TRÁI ĐẤT SƠ KHAI: ĐIỀU KIỆN VÀ SỰ KHỞI ĐẦU CỦA SỰ SỐNG - SINH HỌC - 2026

Các Trái đất nguyên thủy là một thuật ngữ được dùng để chỉ những gì hành tinh của chúng tôi là trong 1.000 triệu của năm đầu tiên của sự tồn tại. Khoảng thời gian này bao gồm Aeon Hadic (4.600–4.000 mA) và Kỷ nguyên Eoarchic (4.000–3.600 Ma) của Aeon Cổ xưa (4.000–2.500 Ma). Trong địa chất, chữ viết tắt Ma (từ tiếng Latinh, mega annum) có nghĩa là hàng triệu năm trước thời điểm hiện tại.

Aeon Hadic, Archaic và Proterozoi (2500–542 Ma) tạo nên Precambrian, đề cập đến các loại đá được hình thành trước Kỷ Cambri. Các phân khu của thời kỳ Tiềncambrian không phải là các đơn vị địa tầng chính thức và được xác định thuần túy theo thời gian.

Nguồn: pixabay.com

Sự hình thành của Trái đất nguyên thủy

Lời giải thích được chấp nhận rộng rãi nhất về nguồn gốc của Vũ trụ là lý thuyết Vụ nổ lớn, theo đó Vũ trụ giãn nở từ một thể tích ban đầu bằng 0 (tất cả vật chất tập trung tại một nơi ngay lập tức, được gọi là "điểm kỳ dị") đến đạt khối lượng khổng lồ cách đây 13,7 tỷ năm.

Vũ trụ đã gần 9 tỷ năm tuổi khi cách đây 4,567 triệu năm, Hệ Mặt trời và Trái đất sơ khai của chúng ta hình thành. Ước tính rất chính xác này dựa trên xác định niên đại bằng đo bức xạ của các thiên thạch có từ trước trong Hệ Mặt trời.

Mặt trời được hình thành do sự sụp đổ của một vùng khí của môi trường giữa các vì sao. Sự nén của vật chất là nguyên nhân khiến nó có nhiệt độ cao. Đĩa quay của khí và bụi đã hình thành một tinh vân Mặt Trời nguyên thủy, từ đó các thành phần của Hệ Mặt Trời hình thành.

Sự hình thành của Trái đất sơ khai có thể được giải thích bằng "mô hình tiêu chuẩn của sự hình thành hành tinh."

Bụi vũ trụ tích tụ thông qua một quá trình va chạm bồi tụ, đầu tiên là giữa các thiên thể nhỏ, sau đó là giữa các hành tinh phôi thai có đường kính lên đến 4.000 km, cuối cùng là giữa một số ít các thiên thể lớn.

Điều kiện của Trái đất nguyên thủy

Trong suốt lịch sử lâu dài của mình, Trái đất sơ khai đã trải qua những thay đổi to lớn về điều kiện môi trường của nó.

Các điều kiện ban đầu, được coi là vô sinh, hoàn toàn không có lợi đối với mọi dạng sống. Nhiệt độ làm cho tất cả các vật chất trên mặt đất trở thành một phần của biển magma, sự bắn phá của các thiên thạch, tiểu hành tinh và hành tinh nhỏ, và sự hiện diện của các hạt ion hóa gây chết người do gió mặt trời mang lại là nổi bật.

Sau đó, Trái đất nguyên thủy nguội đi, tạo điều kiện cho sự xuất hiện của vỏ trái đất, nước lỏng, khí quyển và các điều kiện lý hóa thuận lợi cho sự xuất hiện của các phân tử hữu cơ đầu tiên và cuối cùng là nguồn gốc và bảo tồn sự sống.

Hadic Aeon

Kiến thức về Aeon Hadic đến từ việc phân tích một số lượng nhỏ các mẫu đá trên mặt đất (được hình thành từ 4.031 đến 4.0 Ma), bổ sung với các suy luận dựa trên nghiên cứu về thiên thạch và các vật liệu thiên thể khác.

Không lâu sau khi Trái đất hình thành, trong Hadic Aeon, một vụ va chạm bồi tụ lớn cuối cùng đã xảy ra với một thiên thể có kích thước bằng sao Hỏa. Năng lượng của vụ va chạm làm tan chảy hoặc bốc hơi phần lớn Trái đất.

Sự kết tụ do làm lạnh và tích tụ hơi nước đã hình thành nên Mặt trăng. Vật chất nóng chảy còn sót lại trên Trái đất tạo thành đại dương magma.

Lõi của Trái đất, được làm bằng kim loại lỏng, đến từ sâu trong đại dương magma. Silica hợp nhất có nguồn gốc từ vỏ trái đất tạo nên lớp trên của đại dương đó. Tính năng động lớn của giai đoạn này đã dẫn đến sự khác biệt của lõi, lớp phủ, vỏ trái đất, tiền hải dương và khí quyển.

Giữa 4,568 và 4,4 Ma, Trái đất là thù địch của sự sống. Không có lục địa hay nước lỏng, chỉ có một đại dương magma bị thiên thạch bắn phá dữ dội. Tuy nhiên, trong thời kỳ này, các điều kiện hóa học - môi trường cần thiết cho sự xuất hiện của sự sống đã bắt đầu phát triển.

Đó là Eoarchic

Sự sống thường được cho là bắt nguồn từ một thời điểm nào đó trong quá trình chuyển đổi giữa Aeon Hadic và Kỷ nguyên Eoarchic, mặc dù không có vi vật nào được biết đến để chứng minh điều này.

Kỷ nguyên Eoarchic là thời kỳ hình thành và phá hủy vỏ trái đất. Hình thành đá lâu đời nhất được biết đến, nằm ở Greenland, xuất hiện cách đây 3,8 tỷ năm. Vaalbará, siêu lục địa đầu tiên mà Trái đất có, được hình thành cách đây 3,6 tỷ năm.

Trong Kỷ nguyên Eoarchic, từ 3,950 đến 3,870 triệu năm trước, Trái đất và Mặt trăng đã phải hứng chịu một đợt bắn phá cực kỳ dữ dội bởi các thiên thạch, kết thúc một thời kỳ êm đềm kéo dài 400 triệu năm. Các miệng núi lửa Mặt Trăng (khoảng 1.700 với đường kính lớn hơn 20 km; 15 với đường kính 300–1200 km) là kết quả dễ thấy nhất của đợt bắn phá này.

Trên Trái đất, vụ bắn phá này đã phá hủy hầu hết lớp vỏ trái đất và khiến các đại dương sôi lên, giết chết tất cả sự sống, ngoại trừ một số vi khuẩn, có thể là những sinh vật cực thích thích nghi với nhiệt độ cao. Sự sống trên cạn đang trên bờ vực tuyệt chủng.

Các quá trình tiền sinh học

Vào thập kỷ thứ hai của thế kỷ XX, nhà sinh hóa học người Nga Aleksandr Oparin đề xuất rằng sự sống bắt nguồn từ một môi trường giống như Trái đất nguyên thủy thông qua một quá trình tiến hóa hóa học dẫn đến sự xuất hiện của các phân tử hữu cơ đơn giản.

Bầu khí quyển có thể bao gồm các chất khí (hơi nước, hydro, amoniac, metan) sẽ phân ly thành các gốc do tác động của tia UV.

Sự tái kết hợp của các gốc này sẽ tạo ra một loạt các hợp chất hữu cơ, tạo thành một chất dinh dưỡng ban đầu, trong đó các phản ứng hóa học sẽ tạo ra các phân tử có khả năng tái tạo.

Năm 1957, Stanley Miller và Harold Urey đã chứng minh bằng cách sử dụng một thiết bị có chứa nước nóng và hỗn hợp khí Oparin chịu tác động của tia lửa điện, rằng sự tiến hóa hóa học có thể đã xảy ra.

Thí nghiệm này đã tạo ra các hợp chất đơn giản có trong sinh vật, bao gồm gốc axit nucleic, axit amin và đường.

Trong bước tiếp theo của quá trình tiến hóa hóa học, cũng đã được tái tạo bằng thực nghiệm, các hợp chất trước đó sẽ liên kết với nhau để tạo thành các polyme mà có thể kết hợp lại để tạo thành các chất nguyên sinh. Chúng không thể tái tạo, nhưng có màng bán thấm và dễ bị kích thích giống như màng của tế bào sống.

Nguồn gốc của cuộc sống

Protobionts sẽ biến đổi thành sinh vật sống bằng cách có được khả năng sinh sản, truyền thông tin di truyền của chúng cho thế hệ tiếp theo.

Trong phòng thí nghiệm, các polyme RNA ngắn có thể được tổng hợp hóa học. Trong số các polyme có trong protobionts phải có RNA.

Khi magma đông đặc, bắt đầu hình thành lớp vỏ của Trái đất nguyên thủy, quá trình ăn mòn của đá tạo ra đất sét. Khoáng chất này có thể hấp thụ các polyme RNA ngắn trên bề mặt ngậm nước của nó, phục vụ như một khuôn mẫu để hình thành các phân tử RNA lớn hơn.

Trong phòng thí nghiệm, người ta cũng chỉ ra rằng các polyme RNA ngắn có thể hoạt động như các enzym, xúc tác sự sao chép của chính chúng. Điều này cho thấy rằng các phân tử RNA có thể đã sao chép trong các tế bào tiền nhân, cuối cùng là các tế bào có nguồn gốc, mà không cần đến các enzym.

Những thay đổi ngẫu nhiên (đột biến) trong phân tử RNA của sinh vật nguyên sinh sẽ tạo ra sự biến đổi mà chọn lọc tự nhiên có thể đã vận hành. Đây có thể là sự khởi đầu của quá trình tiến hóa khởi nguồn cho mọi dạng sống trên Trái đất, từ sinh vật nhân sơ đến thực vật và động vật có xương sống.

Người giới thiệu

1. Sà lan, LM 2018. Xem xét môi trường hành tinh trong nghiên cứu nguồn gốc sự sống. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-07493-3.
2. Djokic, T., Van Kranendonk, MJ, Campbell, KA, Walter, MR, Ward, CR 2017. Dấu hiệu sớm nhất của sự sống trên đất được bảo tồn trong ca. 3.5 Ga trầm tích suối nước nóng. Nature Communications, DOI: 10.1038 / ncomms15263.
3. Fowler, CMR, Ebinger, CJ, Hawkesworth, CJ (eds). 2002. Trái đất sơ khai: sự phát triển vật lý, hóa học và sinh học. Hiệp hội Địa chất, Ấn phẩm Đặc biệt 199, Luân Đôn.
4. Gargaud, M., Martin, H., López-García, P., Montmerle, T., Pascal, R. 2012. Mặt trời trẻ, Trái đất sơ khai và nguồn gốc của sự sống: bài học cho thiên văn học. Springer, Heidelberg.
5. Hedman, M. 2007. Thời đại của mọi thứ - cách khoa học khám phá quá khứ. Nhà xuất bản Đại học Chicago, Chicago.
6. Jortner, J. 2006. Điều kiện hình thành sự sống trên Trái đất sơ khai: tóm tắt và phản ánh. Các giao dịch triết học của Hiệp hội Hoàng gia B, 361, 1877–1891.
7. Kesler, SE, Ohmoto, H. (biên tập). 2006. Sự tiến hóa của khí quyển, thủy quyển và sinh quyển sơ khai: hạn chế từ các mỏ quặng. Hiệp hội Địa chất Hoa Kỳ, Boulder, Hồi ký 198.
8. Lunine, JI 2006. Điều kiện vật chất trên Trái đất sơ khai. Các giao dịch triết học của Hiệp hội Hoàng gia B, 361, 1721–1731.
9. Ogg, JG, Ogg, G., Gradstein, FM 2008. Thang thời gian địa chất ngắn gọn. Cambridge, New York.
10. Rollinson, HR 2007. Các hệ thống Trái đất sơ khai: một cách tiếp cận địa hóa. Blackwell, Malden.
11. Shaw, GH 2016. Bầu khí quyển và đại dương sơ khai của Trái đất, và nguồn gốc của sự sống. Springer, Cham.
12. Teerikorpi, P., Valtonen, M., Lehto, K., Lehto, H., Byrd, G., Chernin, A. 2009. Vũ trụ tiến hóa và nguồn gốc của sự sống - cuộc tìm kiếm cội nguồn vũ trụ của chúng ta. Springer, New York.
13. Wacey, D. 2009. Sự sống sơ khai trên Trái đất: một hướng dẫn thực hành. Springer, New York.
14. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C., Napier, W. 2010. Sao chổi và nguồn gốc của sự sống. Khoa học Thế giới, New Jersey.