسماح لها بالاستمرار. هنا ، قد يبدو التوضيح لبيئة الأرض المبكرة مخيفًا ، لكن الحياة ما زالت تجد طريقة ما. (ناسا جودارد فضاء مركز الطيران)

ما كان عليه الحال عندما بدأت الحياة على الأرض؟

كان الكوكب له حياة ، بشكل أو بآخر ، لما يقرب من طول الأرض.

إذا أتيت إلى نظامنا الشمسي بعد تشكيله مباشرة ، فستشاهد منظرًا خارجيًا بالكامل. كانت شمسنا تقارب نفس الكتلة الموجودة اليوم ، ولكن حوالي 80٪ فقط تكون مضيئة ، بينما تسخن النجوم مع تقدم العمر. ستظل هناك أربعة عوالم داخلية صخرية ، لكن ثلاثة منها تبدو متشابهة للغاية. كان لكل من كوكب الزهرة والأرض والمريخ أجواء رقيقة وماء سائل على سطحه ، والمكونات العضوية التي يمكن أن تؤدي إلى الحياة.

بينما لا نزال لا نعرف ما إذا كانت الحياة قد استولت على كوكب الزهرة أو المريخ ، فإننا نعرف أنه بحلول الوقت الذي كان عمره 100 مليون عام فقط ، كانت هناك كائنات حية تعيش على سطحه. بعد مليارات السنين من التطور الكوني أدى إلى ظهور العناصر والجزيئات والظروف التي يمكن أن توجد منها الحياة ، أصبح كوكبنا هو الكوكب الذي لم يحدث فيه فحسب ، بل المكان الذي ازدهر فيه. وفقًا لمعرفتنا العلمية ، إليك ما كانت عليه تلك الخطوات الأولى.

نظرة على نطاق ميكرون من الكائنات البدائية للغاية. ما إذا كانت الكائنات الحية الأولى التي تشكلت على كوكب الأرض أو سبقت تشكيل كوكبنا لا تزال مسألة مفتوحة ، ولكن الأدلة تؤيد السيناريوهات التي تنشأ فيها الحياة في عالمنا. (ERIC ERBE ، تلوين رقمي بواسطة بول كريستوفر ، كل من وزارة الزراعة الأمريكية ، ARS ، الاتحاد النقدي الأوروبي)

الحياة كما نعرفها لها بعض الخصائص التي يوافق عليها الجميع. في حين أن الحياة على الأرض تنطوي على الكيمياء القائمة على الكربون (التي تتطلب الكربون والأكسجين والنيتروجين والهيدروجين ، والعديد من العناصر الأخرى مثل الفوسفور والنحاس والحديد والكبريت ، وما إلى ذلك) وتعتمد على الماء السائل ، قد تكون مجموعات أخرى من العناصر والجزيئات ممكن. الخصائص العامة الأربعة التي تشترك فيها جميع فئات الحياة هي كما يلي:

  1. الحياة لها عملية التمثيل الغذائي ، حيث تحصد الطاقة / الموارد من مصدر خارجي للاستخدام الخاص.
  2. تستجيب الحياة للمنبهات الخارجية من بيئتها ، وتغير سلوكها وفقًا لذلك.
  3. يمكن أن تنمو الحياة ، أو تتكيف مع بيئتها ، أو يمكنها أن تتطور من شكلها الحالي إلى شكل مختلف.
  4. ويمكن أن تتكاثر الحياة ، وخلق ذرية قابلة للحياة تنشأ عن عملياتها الداخلية.
تشكيل ونمو ندفة الثلج ، تكوين معين من الكريستال الجليد. على الرغم من أن البلورات لها تكوين جزيئي يسمح لها بإعادة إنتاج ونسخ نفسها ، إلا أنها لا تستخدم الطاقة أو تشفير المعلومات الوراثية. (VYACHESLAV IVANOV / VIMEO.COM/87342468)

كل هذه العناصر الأربعة يجب أن تكون في مكانها ، في وقت واحد ، لكي يُعتبر سكان الكائنات الحية على قيد الحياة. قد تتمكن الثلج والبلورات من النمو والتكاثر ، لكن افتقارها إلى التمثيل الغذائي يمنعها من أن تصنف على أنها حية. قد تحتوي البروتينات على استقلاب وتكون قادرة على التكاثر ، لكنها لا تستجيب للمنبهات الخارجية أو تغير السلوك بناءً على ما تصادفه. حتى الفيروسات ، التي تعتبر أكثر الكائنات الحية إثارة للجدل على الخط الفاصل بين الحياة وغير الحياة ، لا يمكنها التكاثر إلا عن طريق إصابة الخلايا الحية الأخرى بنجاح ، مما يثير الشكوك حول ما إذا كانت قد صنفت على أنها كائنات حية أم غير حية.

توجد العديد من المواد العضوية - المركبات الكيميائية مثل السكريات والأحماض الأمينية وفورمات الإيثيل وحتى المركبات المعقدة مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات - في الفضاء البينجمي وفي الكويكبات وكانت بكثرة على الأرض المبكرة. لكن ليس لدينا دليل على أن الحياة بدأت قبل تكوين الأرض.

كان النظام الشمسي المبكر ممتلئًا بالمذنبات والكويكبات والمجموعات الصغيرة من المادة التي ضربت كل العالم تقريبًا. تُعرف هذه الفترة تاريخياً باسم القصف المتأخر ، ويُعتقد أنها جلبت العديد من المكونات للحياة ، ولكن ليس الكائنات الحية نفسها ، إلى الأرض. (NASA)

بدلاً من ذلك ، فإن الفكرة الرئيسية هي أن الأرض تشكلت مع هذه المكونات الخام ، وربما أكثر من ذلك بكثير. ربما كانت النيوكليوتيدات شائعة ؛ ربما جاءت البروتينات وشظايا البروتين مُجمَّعة مسبقًا ؛ ربما يمكن أن تنشأ طبقات ثنائية الطبقة وطبقتين تلقائيًا في بيئة مائية. من أجل الانتقال من السلائف إلى الحياة إلى الحياة الفعلية ، يُعتقد أننا نحتاج إلى البيئة المناسبة.

من المحتمل أن يكون لهذه الكواكب الثلاثة المواتية - الزهرة والأرض والمريخ - مستوى معقول من الثقل السطحي ، وأجواء رقيقة ، ومياه سائلة على أسطحها ، وهذه الجزيئات الكيميائية الحيوية السليفة. الشيء الوحيد الذي كان لدى كوكب الأرض أن الكواكب الأخرى على الأرجح لم يكن هو القمر. في حين أن من المحتمل أن تكون للعوالم الثلاثة فرصة لتشكيل الحياة لأول مرة ، فقد ساعدنا قمرنا في منحنا فرصًا لم تكن لتعيشها العوالم الأخرى.

الأرض والشمس ، لا تختلف كثيرًا عن كيفية ظهورهما قبل 4 مليارات عام. في المراحل الأولى من النظام الشمسي ، ربما تكون كوكب الزهرة والمريخ متشابهتين تمامًا. (ناسا / تيري فيرتس)

من المحتمل جدًا أن تكون كمية المياه الموجودة على هذه الكواكب المبكرة كافية لإنشاء المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار ، لكن ليس بما يكفي لتغطية هذه المياه بالكامل في الماء السائل. هذا يعني أن لديهم جميعًا قاراتًا ومحيطات ، وفي واجهة الاثنين ، كانت هناك أحواض للجزر: مناطق يمكن أن توجد فيها المياه بثبات على الأراضي الجافة وتكون خاضعة لجميع أنواع تدرجات الطاقة.

يمكن أن توفر أشعة الشمس والظل والليل ودورات التبخر والتركيز وتدفق السوائل المسامية في وجود المعادن وتدرجات النشاط المائي جميعها فرصًا للجزيئات للربط معًا بطرق جديدة ومثيرة للاهتمام. قد يعزز القمر آثار المد والجزر ، لكن كل هذه العوالم تمتلك مد وجزر بسبب الشمس. ومع ذلك ، هناك مصدر طاقة إضافي تمتلكه الأرض ومن المحتمل أن يكون قد ساهم في نشأة الحياة ، والذي ربما لم يكن مذهلاً على كوكب الزهرة أو المريخ.

تجمعات المد والجزر ، مثل تلك الموضحة هنا من ولاية ويسكونسن ، تحدث عند سطح الأرض والكائنات المائية الكبيرة ، مثل البحيرات والبحار والمحيطات. تعتبر المجموعة ذات الظروف المناسبة وجزيئات السلائف أحد المرشحين لمن يمكن أن تنشأ الحياة على الأرض. (GOODFREEPHOTOS_COM / PIXABAY)

هذا العامل الأخير هو النشاط الحراري من داخل الكوكب. في قاع المحيطات ، تعتبر الفتحات الحرارية المائية من النقاط الساخنة الجيولوجية التي تعد مواقع ممتازة للترشيح للحياة. حتى اليوم ، فهي موطن للكائنات الحية المعروفة باسم الكائنات الشاذة: البكتيريا وغيرها من أشكال الحياة التي يمكن أن تصمد أمام درجات الحرارة التي عادة ما تكسر الروابط الجزيئية المرتبطة بعمليات الحياة.

تحتوي هذه الفتحات على تدرجات طاقة هائلة وكذلك تدرجات كيميائية ، حيث يمتزج ماء تنفيس قلوي للغاية مع مياه المحيط الحمضية الغنية بالكربون. أخيرًا ، تحتوي هذه الفتحات على كل من أيونات الصوديوم والبوتاسيوم ، بالإضافة إلى هياكل كربونات الكالسيوم التي يمكن أن تكون بمثابة قالب للخلايا الأولى. تشير حقيقة وجود الحياة في بيئات مثل هذه إلى عوالم مثل أوروبا أو إنسيلادوس كمنازل محتملة للحياة في أماكن أخرى من النظام الشمسي اليوم.

في أعماق البحر ، حول الفتحات الحرارية المائية ، حيث لا يصل ضوء الشمس ، لا تزال الحياة تزدهر على الأرض. كيفية خلق الحياة من غير الحياة هي واحدة من الأسئلة المفتوحة العظيمة في العلوم اليوم. إذا كانت الحياة يمكن أن توجد هنا ، في قاع محيطات الأرض ، فربما هناك فرصة للحياة في المحيطات العميقة تحت سطح أوروبا أو إنسيلادوس أيضًا. (NOAA / PMEL VENTS PROGRAM)

ولكن ربما يكون الموقع الأكثر احتمالا لبدء الحياة على الأرض هو أفضل ما في العالم: الحقول المائية الحرارية. النشاط البركاني لا يحدث فقط تحت المحيطات ، ولكن أيضًا على الأرض. تحت مناطق المياه العذبة ، توفر هذه المناطق النشطة البركانية مصدرًا إضافيًا للحرارة والطاقة يمكنه تثبيت درجات الحرارة وتوفير درجة انحدار للطاقة. طوال الوقت ، لا تزال هذه المواقع تسمح بدورات التبخر / التركيز ، وتوفر بيئة محصورة تمكن المكونات الصحيحة من التراكم ، وتسمح بدورة التعرض لأشعة الشمس / الليل.

على الأرض ، يمكننا أن نكون واثقين من أن المد والجزر ، والفتحات الحرارية المائية ، والحقول المائية الحرارية كانت جميعها شائعة. في حين أن جزيئات السلائف نشأت بالتأكيد وراء الأرض ، فمن المحتمل هنا على كوكبنا أن يحدث تحول غير الحياة إلى حياة عفوية.

يعد هذا المنظر الجوي لمدينة Grand Prismatic Spring في منتزه Yellowstone الوطني واحدًا من أكثر المعالم الحرارية المائية شهرة على اليابسة في العالم. تعود الألوان إلى الكائنات الحية المختلفة التي تعيش في ظل هذه الظروف القاسية ، وتعتمد على مقدار ضوء الشمس الذي يصل إلى الأجزاء المختلفة من الينابيع. تعد الحقول المائية الحرارية مثل هذه من أفضل المواقع المرشحة للحياة التي نشأت على الأرض. (جيم بياكو ، خدمة الحدائق الوطنية)

بمرور الوقت ، تغيرت الأرض بشكل هائل ، وكذلك تغير الكائنات الحية على كوكبنا. لا نعرف ما إذا كانت الحياة قد نشأت مرة واحدة أو أكثر من مرة أو في أماكن متباينة. ومع ذلك ، فإن ما نعرفه هو أنه إذا قمنا بإعادة بناء الشجرة التطورية لكل كائن حي موجود على الأرض اليوم ، فإنهم جميعًا يشاركون نفس الجد.

من خلال دراسة جينومات الكائنات الموجودة في عالمنا اليوم ، يمكن لعلماء الأحياء إعادة بناء النطاق الزمني لما يعرف باسم LUCA: آخر سلف عالمي مشترك للحياة على الأرض. بحلول الوقت الذي كان عمر الأرض أقل من مليار سنة ، كانت الحياة بالفعل لديها القدرة على نسخ وترجمة المعلومات بين الحمض النووي ، الحمض النووي الريبي ، والبروتينات ، وهذه الآليات موجودة في جميع الكائنات الحية اليوم. ما إذا كانت الحياة قد نشأت عدة مرات غير معروفة ، ولكن من المقبول عمومًا أن هذه الحياة كما نعرفها اليوم تنحدر من مجتمع واحد.

مسح صورة المجهر الإلكتروني على المستوى الخلوي الفرعي. في حين أن الحمض النووي جزيء طويل ومعقد بشكل لا يصدق ، فهو مصنوع من نفس لبنات البناء (الذرات) مثل كل شيء آخر. على حد علمنا ، فإن بنية الحمض النووي التي تعتمد عليها الحياة قد تسبق السجل الأحفوري. (صورة للنطاق العام للدكتور إرسكين بالمير ، USCDCP)

على الرغم من حقيقة أن العمليات الجيولوجية يمكن أن تحجب في كثير من الأحيان السجل الأحفوري بعد بضع مئات من ملايين السنين ، إلا أننا تمكنا من تتبع أصل الحياة بشكل غير عادي حتى الآن. تم العثور على حفريات ميكروبية في الحجر الرملي يعود تاريخها إلى 3.5 مليار سنة. تم العثور على الجرافيت الموجود في الصخور الرسوبية المتحولة ، ويعود تاريخه إلى أصوله الحيوية ، ويعود تاريخه إلى 3.8 مليار سنة مضت.

ثلاثيات متحجرة من الحجر الجيري ، من متحف الميدان في شيكاغو. يمكن لجميع الكائنات الموجودة والمتحجرة أن ترجع نسبها إلى سلف مشترك عالمي عاش قبل حوالي 3.5 مليار سنة. (JAMES ST. JOHN / FLICKR)

في وقت مبكر ، وفي أوقات أكثر تطرفًا ، يبدو أن رواسب بعض البلورات في الصخور تنبع من عمليات بيولوجية ، مما يشير إلى أن الأرض كانت تعج بالحياة منذ ما يتراوح بين 4.3 و 4.4 مليار سنة: في أقرب وقت من 100 إلى 200 مليون سنة بعد الأرض وشكل القمر. على حد علمنا ، كانت الحياة على الأرض موجودة تقريبًا طالما وجدت الأرض نفسها.

توجد رواسب الجرافيت في الزركون ، وهي من أقدم الأدلة على الحياة القائمة على الكربون على الأرض. هذه الرواسب ، ونسب الكربون - 12 التي تظهرها في الدرجات ، تعود إلى الحياة على الأرض منذ أكثر من 4 مليارات سنة. (E A BELL ET AL ، PROC. NATL. ACAD. SCI. USA ، 2015)

في مرحلة ما على كوكبنا ، في المراحل المبكرة للغاية ، بدأت الجزيئات الوفيرة والسلائف في الحياة ، في ظل الظروف المناسبة للطاقة والكيميائية ، في استقلاب الطاقة في وقت واحد ، والاستجابة للبيئة ، والنمو ، والتكيف ، والتطور ، والتكاثر . حتى لو لم يكن من الممكن التعرف علينا اليوم ، فهذا يمثل أصل الحياة. في سلسلة غير مسبوقة من النجاح البيولوجي ، ظل كوكبنا عالما حيا منذ ذلك الحين.

الماس الهادي جزءا لا يتجزأ من الزركون / الكوارتز. يمكنك العثور على أقدم الرواسب في اللوحة d ، والتي تشير إلى عمر 4.26 مليار سنة ، أو ما يقرب من عمر الأرض نفسها. (M. MENNEKEN ، A. A. NEMCHIN ، T. GEISLER ، R. T. PIDGEON & S. A. WILDE، NATURE 448 7156 (2007))

في حين أن كوكب الزهرة والمريخ ربما كانت لهما فرص مماثلة ، فإن التغييرات الجذرية التي طرأت على الغلاف الجوي للزهرة جعلت منه عالمًا حارًا بعد حوالي 200 - 300 مليون عام ، في حين تسبب موت الحقل المغناطيسي المريخ في تجريد الغلاف الجوي مما جعله صلبًا و المجمدة. في حين أن ضربات الكويكبات قد تبعث الحياة في الأرض خارج العالم ، عبر النظام الشمسي والمجرة ، تشير جميع الأدلة إلى أننا بدأنا.

قبل 9.4 مليار سنة بعد الانفجار الكبير ، كانت الأرض تعج بالحياة. لم ننظر إلى الوراء قط.

مزيد من القراءة حول ما كان عليه الكون عندما:

  • كيف كان حال الكون عندما كان منتفخاً؟
  • كيف كان الوضع عندما بدأ الانفجار الكبير لأول مرة؟
  • كيف كان الحال عندما كان الكون في أحر حالاته؟
  • كيف كان الوضع عندما خلق الكون أول الأمر أكثر من المادة المضادة؟
  • كيف كان الحال عندما أعطى هيغز الكتلة للكون؟
  • كيف كان الوضع عندما صنعنا البروتونات والنيوترونات لأول مرة؟
  • كيف كان الوضع عندما فقدنا آخر مادة مضادة لدينا؟
  • كيف كان شكل الكون عندما صنع عناصره الأولى؟
  • كيف كان الحال عندما صنع الكون الذرات لأول مرة؟
  • كيف كان حال عدم وجود نجوم في الكون؟
  • كيف كان الوضع عندما بدأت النجوم الأولى بإضاءة الكون؟
  • كيف كان حال وفاة النجوم الأولى؟
  • كيف كان شكل الكون عندما صنع الجيل الثاني من النجوم؟
  • كيف كان الحال عندما صنع الكون أول مجرات؟
  • كيف كان الوضع عندما اخترق ضوء النجوم لأول مرة ذرات الكون المحايدة؟
  • كيف كان حال تكوين الثقوب السوداء الهائلة الأولى؟
  • كيف كان الوضع عندما أصبحت الحياة في الكون ممكنة؟
  • كيف كان شكلها عندما شكلت المجرات أكبر عدد من النجوم؟
  • كيف كان شكل أول كواكب صالحة للسكن؟
  • كيف كان شكلها عندما تبلورت الشبكة الكونية؟
  • كيف كان شكلها عند ظهور درب التبانة؟
  • كيف كان الوضع عندما استحوذت الطاقة المظلمة على الكون لأول مرة؟
  • كيف كان شكل نظامنا الشمسي لأول مرة؟
  • كيف كان شكل كوكب الأرض؟

يبدأ تطبيق "بدء بـ A Bang" الآن في مجلة "فوربس" ، ويتم إعادة نشره على "متوسط" بفضل أنصار باتريون لدينا. قام إيثان بتأليف كتابين ، "وراء المجرة" ، وعلم التكنولوجيا: "علم ستار تريك" من ترايكردز إلى وارب درايف.