Bumi Berubah Seiring Waktu Geologis.docx

Bumi berubah seiring waktu geologis Banyak pertanyaan mendasar tentang sejarah BumI geologis. Untuk menjelajahi asal usul dan diversifikasi kehidupan milyaran tahun, penting untuk memahami geologis, atau mendalam, waktu. Waktu geologis dibagi menjadi empat kalpa, membentang 4,6 miliar tahun (gambar 26.1). Ribuan tahun terbagi menjadi era, yang dibagi lagi menjadi beberapa periode. Begitu banyak perubahan telah terjadi sejak Bumi terbentuk sehingga tidak ada bebatuan ada sejak 500 hingga 700 juta tahun pertama dalam sejarah Bumi (Disebut eade Hadean) yang mendahului fosil paling awal. Meskipun tidak mungkin untuk memastikan seperti apa Bumi purba itu, geologis bukti konsisten dengan meteor yang hampir mengenai Bumi 4,6 bya dengan kekuatan sedemikian rupa sehingga puing-puing dari dampak membentuk Bulan. Mantel berbatu Bumi secara harfiah mencair sebagai atmosfer suhu melebihi 2000 ° C. Bumi Hadean juga dihantam oleh asteroid, yang bisa berpotensi menguapkan seluruh lautan. Bergeser antara api dan a Terkadang bumi membeku, itu adalah lingkungan yang sangat dinamis tidak mungkin mendukung kehidupan. Level CO2 bergeser, mempengaruhi suhu Atmosfer awal kemungkinan memiliki kadar CO2, dan air yang tinggi perlahan menguap dari batuan cair. Bumi mendingin Periode 2 juta tahun. Saat suhu mendingin, awan terbentuk silikat terkondensasi di atmosfer dan menghujani, membentuk lautan hangat di bawah atmosfer CO2. Tingkat CO2 turun dan Bumi mendingin, dan untuk beberapa saat laut membeku. Penurunan CO2 berkontribusi pada penurunan suhu karena energi radiasi lebih sedikit diserap di atmosfer. Apa mengubah level CO2 di atmosfer? Lautan dan atmosfer berada dalam kesetimbangan dalam hal tingkat CO2. Letusan gunung berapimenambahkan CO2 ke atmosfer dan lautan, sedangkan pelapukan batu menurunkan kadar CO2. Pelapukan terjadi lebih cepat dalam kondisi panas dan basah daripada kondisi dingin dan kering. Pelapukan adalah konversi dari batu silikat ke tanah. Itu terjadi ketika CO2 di atmosfer bergabung dengan air (H2O) untuk membuat asam karbonat (H2CO3) hujan. Asam karbonat berinteraksi dengan batuan, melepaskan ion bikarbonat (HCO3-) dan Ca2 +. Zat terlarut lapuk bergerak melalui sungai dan lautan dan membentuk kalsium karbonat (CaCO3), yang mengendapkan dan mengasingkan CO2 dalam lautan (gambar 26.2). Benua bergerak seiring waktu geologis

Kerak bumi membentuk lempengan batu kaku yang disebut lempeng di bawah keduanya benua dan lautan. Lembaran besar ini bergeser beberapa sentimeter setiap tahun, sebuah proses yang disebut lempeng tektonik. Istilah tektonik berasal dari kata Yunani untuk bangunan atau pembangun, dan gerakan lempeng dibangun dan terus membangun fitur geologi Bumi. Sebagian besar gempa bumi besar dan gunung berapi terjadi di tepi piring saat mereka bergerak. Meskipun lempeng bergerak perlahan, seiring waktu geologis yang dalam efek kumulatifnya sangat mencengangkan. Beberapa kali di Bumi sejarah, semua benua telah bersatu untuk membentuk satu superbenua (lihat gambar 26.1). Dua superkontinen yang diusulkan, Rodinia (semua benua) dan Gondwana (terdiri dari semua saat ini benua Belahan Selatan), ada di berbagai tempat kali dan keduanya menduduki belahan bumi selatan. Gondwana berkontribusi pada Pangea superkontinen, yang sepenuhnya terbentuk 225 mya dan mulai terpisah 25 hingga 50 juta tahun kemudian. Ahli geologi memiliki kepercayaan terbesar pada bukti lempeng tektonik dari 200 juta tahun terakhir, dimulai dengan perpisahan Pangea.

Kehidupan muncul di Archean Pada titik tertentu, kehidupan muncul. Ada beberapa bukti fosil eon Archean yang mengikuti Hadean. Dua miliar tahun ke dalam sejarah Bumi, Proterozoikum (yang berarti "kehidupan awal") eon terjadi. Itu ditandai dengan pembentukan superbenua Rodinia, yang 650 mya pecah menjadi beberapa benua sebelum dimulainya Fanerozoikum ("kehidupan nyata") keabadian. Secara kolektif, ribuan tahun Hadean, Archean, dan Proterozoikum disebut sebagai Precambrian. Dengan dimulainya Era Paleozoikum Phanerozoikum, ditandai pertama kali oleh Kambrium periode, diversifikasi yang luar biasa dari organisme multiseluler ambil tempat. Dimulai dengan Phanerozoic, baik geologis dan ahli biologi mulai fokus pada potongan waktu pada urutan periode dan lebih pendek. Eon Fanerozoikum mewakili hanya 12% dari sejarah Bumi, namun itu berisi sebagian besar sejarah biologis diversifikasi kehidupan multiseluler (lihat gambar 26.1). Burung dan mamalia miliki ada selama 4% dari keberadaan Bumi, sedangkan manusia telah ada untuk 0,2% dari sejarah Bumi.

Sejarah Bumi meluas lebih dari 4,6 miliar tahun, tetapi catatan geologis tentang apa yang terjadi selama eade Hadean sebelumnya kehidupan muncul terbatas. Awalnya, Bumi tidak ramah terhadap kehidupan, tetapi ketika kondisi berubah, kehidupan muncul lebih dari 3 miliar tahun lalu. Spesies multiseluler hanya muncul dalam miliaran terakhir tahun. ■ Diberi kesempatan untuk mempelajari keanekaragaman kehidupan dalam fosil record, eon mana yang akan kamu pilih? Dukung pilihan Anda.

Asal usul kehidupan Bandingkan suasana hari ini dengan kemungkinan suasana di akhir dari Hadean eon Jelaskan langkah-langkah kunci yang diperlukan agar kehidupan berasal

buat ulang proses sekarang, kita harus menggunakan berbagai jalur ilmiah eksplorasi untuk menyatukan teka-teki asal usul kehidupan, dimulai dengan geologi Bumi purba. Bumi Hadean adalah massa panas batuan cair sekitar 4,6 bya. Saat didinginkan, banyak uap air hadir di atmosfer bumi yang terkondensasi menjadi air cair itu terakumulasi di permukaan lautan yang kaya akan bahan kimia. Satu Skenario asal usul kehidupan adalah bahwa ia berasal dari encer ini, panas, sup bau amonia, formaldehyde, asam format, sianida, metana, hidrogen sulfida, dan hidrokarbon organik. Apakah di tepi lautan, di lubang hidrotermal laut dalam, atau di tempat lain, kehidupan mungkin muncul secara spontan dari perairan awal ini. Meskipun cara terjadinya hal ini tetap menjadi teka-teki, kita tidak bisa luput keingintahuan tertentu tentang langkahlangkah awal yang akhirnya menyebabkan asal semua makhluk hidup di Bumi, termasuk diri kita sendiri. Bagaimana organisme berevolusi dari molekul kompleks itu berputar-putar di lautan awal? Jauh sebelum ada sel dengan sifatsifat kehidupan, molekul organik (berbasis karbon) terbentuk dari molekul anorganik. Pembentukan protein, asam nukleat, karbohidrat, dan lipid itu penting, tetapi tidak cukup untuk kehidupan. Evolusi dari sel membutuhkan molekul organik awal untuk berkumpul menjadi fungsional, unit yang saling bergantung.

Molekul organik awal mungkin memiliki Berasal dari berbagai cara Molekul organik mungkin memiliki makhluk luar angkasa asal Molekul organik adalah dasar dari semua organisme hidup. Bagaimana yang pertama Molekul organik yang terbentuk tidak diketahui, dan beberapa bisa memiliki makhluk luar angkasa asal Ratusan ribu meteorit dan komet diketahui telah menabrak Bumi awal, dan temuan terbaru menyarankan bahwa setidaknya beberapa mungkin telah membawa bahan organik. Untuk Misalnya, analisis kimia dari meteorit Danau Tagish, yang berbatu, meteorit berbasis karbon yang

mendarat di British Columbia pada tahun 2000, menemukan bahwa hampir 3% dari beratnya adalah bahan organik. Larut senyawa organik dalam meteorit termasuk karboksilat dan sulfonat asam, bersama dengan tingkat jejak asam amino. Glycine adalah yang paling banyak asam amino berlimpah dalam meteorit dan rasio isotop karbonnya tidak konsisten dengan batu yang ditemukan di Bumi, mendukung klaim itu beberapa molekul organik mungkin memiliki asal ekstraterestrial.

Molekul organik mungkin berasal di Bumi awal Sangat sedikit ahli geokimia yang sepakat tentang komposisi awal yang tepat suasana. Salah satu pandangan populer adalah bahwa itu terutama mengandung karbon dioksida (CO2) dan gas nitrogen (N2), bersama dengan signifikanjumlah uap air (H2O). Sangat mungkin suasana awal juga mengandung gas hidrogen (H2) dan senyawa di mana atom hidrogen terikat pada elemen ringan lainnya (belerang, nitrogen, dan karbon), menghasilkan hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3), dan metana (CH4). Kami menyebut suasana seperti itu sebagai atmosfer pereduksi karena ketersediaan banyak atom hidrogen dan elektronnya. Karena mengurangi atmosfer tidak akan diperlukan seperti banyak energi untuk mendorong reaksi kimia seperti saat ini, itu akan terjadi telah membuatnya lebih mudah untuk membentuk molekul yang kaya karbon kehidupan berevolusi. Upaya awal untuk menentukan jenis molekul organik apa mungkin telah diproduksi di Bumi awal dilakukan pada tahun 1953 oleh ahli kimia Amerika Stanley L. Miller dan Harold C. Urey. Dalam apa telah menjadi eksperimen klasik, mereka berusaha mereproduksi kondisi di lautan primitif Bumi di bawah atmosfer yang berkurang. Bahkan jika hipotesis mereka terbukti salah — juri masih keluar tentang ini — percobaan ini sangat penting karena ia mengantarkan masuk bidang kimia prebiotik. Untuk melakukan percobaan mereka, Miller dan Urey (1) berkumpul suatu atmosfer pereduksi yang kaya akan hidrogen dan tidak termasuk gas oksigen; (2) menempatkan atmosfer ini di atas air cair; (3) dipertahankan campuran ini pada suhu agak di bawah 100 ° C; dan (4) disimulasikan petir dengan membombardirnya dengan energi dalam bentuk bunga api (gambar 26.3). Mereka menemukan bahwa dalam seminggu, 15% dari karbon awalnya hadir sebagai gas metana (CH4) telah dikonversi menjadi karbon sederhana lainnya senyawa. Di antara senyawa-senyawa ini adalah formaldehida (CH2O) dan

hidrogen sianida (HCN). Senyawa ini kemudian digabungkan menjadi membentuk molekul sederhana, seperti asam format (HCOOH) dan urea (NH2CONH2), dan molekul yang lebih kompleks mengandung karbon– ikatan karbon, termasuk asam amino glisin dan alanin. Dalam eksperimen serupa yang dilakukan kemudian oleh ilmuwan lain, lebih dari 30 senyawa karbon yang berbeda diidentifikasi, termasuk asam amino glisin dan alanin, tetapi juga glutamat asam, valin, prolin, dan asam aspartat. Seperti yang kita lihat di bab 3, asam amino adalah blok pembangun dasar protein, dan protein adalah salah satu jenis utama molekul organisme disusun. Molekul biologis penting lainnya juga terbentuk dalam percobaan ini. Misalnya, hidrogen sianida berkontribusi pada produksi molekul berbentuk cincin yang kompleks disebut adenin — salah satu basa yang ditemukan dalam DNA dan RNA. Demikian, molekul kunci kehidupan bisa terbentuk di atmosfer yang berkurang dari Bumi awal.

Jalur metabolisme mungkin ada muncul dengan berbagai cara Ada banyak hipotesis untuk munculnya jalur metabolisme. Satu skenario mengasumsikan bahwa organisme primitif adalah autotrofik, membangun semua molekul organik kompleks yang mereka butuhkan senyawa anorganik sederhana, bukan heterotrofik dan memperoleh semua senyawa organik dari lingkungan sekitarnya. Sebagai contoh, glukosa mungkin telah disintesis dari formaldehyde, CH2O, dalam kondisi alkali yang bisa dimiliki ada di Bumi awal. Glikolisis dan versi siklus Krebs (lihat bab 7) yang berfungsi tanpa enzim diusulkan menjadi inti dari mana jalur metabolisme lainnya muncul. Awal autotrof dapat membuat, menyimpan, dan kemudian menggunakan glukosa sebagai sumber energi. Enzim untuk mengkatalisasi jalur metabolisme juga muncul. Meskipun sebagian besar enzim adalah protein, RNA dapat mengkatalisasi reaksi serta menyimpan informasi genetik. Menurut hipotesis dari dunia RNA, RNA, bukan DNA, adalah nukleat pertama asam yang memungkinkan replikasi diri, langkah penting menuju kehidupan. DNA kemudian, yang lebih stabil daripada RNA, mengambil alih informasinya fungsi penyimpanan. Protein yang memiliki variasi lebih besar blok bangunan (asam amino) memperoleh fungsi enzimatik. Ribozim adalah sekuens RNA dengan fungsi enzimatik. Bukti kuat yang mendukung hipotesis dunia RNA

berasal dari ribosom, yang digunakan dalam sel untuk menerjemahkan RNA menjadi protein. Meskipun ribosom terdiri dari protein dan RNA, itu adalah Urutan RNA yang terlibat dalam mekanisme sentral untuk terjemahan. Ini konsisten dengan hipotesis bahwa sel awal menggunakan RNA mengkatalisasi sintesis peptida dari urutan RNA. Meskipun banyak bukti mendukung dunia RNA awal, ada beberapa pertanyaan tentang hipotesis. Dengan apa adanya diketahui tentang Bumi prebiotik, tidak mungkin ada banyak gula ribosa, yang penting untuk gula-fosfat tulang punggung RNA. Namun, penelitian menunjukkan bahwa itu mungkin untuk mensintesis nukleotida RNA tanpa ribosa murni di bawah kondisi didalilkan telah ada di Bumi prebiotik. Tantangan lain terhadap hipotesis adalah teka-teki bagaimana rantai panjang nukleotida RNA terbentuk. Bukti menunjukkan itu nukleotida dapat terkonsentrasi pada permukaan tanah liat dan itu ikatan akan terbentuk, menghubungkan nukleotida pekat. Peningkatan konsentrasi nukleotida RNA, mendorong pembentukan ikatan, mungkin juga terjadi pada kristal es di air asin. Itu Temuan mendukung hipotesis dunia RNA. Sel tunggal adalah bentuk kehidupan pertama Selain metabolisme, sel membutuhkan membran. Membatasi molekul organik ke ruang fisik dalam lipid atau protein gelembung dapat menyebabkan peningkatan konsentrasi molekul tertentu. Ini di gilirannya dapat meningkatkan kemungkinan reaksi metabolik yang terjadi. Meskipun membran modern terbuat dari lapisan ganda fosfolipid (lihat bab 5), mungkin membran awal terdiri dari asam lemak. Ini adalah molekul yang lebih sederhana daripada fosfolipid dan lebih mungkin terbentuk di bawah kondisi prebiotik. Sama seperti fosfolipid, mereka memiliki kepala hidrofilik dan hidrofobik ekor sehingga mereka dapat membentuk lapisan ganda dan struktur seperti sel. Pada titik tertentu, gelembung-gelembung ini menjadi sel hidup dengan sel selaput dan semua sifat kehidupan yang dijelaskan dalam bab ini pengantar. Untuk sebagian besar sejarah kehidupan di Bumi, ini ditulis secara tunggal organisme adalah satusatunya bentuk kehidupan. Kami tidak tahu persis bagaimana sel terbentuk karena kita tidak dapat membuat ulang proses itu, tetapi pada beberapa titik kehidupan seluler sederhana berevolusi.

Apakah semua molekul organik yang diperlukan untuk kehidupan terbentuk? di Bumi atau terbentuk di tempat lain dan datang ke Bumi di

dalam meteor tetap menjadi pertanyaan terbuka. Meski kondisinya lebih awal Bumi tidak dapat sepenuhnya direkonstruksi, kemungkinan bahwa Bumi suhunya ekstrem dan atmosfernya sangat komposisi gas yang berbeda dari yang hari ini memungkinkan molekul organik, jalur metabolisme, dan sel berevolusi. ■ Jika Anda dapat melakukan perjalanan waktu kembali ke Bumi awal dan kembali dengan sampel kolam primordial, jenis molekul apa yang akan Anda mencari untuk memahami asal usul kehidupan awal? Bangun sebuah Argumen untuk asal usul kehidupan berdasarkan prediksi Anda molekul.