A Föld története magában foglalja a Föld bolygó fejlődésének legfontosabb eseményeit és főbb állomásait a keletkezésétől napjainkig. [1] [2] A természettudomány szinte minden ága hozzájárult a Föld múltjának jelentősebb eseményeinek megértéséhez. A Föld kora körülbelül egyharmada az Univerzum életkorának . Ebben az időszakban hatalmas számú biológiai és geológiai változás ment végbe.
A Föld körülbelül 4,567 milliárd évvel ezelőtt jött létre [3] a protoplanetáris korongból , egy korong alakú gáztömegből, a Nap keletkezéséből visszamaradt porból, amely a Naprendszer létrejöttét eredményezte . A vulkáni gázkibocsátás ősi légkört hozott létre, de szinte nem volt benne oxigén, és mérgező lett volna az emberre és általában a modern életre. A Föld nagy része megolvadt az aktív vulkanizmus és a más űrobjektumokkal való gyakori ütközések miatt. Feltételezik, hogy az egyik ilyen nagy ütközés a Föld tengelyének megdöntéséhez és a Hold kialakulásához vezetett . Idővel az ilyen kozmikus bombázások megszűntek, lehetővé téve a bolygó lehűlését és szilárd kéreg kialakulását . Az üstökösök és aszteroidák által a bolygóra szállított víz felhőkké és óceánokká tömörült. A Föld lakhatóvá vált, és legkorábbi formái oxigénnel dúsították a légkört . Legalább az első milliárd évben az élet a Földön kis és mikroszkopikus formákban létezett. Körülbelül 580 millió évvel ezelőtt összetett többsejtű élet alakult ki, és a kambriumi időszakban gyors diverzifikációs folyamaton ment keresztül a legtöbb fő törzsre. Körülbelül hatmillió évvel ezelőtt a hominin vonal elvált a hominidáktól , ami a csimpánzok , majd később a modern ember megjelenéséhez vezetett .
Megalakulása óta folyamatosan biológiai és geológiai változások mennek végbe bolygónkon. Az élőlények folyamatosan fejlődnek , új formákat öltenek, vagy kihalnak egy folyamatosan változó bolygó hatására. A lemeztektonika folyamata fontos szerepet játszik a Föld óceánjainak és kontinenseinek, valamint a bennük rejlő élet kialakulásában. A bioszféra viszont jelentős hatást gyakorolt a légkörre és a bolygó más abiotikus körülményeire, például az ózonréteg kialakulására, az oxigén terjedésére és a talajképződésre. Bár az emberek ezt viszonylag rövid élettartamuk miatt képtelenek érzékelni, ezek a változások jelenleg is tartanak, és a következő néhány milliárd évben is folytatódni fognak.
A Föld történelme kronológiai sorrendben, táblázatba rendezve, geokronológiai idővonal néven ismert . A skála rétegtani elemzés alapján intervallumokra van felosztva [4] .
Évmilliók
A Naprendszer (beleértve a Földet is) kialakulásának standard modellje a napköd-hipotézis . [5] Ezen elmélet szerint a Naprendszer egy nagy forgó csillagközi por- és gázfelhőből, az úgynevezett napködből alakult ki. Nem sokkal az Ősrobbanás után, 13,7 milliárd évvel ezelőtt keletkezett hidrogénből és héliumból , valamint szupernóvák által kilökött nehezebb elemekből állt . Körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt a köd zsugorodni kezdett, valószínűleg egy közeli szupernóva lökéshulláma miatt. [6] A lökéshullámot a köd forgása is létrehozhatta. Ahogy a felhő gyorsulni kezdett, szögimpulzusa, gravitációja és tehetetlensége a forgástengelyére merőleges protoplanetáris koronggá lapította. A nagy darabok egymással való ütközésének eredményeként protobolygók kezdtek kialakulni, amelyek a köd közepe körül keringtek [7] .
A köd közepén lévő anyag nagy szögimpulzus nélkül összenyomódott és felmelegedett, ennek eredményeként megindult a hidrogén magfúziója héliummá. Egy még nagyobb összehúzódás után a T Tauri csillag fellángolt, és a Nap lett. Eközben a köd külső tartományában a gravitáció kondenzációs folyamatot idézett elő a sűrűségzavar és a porszemcsék körül, és a protoplanetáris korong többi része gyűrűkre kezdett szétválni. Az akkréciónak nevezett folyamat során a porrészecskék és a törmelék nagyobb darabokká tapadnak össze, és bolygókat alkotnak [7] . Így a Föld körülbelül 4,54 milliárd évvel ezelőtt keletkezett (1%-os hibával [8] [9] [10] [11] . Ez a folyamat alapvetően 10-20 millió év alatt fejeződött be. [12] Az újonnan kialakult T Tauri csillag napszéle a korongon lévő anyag nagy részét megtisztította, ami még nem tömörült nagyobb testekké. Ugyanez a folyamat akkréciós korongokat hoz létre az univerzumban gyakorlatilag az összes újonnan kialakult csillag körül, ezek közül néhány csillag bolygókat szerez. [13]
A proto-Föld akkrécióval tágul, miközben felszíne elég forró volt ahhoz, hogy megolvasztja a nehéz, sziderofil elemeket . A szilikátoknál nagyobb sűrűségű fémek besüppedtek a Föld belsejébe. Ez vaskatasztrófa primitív köpeny és egy fémmag szétválásához vezetett, mindössze 10 millió évvel a Föld kialakulása után, létrehozva a Föld réteges szerkezetét és létrehozva Föld mágneses terejét . [14] Az első földi légkör, amelyet a napködből rögzítettek, a napköd könnyű ( atmofil ) elemeiből, főként hidrogénből és héliumból állt. A napszél és az újonnan kialakult bolygó magas felszíni hőmérsékletének kombinációja a légkör egy részének elvesztéséhez vezetett, aminek következtében ezeknek az elemeknek a százalékos aránya a nehezebb elemekhez viszonyítva a légkörben jelenleg alacsonyabb, mint a világűrben. [15] .
A Föld geológiai története a Föld mint bolygó fejlődésének eseménysora: a kőzetek kialakulásától a felszíni formák megjelenésén és megsemmisülésén, a föld víz alá süllyedésén, a tenger visszahúzódásán, az eljegesedésen át egészen a állatok és növények megjelenése és eltűnése, valamint a geokronológiai időskála egyéb eseményei . Főleg a bolygó kőzetrétegeinek vizsgálata ( rétegtani vizsgálat ) alapján jött létre.
Kezdetben a Föld megolvadt és vörösen forró volt az erős vulkanizmus és a más testekkel való gyakori ütközések miatt. De a végén a bolygó külső rétege lehűl, és a földkéreggé változik . Kicsit később, az egyik verzió szerint, egy Mars méretű égitesttel való érintőleges ütközés eredményeként , és a Föld tömegének körülbelül 10%-a, létrejött a Hold . Ennek eredményeként a becsapódott objektum anyagának nagy része és a földköpeny anyagának egy része a Föld-közeli pályára került. A proto-hold ezekből a töredékekből gyűlt össze, és körülbelül 60 000 km-es sugarú körben kezdett keringeni. A becsapódás következtében a Föld forgási sebessége meredeken megnövekedett, 5 óra alatt egy fordulatot tett, és a forgástengely észrevehetően megdöntött. A gáztalanítás és a vulkáni tevékenység létrehozta az első légkört a Földön. A vízgőz kondenzációja, valamint a Földdel ütköző üstökösökből származó jég képezte az óceánokat.
A bolygó felszíne több száz millió éven keresztül folyamatosan változik, kontinensek alakultak ki és törtek fel. Átvándoroltak a felszínen , néha összeolvadva szuperkontinenssé . Körülbelül 750 millió évvel ezelőtt a legkorábbi ismert Rodinia szuperkontinens felbomlásnak indult. Később, 600-540 millió évvel ezelőtt a kontinensek alkották a Pannotiát és végül a Pangeát , amely 180 millió évvel ezelőtt szakadt fel.
A modern jégkorszak körülbelül 40 millió évvel kezdődött, majd a pliocén végén felerősödött . A sarki régiók azóta ismétlődő eljegesedési és olvadási ciklusokon mentek keresztül, amelyek 40-100 ezer évenként ismétlődnek. A jelenlegi jégkorszak utolsó jégkorszaka körülbelül 10 000 évvel ezelőtt ért véget.
A Föld kora az az idő , amely eltelt a Föld, mint önálló bolygótest kialakulása óta. A modern tudományos adatok szerint a Föld kora 4,54 milliárd év (4,54⋅109 év ± 1%) [ 10] [16] [17] . Ezek az adatok a bolygók kialakulása előtt keletkezett meteoritminták ( kondritok ) korának radiometrikus kormeghatározásán alapulnak [18] , és megfelelnek a legrégebbi földi és holdi minták korának.
A tudományos forradalom és a radiometrikus kormeghatározási módszerek kidolgozása után kiderült, hogy sok ásványminta több mint egymilliárd éves. Az eddig talált legrégebbi kis cirkonkristályok a nyugat- ausztráliai Jack Hills-ből származnak – életkoruk legalább 4404 millió év. [19] [20] [21] A Nap és más csillagok tömegének és fényességének összehasonlítása alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a Naprendszer nem lehet sokkal idősebb ezeknél a kristályoknál. A meteoritokban talált kalciumban és alumíniumban gazdag csomók a legrégebbi ismert példányok, amelyek a Naprendszerben keletkeztek: 4567 millió évesek, [22] [23] ami lehetővé teszi a Naprendszer korának és egy felső határának megállapítását. a Föld korához kötve. Van egy olyan hipotézis, hogy a Föld kialakulása röviddel a kalcium-alumínium csomók és meteoritok kialakulása után kezdődött. Mivel a Föld kialakulásának pontos ideje nem ismert, és a különböző modellek több millió és 100 millió év közötti eltéréseket adnak, a bolygó pontos korát nehéz meghatározni. Ezenkívül nehéz meghatározni a Föld felszínére kerülő legrégebbi kőzetek abszolút pontos korát, mivel ezek különböző korú ásványokból állnak.
A földi élet története az első élőlény megjelenésével kezdődött - 3,7 milliárd évvel ezelőtt - és a mai napig tart. Az összes élőlény hasonlósága egy közös ős jelenlétére utal , amelytől az összes többi élőlény származott [24] .
A cianobaktérium-szőnyegek és az archaea az archean korszak kezdetén az élet uralkodó formája volt, és akkoriban hatalmas evolúciós lépést jelentett [25] . Az oxigén fotoszintézis , amely körülbelül 2500 millió évvel ezelőtt jelent meg, végül a légkör oxigénesedéséhez vezetett , ami körülbelül 2400 millió évvel ezelőtt kezdődött [26] . Az eukarióták legkorábbi bizonyítéka 1850 millió évvel ezelőttre nyúlik vissza, bár korábban is megjelenhetett – az eukarióták diverzifikációja felgyorsult, amikor elkezdték oxigént használni az anyagcserében . Később, körülbelül 1700 millió évvel ezelőtt, többsejtű szervezetek kezdtek megjelenni differenciált sejtekkel , hogy speciális funkciókat láthassanak el [27] .
Körülbelül 1200 millió évvel ezelőtt jelentek meg az első algák , és már körülbelül 450 millió évvel ezelőtt az első magasabb rendű növények [28] . A gerinctelenek az ediacari időszakban [29] , a gerincesek pedig körülbelül 525 millió évvel ezelőtt a kambriumi robbanás során jelentek meg [30] .
A perm korszakban a nagygerinceseket a szinapszidák , az emlősök lehetséges ősei [31] uralták , de a permi kihalás eseményei (251 millió évvel ezelőtt) az összes tengeri faj 96%-át és a szárazföldi gerinces fajok 70%-át elpusztították. beleértve a szinapszidokat [32] [33] . A katasztrófa utáni felépülési időszakban az arkosauruszok váltak a leggyakoribb szárazföldi gerincesekké, és a középső triász korszakban kiszorították a terápiás állatokat [34] . A triász végén az arkosauruszokból dinoszauruszok születtek, amelyek a jura és a kréta időszakában uralkodtak [35] . Az emlősök ősei akkoriban kisméretű rovarevő állatok voltak [36] . A 65 millió évvel ezelőtti kréta-paleogén kihalás után az összes dinoszaurusz kihalt [37] , és egy evolúciós ágat hagyott maga után, amely tőlük származott - a madarakat . Ezt követően az emlősök mérete és diverzitása gyorsan növekedni kezdett , mivel ma már szinte senki sem versenyzett velük [38] . Az ilyen tömeges kihalások felgyorsíthatták az evolúciót azáltal, hogy lehetővé tették új élőlénycsoportok diverzifikációját [39] .
A kövületek azt mutatják, hogy a virágos növények a kora kréta korban jelentek meg (130 millió évvel ezelőtt), és valószínűleg elősegítették a beporzó rovarok fejlődését . A társas rovarok körülbelül egy időben jelentek meg a virágos növényekkel. Bár a rovarok "származásának" csak egy kis részét foglalják el, jelenleg összlétszámuk több mint felét teszik ki.
Az emberek az első főemlősök között voltak, akik körülbelül 6 millió évvel ezelőtt egyenesen jártak. Bár őseik agymérete hasonló volt más emberszabásúakéhoz , például a csimpánzokhoz , 3 millió évvel ezelőtt növekedni kezdett.
A Föld történetének első eonja, a katarkei, a Föld kialakulásával kezdődik, és egészen a 3,8 milliárd évvel ezelőtti archeus korszakig tart. [2] :145 A Földön talált legrégebbi kőzetek körülbelül 4,0 Ga-ból származnak, a kőzet legrégebbi törmelékes cirkonkristálya pedig körülbelül 4,4 Ga, [40] [41] [42] röviddel a földkéreg kialakulása és a Maga a Föld. A Hold kialakulására vonatkozó óriási becsapódási hipotézis azt állítja, hogy nem sokkal a kezdeti kéreg kialakulása után a proto-Föld egy kisebb protobolygóval ütközött, aminek következtében a köpeny és a kéreg egy része az űrbe lökődött, és a Hold létre. [43] [44] [45]
Más égitesteken lévő kráterek megszámlálásának módszerével arra a következtetésre juthatunk, hogy a meteoritok intenzív becsapódási periódusa, az úgynevezett késői nehézbombázás körülbelül 4,1 milliárd évvel ezelőtt volt, és körülbelül 3,8 milliárd évvel ezelőtt ért véget. a katarkeus vége. [46] Ezenkívül erős vulkanizmus volt a nagy hőáram és a geotermikus gradiens miatt. [47] A 4,4 Ga-os cirkon törmelékkristályok vizsgálata azonban kimutatta, hogy érintkezésbe kerültek folyékony vízzel, ami arra utal, hogy a bolygón akkoriban már voltak óceánok és tengerek. [40]
Az Archean kezdetére a Föld nagyon hideg lett. A legtöbb modern életforma nem tudott volna túlélni egy olyan őslégkörben, amelyben hiányzik az oxigén és az ózonréteg. Az ősélet azonban úgy gondolja, hogy az archean kezdetén fejlődött ki, és egy 3,5 Ga körüli fosszília jelölt. [48] Egyes tudósok még azt is hiszik, hogy az élet már a katarkei korban, már 4,4 milliárd évvel ezelőtt elkezdődhetett, és valószínűleg a Föld felszíne alatti hidrotermális nyílásokban fennmaradt a késői erős bombázások időszakában. [49]
A Föld viszonylag nagy természetes műholdja, a Hold bolygójához képest nagyobb, mint a Naprendszer bármely más műholdja. [kb. 1] Az Apollo -program során kőzeteket hoztak a Földre a Hold felszínéről. E kőzetek radiometrikus kormeghatározása kimutatta, hogy a Hold 4,53 ± 0,01 milliárd éves [52] , és legalább 30 millió évvel a Naprendszer kialakulása után keletkezett. [53] Új bizonyítékok arra utalnak, hogy a Hold még később, 4,48 ± 0,02 milliárd évvel ezelőtt, vagyis 70-110 millió évvel a Naprendszer keletkezése után keletkezett. [54]
A Hold kialakulására vonatkozó elméleteknek meg kell magyarázniuk késői kialakulását, valamint a következő tényeket. Először is, a Holdnak alacsony a sűrűsége (3,3-szorosa a víznek, szemben a Föld 5,5-ével [55] ) és kicsi fémmaggal. Másodszor, gyakorlatilag nincs víz vagy más illékony anyag a Holdon. Harmadszor, a Földön és a Holdon az oxigén izotópjai azonosak (az oxigénizotópok relatív bősége). A tények magyarázatára javasolt elméletek közül csak egyet fogadtak el széles körben: az óriás becsapódási hipotézis azt sugallja, hogy a Hold egy Mars méretű objektumnak a proto-Földnek egy pillantással becsapódásának eredményeként jött létre . [1] :256 [56] [57]
Ennek a néha Theiának nevezett objektumnak [53] a Földdel való ütközése körülbelül 100 milliószor több energiát szabadított fel, mint a dinoszauruszok kihalását okozó becsapódás. Ez elég volt ahhoz, hogy a Föld külső rétegeinek egy része elpárologjon, és mindkét test megolvadjon. [56] [1] :256 A köpeny egy része Föld körüli pályára került. Ez a hipotézis megjósolja, miért fosztották meg a Holdat fémes anyagoktól [58] , és megmagyarázza szokatlan összetételét. [59] A Föld körüli pályára állított anyag néhány héten belül egyetlen testté tömörülhet. A kilökődő anyag saját gravitációja hatására gömb alakút öltött, kialakult a Hold. [60]
A köpenykonvekció folyamat, amelyma a lemeztektonikát mozgatja , a Föld belsejéből a felszínrehőáramlás eredménye. [61] :2 Ez magában foglalja a szilárd tektonikus lemezek létrehozását az óceánok közepén . Ezeket a lemezeket a szubdukciós zónákban a köpenybe történő szubdukció erodálja. Az Archean kezdetén (kb. 3,0 Ga) a köpeny sokkal forróbb volt, mint ma, valószínűleg 1600 °C körüli, [62] :82 azaz gyorsabb volt a konvekció a köpenyben. Ezért a modern lemeztektonikához hasonló folyamatnak is gyorsabban kellett végbemennie. Valószínű, hogy a katarkeus és az archeus idején több szubdukciós zóna volt, ezért a tektonikus lemezek kisebbek voltak. [1] :258
A Föld felszínén az első megszilárdulással kialakult eredeti kéreg a katarchai gyors lemeztektonikának és a késői erős bombázások intenzív hatásának köszönhetően teljesen eltűnt. Feltételezik azonban, hogy bazalt összetételű volt, mint ma az óceáni kéreg , mivel a kéreg differenciálódása még nem történt meg. [1] :258 A kontinentális kéreg első nagy területei , amelyek az alsó kéreg részleges olvadása eredményeként a fényelemek differenciálódásának termékei, a Katarkia végén jelentek meg, körülbelül 4,0 Ga. Ami ezekből az első kis kontinensekből megmaradt, azt kratonoknak nevezzük . A késő katarkeszi és a korai archeai kéreg ezen részei alkotják azokat a magokat, amelyek körül ma kontinensek nőttek ki. [63]
A Föld legrégebbi kőzetei Kanadában, az észak-amerikai Cratonban találhatók. Ezek körülbelül 4,0 milliárd éves tonaliták . Magas hőmérsékletnek való kitettség nyomai, valamint üledékes szemcsék vannak, amelyeket a vízben való mozgás során az erózió kerekített, ami a folyók és tengerek akkori létezésének bizonyítéka. [64] A kratonok főként két váltakozó típusú terránból állnak . Az első úgynevezett zöldkő övek alacsony minőségű metamorfizált üledékes kőzetekből állnak. Ezek a "zöld sziklák" hasonlítanak a ma a szubdukciós zóna feletti óceáni árkokban található lerakódásokhoz. Emiatt a zöld sziklákat időnként az archaeai szubdukció bizonyítékának tekintik. A második típus savas magmás kőzetek komplexe. Ezek a kőzetek főleg tonalit , trondhjemit vagy granodiorit típusúak , összetételükben hasonlóak a gránithoz (ezért az ilyen terránokat TTG-terránoknak nevezik). A TTG komplexeket az első kontinentális kéreg emlékeinek tekintik, amelyek a bazaltok részleges olvadása következtében jöttek létre. [65] :5. fejezet
Gyakran mondják, hogy a Földnek három légköre volt. A napködből felfogott első légkör a napköd könnyű (atmofil) elemeiből, főként hidrogénből és héliumból állt. A napszél és a földhő kombinációja a légkör elvesztéséhez vezetett, aminek következtében a légkör jelenleg viszonylag kevesebbet tartalmaz ezekből az elemekből, mint a világűrben [15] . A második légkör az ütközés és az azt követő vulkáni tevékenység eredményeként jött létre. Ebben a légkörben sok üvegházhatású gáz volt, de kevés oxigén [1] :256 . Végül egy harmadik oxigénben gazdag légkör keletkezett, amikor a baktériumok körülbelül 2,8 milliárd évvel ezelőtt elkezdtek oxigént termelni [66] :83–84, 116–117 .
A légkör és az óceán kialakulásának korai modelljeiben a második légkör a Föld belsejéből származó illékony anyagok gáztalanítása eredményeként jött létre. Manapság valószínűbbnek tartják, hogy az illékony anyagok nagy része a felszaporodás során keletkezett az ütközési gáztalanítás néven ismert eljárás során , amelyben az ütköző testek becsapódáskor elpárolognak. Ezért az óceán és a légkör kialakulni kezdett, amint a Föld kialakult [67] . Az új légkör valószínűleg vízgőzt, szén-dioxidot, nitrogént és kis mennyiségű egyéb gázt tartalmazott [68] .
1 csillagászati egységnyi (AU) távolságra bolygószimális , a Föld távolsága a Naptól nem biztos, hogy kedvez a víznek a Földön, mert a napköd túl meleg volt a jéghez, és túl sokáig tartana a kőzetek számára vízgőzné hidratálni [67] [69] . Biztosan meteoritok szállították a vizet a külső aszteroidaövből és néhány nagy bolygóembrióból, amelyek több mint 2,5 AU távolságra vannak. e. [67] [70] Az üstökösök is hozzájárulhattak. Bár manapság a legtöbb üstökös messzebb kering a Naptól, mint a Neptunusz, a számítógépes szimulációk azt mutatják, hogy eredetileg sokkal gyakoribbak voltak a belső Naprendszerben [64] :130-132 .
Ahogy a bolygó lehűlt, felhők keletkeztek. Az eső hozta létre az óceánokat. A legújabb bizonyítékok arra utalnak, hogy az óceánok már 4,4 milliárd évvel ezelőtt elkezdhettek kialakulni [40] . Az Archean kezdetén már beborították a Földet. Ezt a korai kialakulását nehéz megmagyarázni a halvány fiatal nap paradoxonjaként ismert probléma miatt . A csillagok világosabbá válnak, ahogy öregszenek, és a Föld kialakulása során a Nap jelenlegi energiájának csak 70%-át bocsátotta ki. Sok modell azt jósolja, hogy a Földet jég borítja [71] [67] . A megoldás valószínűleg az, hogy elegendő szén-dioxid és metán volt a légkörben ahhoz, hogy üvegházhatást keltsen. A vulkánok szén-dioxidot, a korai mikrobák pedig metánt termeltek. Egy másik üvegházhatású gázt, az ammóniát bocsátottak ki a vulkánok, de az ultraibolya sugárzás gyorsan elpusztította [66] :83 .
A korai légkör és óceán iránti érdeklődés egyik oka az, hogy ezek alkotják az élet kialakulásának feltételeit. Sok modell létezik, de kevés az egyetértés arról, hogyan keletkezett az élet az élettelen vegyi anyagokból. A laboratóriumokban létrehozott kémiai rendszerek még mindig elmaradnak az élő szervezet minimális bonyolultságától. [72] [73]
Az élet kialakulásának első lépése kémiai reakciók lehettek, amelyek számos egyszerű szerves vegyületet hoznak létre , beleértve a nukleinsavakat és az aminosavakat , amelyek az élet építőkövei. Stanley Miller és Harold Urey 1953-as kísérlete kimutatta, hogy az ilyen molekulák vízzel, metánnal, ammóniával és hidrogénnel telített atmoszférában képződhetnek olyan elektromos szikra segítségével, amely a villámlás hatását utánozza. [74] Bár a Föld légkörének összetétele valószínűleg különbözött Miller és Urey által használttól, a későbbi, valósághűbb összetételű kísérletek során szerves molekulákat is sikerült szintetizálni. [75] A közelmúltban számítógépes szimulációk kimutatták, hogy a protoplanetáris korongban már a Föld kialakulása előtt is kialakulhattak szerves molekulák. [76]
Az élet keletkezésének következő szakaszát a három lehetséges kiindulási pont közül legalább az egyik eldöntheti: önszaporodás – egy szervezet azon képessége, hogy magához nagyon hasonló utódokat hozzon létre; anyagcsere - képes táplálni és helyreállítani magát; és sejtmembránok – lehetővé teszik az élelmiszerek fogyasztását és a hulladékok kiválasztását, de megakadályozzák a nem kívánt anyagok bejutását. [77]
Lejátszás először: RNA worldA mai három életterület legegyszerűbb tagjai is a DNS -t használják „receptjeik” genetikai memóriába írásához, RNS- és fehérjemolekulák komplex halmaza pedig „olvassa” ezeket az utasításokat, és használja őket önmaguk növekedésére, fenntartására és szaporodására.
Az a felfedezés, hogy bizonyos típusú RNS-molekulák, az úgynevezett ribozimek képesek mind az önreplikációt, mind a fehérje felépítését katalizálni, ahhoz a hipotézishez vezetett, hogy a korai életformák kizárólag RNS-en alapultak. [78] Olyan RNS-világot alkothatnak, amely egyedekből áll, nem pedig fajokból , és a mutációk és a horizontális géntranszferek azt jelentenék, hogy minden generációban az utódok genomja nagy valószínűséggel eltér a szüleikétől. [79] Az RNS-t később DNS váltotta fel, amely stabilabb, és ezért hosszabb genomok is felépíthetők, kibővítve az egyetlen organizmus lehetőségeit. [80] A ribozimek továbbra is a riboszóma , a modern sejt "fehérjegyára" fő alkotóelemei. [81]
Annak ellenére, hogy rövid, önreplikálódó RNS-molekulákat mesterségesen állítottak elő a laboratóriumban, [82] kétségek merültek fel afelől, hogy a természetben lehetséges a nem biológiai RNS-szintézis. [83] [84] [85] Az első ribozimek a legegyszerűbb nukleinsavakból alakulhattak ki, mint például a , TNA és GNA , később RNS vált fel [86] [87] Más do-RNS replikátorokat is javasoltak, köztük kristályokat [88] :150 , sőt kvantumrendszereket is. [89]
2003-ban azt javasolták, hogy a fém-szulfidok porózus csapadéka elősegíti az RNS szintézisét 100 °C körüli hőmérsékleten és az óceánfenék nyomásán a hidrotermális szellőzőnyílások közelében. Ebben a hipotézisben a lipidmembránok a sejt fő alkotóelemei közül az utolsók lesznek, és addig a protosejtek a pórusok használatára korlátozódnak. [90]
Metabolism First: The Iron-Sulfur WorldEgy másik régóta fennálló hipotézis az, hogy az első élet fehérjemolekulákból áll. Az aminosavak , a fehérjék építőkövei könnyen szintetizálhatók elfogadható prebiotikus körülmények között, csakúgy, mint a kis peptidek (aminosavak polimerei), amelyek jó katalizátorok. [91] :295–297 1997 óta végzett kísérletek sorozata kimutatta, hogy aminosavak és peptidek képződhetnek szén-monoxid és kénhidrogén jelenlétében vas-szulfid és nikkel-szulfid katalizátorral. Létrehozásukhoz a legtöbb lépés 100°C körüli hőmérsékletet és mérsékelt nyomást igényel, bár egy lépéshez 250°C és a 7 km-re a föld alatt létező nyomásnak megfelelő nyomás szükséges. önfenntartó fehérjeszintézis történhetett a hidrotermális[92]
Az anyagcsere nehézsége első lépésként az, hogy megtaláljuk az élőlények fejlődésének módját. Nem képesek reprodukálni magukat, a molekulák aggregációinak "összetett genomokkal" kell rendelkezniük (molekulafajok számlálói az aggregációkban), mint a természetes szelekció célpontjai. A legújabb modellek azonban azt mutatják, hogy egy ilyen rendszer nem alakulhat ki a természetes kiválasztódás hatására. [93]
Első membrán: A lipidvilágFeltételezik, hogy az első fontos lépés talán a lipidek duplafalú "buborékai" volt , mint amilyenek a sejtek külső membránjait alkotják. [94] A korai Föld körülményeit szimuláló kísérletek kimutatták a lipidek képződését, és azt, hogy ezek spontán módon képesek duplafalú liposzómák önreplikálódó "buborékait" képezni . Bár alapvetően nem információhordozók, mint a nukleinsavak, életük és szaporodásuk során a természetes szelekciónak lehetnek kitéve. Ezt követően a nukleinsavak, például az RNS könnyebben képződhetnek a liposzómák belsejében, mintha kívül lennének. [95]
AgyagelméletEgyes agyagok, különösen a montmorillonit , rendelkeznek olyan tulajdonságokkal, amelyek az RNS-világ kialakulásának valószínű gyorsítóivá teszik őket: kristályszerkezetük önreplikációja révén nőnek, és a természetes szelekció analógjának vannak kitéve (például a "kőzet" agyag, amely növekszik). gyorsabban egy bizonyos környezetben és gyorsan dominánssá válik), valamint RNS-molekulák képződését is katalizálhatja. [96] Bár ez az elképzelés nem kapott tudományos konszenzust, még mindig vannak aktív támogatói. [97] :150–158 [88]
A 2003-as kutatás kimutatta, hogy a montmorillonit a zsírsavak buborékokká való átalakulását is felgyorsíthatja, és a buborékok az agyaghoz hozzáadott RNS-t is kapszulázhatják. További lipidek felszívódásával a hólyagok növekedhetnek és osztódhatnak. Hasonló folyamatok segíthettek az első sejtek kialakulásában. [98]
Egy hasonló hipotézis szerint az önreplikálódó vasban gazdag agyagok a nukleotidok, lipidek és aminosavak prekurzorai. [99]
Utolsó közös ősA sok különböző protosejt közül csak egy leszármazási vonal maradt fenn. A rendelkezésre álló adatok azt mutatják, hogy a filogenetikai Last Universal Common Ancestor (LUCA) az archeuszi eon elején élt, valószínűleg 3,5 Ga-val vagy korábban. [100] [101] Ez a LUCA sejt az összes modern élőlény őse a Földön. Valószínűleg prokarióta volt , sejtmembránnal és valószínűleg riboszómákkal, de sejtmaggal vagy membránszervekkel, például mitokondriumokkal vagy kloroplasztiszokkal nem. Mint minden modern sejt, ez is a DNS-t használta genetikai kódjaként, az RNS-t az információ továbbítására, a fehérjék és enzimek szintézisét pedig a reakciók katalizálására. Egyes tudósok úgy vélik, hogy egyetlen organizmus helyett, amely az utolsó univerzális közös ős volt, léteztek olyan organizmuspopulációk, amelyek horizontális génátvitellel cserélték ki a géneket . [100]
A proterozoikum 2,5 milliárdtól 542 millió évig tartott. [2] :130 Ebben az időszakban a kratonok a modern méretű kontinensekre nőttek. A legfontosabb változás az oxigénben gazdag légkör megjelenése volt. Az élet a prokariótáktól az eukariótákig és a többsejtű formákig terjedt. Az egyik széles körben elterjedt hipotézis szerint több erős eljegesedés ment végbe a proterozoikumban, az úgynevezett Snowball Earth -ben . A mintegy 600 millió évvel ezelőtti utolsó Hógolyó Föld után az élet fejlődése a Földön felgyorsul. Körülbelül 580 millió évvel ezelőtt ( Ediacaran biota ) kialakultak a feltételek a kambriumi robbanáshoz .
Az első sejtek energiát és táplálékot vettek fel az őket körülvevő környezetből. Fermentációt alkalmaztak , az összetettebb vegyületek kevésbé összetett, kevesebb energiájú vegyületekké történő lebontását, a felszabaduló energiát pedig a növekedésre és a szaporodásra használták. Az erjedés csak anaerob (oxigénmentes) környezetben mehet végbe. A fotoszintézis megjelenése lehetővé tette a sejtek számára, hogy saját táplálékukat állítsák elő. [102] :377
A Föld felszínét borító élet nagy része közvetlenül vagy közvetve a fotoszintézistől függ. A leggyakoribb formája, az oxigén fotoszintézis, a szén-dioxidot, a vizet és a napfényt élelmiszerré alakítja. Ez a folyamat a napfény energiáját energiában gazdag molekulákká, például ATP -vé alakítja , amelyek aztán energiát adnak a cukor előállításához. Az elektronok keringésbe juttatásához hidrogént vonnak ki a vízből, és melléktermékként kidobják az oxigént. [103] Egyes organizmusok, köztük a lila baktériumok és a zöld kénbaktériumok , az oxigénmentes fotoszintézis egy formáját alkalmazzák. Hidrogén helyett ezek az élőlények elektrondonorokat vonnak ki a vízből , például hidrogén-szulfidot , ként és vasat . Az ilyen élőlények többnyire szélsőséges környezetben élnek, mint például meleg források és hidrotermális szellőzők. [102] :379–382 [104]
A legegyszerűbb anoxikus formák körülbelül 3,8 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg, röviddel az élet megjelenése után. Az oxigén fotoszintézis előfordulási ideje vitatottabb, minden bizonnyal körülbelül 2,4 milliárd évvel ezelőtt jelent meg, de egyes kutatók 3,2 milliárd évre tolják vissza megjelenésének idejét. [103] Később "a globális termelékenység valószínűleg legalább két-három nagyságrenddel nőtt". [105] [106] Az oxigéntermelő életformák legrégebbi maradványai a fosszilis stromatolitok . [105] [106] [107]
Először a felszabaduló oxigént mészkő, vas és más ásványi anyagok kötötték meg. vörös rétegként jelenik meg a geológiai rétegekben, és vasképződményeknekEzek a rétegek bőségesen alakultak ki a szidériai időszakban (2500 és 2300 millió év között) [2] . Amikor a legtöbb szabad ásványi anyag oxidálódott, az oxigén végül elkezd felhalmozódni a légkörben. Bár minden sejt csak kis mennyiségű oxigént termel, sok sejtben a kombinált anyagcsere a Föld légkörét hosszú időn keresztül a jelenlegi állapotába alakítja. Ez volt a harmadik földi légkör. [108] :50–51 [66] :83–84,116–117
Az ultraibolya sugárzás hatására az oxigén egy része ózonná alakul, ami a légkör tetejéhez közeli rétegben összegyűlik. Az ózonréteg elnyeli az ultraibolya sugárzás nagy részét, amely egykor szabadon áthaladt a légkörön. Ez lehetővé tette a sejtek számára, hogy megtelepedjenek az óceán felszínén, és végül leszálljanak. Az ózonréteg nélkül az ultraibolya sugárzás a szárazföldet és a tengert bombázná, és fenntarthatatlan mértékű mutációt okozna a sejtekben. [109] [64] :219–220
A fotoszintézis egy másik fontos hatást produkált. Az oxigén mérgező volt, és valószínűleg sok életforma a Földön kihalt, amikor az oxigénszint az egekbe szökött az úgynevezett oxigénkatasztrófában. A rezisztens formák túléltek és virágoztak, és néhányan kifejlesztették az oxigénfelhasználás képességét, felgyorsítva az anyagcserét, és több energiához jutnak ugyanannyi élelmiszerből. [109]
A természetes evolúció eredményeként a Nap egyre több fényt adott az archeusban és a proterozoikumban, a Nap fényessége minden milliárd évben 6%-kal nő. [64] :165 Ennek eredményeként a Föld több hőt kezdett kapni a Naptól a proterozoikumban. A Föld azonban nem melegszik fel. Ehelyett a geológiai feljegyzések azt mutatják, hogy a Föld jelentősen lehűlt a proterozoikum korai szakaszában. A Dél-Afrikában talált gleccserlerakódások 2,2 Ga-ra nyúlnak vissza, és a paleomágneses mérések az Egyenlítő régiójában mutatják helyzetüket . Így a huroni eljegesedés néven ismert eljegesedés globális lehetett. Egyes tudósok szerint ez és az azt követő proterozoikum jégkorszakok olyan súlyosak voltak, hogy a bolygó teljesen befagyott a sarkoktól az egyenlítőig. Ezt a hipotézist hógolyó-földnek hívják. [110]
A mintegy 2,3 milliárd évvel ezelőtti jégkorszakot a légkör oxigénkoncentrációjának növekedése okozhatta, ami a metán (CH 4 ) csökkenéséhez vezetett a légkörben. A metán erős üvegházhatású gáz, de az oxigénnel reagálva CO 2 -t képez , amely egy kevésbé hatékony üvegházhatású gáz. [64] :172 Amikor a szabad oxigén megjelent a légkörben, a metán koncentrációja meredeken csökkenhetett, ami elegendő volt a Napból érkező megnövekedett hőáram hatásának leküzdésére. [111]
A modern taxonómia három területre osztja az életet. Ezeknek a tartományoknak az időzítése bizonytalan. Valószínűleg a baktériumok váltak el először más életformáktól (néha Neomura ), de ez a feltevés vitatható. Nem sokkal ezután, 2 milliárd évvel ezelőtt, [112] a Neomura archaeákra és eukariótákra szakadt . Az eukarióta sejtek (eukarióták) nagyobbak és összetettebbek, mint a prokarióta sejtek (baktériumok és archaeák), és ennek a komplexitásnak az eredete csak most válik ismertté.
Körülbelül ugyanebben az időben jelent meg az első proto-mitokondrium. A modern Rickettsia rokon baktériumsejt [113] , amely az evolúció eredményeként az oxigén-anyagcsere lehetőségére tett szert , bejutott egy nagy prokarióta sejtbe, amelyből ez a lehetőség hiányzott. Lehet, hogy egy nagy sejt megpróbált megemészteni egy kisebbet, de nem sikerült (talán az áldozatban kialakult védelem miatt). Lehet, hogy a kisebb sejt megpróbálta parazitálni a nagyobbat. Mindenesetre a kisebbik sejt túlélte a nagyobbat. Oxigén segítségével metabolizálja a nagy sejt hulladékait, és több energiát termel. Ennek a felesleges energiának egy része visszakerül a gazdához. A kisebb sejt a nagyobb belsejében szaporodik. Hamarosan stabil szimbiózis alakult ki benne a nagy és kis sejtek között. Idővel a gazdasejt megszerezte a kisebb sejt génjeinek egy részét, és a két faj egymástól függővé vált: a nagysejt nem létezhet a kissejt által termelt energia nélkül, amely viszont nem tud fennmaradni a nagy sejt által biztosított anyagok nélkül. sejt. Az egész sejtet ma egyetlen organizmusnak tekintik, a kis sejteket pedig organellumok közé sorolják, és mitokondriumoknak nevezik . [114]
Hasonló eset történt, amikor egy fotoszintetikus cianobaktérium [115] behatolt egy nagy heterotróf sejtbe, és kloroplasztisz lett . [108] :60–61 [116] :536–539 Valószínűleg e változások eredményeként több mint 1 milliárd évvel ezelőtt egy fotoszintézisre képes sejtsor vált el más eukariótáktól. Valószínűleg több ilyen befogadási esemény is volt. A mitokondrium és a kloroplaszt sejtes eredetére vonatkozó jól megalapozott endoszimbiotikus elméletek mellett léteznek olyan elméletek is, amelyek szerint a sejtek behatoltak a peroxiszómákba , a spirocheták a csillókba és a flagellákba , és valószínűleg DNS-vírusok támadták meg a sejtmagot [117] , [ 117] . 118] , bár egyiket sem fogadták el széles körben. [119]
Az archaeák, a baktériumok és az eukarióták sokfélesége tovább növekszik, és egyre összetettebbé és jobban alkalmazkodik környezetükhöz. Minden domén többször is több leszármazásra oszlik, de keveset tudunk az archaea és a baktériumok történetéről. Körülbelül 1,1 Ga-val kialakult a Rodinia szuperkontinens . [120] [121] A növények, állatok és gombák vonalai szétestek, bár továbbra is egysejtként léteztek. Egy részük kolóniában élt, és fokozatosan munkamegosztás kezdődött, például a perifériás sejtek a belső sejtektől eltérő szerepeket kezdtek el betölteni. Bár nem mindig egyértelmű a különbség a speciális sejtekkel rendelkező kolónia és a többsejtű szervezet között, körülbelül 1 milliárd évvel ezelőtt [122] jelentek meg az első többsejtű növények, valószínűleg zöldalgák. [123] Talán körülbelül 900 millió évvel ezelőtt [116] :488 jelentek meg az első többsejtű állatok.
Eleinte valószínűleg modern szivacsokhoz hasonlítottak , amelyekben olyan totipotens sejtek vannak, amelyek lehetővé teszik, hogy újra összeálljanak, amikor a szervezet elpusztul. [116] :483-487 Amikor a munkamegosztás a többsejtű élőlények valamennyi vonalában befejeződött, a sejtek specializálódtak és jobban függnek egymástól, az izolált sejt elpusztul.
Miután 1960 körül kialakult a lemeztektonika elmélete, a geológusok elkezdték rekonstruálni a múltban a kontinensek mozgását és helyzetét. Ez meglehetősen könnyűnek bizonyult egészen 250 millió évvel ezelőttig, amikor is az összes kontinenst összeolvadt a Pangea szuperkontinens . A korábbi korszakok rekonstruálásakor nem lehet a partvonalak nyilvánvaló hasonlóságára vagy az óceáni kéreg korára támaszkodni, hanem csak geológiai megfigyelésekre és paleomágneses adatokra. [64] :95
A Föld történelmének során voltak időszakok, amikor a kontinentális tömegek összeálltak és szuperkontinenssé alakultak . Ezt követően a szuperkontinens felbomlott, és az új kontinensek szétváltak. A tektonikus események ezt az ismétlődését Wilson-ciklusnak nevezik . Minél távolabb van az időben, annál nehezebb az adatok értelmezése. Legalábbis világos, hogy körülbelül 1000-830 millió évvel ezelőtt a kontinentális tömegek nagy része a Rodinia szuperkontinensben egyesült. [124] Nem Rodinia az első szuperkontinens. ~1,0 Ga-t alkotott egy régebbi Nuna vagy Kolumbia nevű szuperkontinens felszakadásából származó töredékek felszaporodásával és ütközésével , amely 2,0-1,8 Ga-t alkotott. [125] [126] Ez azt jelenti, hogy valószínűleg a proterozoikumban is aktív volt a maihoz hasonló lemeztektonikai folyamat.
A Rodinium körülbelül 800 millió évvel ezelőtti összeomlása után lehetséges, hogy a kontinensek körülbelül 550 millió évvel ezelőtt egyesültek újra. A hipotetikus szuperkontinenst néha Pannotiának vagy Vendiának is nevezik. Ennek bizonyítéka a pánafrikai orogén néven ismert kontinentális ütközési szakasz, amely a mai Afrika, Dél-Amerika, az Antarktisz és Ausztrália kontinentális tömegeit egyesítette. Nagyon valószínű azonban, hogy a kontinentális tömegek összesítése nem volt teljes, hiszen a Laurentia nevű kontinens (nagyjából a mai Észak-Amerika) már körülbelül 610 millió évvel ezelőtt elkezdett felbomlani. Legalább annyi bizonyos, hogy a proterozoikum végére a fő kontinentális tömegek a déli pólus körül helyezkedtek el. [127]
A proterozoikum végén a Földön legalább két globális eljegesedési időszak volt, olyan súlyos, hogy az óceán felszíne teljesen befagyhatott. Ez 710 és 640 millió év körül történt Cryogenyben . [128] Ezeket a súlyos eljegesedéseket nehezebb megmagyarázni, mint a korai proterozoikum Hógolyó Földet. A legtöbb paleoklimatológus úgy véli, hogy a hideg időszakok a Rodinia szuperkontinens kialakulásához kapcsolódnak. Mivel Rodinia az egyenlítőnél helyezkedett el, a kémiai mállás sebessége megnőtt, és a szén-dioxid (CO 2 ) távozott a légkörből. Mivel a CO 2 fontos üvegházhatású gáz, az éghajlat lehűl az egész világon. Hasonlóképpen, a Snowball Earth idején a kontinentális felszín nagy részét örökfagy borította, ami ismét csökkentette a kémiai mállást, ami a jegesedés végéhez vezetett. Egy alternatív hipotézis az, hogy a vulkáni tevékenység során elegendő szén-dioxid szabadult fel ahhoz, hogy üvegházhatást váltson ki és növelje a globális hőmérsékletet. [129] Körülbelül ugyanebben az időben Rodinia összeomlása következtében megnövekedett a vulkáni tevékenység.
A Cryogeniust az Ediacaran időszak követte, amelyet az új, többsejtű életformák gyors fejlődése jellemez. [130] Nem világos, hogy van-e összefüggés a globális jégkorszakok vége és az élet sokszínűségének növekedése között, de úgy tűnik, ez az egybeesés nem véletlen. Az Ediacaran élővilágnak nevezett új életformák nagyobbak és változatosabbak voltak, mint valaha. Bár az ediacarai bióta legtöbb életformájának taxonómiája nem tisztázott, néhányuk a modern fajok őse volt. [131] Fontos fejlemény volt az izom- és idegsejtek megjelenése. Az ediacarai kövületek egyikének sem volt kemény testrésze, például csontváz. Először a proterozoikum és a fanerozoikum vagy az ediacari és kambriumi időszak határán jelentek meg.
Ediacaran biotaAz ediakári bióta vagy a vendiai bióta fosszilis élőlényekből álló fauna, amely az Ediacaran időszakban (körülbelül 635-542 millió évvel ezelőtt) lakta a Földet.
Mindannyian a tengerben éltek. Legtöbbjük élesen különbözik az összes többi jelenleg ismert élőlénytől, és titokzatos, lágy testű, többnyire ülő organizmus, csőszerű (és általában elágazó) szerkezettel. Alakjuk szerint sugárszimmetrikusra (korong alakú, táska alakú) és kétoldali eltolással szimmetrikusra (hasonlóan a matracokhoz, faágakhoz, tollakhoz) oszthatók. Az ilyen lényekre a "Vendobionts" [132] gyűjtőfogalmat javasolták ; de szisztematikus helyzetük továbbra is tisztázatlan. Sok paleontológus [133] szerint többsejtű állatok , de olyan típusokhoz tartoznak , amelyek teljesen kihaltak, és nem hagytak utódokat. Ebben az esetben a talált legrégebbi többsejtű lények közé tartoznak (lásd még a kambriumi robbanást ).
Másrészt az ediacarai bióta néhány későbbi képviselője ( Kimberella , Cloudina ) nem olyan, mint a többi, és valószínűleg primitív puhatestűek és soklevelűek . A vendobiontokhoz való viszonyuk mértéke azonban nem ismert.
Az Ediacaran élővilág minden képviselője sokkal primitívebbnek tűnik a következő, kambriumi időszak állataihoz képest ; de a legtöbb kambriumi állatfaj (ízeltlábúak, gerincesek, coelenterates stb.) őseit közöttük feltáró kísérletek még nem jártak sikerrel.
Az Ediacaran élővilág képviselői röviddel a kiterjedt gleccserek olvadása után jelentek meg a kriogén kor végén , de csak később, körülbelül 580 millió évvel ezelőtt terjedtek el. Szinte egy időben haltak ki a kambriumi robbanás kezdetével , amelynek állatai a jelek szerint felváltották az Ediacaran élővilágát. Időnként azonban még a kambrium közepéig (510-500 millió évvel ezelőtt) is találnak ediacarira emlékeztető kövületeket – ezek azonban legjobb esetben is csak egykor virágzó ökoszisztémák maradványai [134] .
A fanerozoikum az élet létezésének fő időszaka a Földön. Három korszakból áll: paleozoikumból , mezozoikumból és kainozoikumból . [4] Ez az az időszak, amikor a többsejtű életformák jelentős mértékben diverzifikálódtak szinte minden ma ismert szervezetté. [135]
A paleozoikum korszaka (ami azt jelenti: a régi életformák korszaka) a fanerozoikum első és leghosszabb korszaka volt, 542-251 millió évig tartott. [4] A paleozoikum idején számos modern élőlénycsoport jelent meg. Az élet gyarmatosította a földet, először a növények, majd az állatok. Az élet általában lassan fejlődött. Időnként azonban hirtelen új fajok jelennek meg, vagy tömeges kihalás történik. Ezeket az evolúciós kitöréseket gyakran olyan természeti katasztrófák következtében fellépő váratlan változások váltják ki, mint a vulkáni tevékenység, a meteoritok hatása vagy az éghajlatváltozás.
A proterozoikum végén a Pannotia és Rodinia kontinensek felbomlása után kialakult kontinensek a paleozoikum idején lassan újra összeállnak. Ez végül a hegyépítés fázisaihoz vezet, és létrehozza a Pangea szuperkontinenst a paleozoikum végén.
A kambrium időszakban (542-488 millió év) megnőtt a fosszilis maradványokban rögzített élet evolúciós üteme. [4] Sok új faj, típus, forma hirtelen megjelenését ebben az időszakban kambriumi robbanásnak nevezik. A biodiverzitás növekedése a kambriumi robbanás során példátlan volt, és nem volt sem korábban, sem azóta. [64] :229 Tekintettel arra, hogy az ediacarai életformák még meglehetősen primitívek voltak, és nem annyira alkalmasak a modern szisztematika számára, a kambrium végén már minden modern típus jelen volt. Az olyan kemény testrészek, mint a kagylók , csontvázak vagy külső vázak fejlődése állatokban, például puhatestűekben , tüskésbőrűekben , krinoidokban és ízeltlábúakban (az alsó paleozoikumból származó ízeltlábúak legismertebb csoportja a trilobitok ) lehetővé tette az ilyen életformák megőrzését és megkövültségét . könnyebb, mint proterozoikum őseiknél. Emiatt sokkal többet tudunk a kambrium utáni életről, mint a régebbi időszakokról. E kambriumi csoportok némelyike összetettnek tűnhet, és jelentősen eltér a modern élettől, mint például az Anomalocaris és a Haikouichthys .
Az első gerincesek a kambriumban jelentek meg , köztük az első halak is . [116] :357 Egy lény, amely a hal őse lehetett, vagy valószínűleg közeli rokonságban állt vele, a Pikaia volt . Primitív notochordja volt, egy olyan szerkezet, amely gerincoszloppá válhatott . Az első állkapcsos hal ( pofák ) az ordovíciumban jelent meg. Az új fülkék gyarmatosítása a testek méretének növekedéséhez vezetett. Így a paleozoikum kezdetén megjelentek a nagy halak, mint például a Dunkleosteus óriásplakoder , amely akár 7 méter hosszúra is megnőhetett.
Az életformák sokfélesége nem nőtt tovább a tömeges kihalások sorozata miatt, amelyeket a biomereknek nevezett széles körben elterjedt biosztratigráfiai egységek határoznak meg. [136] Minden egyes kihalás után a polcterületeket hasonló életformák népesítették be, amelyek máshol nem fejlődhettek ki olyan sikeresen. [137] A kambrium végére a trilobiták elérték legnagyobb diverzitásukat, és szinte az összes fosszilis együttest uralták. [138] :34 A kambrium és az ordovícium közötti határ (a következő időszak, 488-444 millió év) nem kapcsolódik ismert jelentősebb kihalásokhoz. [139] :3
Paleozoikum tektonika, paleogeográfia és éghajlatA proterozoikum végén a Pannotia szuperkontinens több kisebb kontinensre , Laurentiára , Baltikára , Szibériára és Gondwanára szakadt . [140] Abban az időszakban, amikor a kontinensek távolodnak egymástól, a vulkáni tevékenység következtében több óceáni kéreg képződik. Mivel a fiatal vulkáni kéreg viszonylag forró és kevésbé sűrű, mint az idősebb óceáni kéreg, az óceánok feneke megemelkedik ilyen időszakokban. Ez a tengerszint emelkedését okozza. Így a paleozoikum első felében a kontinensek nagy területei a tengerszint alatt voltak.
A korai paleozoikum éghajlata melegebb volt, mint a mai, de az ordovícium végén egy rövid jégkorszak következett, melynek során a déli sarkot, ahol a hatalmas Gondwana kontinens található, gleccserek borították. Az eljegesedés nyomai ebben az időszakban csak Gondwana maradványain találhatók. A késő ordovícium jégkorszaka során számos tömeges kihalás következett be, amelyek következtében számos brachiopoda , trilobit, bryozoa és korall eltűnt. Ezek a tengeri fajok valószínűleg nem tudták megbirkózni a tengervíz hőmérsékletének csökkenésével. [141] Kihalásuk után változatosabb és jobban alkalmazkodó új fajok jelentek meg. Megtöltötték a kihalt fajok által hagyott fülkéket.
450 és 400 millió év között a kaledóniai orogenezis során Laurentia és Baltica kontinense ütközött össze, és létrejött a Laurasia (más néven Euroamerica). [142] Az ütközés következtében létrejött hegyi övek nyomai Skandináviában, Skóciában és az Appalache-szigetek északi részén találhatók. A devon korszakban (416-359 millió év) [4] Gondwana és Szibéria Laurázia felé kezdett elmozdulni. Szibéria és Laurázia ütközése az Urál -hegység kialakulását eredményezte, Gondwana és Laurázia ütközését Európában variszkuszi vagy hercini orogénnek , Észak-Amerikában pedig Alleghenynek nevezik. Az utolsó szakasz a karbon-korszakban (359–299 millió év) [4] zajlott, és az utolsó szuperkontinens, a Pangea kialakulásához vezetett . [65]
TelekalakításA fotoszintézis következtében felhalmozódott oxigén ózonréteg kialakulásához vezetett, amely elnyelte a Nap ultraibolya sugárzásának nagy részét. Így a földet érő egysejtű szervezetek kisebb valószínűséggel haltak meg, a prokarióták pedig szaporodni kezdtek, és jobban alkalmazkodtak a túléléshez a vízből. A prokarióták [143] valószínűleg már 2,6 milliárd évvel ezelőtt [144] lakták a földet az eukarióták megjelenése előtt. A többsejtű élőlények hosszú ideig hiányoztak a szárazföldön. Körülbelül 600 millió évvel ezelőtt alakult ki a Pannotia szuperkontinens, majd 50 millió év után felbomlott. [145] A halak, a legkorábbi gerincesek, körülbelül 530 millió évvel ezelőtt jelentek meg az óceánokban. [116] :354 A fő kambriumi-ordovíciai növények (valószínűleg algákra hasonlítanak) és gombák elkezdtek növekedni a part menti vizekben, majd a szárazföldre kerültek. [146] :138–140 A szárazföldi legrégebbi gomba- és növénykövületek 480-460 millió évre nyúlnak vissza, bár a molekuláris bizonyítékok arra utalnak, hogy a gombák további 1 milliárd évig, a növények pedig 700 millió évvel ezelőtt kolonizálhatták a földet. [147] Eredetileg a vízpart közelében éltek. Aztán a mutációk és változások ennek az új környezetnek a további kolonizációjához vezettek. Nem tudni pontosan, hogy az első állatok mikor hagyták el az óceánt: a legrégebbi, jól bevált ízeltlábúak mintegy 450 millió éve jelentek meg a szárazföldön, [148] valószínűleg a szárazföldi növények által biztosított hatalmas táplálékforrásoknak köszönhetően egyre jobban terjedtek és alkalmazkodtak. Arra is van anekdotikus bizonyíték, hogy az ízeltlábúak már 530 millió évvel ezelőtt megjelentek a szárazföldön. [149]
A tetrapodák evolúciójaAz ordovícium-kor végén, 443 millió évvel ezelőtt [4] új kihalási események következtek be, amelyek valószínűleg a jégkorszakhoz köthetők. [141] Körülbelül 380-375 millió évvel ezelőtt a halak evolúciója vezetett az első tetrapodák megjelenéséhez. [150] Feltételezik, hogy az uszonyok végtagokká fejlődtek, ami lehetővé tette az első tetrapodák számára, hogy felemeljék fejüket a vízből, hogy levegőt lélegezzenek. Ez lehetővé tette számukra, hogy oxigénszegény vízben éljenek, vagy kis zsákmányt kergetjenek a sekély vízbe. [150] Később talán elkezdtek egy rövid időre kijutni a földre. Végül néhányan olyan jól alkalmazkodtak a szárazföldi élethez, hogy felnőtt életüket a szárazföldön kezdték tölteni, és visszatértek a vízbe, hogy lerakják tojásaikat. Így jelentek meg a kétéltűek . Körülbelül 365 millió évvel ezelőtt újabb kihalás következett be, feltehetően a globális lehűlés következtében. [151] A növényekben magvak fejlődtek ki , ami ebben az időben (kb. 360 millió évvel ezelőtt) nagymértékben felgyorsította elterjedését a szárazföldön. [152] [153]
Körülbelül 20 millió évvel később (340 millió évvel ezelőtt [116] :293–296 ) megjelennek a szárazföldre rakható magzatvizes peték, így a tetrapoda embrióknak nagyobb esélyük van a túlélésre. Ennek eredményeként a magzatvíz elvált a kétéltűektől. További 30 millió évvel később (310 millió évvel ezelőtt [116] :254–256 ) szinapszidokra (beleértve az emlősöket is) és szauropszidokra (beleértve a madarakat és hüllőket) osztották fel. Más élőlénycsoportok is tovább fejlődnek, új halak, rovarok, baktériumok stb. vonalai jelentek meg, de erről kevesebb adat áll rendelkezésre.
A permi tömeges kihalásA permi tömeges kihalás – minden idők legnagyobb tömeges kihalása [154] – az öt tömeges kihalás egyike , amely olyan geológiai időszakokat választott el egymástól, mint a perm és a triász , és elválasztja a paleozoikumot a mezozoikumtól , körülbelül 251,4 millió évre [155] . ] ezelőtt. Ez az egyik legnagyobb bioszféra katasztrófa a Föld történetében, amely az összes tengeri faj 96%-ának [33] és a szárazföldi gerinces fajok 70% -ának kihalásához vezetett . A katasztrófa volt a rovarok egyetlen ismert tömeges kipusztulása [156] , amely a teljes rovarosztály nemzetségeinek mintegy 57%-ának és fajainak 83%-ának kipusztulását eredményezte. A fajok ilyen számának és diverzitásának elvesztése miatt a bioszféra helyreállítása sokkal hosszabb ideig tartott, mint más, kihalásokhoz vezető katasztrófák [33] . Vita tárgyát képezik azok a modellek, amelyek alapján a kihalás lezajlott [157] . Különböző tudományos iskolák egy [155] és három [158] kihalási sokkot javasolnak.
A mezozoikum ("középső élet") 251 milliótól 65,5 millió évig tartott [4] . A triász , a jura és a kréta időszakra oszlik . A korszak a perm-triász kihalási eseménnyel kezdődött, amely a fosszilis rekordok legnagyobb tömeges kihalása, a Föld fajainak 95%-a kihalt, [159] és a kréta-paleogén kihalással ért véget, amely kiirtotta a dinoszauruszokat . A perm-triász kihalást a szibériai csapdák kitörése , aszteroida becsapódása, a metán-hidrát elgázosítása , a tengerszint ingadozása, valamint az óceán oxigéntartalmának drámai csökkenése okozhatta. Az élet fennmaradt, és körülbelül 230 millió évvel ezelőtt a dinoszauruszok elváltak őseiktől. [160] A 200 millió évvel ezelőtti triász-jura korszak kihalási eseménye megkerülte a dinoszauruszokat, [4] [161] és hamarosan ők váltak a domináns gerinces csoporttá. És bár az első emlősök ebben az időszakban jelentek meg, valószínűleg kicsi és primitív állatok voltak, amelyek cickányokra emlékeztettek [116] :169 .
180 millió év körül a Pangea Lauráziára és Gondwanára szakadt . A határ a madarak és a nem madár dinoszauruszok között nem egyértelmű, azonban a hagyományosan az egyik első madárnak tartott Archeopteryx körülbelül 150 millió évvel ezelőtt élt [162] . A virágzó (angiosperms) növények megjelenésének legkorábbi bizonyítéka a kréta időszakból származik, körülbelül 20 millió évvel később (132 millió évvel ezelőtt) [163] . A madarakkal való versengés sok pteroszauruszt késztetett a kihalásba, és a dinoszauruszok valószínűleg már hanyatlóban voltak, amikor 65 millió évvel ezelőtt egy 10 km-es aszteroida becsapódott a Földbe a Yucatán-félsziget közelében , ahol jelenleg a Chicxulub -kráter található . Ez az ütközés hatalmas mennyiségű részecskét és gázt bocsátott ki a légkörbe , akadályozva a napfény hozzáférését és a fotoszintézist . A legtöbb nagy állat, köztük a dinoszauruszok is kihaltak [164] , a kréta és a mezozoikum korszak végét jelezve.
DinoszauruszokA dinoszauruszok a szárazföldi gerincesek egy szuperrendje, amely a mezozoikum korszakában több mint 160 millió évig uralta a Földet , a késő triász időszaktól (kb. 225 millió évvel ezelőtt [165] ) a kréta időszak végéig (körülbelül 65 millió évvel ezelőtt ). ), amikor ezek többsége a kréta és a harmadidőszak találkozásánál kezdett kihalni az állatok és számos növényfaj nagymértékű kihalása során a történelem viszonylag rövid geológiai időszakában. A bolygó minden kontinensén találtak dinoszaurusz-kövületeket [166] . Több mint 500 különböző nemzetséget [167] és több mint 1000 különböző fajt [168] írtak le a paleontológusok , amelyeket egyértelműen két csoportra osztanak – a madárdinoszauruszokra és a gyíkdinoszauruszokra.
Triász kihalásA triász-jura kihalási esemény jelöli ki a határt a triász és a jura időszak között 199,6 millió évvel ezelőtt, és a mezozoikum korszak egyik legnagyobb kihalása , amely mélyen érinti a földi és az óceáni életet.
Kréta-paleogén kihalásA kréta -paleogén kihalás - az öt úgynevezett "nagy tömeges kihalás " egyike, a kréta és a paleogén időszak határán, körülbelül 65 millió évvel ezelőtt. Nincs egyetértés abban, hogy ez a kihalás fokozatos vagy hirtelen volt-e, ami jelenleg a kutatás tárgya. [169] [170]
Ennek a tömeges kihalásnak a része volt a dinoszauruszok kihalása. A dinoszauruszok, a tengeri hüllők ( mozasauruszok és plesioszauruszok ) és a repülő pangolinok mellett sok puhatestű, köztük az ammonitok , belemnitek és sok kis alga is kihalt. Összességében a tengeri állatcsaládok 16%-a (a tengeri állatnemzetségek 47%-a) és a szárazföldi gerinces családok 18%-a pusztult el.
A legtöbb növény és állat azonban túlélte ezt az időszakot. Például a szárazföldi hüllők, mint a kígyók , teknősök , gyíkok , és a vízi hüllők , például a krokodilok nem haltak ki . Az ammoniták legközelebbi rokonai, a nautilusok túlélték, csakúgy, mint a madarak , emlősök , korallok és szárazföldi növények .
Feltehetően egyes dinoszauruszok ( Triceratops , theropodák stb.) a paleogén kezdetén több millió évig léteztek Észak-Amerika nyugati részén és Indiában , miután más helyeken kihaltak [171] .
A kainozoikum korszak 65,6 millió évvel ezelőtt kezdődött [4] , és a paleogén, a neogén és a negyedidőszakra oszlik. Az emlősök és a madarak túlélték a kréta-paleogén kihalási eseményt, amely kiirtotta a dinoszauruszokat és sok más életformát, és ebben a korszakban fejlődtek modern fajukká.
Az emlősök fejlődéseAz emlősök a késő triász kortól léteztek, de egészen a kréta-paleogén kihalásig kicsik és primitívek maradtak. A kainozoikum idején az emlősök sokfélesége gyorsan növekedett, hogy betöltsék a dinoszauruszok és más kihalt állatok által hagyott réseket . Ők lettek a domináns gerincesek, és számos modern faj jelent meg. Számos tengeri hüllő kihalása miatt néhány emlős élni kezdett az óceánokban, például a cetek és az úszólábúak . Mások macskafélékké és kutyafélékké , gyors és mozgékony szárazföldi ragadozókká váltak. A kainozoikum idején a száraz globális éghajlat a legelők terjeszkedéséhez és patás emlősök, például lovak és szarvasmarhafélék megjelenéséhez vezetett . Más emlősök alkalmazkodtak a fákon való élethez, és főemlősökké váltak , amelyek egyik leszármazottja a modern emberhez vezetne.
Az emberi evolúcióEgy körülbelül 6 millió évvel ezelőtt élt kis afrikai majom volt az utolsó olyan állat, amelynek leszármazottai a mai ember és legközelebbi rokonai, a csimpánzok is voltak . [116] :100–101 Családfájának csak két ágának vannak túlélő leszármazottai. Röviddel a hasadás után, máig tisztázatlan okokból, az egyik ágból származó majmok képesek voltak a hátsó végtagjaikon járni. [116] :95–99 Az agy mérete gyorsan nőtt, és az első homokba sorolt állatok körülbelül 2 millió évvel ezelőtt jelentek meg . [146] :300 Természetesen a különböző fajok, sőt nemzetségek közötti határvonal némileg önkényes, mivel az élőlények generációkon keresztül folyamatosan változnak. Körülbelül ugyanebben az időben egy másik ág is ősi csimpánzokra és ősi bonobókra szakadt , ami azt mutatja, hogy az evolúció minden életformában egyidejűleg folytatódik. [116] :100–101
A tűz irányításának képessége valószínűleg a Homo erectusban (vagy Homo erectusban ) legalább 790 ezer évvel ezelőtt [172] , de valószínűleg 1,5 millió évvel ezelőtt is megjelent. [116] :67 Az ellenőrzött tűz felfedezése és használata már a Homo erectus előtt is megtörténhetett. Lehetséges, hogy a tüzet a korai felső paleolitikumban ( olduvi kultúra ) kezdték használni a Homo habilis vagy akár az Australopithecus hominidák , mint például a Paranthropus . [173]
Nehezebb megállapítani a nyelv eredetét, nem világos, hogy a Homo erectus tudott-e beszélni, vagy nem volt-e ilyen lehetőség a Homo sapiens megjelenése előtt . [116] :67 Ahogy nőtt az agy mérete, a babák korábban születtek, mielőtt a fejük túl nagy volt ahhoz, hogy átférjen a medencén . Ennek eredményeként nagyobb plaszticitást mutatnak, ezért fokozott a tanulási képességük, és hosszabb ideig kell függniük szüleiktől. A szociális készségek összetettebbé váltak, a nyelv kifinomultabb, az eszközök kidolgozottabbak lettek. Ez további együttműködéshez és szellemi fejlődéshez vezetett. [174] :7 A modern emberek (Homo sapiens) a feltételezések szerint körülbelül 200 000 évvel ezelőtt vagy korábban jelentek meg Afrikában; a legrégebbi kövületek mintegy 160 ezer évesek. [175]
Az első emberek, akik a spiritualitás jeleit mutatták, a neandervölgyiek voltak (általában külön fajnak minősülnek, és nincsenek túlélő leszármazottai). Eltemették halottaikat, gyakran élelem vagy szerszám nélkül. [176] :17 A bonyolultabb hiedelmekre vonatkozó bizonyítékok azonban, mint például a korai Cro-Magnon barlangfestmények (lehet, hogy mágikus vagy vallási jelentőségűek) [176] :17–19 , nem bukkannak fel Kr.e. 32. évezred előtt. e. [177] A cro -magnoniak kőfigurákat is hagytak hátra, mint például a Willendorfi Vénusz , amelyek szintén valószínűleg vallási hiedelmeket képviselnek. [176] :17–19 11 000 évvel ezelőtt a Homo sapiens elérte Dél-Amerika déli csücskét, az utolsó lakatlan kontinenst (kivéve az Antarktiszt, amely 1820-ig feltáratlan maradt). [178] Az eszközök használata és a kommunikáció folyamatosan javul, az interperszonális kapcsolatok pedig összetettebbé váltak.
CivilizációTörténetük több mint 90%-a során az emberek kis csoportokban éltek nomád vadászó-gyűjtögetőként. [174] :8 A nyelv egyre bonyolultabbá válásával lehetővé vált az információk emlékezése és közlése egy új médium: a mém segítségével . [179] Lehetővé vált az eszmék gyors cseréje és nemzedékről nemzedékre való továbbadása. A kulturális evolúció gyorsan megelőzi a biológiai evolúciót, kezdődik az emberiség története . i.e. 8500 és 7000 között e. a Közel-Kelet termékeny félholdján élő emberek megkezdték a növények és állatok szisztematikus tenyésztését. Megjelent a mezőgazdaság. [180] Elterjedt a szomszédos vidékekre, vagy önállóan másutt is megjelent, mígnem a Homo sapiens többsége állandó paraszti telepeken kezdett letelepedett életmódot folytatni. Nem minden társadalom hagyta el a nomád életmódot, különösen a földgömb távoli területein, ahol hiányoztak a termesztett növényfajok, például Ausztráliában. [181] Azokban a civilizációkban azonban, amelyek elfogadták a mezőgazdaságot, a viszonylagos stabilitás és a megnövekedett élelmiszer-termelékenység lehetővé tette a népesség növekedését.
A mezőgazdaságnak nagy hatása volt, az emberek úgy kezdték befolyásolni a környezetet, mint még soha. A munkamegosztás fokozódása és az élelmiszertöbblet papi vagy uralkodó osztály kialakulásához vezetett. Ez vezetett az első földi civilizáció kialakulásához a Közel-Keleten, Sumerben, ie 4000 és 3000 között . e. [174] :15 Civilizációk az ókori Egyiptomban , az Indus-völgyben és Kínában alakultak ki . Az írás feltalálásával komplex társadalmak váltak lehetővé, kézirattárak és könyvtárak szolgálták a tudás megőrzését és a kulturális információcsere fokozását. Az embereknek már nem kell minden idejüket a túlélésért való küzdelemmel tölteni, a kíváncsiság és a megvilágosodás felkeltette a tudás és a bölcsesség iránti vágyat.
Különféle tudományágak jelentek meg, köztük a tudomány (primitív formában). Új civilizációk jelennek meg, kereskednek egymással és harcolnak a területekért és az erőforrásokért. Hamarosan megalakultak az első birodalmak . Kr.e. 500 körül e. fejlett civilizációk léteztek a Közel-Keleten, Iránban, Indiában, Kínában és Görögországban, amelyek időnként terjeszkedtek, végül pusztulásba estek. [174] :3 A nyugati világ alapjait nagyrészt az ókori görög-római kultúra határozza meg . A Római Birodalmat a IV. század elején Konstantin császár térítette fel a keresztény hitre , és az 5. század végére hanyatlásnak indult. A hetedik századtól megindult Európa keresztényesítése. 1054 -ben i.sz. e. A római katolikus és a keleti ortodox egyház közötti nagy szakadás kulturális különbségeket teremtett Nyugat- és Kelet-Európa között.
A tizennegyedik században megkezdődött a reneszánsz Olaszországban a vallás, a művészet és a tudomány fejlődésével. [174] :317–319 Ez idő alatt a keresztény egyház mint politikai szervezet veszített hatalmából. Az európai civilizáció az 1500-as évek elején kezdett megváltozni, ami tudományos és ipari forradalmakhoz vezetett. Európa politikai és kulturális dominanciát kezdett gyakorolni az emberi társadalmak felett az egész bolygón, ezt az időszakot a gyarmatosítás korának nevezik (lásd még : A felfedezés kora ). [174] :295–299 A tizennyolcadik században a felvilágosodás koraként ismert kulturális mozgalom alakította Európa mentalitását, és hozzájárult annak szekularizációjához . 1914-től 1918-ig és 1939-től 1945-ig a világ országai részt vettek a világháborúkban. A Népszövetség létrehozása az első világháború után volt az első lépés a viták békés megoldását szolgáló nemzetközi intézmények létrehozásában. A második világháború megakadályozására tett sikertelen kísérlet után az Egyesült Nemzetek Szervezete váltotta fel . 1992-ben számos európai ország csatlakozott az Európai Unióhoz . A közlekedés és a kommunikáció javult, és a világ országainak gazdasága és politikai élete egyre inkább összekapcsolódik. Ez a globalizáció gyakran konfliktusokhoz és együttműködéshez is vezet.
Legutóbbi eseményekAz 1940 -es évek közepétől napjainkig az emberiség tudományos és technológiai fejlődése , az űrkutatás és más változások gyors ütemben felgyorsultak . A kommunikációs és közlekedési technológia fejlődése által vezérelt gazdasági globalizáció a világ számos részén hatással van a mindennapi életre. A világ népességének növekedésével a fő nehézségek és problémák, mint például a betegségek, a háborúk, a szegénység, az erőszakos radikalizmus és az utóbbi időben az ember okozta éghajlatváltozás nőtt.
Az emberiség globális problémákkal néz szembe , amelyek megoldása az emberiség társadalmi fejlődésén és a civilizáció megőrzésén múlik. A globális problémák közé tartozik a katasztrofális környezetszennyezés , a biodiverzitás csökkenése , az erőforrások kimerülése, a globális felmelegedés , az aszteroidaveszély és így tovább.
föld | ||
---|---|---|
A Föld története | ||
A Föld fizikai tulajdonságai | ||
A Föld héjai | ||
Földrajz és geológia | ||
Környezet | ||
Lásd még | ||
|