Życie na Ziemi istnienie dzięki zderzeniu dwóch planet?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Wszystkie duże planety Układu Słonecznego posiadają pierścienie, w kręgach naukowych pojawiaj się sugestie, że pierścienie mógł posiadać Mars. To rodzi pytanie o ewentualne pierścienie wokół Ziemi. Naukowcy z australijskiego Monash University znaleźli pierwsze dowody sugerujące, że nasza planeta również posiadała pierścień. Uczeni przyjrzeli się 21 kraterom uderzeniowym pochodzącym z trwającego ok. 40 milionów lat okresu intensywnych bombardowań Ziemi przez meteoryty, do których doszło w ordowiku.
Początek tego okresu wyznacza znaczny wzrost materiału pochodzącego z chondrytów L (chondryty oliwinowo-hiperstenowe), które znajdują się w warstwie sprzed 465,76 ± 0,30 milionów lat. Od dawna przypuszcza się, że bombardowanie to było spowodowane przez rozpad z pasie asteroid dużego obiektu zbudowanego z chondrytów L.
Uczeni z Monash zauważyli, że wszystkie badane przez nich kratery uderzeniowe znajdowały się w ordowiku w pasie wokół równika, ograniczonym do 30 stopni szerokości północnej lub południowej. Tymczasem aż 70% kraterów uderzeniowych na Ziemi powstało na wyższych szerokościach geograficznych. Zdaniem uczonych, prawdopodobieństwo, że asteroidy, po których pozostały wspomniane kratery, pochodziły z pasa asteroid, wynosi 1:25 000 000. Dlatego też zaproponowali inną hipotezę.
Andrew G. Tomkins, Erin L. Martin i Peter A. Cawood uważają, że około 466 milionów lat temu od przelatującej w pobliżu Ziemi asteroidy, w wyniku oddziaływania sił pływowych planety, oderwał się duży fragment, który rozpadł się na kawałki. Materiał ten utworzył pierścień wokół Ziemi. Stopniowo fragmenty pierścienia zaczęły opadać na planetę.
Ponadto proponujemy, że zacienienie Ziemi przez pierścień było powodem pojawienia się hirnantu, piszą autory badań. Hirnant to krótkotrwały ostatni wiek późnego ordowiku. Jego początki wiązały się z ochłodzeniem klimatu, zlodowaceniem i znacznym spadkiem poziomu oceanów.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wszystkie organizmy żywe wykorzystują metale w czasie podstawowych funkcji życiowych, od oddychania po transkrypcję DNA. Już najwcześniejsze organizmy jednokomórkowe korzystały z metali, a metale znajdziemy w niemal połowie enzymów. Często są to metale przejściowe. Naukowcy z University of Michigan, California Institute of Technology oraz University of California, Los Angeles, twierdzą, że żelazo było tym metalem przejściowym, który umożliwił powstanie życia.
Wysunęliśmy radykalną hipotezę – żelazo było pierwszym i jedynym metalem przejściowym wykorzystywanym przez organizmy żywe. Naszym zdaniem życie oparło się na tych metalach, z którymi mogło wchodzić w interakcje. Obfitość żelaza w pierwotnych oceanach sprawiła, że inne metale przejściowe były praktycznie niewidoczne dla życia, mówi Jena Johnson z University of Michigan.
Johnson połączyła siły z profesor Joan valentine z UCLA i Tedem Presentem z Caltechu. Profesor Valentine od dawna bada, jakie metale wchodziły w skład enzymów u wczesnych form życia, umożliwiając im przeprowadzanie niezbędnych procesów życiowych. Od innych badaczy wielokrotnie słyszała, że przez połowę historii Ziemi oceany były pełne żelaza. W mojej specjalizacji, biochemii i biochemii nieorganicznej, w medycynie i w procesach życiowych, żelazo jest pierwiastkiem śladowym. Gdy oni mi powiedzieli, że kiedyś nie było pierwiastkiem śladowym, dało mi to do myślenia, mówi uczona.
Naukowcy postanowili więc sprawdzić, jak ta obfitość żelaza w przeszłości mogła wpłynąć na rozwój życia. Ted Present stworzył model, który pozwolił na sprecyzowanie szacunków dotyczących koncentracji różnych metali w ziemskich oceanach w czasach, gdy rozpoczynało się życie. Najbardziej dramatyczną zmianą, jaka zaszła podczas katastrofy tlenowej, nie była zmiana koncentracji innych metali, a gwałtowny spadek koncentracji żelaza rozpuszczonego w wodzie. Nikt dotychczas nie badał dokładnie, jaki miało to wpływ na życie, stwierdza uczona.
Badacze postanowili więc sprawdzić, jak przed katastrofą tlenową biomolekuły mogły korzystać z metali. Okazało się, że żelazo spełniało właściwie każdą niezbędną rolę. Ich zdaniem zdaniem, ewolucja może korzystać na interakcjach pomiędzy jonami metali a związkami organicznymi tylko wówczas, gdy do interakcji takich dochodzi odpowiednio często. Obliczyli maksymalną koncentrację jonów metali w dawnym oceanie i stwierdzili, że ilość jonów innych biologiczne istotnych metali była o całe rzędy wielkości mniejsza nią ilość jonów żelaza. I o ile interakcje z innymi metalami w pewnych okolicznościach mogły zapewniać ewolucyjne korzyści, to - ich zdaniem - prymitywne organizmy mogły korzystać wyłącznie z Fe(II) w celu zapewnienia sobie niezbędnych funkcji spełnianych przez metale przejściowe.
Valentine i Johnson chciały sprawdzić, czy żelazo może spełniać w organizmach żywych te funkcje, które obecnie spełniają inne metale. W tym celu przejrzały literaturę specjalistyczną i stwierdziły, że o ile obecnie życie korzysta z innych metali przejściowych, jak cynk, to nie jest to jedyny metal, który może zostać do tych funkcji wykorzystany. Przykład cynku i żelaza jest naprawdę znaczący, gdyż obecnie cynk jest niezbędny do istnienia życia. Pomysł życia bez cynku był dla mnie trudny do przyjęcia do czasu, aż przekopałyśmy się przez literaturę i zdałyśmy sobie sprawę, że gdy nie ma tlenu, który utleniłby Fe(II) do Fe(III) żelazo często lepiej spełnia swoją rolę w enzymach niż cynk, mówi Valentine. Dopiero po katastrofie tlenowej, gdy żelazo zostało utlenione i nie było tak łatwo biologicznie dostępne, życie musiało znaleźć inne metale, które wykorzystało w enzymach.
Zdaniem badaczy, życie w sytuacji powszechnej dostępności żelaza korzystało wyłącznie z niego, nie pojawiła się potrzeba ewolucji w kierunku korzystania w innych metali. Dopiero katastrofa tlenowa, która dramatycznie ograniczyła ilość dostępnego żelaza, wymusiła ewolucję. Organizmy żywe, by przetrwać, musiały zacząć korzystać z innych metali. Dzięki temu pojawiły się nowe funkcje, które doprowadziły do znanej nam dzisiaj różnorodności organizmów żywych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Krążący wokół Jowisza Ganimedes to największy księżyc w Układzie Słonecznym. Jest większy od najmniejszej planety, Merkurego. Na Ganimedesie znajduje się też największa w zewnętrznych częściach Układu Słonecznego struktura uderzeniowa. Planetolog Naoyuki Hirata z Uniwersytetu w Kobe przeanalizował jej centralną część i doszedł do wniosku, że w Ganimedesa uderzyła asteroida 20-krotnie większa, niż ta, która zabiła dinozaury. W wyniku uderzenia oś księżyca uległa znaczącej zmianie.
Ganimedes, podobnie jak Księżyc, znajduje się w obrocie synchronicznym względem swojej planety. To oznacza, że jest do niej zwrócony zawsze tą samą stroną. Na znacznej części jego powierzchni widoczne są ślady tworzące kręgi wokół konkretnego miejsca. W latach 80. naukowcy doszli do wniosku, że to dowód na dużą kolizję. Wiemy, że powstały one w wyniku uderzenia asteroidy przed 4 miliardami lat, ale nie byliśmy pewni, jak poważne było to zderzenie i jaki miało wpływ na księżyc, mówi Naoyjuki Hirata.
Japoński uczony jako pierwszy zwrócił uwagę, że miejsce uderzenia wypada niemal idealnie na najdalszym od Jowisza południku Ganimedesa. Z badan Plutona przeprowadzonych przez sondę New Horizons wiemy, że uderzenie w tym miejscu doprowadziło do zmiany orientacji osi planety, więc tak samo mogło stać się w przypadku Ganimedesa. Hirata specjalizuje się w symulowaniu skutków uderzeń w księżyce i satelity, wiedział więc, jak przeprowadzić odpowiednie obliczenia.
Na łamach Scientific Reports naukowiec poinformował, że asteroida, która uderzyła w Ganimedesa, miała prawdopodobnie średnicę około 300 kilometrów i utworzyła krater przejściowy o średnicy 1400–1600 kilometrów. Krater przejściowy to krater uderzeniowy istniejący przed powstaniem krateru właściwego, czyli misy wypełnionej materiałem powstałym po uderzeniu. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że tylko tak duża asteroida mogła przemieścić wystarczającą ilość masy, by doszło do przesunięcia osi Ganimedesa na jej obecną pozycję.
Przypomnijmy, że 14 kwietnia ubiegłego roku wystartowała misja Juice (Jupiter Icy Moons Explorer) Europejskiej Agencji Kosmicznej. Ma ona zbadać trzy księżyce Jowisza: Kallisto, Europę i Ganimedesa. Na jej pokładzie znalazły się polskie urządzenia, wysięgniki firmy Astronika, na których zamontowano sondy do pomiarów plazmy. Wszystkie trzy księżyce posiadają zamarznięte oceany. To najbardziej prawdopodobne miejsca występowania pozaziemskiego życia w Układzie Słonecznym. W lipcu 2031 roku Juice ma wejść na orbitę Jowisza, a w grudniu 2034 roku znajdzie się na orbicie Ganimedesa i będzie badała ten księżyc do września 2035 roku.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Tysiące kilometrów pod naszymi stopami, wewnątrz płynnego jądra Ziemi, znajduje się nieznana dotychczas struktura, donoszą naukowcy z Australian National University (ANU). Struktura ma kształt torusa (oponki), znajduje się na niskich szerokościach geograficznych i jest równoległa do równika. Nikt wcześniej jej nie zauważył.
Jądro Ziemi składa się z dwóch warstw, sztywnej wewnętrznej oraz płynnej zewnętrznej. Nowo odkryta struktura znajduje się w górnych partiach jądra zewnętrznego, gdzie jądro spotyka się z płaszczem ziemskim.
Współautor badań, geofizyk Hrvoje Tkalčić mówi, że fale sejsmiczne wędrują wolniej w nowo odkrytym regionie, niż w reszcie jądra zewnętrznego. Region ten znajduje się na płaszczyźnie równikowej, na niskich szerokościach geograficznych i ma kształt donuta. Nie znamy jego dokładnej grubości, ale uważamy, że rozciąga się on na kilkaset kilometrów poniżej granicy jądra i płaszcza, wyjaśnia uczony.
Uczeni z ANU podczas badań wykorzystali inną technikę niż tradycyjne obserwacje fal sejsmicznych w ciągu godziny po trzęsieniu. Badacze przeanalizowali podobieństwa pomiędzy kształtami fal, które docierały do nich przez wiele godzin od wstrząsów. Zrozumienie geometrii rozprzestrzeniania się fal oraz sposobu, w jaki przemieszczają się przez jądro zewnętrzne, pozwoliło nam zrekonstruować czasy przejścia przez planetę i wykazać, że ten nowo odkryty region sejsmiczny cechuje wolniejsze przemieszczanie się fal, stwierdza Tkalčić.
Jądro zewnętrzne zbudowane jest głównie z żelaza i niklu. To w nim, dzięki ruchowi materiału, powstaje chroniące Ziemię pole magnetyczne, które umożliwiło powstanie złożonego życia. Naukowcy sądzą, że szczegółowe poznanie budowy zewnętrznego jądra, w tym jego składu chemicznego, jest kluczowe dla zrozumienia pola magnetycznego i przewidywania tego, kiedy może potencjalnie osłabnąć.
Nasze odkrycie jest istotne, gdyż wolniejsze rozprzestrzenianie się fal sejsmicznych w tym regionie wskazuje, że znajduje się tam dużo lekkich pierwiastków. Te lżejsze pierwiastki, wraz z różnicami temperatur, pomagają w intensywnym mieszaniu się materii tworzącej jądro zewnętrzne. Pole magnetyczne to podstawowy element potrzebny do podtrzymania istnienia życia na powierzchni planety, zwraca uwagę profesor Tkalčić.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Jedno z ważnych pytań o początki życia brzmi: w jaki sposób cząstki RNA swobodnie przemieszczające się w pierwotnej zupie zostały opakowane w chronione błoną komórki. Odpowiedź na to pytanie zaproponowali właśnie na łamach Science Advances inżynierowie i chemicy z Uniwersytetów w Chicago i w Houston oraz Jack Szostak, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. W swoim artykule pokazują, jak przed 3,8 miliardami lat krople deszczu mogły ochronić pierwsze protokomórki i umożliwić powstanie złożonych organizmów żywych.
Uczeni przyjrzeli się koacerwatom, dużym grupom cząstek, samoistnie tworzącym się w układach koloidalnych (niejednorodnych mieszaninach). Zachowanie koacerwatów można porównać do zachowania kropli oleju w wodzie.
Już dawno pojawiła się hipoteza, że nie posiadające błon mikrokrople koacerwatów mogły być modelowymi protokomórkami, gdyż mogą rosnąć, dzielić się i gromadzić wewnątrz RNA. Jednak błyskawiczna wymiana RNA pomiędzy koacerwatami, ich szybkie łączenie się, zachodzące w ciągu minut oznaczają, że poszczególne krople nie są w stanie utrzymać swojej odrębności genetycznej. To zaś oznacza, że ewolucja darwinowska nie jest możliwa, a populacja takich protokomórek byłaby narażona na błyskawiczne załamanie w wyniku rozprzestrzeniania się pasożytniczego RNA, czytamy w artykule. Innymi słowy każda kropla, która zawierałaby mutację potencjalnie użyteczną na drodze do powstania życia, błyskawicznie wymieniałaby swoje RNA z innymi RNA, nie posiadającymi takich pożytecznych mutacji. W bardzo szybkim tempie wszystkie krople stałyby się takie same. Nie byłoby różnicowania, konkurencji, a zatem nie byłoby ewolucji i nie mogłoby powstać życie.
Jeśli dochodzi do ciągłej wymiany molekuł czy to między kroplami czy między komórkami i po krótkim czasie wszystkie one wyglądają tak samo, to nie pojawi się ewolucja. Będziemy mieli grupę klonów, wyjaśnia Aman Agrawal z Pritzker School of Molecular Engineering na University of Chicago.
Nauka od dawna zastanawia się, co było pierwszą molekułą biologiczną. To problem kury i jajka. DNA koduje informacje, ale nie przeprowadza żadnych działań. Białka przeprowadzają działania, ale nie przenoszą informacji. Badacze tacy jak Szostak wysunęli hipotezę, że pierwsze było RNA. To molekuła jak DNA, zdolna do kodowania informacji, ale zawija się jak białko.
RNA było więc kandydatem na pierwszy materiał biologiczny, a koacerwaty kandydatami na pierwsze protokomórki. Wszystko wydawało się dobrze układać, aż w 2014 roku Szostak opublikował artykuł, w którym informował, że wymiana materiału pomiędzy kroplami koacerwatów zachodzi zbyt szybko. Możesz stworzyć różnego rodzaju krople koacerwatów, ale nie zachowają one swojej unikatowej odrębności. Zbyt szybko będą wymieniały RNA. To był problem z którym przez długi czas nie potrafiono sobie poradzić, mówi Szostak.
W naszym ostatnim artykule wykazaliśmy, że problem ten można przynajmniej częściowo przezwyciężyć, jeśli koacerwaty zamkniemy w wodzie destylowanej – na przykład wodzie deszczowej czy jakiejś innej słodkiej wodzie. W kroplach takich pojawia się rodzaj wytrzymałej błony, która ogranicza wymianę zawartości, dodaje uczony.
Na trop tego zjawiska naukowcy wpadli, gdy Aman Agrawal był na studiach doktoranckich. Badał zachowanie koacerwatów poddanych działaniu pola elektrycznego w destylowanej wodzie. Jego badania nie miały nic wspólnego z początkami życia. Interesował go fascynujący materiał z inżynieryjnego punktu widzenia. Manipulował napięciem powierzchniowym, wymianą soli, molekuł itp. Chciał w swojej pracy doktorskiej badać podstawowe właściwości koacerwatów.
Pewnego dnia Agrawal jadł obiad z promotorem swojej pracy magisterskiej, profesorem Alamgirem Karimem oraz jego starym znajomym, jednym ze światowych ekspertów inżynierii molekularnej, Matthew Tirrellem. Tirrell zaczął się zastanawiać, jak badania Agrawala nad wpływem wody destylowanej na koacerwaty mogą się mieć do początków życia na Ziemi. Zadał swoim rozmówcom pytanie, czy 3,8 miliarda lat temu na naszej planecie mogła istnieć woda destylowana. Spontanicznie odpowiedziałem „deszczówka”! Oczy mu się zaświeciły i od razu było widać, że jest podekscytowany tym pomysłem. Tak połączyły się nasze pomysły, wspomina profesor Karim.
Tirrell skontaktował Agrawla z Szostakiem, który niedawno rozpoczął na Uniwersytecie Chicagowskim nowy projekt badawczy, nazwany z czasem Origins of Life Initiative. Profesor Tirrel zadał Szostakowi pytanie: Jak sądzisz, skąd na Ziemi przed powstaniem życia mogła wziąć się woda destylowana. I Jack odpowiedział dokładnie to, co już usłyszałem. Że z deszczu.
Szostak dostarczył Agrawalowi próbki DNA do badań, a ten odkrył, że dzięki wodzie destylowanej transfer RNA pomiędzy kroplami koacerwatów znacząco się wydłużył, z minut do dni. To wystarczająco długo, że mogło dochodzić do mutacji, konkurencji i ewolucji. Gdy mamy populację niestabilnych protokomórek, będą wymieniały materiał genetyczny i staną się klonami. Nie ma tutaj miejsca na ewolucję w rozumieniu Darwina. Jeśli jednak ustabilizujemy te protokomórki tak, by przechowywały swoją unikatową informację wystarczająco długo, co najmniej przez kilka dni, może dojść do mutacji i cała populacja będzie ewoluowała, stwierdza Agrawal.
Początkowo Agrawal prowadził swoje badania z komercyjnie dostępną laboratoryjną wodą destylowaną. Jest ona wolna od zanieczyszczeń, ma neutralne pH. Jest bardzo odległa od tego, co występuje w naturze. Dlatego recenzenci pisma naukowego, do którego miał trafić artykuł, zapytali Agrawala, co się stanie, jeśli woda będzie miała odczyn kwasowy, będzie bardziej podobna do tego, co w naturze.
Naukowcy zebrali więc w Houston deszczówkę i zaczęli z nią eksperymentować. Gdy porównali wyniki badań z wykorzystaniem naturalnej deszczówki oraz wody destylowanej laboratoryjnie, okazało się, że są one identyczne. W obu rodzajach wody panowały warunki, które pozwalałyby na ewolucję RNA wewnątrz koacerwatów.
Oczywiście skład chemiczny deszczu, który pada obecnie w Houston, jest inny, niż deszczu, który padał na Ziemi przed 3,8 miliardami lat. To samo zresztą można powiedzieć o modelowych protokomórkach. Autorzy badań dowiedli jedynie, że taki scenariusz rozwoju życia jest możliwy, ale nie, że miał miejsce.
Molekuły, których użyliśmy do stworzenia naszych protokomórek to tylko modele do czasu, aż znajdziemy bardziej odpowiednie molekuły. Środowisko chemiczne mogło się nieco różnić, ale zjawiska fizyczne były takie same, mówi Agrawal.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.