(-07) De Tijd van Zee en Leven, 3,8 – 0,48 mld jaar vChr

(-07) Zee en Leven – 3,8  – 0,48 miljard jaar vChr

 

Kernbegrippen tijdvak Zee en Leven:
Water –   organismen  — prokaryotische eencelligen    –  eukaryotische cellen.  meercellig  – gewervelden 

Kenmerkende aspecten in kernwoorden:


5 kenmerkende aspecten van het tijdvak
3,8  – 0,48 mld vChr, Zee en Leven

(Prehistorie; Precambrium:     Proterozoïcum – Archeïcum  )

(full screen)  (Thinglink alle tijdvakken)

 

1  Het ontstaan van het eerste leven in de oceaan uit dode materie 

Toen de aarde rond 3.8 miljard geleden verder afkoelde ontstond vermoedelijk in de zee het allereerste leven. In scheuren van de oceaanbodem, die rijk waren aan chemische verbindingen,  bevonden zich eencellige bacteriën die zich onderscheidde van dode materie.  Al vanaf haar ontstaan rond 4,5 miljard vC bestond de aarde uit dode materie. Materie bestaat uit scheikundig elementen, waarvan moleculen en atomen de kleinste bouwstenen vormen. Bijvoorbeeld afgekoeld gesteente als basalt. Maar ook gassen als helium en vloeistoffen als water.  Wanneer spreken we nu, ten opzichte van deze dode materie, van leven?
1 metabolisme: leven neemt energie op, brandstof m te blijven leven.
2 leven zoekt naar evenwicht in zichzelf en met hun omgeving: homeostasis
3 leven kan zichzelf kopieren, vermenigvuldigen, leven bevat cellen met dna en rna: genetische info waarin opgeslagen zit waaruit het leven is gemaakt.
4. De genetische informatie in de cellen DNA kunnen na generaties veranderen door omgevingsfactoren,  waardoor er verschillende soorten ontstaan: heel langzaam ontstaat diversificatie door natuurlijke selectie.

Je hebt dus complexe chemische elementen nodig die rna en dna bevatten + de goudlokje omstandigheden net genoeg energie en vloeibaar water. Op aarde waren die omstandigheden rond 4 miljard jaar geleden aanwezig.Vandaar dat er organismen ontstonden. Maar waarom op dat moment? Dat is nog steeds niet aangetoond. zelfs theorie over een meteoriet inslag die leven meebracht.

DNA
(Deoxyribonucleic acid)
Desoxyribo nucleïnezuur

Ontstaan van het leven[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie voor meer informatie de artikelen over de oorsprong van het leven en abiogenese.

Het is niet duidelijk hoe of waar het eerste leven ontstaan is. Men neemt aan dat het eerste leven ergens tussen 4,0 en 3,6 Ga op Aarde verscheen. Een kleine groep wetenschappers denkt dat het eerste leven op Aarde van buiten kwam, bijvoorbeeld met inslaande meteoren (exogenese). Een vergaand voorbeeld hiervan is de hypothese van panspermie.[15] De meeste geleerden denken echter dat het leven op Aarde is ontstaan. De manier waarop het is ontstaan is in beide gevallen hetzelfde. De oudste duidelijke sporen van leven zijn stromatolieten in gesteenten op het Australische Pilbara-kraton. Deze zijn rond de 3,5 Ga oud. Hoewel vaak is geclaimd dat bewijs is gevonden voor leven ouder dan 3,5 Ga,[16] wordt dit bewijs niet algemeen geaccepteerd.

Levende wezens bestaan voornamelijk uit water en eiwitten, scheikundige ketens van aminozuren. Om zichzelf te kunnen voortplanten/vermenigvuldigen gebruikt leven DNA-moleculen en RNA-moleculen. Al deze organische moleculen komen in de natuur voor, en ook op andere plekken in het zonnestelsel zijn ze aangetroffen. Men neemt aan dat uit deze aminozuren op de een of andere manier een molecuul moet zijn ontstaan dat zichzelf kon reproduceren. De reproductie verliep niet altijd foutloos: soms werden kopieën gemaakt die zich niet meer konden reproduceren, waarmee een eind kwam aan de keten. Een andere keer bevatten de kopieën juist verbeteringen op het origineel, waardoor ze zich makkelijker konden handhaven. Deze zogenaamde chemische evolutie zou de voorloper zijn van de Darwinistische evolutie die tegenwoordig opgaat.[17]

Hoe een zelfreproducerend molecuul ontstond, is een raadsel, hoewel er verschillende hypothesen zijn opgesteld. Een idee is dat de energie van vulkanisme, onweer en ultraviolette straling op geïsoleerde plekken reacties aandreef van simpele organische moleculen (zoals methaan) tot ingewikkeldere moleculen, waaronder veel belangrijke moleculen die in leven voorkomen.[18]Onder de aanwezige moleculen kwamen ook katalysatoren voor, stoffen die reacties versnellen zonder zelf mee te reageren. De concentratie van de ingewikkeldere moleculen in deze “oersoep” werd steeds groter totdat een molecuul ontstond met de vreemde eigenschap dat het zichzelf kon dupliceren, omdat het tegelijkertijd een katalysator was voor de reactie waarbij het zelf ontstond.

In al het tegenwoordige leven wordt de eigenschap zichzelf te reproduceren vervuld door het molecuul DNA. DNA-moleculen vervullen echter alleen de functie van opslagplaats voor erfelijke informatie. Om het leven in stand te houden is energie nodig, deze wordt geleverd door de enzymatische activiteit van eiwitten. Het moderne leven heeft dus zowel eiwitten als DNA in één nodig. Dit probleem wordt opgelost door de hypothese van een RNA-wereld, die stelt dat er een tijd was waarin het leven bestond uit RNA-moleculen.[19] RNA is een molecuul dat, hoewel minder stabiel dan DNA, zowel enzymatische activiteit heeft als erfelijke informatie kan doorgeven. Ook andere moleculen zijn aangewezen als kandidaten voor een zelfreproducerende molecuul die aan het leven voorafging. Op een zeker moment moet het stabielere DNA de rol van informatiedrager hebben overgenomen.

De eerste levensvormen waren waarschijnlijk primitieve prokaryotische eencelligen. Prokaryoten zijn cellen zonder organellen zoals een celkern of mitochondriën. Het DNA ligt bij zulke organismen vrij in de cel, in plaats van in de celkern. Voorbeelden van tegenwoordige prokaryoten zijn bacteriën.

Proterozoïcum[bewerken]

Het Proterozoïcum is het eon dat van 2,5 Ga (of 2500 Ma) tot 541 Ma duurde. In het Proterozoïcum groeiden de kratons uit tot de grootte van de hedendaagse continenten. Voor het eerst is zeker dat platentektoniek plaatsvond. Een andere belangrijke ontwikkeling was de vorming van een zuurstofrijke atmosfeer door fotosynthetische bacteriën: de blauwalgen. Het leven ontwikkelde zich van prokaryotische cellen tot eukaryoten en meercelligen. Tijdens het proterozoïcum was er een aantal keer een zware ijstijd, waarbij de Aarde helemaal of bijna helemaal bevroren was, dit noemt men snowball Earth. Daarna kwam de ontwikkeling van het leven in een stroomversnelling, de ediacarische fauna verscheen, die de opmaat zou zijn voor de cambrische explosie.

De geschatte hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer en in de oceanen in de loop van de geschiedenis van de Aarde. De tijdvakken in de grafiek zijn: 1: 3,85-2,45 Ga (Archeïcum); 2: 2,45-1,85 Ga; 3: 1,85-0,85 Ga; 4: 0,85-0,54 Ga; 5: vanaf 0,54 Ga (fanerozoïcum).[20]

Een stuk van een banded iron formation afkomstig uit de 3,15 miljard jaar oude Moories Group van de Barberton Greenstone BeltZuid-Afrika. Rode lagen worden gevormd in tijden dat zuurstof aanwezig was, grijze lagen wanneer het niet aanwezig was.

De zuurstofcrisis[bewerken]

De eerste organismen zullen heterotroof geweest zijn en hun bouwstoffen uit organische moleculen hebben gehaald.[21] Al in het Archeïcum (3,0 Ga) ontstonden er ook autotrofe organismen die door fotosynthesekoolstofdioxide in zuurstof omzetten.[22] Het duurde echter tot 2,3 Ga voordat zuurstof in grote hoeveelheden in de atmosfeer terechtkwam. Daar waren twee redenen voor:

  • Zuurstof kon zich tijdens het Archeïcum makkelijk binden door allerlei oxiden te vormen met metalen als ijzer (chemische verwering).[23]
  • In het begin zal de vorming van zuurstof door fotosynthese minder snel zijn gegaan dan tegenwoordig het geval is.

Om een indruk van het belang van fotosynthese te geven: als er vanaf nu geen fotosynthese plaats zou vinden zou de totale hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer binnen 6 Ma verdwenen zijn door verwering en vulkanisme.[24] Met die kennis is het makkelijk voor te stellen dat de aardatmosfeer in het Archeïcum nauwelijks zuurstof bevatte, hetzelfde geldt voor de huidige atmosferen van Venus en Mars (op deze beide planeten is zuurstof zeldzaam), waar geen leven voorkomt dat voor fotosynthese zorgt. Op Aarde worden in sedimentaire gesteenten ouder dan 2,3 Ga mineralen als uraniniet en pyriet gevonden. Deze mineralen zouden als ze aan zuurstofrijke lucht blootstaan verweren, zodat we weten dat zuurstof in die tijd niet in grote hoeveelheden aanwezig kan zijn geweest.

Een andere aanwijzing zijn banded iron formations, een type gesteente dat is ontstaan door het neerslaanvan ijzer(III)oxide (Fe2O3) in zeewater. IJzer komt in water opgelost voor als ijzer(II)oxide (FeO). Als zuurstof in het water aanwezig is reageert dit met opgelost ijzer, waardoor het ijzer uit het water verdwijnt. Tegenwoordig is genoeg zuurstof (opgelost) in het zeewater aanwezig om ijzer(II)-oxide instabiel te maken. Banded iron formations jonger dan 2,3 Ga zijn dan ook zeldzaam, als ze voorkomen worden ze meestal verklaard door ongewone omstandigheden. Zuurstof opgelost in zeewater is in evenwicht met zuurstof in de atmosfeer. Daarom kan het op grote schaal voorkomen van banded iron formations ouder dan 2,3 Ga gezien worden als bewijs dat de atmosfeer in die tijd weinig zuurstof bevatte.[25]

Toen de beschikbare metalen waarmee zuurstof kon reageren rond 2,3 Ga op waren ging de omschakeling naar een zuurstofrijke atmosfeer opeens snel. Men noemt dit wel de zuurstofrevolutie of zuurstofcrisis.[26] De toegenomen hoeveelheid zuurstof had gevolgen voor het leven. De primitieve anaerobe organismen die voor fotosynthese zorgden waren namelijk niet gewend aan zuurstof, dit was giftig voor hen. Toen de hoeveelheid zuurstof boven een bepaald niveau kwam, stierven deze organismen massaal, wat de hoeveelheid fotosynthese verminderde, zodat de hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer weer afnam. Deze “stop” op de hoeveelheid zuurstof bleef een tijdje bestaan, tot zich rond 1,7 Gaorganismen ontwikkelden die wel tegen zuurstof konden. Daarna kon de hoeveelheid zuurstof verder toenemen.[27] Rond 1,5 Ga werd waarschijnlijk voor het eerst de tegenwoordige hoeveelheid zuurstof benaderd

 

3.800.000.000 jaar geleden ontstond het eerste leven in zee: een eencellig wezen. Een oerbacterie.  prokaryote cel. Een pantoffeldiertje

De cel was beschermd tegen de buitenwereld, kon bouwstenen uit voedsel maken, had chemische stabiel erfelijk materiaal en was efficiënt in de katalyse van reacties.

 

Fotosynthese

 

0,54 miljard
De prokaryote cellen waren erg succesvol en ze verspreidden zich over de aarde. Hierdoor kwamen ze in aanraking met verschillende omstandigheden, zoals zouten en hitte. Aanpassing aan de verschilende omstandigheden zorgde voor het ontstaan van variatie in prokaryote cellen.

2 miljard jaar tot 1,7  miljard
Een belangrijke stap in de ontwikkeling van het leven was het ontstaan van eukaryotische cellen. De oudste fossiele eukaryoten ontstonden ongeveer 2,0 Ga geleden, hoewel het niet is uitgesloten dat eukaryoten al eerder ontstonden. Een eukaryoot is een cel met meerdere organellen die elk een taak hebben. Daardoor kan een eukaryoot bijvoorbeeld veel effectiever energie omzetten dan een prokaryoot. In een eukaryotische cel kan ook meer genetisch materiaal worden opgeslagen, wat grotere mogelijkheden voor ontwikkeling biedt. Een nadeel is dat horizontale genoverdracht zoals die bij bacteria plaatsvindt, voor eukaryotische cellen vrijwel onmogelijk wordt. Eukaryotisch leven kan daardoor alleen via Darwiniaanse evolutie evolueren. De voordelen wogen echter ruim op tegen de nadelen. Er ontstonden grotere organismen en al snel ontwikkelden zich de eerste meercelligen (rond 1,7 Ga). Er ontstonden nu ook voedselketens, waarin grotere organismen zich voedden met kleinere.

 

Multicellen organismen

 

buiten de zee, op de platen, is geen leven mogelijk. De UV stralen van de zon zijn zo fel dat alles verbrandt.

Rond 480 miljoen jaar begint er een schild om de aarde te komen. De ozonlaag. waardoor deze stralen minder intens zijn en er leven op aarde start.

 

Tijdens de zuurstofrevolutie in het Proterozoïcum ontstond de ozonlaag die de ultraviolette straling van de Zon tegenhoudt. Eéncelligen die het land bereikten kregen daardoor hogere overlevingskansen. Prokaryoten hadden waarschijnlijk al rond 2,6 Ga via rivieren en later vochtige milieu’s op het land leren overleven.[39] De continenten bleven echter tot halverwege het Paleozoïcum vrijwel ‘kaal’.

Cambrische explosie

Eerste hersenontwikkeling

Mos en varens die door middel van fotosynthese zuurstof in de lucht brengen. Sommige vissen ontwikkelen longen ipv kiewen.

 

 

360 miljoen jaar: leven op land

De longvissen kruipen het vasteland op, ze kunnen eieren leggen met harde schaal, die niet uitdrogen.

De tijd van de reptielen. Dinosaurussen en Mammoet

Ontstaan van platentektoniek en continenten

Het ontstaan van de contintentale platen en het verschil tussen vast land en zee.
Meer leven in de zee dan op land.

 

 

 

Ontstaan van het leven[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie voor meer informatie de artikelen over de oorsprong van het leven en abiogenese.

Het is niet duidelijk hoe of waar het eerste leven ontstaan is. Men neemt aan dat het eerste leven ergens tussen 4,0 en 3,6 Ga op Aarde verscheen. Een kleine groep wetenschappers denkt dat het eerste leven op Aarde van buiten kwam, bijvoorbeeld met inslaande meteoren (exogenese). Een vergaand voorbeeld hiervan is de hypothese van panspermie.[15] De meeste geleerden denken echter dat het leven op Aarde is ontstaan. De manier waarop het is ontstaan is in beide gevallen hetzelfde. De oudste duidelijke sporen van leven zijn stromatolieten in gesteenten op het Australische Pilbara-kraton. Deze zijn rond de 3,5 Ga oud. Hoewel vaak is geclaimd dat bewijs is gevonden voor leven ouder dan 3,5 Ga,[16] wordt dit bewijs niet algemeen geaccepteerd.

Levende wezens bestaan voornamelijk uit water en eiwitten, scheikundige ketens van aminozuren. Om zichzelf te kunnen voortplanten/vermenigvuldigen gebruikt leven DNA-moleculen en RNA-moleculen. Al deze organische moleculen komen in de natuur voor, en ook op andere plekken in het zonnestelsel zijn ze aangetroffen. Men neemt aan dat uit deze aminozuren op de een of andere manier een molecuul moet zijn ontstaan dat zichzelf kon reproduceren. De reproductie verliep niet altijd foutloos: soms werden kopieën gemaakt die zich niet meer konden reproduceren, waarmee een eind kwam aan de keten. Een andere keer bevatten de kopieën juist verbeteringen op het origineel, waardoor ze zich makkelijker konden handhaven. Deze zogenaamde chemische evolutie zou de voorloper zijn van de Darwinistische evolutie die tegenwoordig opgaat.[17]

Hoe een zelfreproducerend molecuul ontstond, is een raadsel, hoewel er verschillende hypothesen zijn opgesteld. Een idee is dat de energie van vulkanisme, onweer en ultraviolette straling op geïsoleerde plekken reacties aandreef van simpele organische moleculen (zoals methaan) tot ingewikkeldere moleculen, waaronder veel belangrijke moleculen die in leven voorkomen.[18]Onder de aanwezige moleculen kwamen ook katalysatoren voor, stoffen die reacties versnellen zonder zelf mee te reageren. De concentratie van de ingewikkeldere moleculen in deze “oersoep” werd steeds groter totdat een molecuul ontstond met de vreemde eigenschap dat het zichzelf kon dupliceren, omdat het tegelijkertijd een katalysator was voor de reactie waarbij het zelf ontstond.

In al het tegenwoordige leven wordt de eigenschap zichzelf te reproduceren vervuld door het molecuul DNA. DNA-moleculen vervullen echter alleen de functie van opslagplaats voor erfelijke informatie. Om het leven in stand te houden is energie nodig, deze wordt geleverd door de enzymatische activiteit van eiwitten. Het moderne leven heeft dus zowel eiwitten als DNA in één nodig. Dit probleem wordt opgelost door de hypothese van een RNA-wereld, die stelt dat er een tijd was waarin het leven bestond uit RNA-moleculen.[19] RNA is een molecuul dat, hoewel minder stabiel dan DNA, zowel enzymatische activiteit heeft als erfelijke informatie kan doorgeven. Ook andere moleculen zijn aangewezen als kandidaten voor een zelfreproducerende molecuul die aan het leven voorafging. Op een zeker moment moet het stabielere DNA de rol van informatiedrager hebben overgenomen.

De eerste levensvormen waren waarschijnlijk primitieve prokaryotische eencelligen. Prokaryoten zijn cellen zonder organellen zoals een celkern of mitochondriën. Het DNA ligt bij zulke organismen vrij in de cel, in plaats van in de celkern. Voorbeelden van tegenwoordige prokaryoten zijn bacteriën.

Men neemt aan dat het eerste leven ergens tussen 4,0 en 3,6 Ga  in de zee op de afgekoelde Aarde verscheen. en dan, op 3.8  ontstaat 1 cellig leven op deze afgekoelde planeet.

 

Sharing is caring
    Dit bericht is geplaatst in Tijd van Zee en Leven, Tijdvakken - Geschiedenis. Bookmark de permalink.

    Reacties zijn gesloten.