Imaginați-vă că o ființă umană ar fi căzut în supa primordială acum 3,8 miliarde de ani, când a început viața.Nu ar fi avut cu ce să se hrănească.Pământul nu avea plante, nici animale și chiar mai puțin oxigen.Ar fi trebuit să fie foarte norocos pentru a supraviețui cu doar 1600 de calorii pe zi și să bea apă de iaz sau de mare.Deci, cum am obținut surse concentrate de energie (adică hrană) prin creștereaCum să învingem o planetă care poate susține miliarde de ființe umane cu creierul mare, cu sânge cald și cu o postură verticală?

În "Expansiunea energetică a evoluției", un nou eseu extraordinar publicat în revista Natura Ecologie și evoluție , Olivia Judson prezintă o teorie a schimbărilor succesive de energie care urmărește să explice cum a ajuns planeta noastră să aibă o asemenea diversitate de medii care susțin o varietate atât de bogată de forme de viață, de la cianobacterii, la margarete și până la oameni.

Judson împarte istoria vieții pe Pământ în cinci epoci energetice, o schemă nouă pe care nu o veți găsi în cărțile de geologie sau de biologie. În ordine, epocile ar fi: energia geochimică, lumina solară, oxigenul, carnea și focul. Fiecare epocă reprezintă apariția unei noi surse de energie, care coincide cu noi organisme capabile să o exploateze și să modifice mediul înconjurător. SurseleJudson numește acest lucru "construirea treptată a unui sistem de viață pe o planetă".

Evenimente cheie în evoluția expansiunilor energetice pe Pământ. (i) Apariția vieții; începe epoca geochimică. (ii) Fotosinteza anoxigenă: începutul celei de-a doua epoci energetice, lumina solară. (iii) Apariția cianobacteriilor. (iv) Eveniment de oxidare optimă: a treia epocă energetică, oxigenul. (v) Apar fosile de eucariote probabile. (vi) Apar fosile de alge roșii. (vii)Începutul celei de-a patra epoci energetice, carnea. (viii) plantele vasculare colonizează pământul. focul apare pe pământ. în cele din urmă, butucii de lemn pentru ardere indică începutul celei de-a cincea epoci energetice, focul. datele de la (i) - (iii) sunt foarte incerte. căci (i) are cea mai timpurie dată pentru care există dovezi consistente de viață. (ii) are cea mai timpurie dată pentru care există dovezi deÎn (iii) este data la care prezența cianobacteriilor este susținută în prezent de dovezile fosile. Semnele de punctare reprezintă intervale de 25 de milioane de ani. Figura realizată de F. Zsolnai.

La momentul energie geochimică În urmă cu 3,7 miliarde de ani, primele organisme vii s-au hrănit cu molecule precum hidrogenul și metanul care s-au format din reacția dintre apă și roci. Acestea au izolat energia din legăturile chimice. Acest lucru nu a fost foarte eficient - deoarece productivitatea biosferei era de aproximativ o mie până la un milion de ori mai mică decât în prezent.

A lumina soarelui Când microbii care se pot hrăni cu lumina solară au evoluat în cele din urmă, productivitatea și diversitatea biosferei s-au stabilizat. Un anumit tip de bacterii, numite cianobacterii, au găsit o modalitate de a transforma energia solară în oxigen (O 2 ) ca produs secundar, dar cu consecințe profunde: planeta a dobândit ostratul de ozon (O 3 ) care blochează radiațiile ultraviolete (UV), au apărut noi minerale rezultate din reacții cu oxigen și o atmosferă plină de O 2 foarte reactiv.

Acum să mergem în timpul oxigen Noile organisme au dezvoltat enzime care le fac rezistente la oxigen și au și o serie de avantaje: oxigenul fiind foarte reactiv, metabolismul lor este mult mai eficient. În anumite condiții, aceste organisme pot obține de 16 ori mai multă energie dintr-o singură moleculă de glucoză în prezența oxigenului decât în absența acestuia.

Cu mai multă energie, poți avea mult mai multă mișcare și astfel, în momentul în care carne Puteau să zboare, să înoate și să alerge pentru a-și prinde prada. "Carnea" este o sursă concentrată de energie, bogată în grăsimi, proteine și carbon.

Astfel, un anumit tip de animale - cele din genul Homo - au descoperit incendiu Focul ne permite să gătim, ceea ce poate că ne-a permis să obținem mai multe substanțe nutritive din alimente, să forjăm unelte de metal, ceea ce ne permite să economisim forța de muncă, să creăm îngrășăminte prin sinteza Haber-Bosch, să producem alimente la scară industrială mare și, de asemenea, să ardem combustibili fosili pentru a obține energie.

Acesta este doar un scurt rezumat, dar vă încurajez să citiți articolul complet. Este foarte ușor de citit, în ciuda faptului că a fost publicat într-o revistă științifică. Judson este o scriitoare profesionistă; este autoarea bestsellerului Sfatul sexual al Dr. Tatiana pentru toată creația și a recenzat recent o carte despre caracatițe pentru The Atlantic .

Pe lângă subiectul extraordinar, eseul este plin de mici intuiții care te vor face să-ți ajustezi poziția pe scaun și să te gândești puțin mai mult. (Partea mea preferată este descrierea modului în care virușii funcționează ca "agenți ai morții" și a modului în care au jucat un rol semnificativ în evoluția primilor microbi.) "Cred că orice articol care poate provoca această reacție, indiferent de domeniul destudiu, este mișto, spune Noah Fierer , microbiolog la Universitatea din Colorado, care a numit, de asemenea, articolul un "must-read" pentru studenții la microbiologie.

Eseul este o versiune condensată și șlefuită a unei cărți pe care Judson a scris-o cu un deceniu în urmă. Când am întrebat-o pe Judson despre cartea ei, mi-a răspuns cu acest e-mail în care descrie procesul de creare a lucrării:

"Am încercat timp de câțiva ani. am scris fragmente. am citit mai multe articole, am adunat din ce în ce mai multe exemple. am plătit călătorii pentru a observa formațiuni stâncoase și colonii bacteriene. am bătut la cap oamenii cu întrebări. (Mulți dintre aceștia erau complet ciudați, dar foarte generoși.) Mi-am bătut la cap prietenii. am încercat și am încercat. am angajat un tehnician. am scris mai multe fragmente. până într-o zi,Am avut un moment de caleidoscop: Materialul s-a organizat brusc în mintea mea, creând o nouă imagine. Acest lucru s-a întâmplat după ce am ținut o prelegere la un institut din Franța. Mai târziu, în aceeași zi, vorbeam cu un prieten... și deodată mi-a venit în minte acest model de expansiuni energetice. Și atunci am știut cum să organizez cartea."

"Condusă de sentimentul de "eureka"", a spus Judson, ea a decis apoi să își expună ideile în literatura științifică. Procesul de evaluare inter pares a pus-o în legătură și cu alte persoane cu idei similare. "A fost o surpriză plăcută când am auzit că am găsit un alt om de știință cu idei similare", a declarat Timothy Lenton , un cercetător în domeniul sistemelor terestre laUniversitatea din Exeter. Lenton și-a revizuit apoi eseul pentru revistă și a scris și despre revoluțiile energetice.

Lynn Rothschild , astrobiolog la NASA Ames , a declarat: "A fost unul dintre acele studii în care, la naiba, mi-aș fi dorit să-l fi scris." În cele din urmă, Judson speculează că și alte "sisteme de viață" ar fi putut evolua pe alte planete printr-o serie de expansiuni energetice. dacă vrem să căutăm forme de viață, nu ar trebui să ne uităm doar pe planete precum actualul Pământ - lucru pe care Rothschild vine"Când oamenii vorbesc despre căutarea vieții pe o planetă asemănătoare cu Pământul, ei susțin că trebuie să aibă oxigen, iar eu le spun: "Sunteți nebuni?"", spune ea. "Dacă te-ai uita la Pământ acum miliarde de ani, nu ai vedea niciun semn de oxigen".

Așadar, evoluția vieții pe Pământ de-a lungul a miliarde de ani ne poate da o idee despre cum să găsim forme de viață mai puțin complexe decât a noastră. Dar cum ar arăta o planetă care a trecut prin mai multe expansiuni energetice decât Pământul? Cu alte cuvinte, cum va arăta următoarea expansiune energetică a Pământului?

Un mod de a pune această întrebare este să ne întrebăm ce va duce la următoarea epocă energetică și cum își va lăsa amprenta asupra mediului înconjurător. Un alt mod este cum va fi viața în acea perioadă - atât formele de viață care ar putea dispărea, cât și cele care vor deveni posibile în cele din urmă. La urma urmei, a fost nevoie de miliarde de ani și de mai multe expansiuni energetice pentru a face posibilă existența ființelorOameni cu respirație aerobică, mâncători de carne și mânuitori de foc [ The Atlantic]