Asal ke hidupan di bumi

 

 Asal mula kehidupan.

Artikel utama: Evolusi

Salah satu manfaat terbentuknya atmosfer dan lautan adalah tersedianya kondisi yang dapat menunjang adanya kehidupan. Ada banyak model yang menggambarkan asal mula kehidupan, namun masih sedikit konsensus tentang bagaimana kehidupan muncul dari bahan kimia. Percobaan yang dibuat di laboratorium masih belum dapat mengungkap tentang hal ini.[49][50]

Tahap awal munculnya kehidupan kemungkinan dipicu dengan adanya reaksi kimia yang menghasilkan senyawa organik sederhana, termasuk nukleobasa serta asam amino yang merupakan materi penyusun kehidupan. Sebuah percobaan yang dilakukan oleh Stanley Miller dan Harold Urey pada tahun 1953 menunjukkan bahwa molekul tersebut bisa terbentuk dalam lingkungan air, metana, amonia dan hidrogen dengan bantuan percikan bunga api, untuk meniru efek petir.[51] Meskipun komposisi atmosfer mungkin berbeda dari komposisi yang digunakan oleh Miller dan Urey, percobaan lebih lanjut dilakukan dengan komposisi yang lebih mendekati kondisi sesungguhnya, juga berhasil mensintesis molekul organik.[52] Simulasi komputer terbaru menunjukkan bahwa molekul organik di luar bumi dapat terbentuk dalam piringan protoplanet sebelum pembentukan bumi.[53]

Tahap berikutnya yang lebih kompleks bisa saja dicapai dari setidaknya tiga titik awal:[54]

Replikasi diri, kemampuan organisme untuk menghasilkan keturunan yang sangat mirip dengan dirinya sendiri.

Metabolisme, kemampuan untuk memberi makan dan memperbaiki diri sendiri.

Membran sel eksternal, yang memungkinkan makanan masuk dan limbah hasil pencernaan terbuang.

Replikasi pertama: Dunia RNA

Artikel utama: Hipotesis dunia RNA

Replikator pada hampir semua bentuk kehidupan yang diketahui di Bumi adalah asam deoksiribonukleat. DNA jauh lebih kompleks daripada replikator asli dan sistem replikasi yang sangat rumit.

Anggota paling sederhana dari tiga domain modern pun menggunakan DNA untuk merekam informasi genetika dan susunan RNA yang kompleks serta molekul protein untuk "membaca" petunjuk tersebut dan menggunakannya untuk pertumbuhan, pemeliharaan dan replikasi diri.

Penemuan yang menjelaskan bahwa jenis molekul RNA yang disebut ribozim dapat mengkatalisis baik replikasi sendiri maupun pembuatan protein membuka hipotesis baru yang mengatakan bahwa bentuk kehidupan awal sepenuhnya didasarkan pada RNA.[55] Mereka bisa membentuk dunia dunia RNA di mana ada individu tetapi tidak ada spesies, seperti mutasi dan transfer gen horizontal yang diartikan bahwa keturunan dalam setiap generasi cenderung memiliki genom yang berbeda dari induknya.[56] RNA kemudian diganti oleh DNA, yang lebih stabil sehingga dapat mempertahankan genom untuk waktu yang lebih lama.[57] Ribozim tetap menjadi komponen utama ribosom, yang merupakan "pabrik protein" sel modern.[58]

Meskipun, molekul RNA yang dapat mereplikasi diri telah dapat diproduksi di laboratorium,[59] namun tetap ada keraguan tentang apakah kemungkinan mensintesis RNA non-biologis.[60][61][62] Ribozim awal kemungkinan terbentuk dari asam nukleat sederhana seperti PNA, TNA atau GNA, yang akan digantikan kemudian oleh.[63][64] Replikator pra-RNA lainnya telah dikemukakan, termasuk kristal[65]:150 dan bahkan sistem kuantum.[66]

Pada tahun 2003 diusulkan bahwa presipitasi sulfida logam berpori akan membantu sintesis RNA pada suhu sekitar 100° C. Dalam hipotesis ini, membran lipid akan menjadi komponen sel besar terakhir yang muncul dan terbatas pada pori-pori sampai mereka melakukan protosel.[67]

Metabolisme pertama: Dunia besi-belerang

Hipotesis lain yang bertahan cukup lama mengatakan bahwa kehidupan awal terdiri dari molekul protein. Asam amino, blok yang membangun protein mudah disintesis dalam kondisi prebiotik, seperti peptida kecil (polimer asam amino) yang membuat katalis yang baik.[68]:295–297 Serangkaian percobaan dimulai pada tahun 1997 menunjukkan bahwa asam amino dan peptida bisa terbentuk dengan adanya karbon monoksida dan hidrogen sulfida, dengan besi sulfida dan nikel sulfida sebagai katalis. Sebagian besar langkah tersebut membutuhkan suhu 100° C dan tekanan yang sedang, meskipun ada satu tahap yang memerlukan suhu 250° C dan tekanan yang setara dengan tekanan bebatuan pada kedalaman 7 kilometer. Oleh karena tempat yang memungkinkan terjadinya sintesis protein mandiri berada di dekat lubang hidrotermal.[69]

Kesulitan yang dihadapi dalam membuat skenario metabolisme pertama adalah menemukan cara bagi organisme tersebut untuk berkembang. Tanpa kemampuan untuk mereplikasi sebagai individu, agregat molekul akan memiliki "genom komposisi" (jumlah spesies molekular dalam agregat) sebagai sasaran seleksi alam. Namun, model percobaan terbaru menunjukkan bahwa sistem tersebut tidak dapat berkembang sebagai respon terhadap seleksi alam.[70]