Istoria vieții de pe Pământ urmărește procesele prin care au evoluat organismele vii și fosile, de la cea mai timpurie apariție a vieții și până în prezent. Pământul s-a format în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani și dovezile sugerează că viața a apărut acum mai mult de 3,7 miliarde de ani. (Deși există unele dovezi ale vieții încă de acum 4,1-4,28 miliarde de ani, lucrul rămâne controversat din cauza posibilei formări non-biologice a fosilelor pretinse.) Asemănările dintre toate speciile cunoscute din prezent indică faptul că provin prin procesul de evoluție de la un strămoș comun. Aproximativ 1 trilion de specii trăiesc în prezent pe Pământ din care doar 1,75-1,8 milioane au fost denumite "A version of this article appears in print on Nov. 9, 2014, Section SR, Page 6 of the New York edition with the headline: Prehistory’s Brilliant Future." și 1,8 milioane documentate într-o bază de date centrală. Aceste specii vii în prezent reprezintă mai puțin de un procent din toate speciile care au trăit vreodată pe Pământ.
Cele mai vechi dovezi ale vieții provin din semnături de carbon biogene și fosile de stromatolite descoperite în roci metasedimentare vechi de 3,7 miliarde de ani din vestul Groenlandei. În 2015, posibile „rămășițe ale vieții biotice” au fost găsite în roci vechi de 4,1 miliarde de ani din Australia de Vest. În martie 2017, s-au raportat dovezi ale celor mai vechi forme de viață de pe Pământ sub formă de microorganisme fosilizate descoperite în ventilațiile hidrotermale din centura Nuvvuagittuq din Quebec, Canada, care ar fi putut trăi încă de acum 4,28 miliarde de ani, nu cu mult timp după formarea oceanelor (în urmă cu 4,4 miliarde de ani) și nu cu mult după formarea Pământului cu 4,54 miliarde de ani în urmă. "A version of this article appears in print on March 2, 2017, Section A, Page 9 of the New York edition with the headline: Artful Squiggles in Rocks May Be Earth’s Oldest Fossils."
Covorele microbiene de bacterii și arhee coexistente au fost forma dominantă de viață în Arhaicul timpurie și se crede că multe dintre etapele majore ale evoluției timpurii au avut loc în acest mediu. Evoluția fotosintezei, acum aproximativ 3,5 miliarde de ani, a condus în cele din urmă la acumularea de produs rezidual, oxigen, în atmosferă, ceea ce duce la evenimentul de Marea Oxigenare, care începe acum aproximativ 2,4 miliarde de ani. Cele mai vechi dovezi ale eucariotelor (celule complexe cu organit celular) datează de acum 1,85 miliarde de ani, și, deși este posibil să fi fost prezente mai devreme, diversificarea lor s-a accelerat când au început să utilizeze oxigen în metabolismul lor. Mai târziu, acum aproximativ 1,7 miliarde de ani, au început să apară organisme multicelulare, celulele diferențiate îndeplinind funcții specializate.
Reproducerea sexuală, care implică fuziunea celulelor reproductive masculine și feminine (gameți) pentru a crea un zigot într-un proces numit fertilizare este, spre deosebire de reproducerea asexuată, principala metodă de reproducere pentru marea majoritate a organismelor macroscopice, inclusiv aproape toate eucariotele (care includ animale și plante). Cu toate acestea, originea și evoluția reproducerii sexuale rămân un puzzle pentru biologi, ea evoluând dintr-un strămoș comun care era o specie eucariotă unicelulară. Taxonul Bilateria, animale având partea stângă și dreapta, care sunt imagini oglindite una cu cealaltă, a apărut acum 555 milioane de ani în urmă.
Plantele terestre multicelulare asemănătoare algelor datează chiar de acum aproximativ 1 miliard de ani, deși dovezile sugerează că microorganismele au format primele ecosisteme terestre, acum cel puțin 2,7 miliarde de ani. Se crede că microorganismele au pregătit calea pentru început a plantelor terestre în perioada Ordoviciană. Plantele terestre au avut un succes atât de mare încât se crede că au contribuit la extincția din Devonianul târziu. (Lanțul cauzal lung pare să implice succesul copacilor archaeopteris timpurii (1) care a dus la scăderea nivelului de CO2, ducând la răcirea globală și scăderea nivelului mării, (2) rădăcinile de archaeopteris au favorizat dezvoltarea solului, ceea ce a sporit dezagregarea stâncilor, iar scurgerea ulterioară a nutrienților ar fi putut declanșa înflorirea algelor, rezultând evenimente anoxice care au provocat moartea vieții marine. Speciile marine au fost primele victime ale extincției devoniene târzii).
Acum aproximativ 600 de milioane de ani a apărut fauna din Ediacaran în timp ce vertebratele, împreună cu majoritatea celorlalte încrengături moderne, au apărut acum aproximativ 525 milioane de ani în timpul Exploziei cambriene. În Permian, sinapsidele, inclusiv strămoșii mamiferelor, au dominat uscatul, dar cea mai mare parte a acestui grup a dispărut în timpul extincției din Permian-Triasic acum 252 milioane de ani. În timpul recuperării după această catastrofă, arheozaurii au devenit cele mai abundente vertebrate terestre; un grup de arheozauri, dinozaurii, au dominat perioadele Jurasic și Cretacic. După ce extincția Cretacic-Paleogen (acum 66 milioane de ani) a ucis dinozaurii non-aviari, mamiferele s-au dezvoltat rapid ca mărime și diversitate. Astfel de extincții în masă ar fi putut accelera evoluția oferind oportunități pentru diversificarea noilor grupuri de organisme.
Istoria timpurie a Pământului
Cele mai vechi fragmente de meteorit găsite pe Pământ au o vechime de aproximativ 4,54 miliarde de ani; acest lucru, combinat în primul rând cu datarea depozitelor antice de plumb, plasează vârsta estimată a Pământului la această vechime. Luna are aceeași compoziție ca și crusta Pământului, dar nu conține un nucleu bogat în fier ca Terra. Mulți oameni de știință cred că la 40 de milioane de ani de la formarea Pământului, Luna s-a ciocnit cu un corp de mărimea planetei Marte, aruncând pe orbită crusta care a format Luna. O altă ipoteză este că Pământul și Luna au început să se formeze în același timp, dar Pământul, având o gravitație mult mai puternică decât Luna timpurie, a atras aproape toate particulele de fier din zonă.
Până în 2001, cele mai vechi roci găsite pe Pământ aveau o vechime de aproximativ 3,8 miliarde de ani, determinându-i pe oamenii de știință să estimeze că suprafața Pământului fusese topită până atunci. În consecință, ei au numit această parte a istoriei Pământului Hadean. Totuși, analiza zirconiului format acum 4,4 miliarde de ani indică faptul că scoarța Pământului s-a solidificat la aproximativ 100 de milioane de ani de la formarea planetei și că planeta a dobândit rapid oceanele și o atmosferă, care ar fi fost capabile să susțină viața.
Dovezile de pe Lună indică faptul că în perioada de acum 4 până la 3,8 miliarde de ani în urmă a suferit Marele bombardament târziu de resturi care au rămas de la formarea Sistemului Solar, iar Pământul ar fi trebuit să experimenteze un bombardament și mai mare din cauza gravitației sale mai puternice. Deși nu există dovezi directe ale condițiilor de pe Pământ de acum 4-3,8 miliarde de ani, nu există nici un motiv să credem că Pământul nu a fost, de asemenea, afectat de acest bombardament intens târziu. Este posibil ca acest eveniment să fi eliminat orice atmosferă și oceane anterioare; în acest caz, gazele și apa din cometele de impact ar fi contribuit la înlocuirea lor, iar degazarea de la vulcanii de pe Pământ ar fi furnizat cel puțin jumătate. Cu toate acestea, dacă viața microbiană subterană ar fi evoluat până în acest moment, ar fi supraviețuit bombardamentului.
Cele mai vechi dovezi ale vieții pe Pământ
Cele mai vechi organisme identificate au fost minuscule și relativ fără caracteristici, iar fosilele lor arată ca niște tije mici, care sunt foarte greu de distins de structurile care apar prin procese fizice abiotice. Cea mai veche dovadă incontestabilă a vieții pe Pământ, interpretată ca bacterii fosilizate, datează de acum 3 miliarde de ani. Alte descoperiri din roci datate acum aproximativ 3,5 miliarde de ani au fost interpretate ca bacterii, cu dovezi geochimice care par, de asemenea, să arate prezența viață acum 3,8 miliarde de ani. Totuși, aceste analize au fost atent examinate și s-au găsit procese non-biologice care ar putea produce toate „semnăturile vieții” care au fost raportate. Deși acest lucru nu dovedește că structurile găsite au avut o origine non-biologică, ele nu pot fi luate ca dovezi clare ale prezenței vieții. Semnăturile geochimice din roci depuse acum 3,4 miliarde de ani au fost interpretate ca dovezi pentru viață, deși aceste afirmații nu au fost examinate cu atenție de către critici.
Dovezi pentru microorganismele fosilizate considerate vechi de 3,77 miliarde până la 4,28 miliarde de ani au fost găsite în Centura Greenstone Nuvvuagittuq din Quebec, Canada, deși dovezile sunt contestate ca neconcludente.
Origini ale vieții pe Pământ
Biologii consideră că toate organismele vii de pe Pământ trebuie să aibă un singur ultim strămoș universal, deoarece ar fi practic imposibil ca două sau mai multe descendențe separate să fi dezvoltat independent numeroasele mecanisme biochimice complexe comune tuturor organismelor vii.
Apariția independentă a vieții pe Pământ
Viața pe Pământ se bazează pe carbon și apă. Carbonul oferă cadre stabile pentru substanțele chimice complexe și poate fi extras cu ușurință din mediu, în special din dioxidul de carbon. Nu există nici un alt element chimic ale cărui proprietăți să fie suficient de similare cu cele ale carbonului pentru a fi numit analog; siliciul, elementul direct sub carbon în tabelul periodic, nu formează foarte multe molecule stabile complexe și pentru că majoritatea compușilor săi sunt insolubili în apă și pentru că dioxidul de siliciu este un solid dur și abraziv în contrast cu dioxidul de carbon la temperaturi asociate cu ființele vii, ar fi mai dificil de extras de către organisme.
Elementele bor și fosfor au chimii mai complexe, dar suferă de alte limitări în raport cu carbonul. Apa este un solvent excelent și are alte două proprietăți utile: faptul că gheața plutește permite organismelor acvatice să supraviețuiască sub ea în timpul iernii, iar moleculele sale au capete negative și pozitive din punct de vedere electric, ceea ce îi permite să formeze o gamă mai largă de compuși decât pot face alți solvenți. Alți solvenți buni, cum ar fi amoniacul, sunt lichizi numai la temperaturi atât de scăzute încât reacțiile chimice ar fi prea lente pentru a susține viața și nu au alte avantaje ale apei. Organismele bazate pe biochimie alternativă pot fi totuși posibile pe alte planete.
Cercetările asupra modului în care ar fi putut apărea viața din substanțele chimice non-vii se concentrează pe trei puncte de plecare posibile: autoreplicare, capacitatea unui organism de a produce descendenți care sunt foarte asemănători cu el însuși; metabolismul, capacitatea sa de a se hrăni și de a se repara; și membranele celulare externe, care permit pătrunderea hranei și ieșirea deșeurilor, dar exclud substanțele nedorite. Cercetările privind abiogeneza mai au încă un drum lung de parcurs, deoarece abordările teoretice și empirice abia au început să intre în contact.
Mai întâi replicare: lumea ARN
Chiar și cei mai simpli membri ai celor trei domenii moderne ale vieții folosesc ADN-ul pentru a-și înregistra „rețetele” și o serie complexă de molecule de ARN și proteine pentru a „citi” aceste instrucțiuni și a le folosi pentru creștere, întreținere și autoreplicare. Descoperirea că unele molecule de ARN pot cataliza atât propria lor replicare, cât și construirea proteinelor a dus la ipoteza unor forme de viață anterioare bazate în întregime pe ARN. Aceste ribozime ar fi putut forma o lume ARN în care existau indivizi, dar nu și specii, mutațiile și transferuri orizontale de gene ar fi însemnat că descendenții din fiecare generație erau destul de predispuși să aibă genomuri diferite de