10 evenimente uimitoare de la Big Bang și până la apariția civilizației
O simulare a unei coliziuni proton-proton în „Marele Accelerator de Hadroni” (Large Hadron Collider, LHC, accelerator de particule construit la Centrul European de Cercetări Nucleare, CERN, între Munții Alpi și Munții Jura, lângă Geneva). Detectoare precum Solenoidul Compact de Muoni sau CMS vor înregistra traseele create de sute de particule care apar din fiecare coliziune.
Roger Briggs este autorul lucrării “Călătorie către civilizație” (“Journey to Civilization: The Science of How We Got Here”, Collins Foundation Press, 2013). În cartea sa, acesta prezintă o nouă versiune a creației universului, a Pământului, a vieții și a umanității bazată pe dovezile și scepticismul științei.
Una dintre realizările neașteptate ale științei moderne este aceea că poate oferi acum o versiune coerentă a originii umanității, lucru care nu era posibil doar cu câteva decenii în urmă. Odată cu noile descoperiri în astrofizică, biologie evolutivă, genetică moleculară, geologie și paleoantropologie, a apărut o descriere coerentă a acesteia pornind de la Big Bang. Aceasta constituie atât o nouă cosmologie, în care este încorporată umanitatea, cât și un mare tur de forță al științei. Iată topul celor 10 evenimente care stau la baza istoriei originii umanității, în ordine cronologică.
1. Marele Flash (The Big Flash): originea Radiației Cosmice de Fond
Această hartă prezintă cea mai veche lumină din Universul nostru, detectată cu cea mai mare precizie de misiunea Planck. Cea mai străveche lumină din Univers sau cea mai străveche relicvă de la nașterea Universului, numită Radiație Cosmică de Fond, a fost imprimată pe cer când Universul avea 370.000 de ani. Harta prezintă fluctuații minuscule de temperatură ale radiației termice cosmice și polarizarea acesteia care corespund regiunilor cu densități ușor diferite, reprezentând “semințele” întregii structuri viitoare: stelele și galaxiile de astăzi. Aceste informații sunt esențiale pentru cosmologie, deoarece permit reconstituirea cu mare precizie a conținutului material al Universului. Imaginea a fost lansată pe 21 martie 2013.
Când Universul avea aproximativ 380.000 de ani, se răcise până la aproximativ 3000 de grade Kelvin (cca. 2727 de grade Celsius), fiind suficient de rece pentru ca electronii să se atașeze de nuclee și să formeze materie atomică în stări extrem de excitate (instabile), atomi de hidrogen. Aceasta a produs un flux masiv de fotoni în apropierea domeniului vizibil (tipic atomilor excitați) care au umplut universul timpuriu. Pe măsură ce universul și spațiul în sine s-au extins, lungimea de undă a acestei lumini s-a deplasat în domeniul microundelor pentru a deveni Radiația Cosmică de Fond (Cosmic Microwave Background, CMB) pe care Penzias și Wilson au descoperit-o din întâmplare în 1964. (Radiația Cosmică de Fond, o descoperire de Premiul Nobel)
George Gamow a afirmat că doar un Big Bang ar fi putut produce o astfel de radiație de fond, iar CMB a devenit una dintre primele dovezi care susțin teoria Big Bang. De atunci, studiul CMB cu instrumente spațiale precum COBE, WMAP și acum cu telescopul spațial Planck continuă să fie o sursă bogată de informații despre universul timpuriu și structura sa cea mai profundă.
2. Sfârșitul Epocii Întunecate: se nasc primele stele
Acest frumos fundal spațial prezintă galaxia spirală Messier 100, situată în partea de sud a constelației Coma Berenices – care, în traducere, înseamnă Părul Berenicei sau Cosița Berenicei – aflată la aproximativ 55 de milioane de ani-lumină de Pământ.
După aproximativ 400 de milioane de ani de expansiune ca urmare a Big Bang-ului, Universul a devenit suficient de rece pentru ca gravitația să înceapă să aglomereze nori de praf și hidrogen, formând nori moleculari sau nebuloase din care au luat naștere stelele. În interiorul stelelor, au avut loc, pentru prima dată, reacții de fuziune nucleară, hidrogenul transformându-se în heliu. Energia rezultată şi emanată din miezul primelor stele a dus la extraordinara revărsare de radiații luminoase care a marcat sfârșitul Epocii Întunecate. Temperaturile extreme și presiunea înaltă au creat o stare a materiei (din apropiera norilor de hidrogen), puternic ionizată (ioni și electroni în stare liberă), numită plasmă.
Această reionizare reprezintă amprenta primelor stele și poate fi văzută în semnăturile spectrale ale quasarilor, în polarizarea CMB și în linia de emisie a hidrogenului cu lungimea de undă de 21 de centimetri.
Nașterea primelor stele a marcat un punct de cotitură în viața Universului: de aici înainte Universul a preluat caracteristicile pe care le vedem astăzi, cu galaxii pline de stele înconjurate de sisteme planetare. Stelele îndeplinesc unele dintre cele mai importante activități din Cosmos: ele fabrică elementele mai grele decât hidrogenul, creează planete ca parte a propriei lor formări și furnizează energie acestor planete, așa cum face propriul nostru Soare pentru noi.
O schemă a istoriei cosmice
3. Formarea sistemului solar: neobișnuită sau nu?
Viziunea unui artist referitor la o planetă tânără, pe o orbită îndepărtată, în jurul stelei sale gazdă. Steaua încă mai păstrează un disc de resturi, material rămas de la formarea stelei și a planetei, în interiorul orbitei planetei.
Stele galbene, din clasa G, precum Soarele, se găsesc cu zecile în întregul Univers, dar doar o fracțiune dintre ele există ca stele singure și conțin toate cele 92 de elemente care apar în mod natural, precum Soarele nostru. Astronomii dețin acum dovezi puternice, din cercetările efectuate asupra exoplanetelor, că practic toate stelele formează sisteme planetare ca parte naturală a propriei lor formări, iar acest lucru este în acord cu teoriile actuale ale formării stelelor. Dar majoritatea sistemelor planetare observate până acum par stranii și neospitaliere pentru viață – de exemplu, având planete de dimensiunea lui Jupiter orbitând mult mai aproape decât Mercur orbitează Soarele sau cinci planete înghesuite într-un spațiu mai mic decât orbita lui Mercur. Astronomii nu au văzut încă un sistem solar care să fie atât de bine ordonat ca al nostru, cu o frumoasă planetă stâncoasă situată în locul optim pentru a putea avea apă lichidă și viață.
Cât de specială este situația Pământului?
Mass-media a fost în plină efervescență când cercetătorii au estimat (în cadrul lucrărilor de la Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS, 26 noiembrie 2013) că în galaxia noastră ar putea exista 8 sau 9 miliarde de stele cu planete asemănătoare Pământului – aproximativ 5% din stele – ceea ce ar face ca șansele să fie foarte mari pentru existența vieții inteligente și în alte părți. Cu toate acestea, nici o formă de viață, sau dovezi ale existenței vieții, nu a fost găsită vreodată dincolo de Pământ, astfel încât nu se poate răspunde încă la întrebările despre cât de rar sau comun este Pământul și cât de unică poate fi sau nu umanitatea.
4. Apariția vieții odată cu moleculele organice (marele salt al trecerii de la anorganic la organic)
ADN-ul: codul genetic care stochează întreaga informație genetică a ființelor vii
Prezența izotopului 12 al carbonului (Carbon-12 sau 12C) în rocile străvechi sugerează că viața a început pe Pământ acum aproximativ 3,8 miliarde de ani. Aceasta înseamnă că ADN-ul sau o moleculă precursoare s-a asamblat și a putut începe autoreplicarea sa neobosită care a condus la evoluția vieții. Dar cum s-a asamblat o moleculă atât de fragilă și de complexă?
Moleculele organice au început să apară în univers. Ele pot fi găsite în semnăturile spectrale ale stelelor și norilor de gaz, iar meteoritul Murchison, care a căzut pe Pământ în 1969, conținea 92 de aminoacizi diferiți, majoritatea nefiind văzuți vreodată pe Pământ. Cu toate acestea, este un salt uriaș de la aminoacizi la un organism viu, cu un sistem metabolic care furnizează energie și un sistem genetic care stochează informații, direcționează construcția proteinelor, reglează fiecare funcție a organismului și se reproduce în sine, toate închise într-o membrană.
Viața ar fi putut fi însămânțată din altă parte? Sau poate a fost doar șansa de a se uni moleculele între ele, lucru care trebuia să se întâmple undeva. Sau ar putea exista un principiu fundamental de organizare în Univers care conduce materia spre complexitate? Nu știm răspunsul, iar originea vieții rămâne unul dintre cele mai mari mistere din toată știința.
5. Marea Catastrofă a Oxigenului, Pământul – Bulgăre de Zăpadă și Apariția lui Eukarya
Pământul – Bulgăre de Zăpadă (Snowball Earth), în viziunea unui artist
Viața pe Pământ s-a confruntat cu cea mai mare criză de supraviețuire, în urmă cu aproximativ 2,5 miliarde de ani, atunci când atmosfera a trecut de la faza dominanței dioxidului de carbon la faza bogată în oxigen. Până în acest moment, viața a fost de tip procariot (organisme primitive – viruși, bacterii, alge albastre – monocelulare, cu structură simplă, lipsite de nucleu) sau asemănătoare bacteriilor și a prosperat pe baza dioxidului de carbon (CO2). Dar bacteriile fotosintetizante foloseau CO2 și produceau oxigen (O2) otrăvitor, care a umplut în cele din urmă atmosfera. Pentru ca lucrurile să se înrăutățească și mai mult, după scăderea concentrației CO2 atmosferic, Pământul a fost cuprins de un îngheț profund și masiv, care a ajuns să fie denumit Evenimentul Pământului – Bulgăre de Zăpadă. Planeta noastră a fost acoperită în întregime de straturi groase de gheață, cu excepția zonei din apropierea ecuatorului, iar viața în oceanele întunecate a fost aproape de dispariție. Cu toate acestea, undeva în mijlocul acestei crize cu două capete, a apărut o formă de viață nouă și mai complexă: Eukarya.
[Eukarya, Archaea și Eubacteria constituie cele trei ramuri majore ale organismelor vii (cu excepția virusurilor). Eucariotele sunt organisme constând dintr-una sau mai multe celule eucariote, cea mai distinctivă caracteristică fiind prezența unui nucleu legat de membrană care conține informațiile genetice ale celulei. Acest grup divers include plante, animale, ciuperci și protiste (organisme unicelulare). Oamenii de știință cred că eucariotele au evoluat probabil dintr-un strămoș procariot (celulă fără nucleu) acum 1,6 – 2,1 miliarde de ani în urmă. Astfel, ele se disting și prin alte complexități ale structurii celulare, inclusiv un citoschelet bogat în proteine și compartimente separate de membrană, cum ar fi ribozomii și mitocondriile (organite celulare întâlnite în toate tipurile de celule eucariote), care îndeplinesc funcții celulare specializate. Până la 60 de linii genealogice de eucariote au fost identificate până în prezent, dar relațiile între multe dintre ele rămân neclare.
Cele două tipuri de celule: eucariote, formate din membrană, citoplasmă și nucleu și procariote, formate din membrană și citoplasmă (fără nucleu)
Citoschelet: schelet celular, comun tuturor celulelor eucariote (celule cu nucleu), ca de exemplu neuronul.
Ribozom: organit celular granular din citoplasmă, important în biosinteza proteinelor, în transmiterea caracterelor ereditare etc., format din proteine și acizi ribonucleici.
Mitocondrie: organit citoplasmatic la plante și animale alcătuit din proteine, lipide și enzime care asigură celulei energia necesară.
Organit: fiecare dintre elementele constitutive permanente din celula vie.]
În 1967, microbiologul american Lynn Margulis a fost primul care a recunoscut faptul că unele organisme procariote au fost capabile să se unească într-un aranjament de cooperare pe care a numit-o endosimbioză care le-a ajutat să supraviețuiască crizei. Înțelegem acum că mitocondriile din celulele animale și cloroplastele din celulele plantelor au fost odată organisme individuale înainte de a fi asimilate pentru a deveni organite eucariote. Ele poartă încă genomii primitivi din vremea lor sub formă de procariote. Apariția vieții eucariote a deschis calea pentru toate formele superioare de viață care au urmat – inclusiv pentru noi!
6. Din fericire pentru noi: a avut loc extincția dinozaurilor în Cretacicul-Terțiar (KT)
O ilustrare a unui asteroid masiv care se prăbușește pe Pământ. Poate Pământul a experimentat astfel de impacturi gigantice în tinerețea sa, dar, din fericire, astăzi nu există „proiectile” atât de mari care să ne amenințe planeta.
Timp de aproape 200 de milioane de ani, dinozaurii au stăpânit Pământul. Apoi, destul de brusc, acum aproximativ 65 de milioane de ani, au dispărut. Luis și Walter Alvarez, tată și fiu, au explicat, pentru prima dată în 1980, ce s-a întâmplat cu dinozaurii. Aceștia au găsit straturi subțiri de iridiu în roci care datau de acum 65 de milioane de ani și, întrucât iridiul este, în mod natural, foarte rar pe Pământ, au presupus că sursa a fost un meteorit care a lovit Pământul în acea vreme. Teoria lor a fost la început controversată și a generat multe îndoieli, dar alți cercetători au început să găsească straturi de iridiu similare în roci din alte locuri de pe Pământ, sugerând un eveniment global, iar în final, un crater de meteorit a fost găsit, în apropierea Peninsulei Yucatan, având cam aceeași vârstă.
Meteoritul Chicxulub trebuie să fi avut o mărime de 10-15 km și să fi călătorit cu o viteză de aproximativ 10.000 m/h, sau 10 km/h, când a avut loc impactul, declanșând o iarnă globală care a fost devastatoare pentru aproape toate plantele și animalele terestre. Însă micile mamifere cu blană, care erau îngropate sub pământ, au supraviețuit. Acestea trăiau tot timpul în umbra dinozaurilor, dar odată ce dinozaurii au dispărut, puteau acum să prospere și să crească ca mărime, devenind noii stăpâni ai Pământului. În cele din urmă, linia genealogică a mamiferelor a evoluat în primate, apoi în maimuțe, apoi în hominizi și, în cele din urmă, linia genealogică a genului Homo a produs ființe umane. Dacă nu ar fi avut loc întâlnirea întâmplătoare a Pământului cu un meteorit, în urmă cu 65 de milioane de ani, ar fi fost puțin probabil să mai fim aici.
7. Apariția genului Homo (ordinul Primate, familia Hominide, cu speciile Homo neanderthalensis, Homo heidelbergensis, Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens etc.
Reconstituirea unei femele din specia Homo erectus (bazată pe fosila ER 3733) de către paleoartistul John Gurche, parte a Programului Originii Omului al Muzeului Național de Istorie Naturală Smithsonian.
În urmă cu aproximativ 5 milioane de ani, unele maimuțe din Africa stăpâneau arta mersului pe verticală – acestea erau hominizii. În următoarele câteva milioane de ani, aceste maimuțe, denumite Australopithecus, împreună cu cel puțin 7 specii diferite, au început să cutreiere Africa. Dar peste ceva timp, în urmă cu aproximativ 2,5 milioane de ani, o nouă linie genealogică s-a ramificat din Australopithecus: genul Homo. Există încă o dezbatere aprinsă despre când și cum s-a întâmplat această divergență și despre ce specii de hominizi au fost implicate. Dar cea mai răspândită părere este că Homo habilis a fost primul membru în această nouă linie genealogică, iar în urmă cu aproximativ 2,0 milioane de ani, un strămoș pe care acum îl numim Homo erectus a prosperat în Africa de Est și va începe curând să populeze Eurasia și Asia.
Uneltele de piatră apar și ele în registrul fosilelor, pentru prima dată, în urmă cu aproximativ 2,5 milioane de ani în apropiere de rămășițele fosile ale primilor membri ai genului Homo. Nici o altă formă de viață nu a fabricat și nu a folosit unelte din piatră transmițându-și meșteșugul, de-a lungul timpului, următoarelor generații. Acest lucru a reprezentat nașterea culturii adevărate și apariția tehnologiei. În paralel, dezvoltarea uneltelor a condus la o expansiune rapidă a volumului creierului, posibil triplându-se la Homo neanderthalensis și la Homo sapiens cu aproximativ 200.000 de ani în urmă. Dar neanderthalii păreau să stagneze în dezvoltarea lor tehnologică, în timp ce Homo sapiens a continuat să evolueze în tehnologie, cultură și conștiință, transformându-se într-o forță aproape geologică pe Pământ. În cele din urmă, fiecare specie de hominid a dispărut – cu excepția uneia, Homo sapiens. Suntem urmașii ultimului și singurului hominid supraviețuitor.
8. Prieteni sau inamici: cine au fost Neanderthalii?
O familie de neanderthali în viziunea unui artist
Cu aproximativ 1 milion de ani în urmă, hominidul care trăia în Africa, numit Homo ergaster (numit și Homo erectus) a început să evolueze spre o nouă specie. Aceasta a fost Homo heidelbergensis, probabil cel mai apropiat strămoș al umanității. Unii membri ai acestei noi specii au rămas în Africa, în timp ce alții au ieșit din Africa și s-au îndreptat spre Europa, unde au apărut în registrul fosilelor din urmă cu aproximativ 800.000 de ani. Populația europeană de heidelbergensis, adaptându-se la condițiile mult mai reci, a evoluat în Homo neanderthalensis în urmă cu aproximativ 400.000 de ani.
Neanderthalii, care aveau un creier mare și erau foarte inteligenți, s-au răspândit în toată Asia Centrală și Europa, în timp ce verii lor, care au rămas în Africa, au evoluat spre oamenii moderni, Homo sapiens. În urmă cu aproximativ 100.000 de ani, Homo sapiens a început să părăsească Africa pentru prima dată, intrând în contact cu neanderthalii, mai întâi în Asia Centrală și mai târziu în Europa, interacționând între ei în mod misterios și în moduri care nu sunt încă pe deplin înțelese.
Cu aproximativ 30.000 de ani în urmă, neanderthalii s-au retras în Spania și Portugalia, unde au dispărut în cele din urmă. Nu există dovezi reale că umanoizii i-au ucis pe neanderthalii, iar asemănarea instrumentelor lor sugerează unele suprapuneri de culturi. Însă studiile genomice publicate de Svante Pääbo și colegii săi de la Max Planck Institute dezvăluie faptul că unii oameni de origine europeană poartă astăzi până la 4% din ADN-ul Neanderthalian, rămânând fără îndoială faptul că cele două populații au interacționat undeva pe parcurs.
9. Marele salt înainte
Diferențele craniene între omul modern și omul de Neanderthal. În stânga se află craniul unui Neanderthal din Franța, iar în dreapta este craniul unui om modern din Polinezia.
Jared Diamond a popularizat acest descriptor în cartea sa “Al treilea cimpanzeu” (“The Third Chimpanzee”, 1992), iar Richard Klein a numit acest fenomen „big bang-ul culturii umane” în “The Dawn of Human Culture”, 2002. Arheologii au dovezi solide din cultura uneltelor care indică un salt uluitor în inteligența umană produs cu aproximativ 100.000 și 60.000 de ani în urmă.
În mod bizar, geneticienii au descoperit că, în acel moment, populația umană totală de pe Pământ a scăzut, probabil, doar cu câteva mii de indivizi. Nu se știe exact ce a cauzat acest blocaj al populației, dar ar fi imposibil de ignorat supererupția Vulcanului Toba în urmă cu 73.000 de ani pe insula Sumatra. Acesta a fost cel mai mare eveniment vulcanic din ultimii 30 de milioane de ani, depunând straturi de cenușă groase de 30 de metri în India și declanșând o iarnă globală care poate să fi durat o mie de ani.
Se pare că oamenii care trăiau în Africa de Est, care au supraviețuit evenimentului Toba, erau o versiune nouă și mai bună a lui Homo sapiens, probabil capabili de limbajul vorbit și de puterile culturii colaborative pe care au dobândit-o. Acești oameni noi, uneori numiți oameni moderni comportamental, au fost curând capabili să părăsească Africa și să se răspândească pe toate continentele locuibile de pe Pământ într-un timp relativ scurt, împingând Neanderthalii și toate celelalte specii de hominizi, rămase, la dispariție. Nicio altă ființă vie nu a avut șanse egale să concureze cu noi încă de la Marele Salt.
10. Apariția civilizației
Lămpi (opaițe) străvechi de seu, cioburi de ceramică și figurine feminine au fost găsite în timpul unor săpături arheologice în Orașul / Cetatea lui David din Ierusalim.
Timp de peste 2 milioane de ani, strămoșii noștri au fost vânători-culegători nomazi. Acest lucru s-a schimbat pentru prima dată în urmă cu aproximativ 11 500 de ani, deoarece clima Pământului a devenit mai caldă și mai blândă.
Oamenii din Orientul Mijlociu au început să facă experimente cu plante comestibile, să selecționeze semințele dintre cele mai bune plante și să le planteze în arii protejate. Acest tip de grădinărit, numit horticultură, a impus ca oamenii să rămână într-un singur loc pentru a-și îngriji culturile, iar treptat stilul de viață nomad a fost înlocuit cu așezări umane mai sedentare, permanente. De asemenea, animalele erau domesticite pentru companie, pentru utilitate sau ca surse alimentare. În urmă cu aproximativ 10.000 de ani, în registrul arheologic apar mari așezări permanente precum Ierihon și Catalhoyuk. Aceste „proto-orașe” nu erau încă orașe adevărate, ci mai mult niște aglomerări dezorganizate de sate cu puține indicii de război, stratificare socială, bogăție, conducători sau orice alte niveluri de statut. Dar a urmat o altă schimbare în dezvoltarea umană, la fel ca Marele Salt.
În urmă cu aproximativ 5200 de ani, primele orașe-state apar pentru prima dată în mai multe locuri din Orientul Mijlociu. Pentru prima dată, registrul arheologic arată dovezi clare ale stratificării sociale și ale unei elite conducătoare care deținea aproape toată averea și puterea. Aceasta etapă a însemnat apariția civilizației.
Odată cu inventarea scrierii, cunoștințele umane au putut fi înregistrate permanent și controlate. Cele mai multe caracteristici ale lumii actuale au apărut acum, inclusiv guvernarea și puterea centralizată, forțele militare și războiul, religia instituționalizată, patriarhatul, sistemele monetare, sărăcia, agricultura pe scară largă, rețelele comerciale și imperiul. În scurt timp, civilizația a devenit independentă în multe locuri din întreaga lume, inclusiv în China, India, Egipt, Peru, Creta și Mexic. Nu s-au schimbat prea multe dintre acestea în ultimii 5000 de ani, cu excepția numelor și a locurilor. Dar se poate spune că acest model ne servește bine încă sau umanitatea este pregătită pentru ceva nou, pentru următorul Mare Salt?
© CCC