История Земли касается развития планеты Земля от ее образования до наших дней. [1] [2] Почти все отрасли естествознания внесли свой вклад в понимание основных событий прошлого Земли, характеризующихся постоянными геологическими изменениями и биологической эволюцией .
Геологическая шкала времени (GTS), как она определена международной конвенцией, [3] отражает большие промежутки времени от зарождения Земли до настоящего времени, а ее подразделения отражают некоторые важные события в истории Земли. (На рисунке Ма означает «миллион лет назад».) Земля образовалась около 4,54 миллиарда лет назад, примерно в треть возраста Вселенной , в результате аккреции из солнечной туманности . [4] [5] [6] Вулканическое выделение газа , вероятно, создало первичную атмосферу , а затем и океан, но ранняя атмосфера почти не содержала кислорода . Большая часть Земли расплавилась из-за частых столкновений с другими телами, что привело к сильнейшему вулканизму. Когда Земля находилась на своей самой ранней стадии ( Ранняя Земля ), считается, что в результате гигантского ударного столкновения с телом размером с планету по имени Тейя образовалась Луна. Со временем Земля остыла, что привело к образованию твердой коры и появлению жидкой воды на поверхности. В июне 2023 года ученые сообщили о доказательствах того, что планета Земля могла сформироваться всего за три миллиона лет, что намного быстрее, чем предполагалось ранее за 10–100 миллионов лет. [7] [8]
Гадейский эон представляет собой время до появления надежных (ископаемых) свидетельств жизни; оно началось с образованием планеты и закончилось 4,0 миллиарда лет назад. Последующие архейский и протерозойский эоны привели к зарождению жизни на Земле и ее самой ранней эволюции . Последующий эон — фанерозой , разделенный на три эры: палеозой , эпоху членистоногих, рыб и первой жизни на суше; мезозойский период , который охватывал возникновение, господство и решающее вымирание нептичьих динозавров; и кайнозой , когда появились млекопитающие. Узнаваемые люди появились самое большее 2 миллиона лет назад — исчезающе малый период в геологическом масштабе.
Самые ранние неоспоримые свидетельства существования жизни на Земле датируются по крайней мере 3,5 миллиарда лет назад, [9] [10] [11] во время Эоархейской эры, после того как геологическая кора начала затвердевать после более раннего расплавленного Гадейского эона . Существуют окаменелости микробного мата , такие как строматолиты , обнаруженные в песчанике возрастом 3,48 миллиарда лет, обнаруженном в Западной Австралии . [12] [13] [14] Другими ранними физическими свидетельствами биогенного вещества являются графит в метаосадочных породах возрастом 3,7 миллиарда лет, обнаруженных на юго-западе Гренландии [15], а также «остатки биотической жизни », обнаруженные 4,1 миллиарда лет назад. -старые скалы в Западной Австралии. [16] [17] По мнению одного из исследователей, «Если бы жизнь возникла на Земле сравнительно быстро… то она могла бы быть обычным явлением во Вселенной ». [16]
Фотосинтезирующие организмы появились между 3,2 и 2,4 миллиарда лет назад и начали обогащать атмосферу кислородом. Жизнь оставалась в основном маленькой и микроскопической до тех пор, пока примерно 580 миллионов лет назад не возникла сложная многоклеточная жизнь , которая развивалась с течением времени и достигла кульминации в Кембрийском взрыве около 538,8 миллионов лет назад. Это внезапное разнообразие форм жизни привело к появлению большинства основных типов, известных сегодня, и отделило протерозойский эон от кембрийского периода палеозойской эры. По оценкам, 99 процентов всех видов, когда-либо живших на Земле, а это более пяти миллиардов, [ 18] вымерли . [19] [20] По оценкам, количество современных видов на Земле варьируется от 10 до 14 миллионов, [21] из которых около 1,2 миллиона задокументированы, но более 86 процентов не описаны. [22]
Земная кора постоянно менялась с момента ее образования, как и жизнь с момента ее первого появления. Виды продолжают развиваться , принимая новые формы, разделяясь на дочерние виды или вымирая в условиях постоянно меняющейся физической среды. Процесс тектоники плит продолжает формировать континенты и океаны Земли, а также жизнь, которую они питают.
В геохронологии время обычно измеряется в млн лет назад (миллионы лет назад), причем каждая единица представляет период примерно в 1 000 000 лет назад. История Земли разделена на четыре великих эона , начиная с 4540 млн лет назад с момента образования планеты. Каждый эон сопровождался наиболее значительными изменениями в составе, климате и жизни Земли. Каждый эон впоследствии делится на эры , которые, в свою очередь, делятся на периоды , которые далее делятся на эпохи .
Историю Земли можно организовать в хронологическом порядке в соответствии с геологической шкалой времени , которая разделена на интервалы на основе стратиграфического анализа. [2] [23] Следующие пять временных шкал показывают геологическую временную шкалу в масштабе. Первый показывает все время от образования Земли до настоящего времени, но он оставляет мало места для самого последнего эона. Вторая временная шкала показывает расширенное представление о последнем эоне. Аналогичным образом самая последняя эпоха расширяется на третьей временной шкале, самый последний период расширяется на четвертой временной шкале, а самая последняя эпоха расширяется на пятой временной шкале.
Горизонтальный масштаб: миллионы лет (над временной шкалой) / тысячи лет (ниже временной шкалы).
Стандартной моделью формирования Солнечной системы (включая Землю ) является гипотеза солнечной туманности . [24] В этой модели Солнечная система образовалась из большого вращающегося облака межзвездной пыли и газа, называемого солнечной туманностью . Он состоял из водорода и гелия , образовавшихся вскоре после Большого взрыва 13,8 млрд лет назад (миллиарды лет назад), и более тяжелых элементов , выброшенных сверхновыми . Около 4,5 млрд лет назад туманность начала сокращаться, что, возможно, было вызвано ударной волной от ближайшей сверхновой . [25] Ударная волна также заставила бы туманность вращаться. Когда облако начало ускоряться, его угловой момент , гравитация и инерция сплющили его в протопланетный диск, перпендикулярный его оси вращения. Небольшие возмущения из-за столкновений и углового момента других крупных обломков создали средства, с помощью которых начали формироваться протопланеты километрового размера, вращающиеся вокруг центра туманности. [26]
Центр туманности, не обладавший большим угловым моментом, быстро схлопнулся, сжатие нагревало его до тех пор, пока не начался ядерный синтез водорода в гелий. После дальнейшего сжатия звезда Т Тельца зажглась и превратилась в Солнце . Тем временем во внешней части туманности гравитация вызвала конденсацию материи вокруг возмущений плотности и частиц пыли, а остальная часть протопланетного диска начала разделяться на кольца. В процессе, известном как безудержная аккреция , все более крупные фрагменты пыли и мусора слипались вместе, образуя планеты. [26] Земля образовалась таким образом около 4,54 миллиарда лет назад (с погрешностью 1%) [27] [28] [4] и была в основном завершена в течение 10–20 миллионов лет. [29] В июне 2023 года ученые сообщили о доказательствах того, что планета Земля могла сформироваться всего за три миллиона лет, что намного быстрее, чем предполагалось ранее за 10–100 миллионов лет. [7] [8] Тем не менее, солнечный ветер недавно сформировавшейся звезды Т Тельца очистил большую часть материала диска, который еще не конденсировался в более крупные тела. Ожидается, что тот же процесс создаст аккреционные диски практически вокруг всех вновь образующихся звезд во Вселенной, некоторые из которых дадут планеты . [30]
ПротоЗемля росла путем аккреции, пока ее недра не стали достаточно горячими, чтобы расплавить тяжелые сидерофильные металлы . Имея более высокую плотность , чем силикаты, эти металлы тонули. Эта так называемая железная катастрофа привела к разделению примитивной мантии и (металлического) ядра всего через 10 миллионов лет после начала формирования Земли, создав слоистую структуру Земли и положив начало формированию магнитного поля Земли . [31] Дж. Джейкобс [32] был первым, кто предположил, что внутреннее ядро Земли — твердый центр, отличный от жидкого внешнего ядра — замерзает и вырастает из жидкого внешнего ядра из-за постепенного охлаждения недр Земли (около 100 градусов). Цельсия на миллиард лет [33] ).
Первый эон в истории Земли, Гадейский , начинается с формирования Земли, за ним следует архейский эон 3,8 млрд лет назад . пород примерно до 4,4 млрд лет, [34] [35] [36] вскоре после образования земной коры и самой Земли. Гипотеза гигантского удара о формировании Луны гласит, что вскоре после образования первоначальной коры на прото-Землю столкнулась меньшая протопланета, которая выбросила часть мантии и коры в космос и создала Луну. [37] [38] [39]
На основе подсчета кратеров на других небесных телах можно сделать вывод, что период интенсивных ударов метеоритов, названный Поздней тяжелой бомбардировкой , начался около 4,1 млрд лет назад и завершился около 3,8 млрд лет назад, в конце Гадея. [40] Кроме того, вулканизм был серьезным из-за большого теплового потока и геотермического градиента . [41] Тем не менее, обломочные кристаллы циркона, датированные 4,4 млрд лет, свидетельствуют о контакте с жидкой водой, что позволяет предположить, что в то время на Земле уже были океаны или моря. [34]
К началу архея Земля значительно остыла. Современные формы жизни не могли выжить на поверхности Земли, поскольку в архейской атмосфере не хватало кислорода, а значит, не было озонового слоя , блокирующего ультрафиолет. Тем не менее, считается, что первичная жизнь начала развиваться в раннем архее, а окаменелости - кандидаты датируются примерно 3,5 млрд лет назад . возможный период поздней тяжелой бомбардировки гидротермальных источников под поверхностью Земли. [43]
Единственный естественный спутник Земли , Луна, по размеру относительно своей планеты больше, чем любой другой спутник Солнечной системы. [nb 1] Во время программы «Аполлон» на Землю были доставлены камни с поверхности Луны. Радиометрическое датирование этих пород показывает, что возраст Луны составляет 4,53 ± 0,01 миллиарда лет, [46] она образовалась как минимум через 30 миллионов лет после Солнечной системы. [47] Новые данные свидетельствуют о том, что Луна образовалась еще позже, 4,48 ± 0,02 млрд лет назад, или через 70–110 миллионов лет после начала Солнечной системы. [48]
Теории образования Луны должны объяснить ее позднее образование, а также следующие факты. Во-первых, Луна имеет низкую плотность (в 3,3 раза больше плотности воды по сравнению с 5,5 у Земли [49] ) и небольшое металлическое ядро. Во-вторых, Земля и Луна имеют одинаковую изотопную характеристику кислорода (относительное содержание изотопов кислорода). Из теорий, предложенных для объяснения этих явлений, широко распространена одна: гипотеза гигантского удара предполагает, что Луна возникла после того, как тело размером с Марс (иногда называемое Тейей [47] ) нанесло скользящий удар по прото-Земле. [1] : 256 [50] [51]
Столкновение высвободило примерно в 100 миллионов раз больше энергии, чем недавнее столкновение с Чиксулубом , которое, как полагают, привело к вымиранию нептичьих динозавров. Этого было достаточно, чтобы испарить некоторые внешние слои Земли и расплавить оба тела. [50] [1] : 256 Часть мантийного материала была выброшена на орбиту вокруг Земли. Гипотеза гигантского удара предсказывает, что Луна была обеднена металлическим материалом [52] , что объясняет ее аномальный состав. [53] Выбросы на орбите вокруг Земли могли сконденсироваться в единое тело в течение пары недель. Под действием собственной гравитации выброшенный материал превратился в более сферическое тело: Луну. [54]
Мантийная конвекция , процесс, который приводит в движение тектонику плит, является результатом потока тепла из недр Земли на поверхность Земли. [55] : 2 Оно предполагает создание жестких тектонических плит на срединно-океанических хребтах . Эти плиты разрушаются в результате субдукции в мантию в зонах субдукции . В раннем архее (около 3,0 млрд лет назад) мантия была намного горячее, чем сегодня, вероятно, около 1600 °C (2910 °F), [56] : 82 , поэтому конвекция в мантии была быстрее. Хотя процесс, подобный современной тектонике плит, действительно произошел, он тоже шел бы быстрее. Вероятно, в гадее и архее зоны субдукции были более распространены, и поэтому тектонические плиты были меньше. [1] : 258 [57]
Первоначальная кора, которая образовалась, когда поверхность Земли впервые затвердела, полностью исчезла в результате сочетания этой быстрой тектоники Гадейских плит и интенсивных ударов поздней тяжелой бомбардировки. Однако считается, что по составу она имела базальтовый состав, как и сегодняшняя океаническая кора , поскольку еще не произошла небольшая дифференциация коры. [1] : 258 Первые более крупные куски континентальной коры , представляющие собой продукт дифференциации более лёгких элементов при частичном плавлении в нижней коре, появились в конце Гадея, около 4,0 млрд лет назад. То, что осталось от этих первых небольших континентов называются кратонами . Эти куски позднегадейской и ранней архейской коры образуют ядра, вокруг которых выросли сегодняшние континенты. [58]
Самые старые породы на Земле находятся в Северо - Американском кратоне Канады . Это тоналиты , датированные примерно 4,0 млрд лет назад. Они демонстрируют следы метаморфизма , вызванного высокой температурой, а также осадочные зерна, округлые в результате эрозии во время переноса водой, что указывает на существование рек и морей в то время. [59] Кратоны состоят в основном из двух чередующихся типов террейнов . Первые представляют собой так называемые зеленокаменные пояса , состоящие из слабометаморфизованных осадочных пород. Эти «зеленые камни» похожи на отложения, которые сегодня встречаются в океанических впадинах над зонами субдукции. По этой причине зеленые камни иногда рассматриваются как свидетельство субдукции во время архея. Второй тип — комплекс кислых магматических пород . Эти породы в основном представляют собой тоналит, трондьемит или гранодиорит — породы, близкие по составу к граниту (поэтому такие террейны называются ТТГ-террейнами). ТТГ-комплексы рассматриваются как реликты первой континентальной коры, образовавшейся в результате частичного плавления базальтов. [60] : Глава 5
Землю часто описывают как имеющую три атмосферы. Первая атмосфера, захваченная из солнечной туманности, состояла из легких ( атмофильных ) элементов солнечной туманности, преимущественно водорода и гелия. Сочетание солнечного ветра и земного тепла могло бы вытеснить эту атмосферу, в результате чего атмосфера теперь обеднена этими элементами по сравнению с космическим изобилием. [61] После удара, в результате которого возникла Луна, расплавленная Земля выпустила летучие газы; а позже вулканы выпустили еще больше газов , образовав вторую атмосферу, богатую парниковыми газами , но бедную кислородом. [1] : 256 Наконец, третья атмосфера, богатая кислородом, возникла, когда бактерии начали производить кислород около 2,8 млрд лет назад. [62] : 83–84, 116–117
В ранних моделях формирования атмосферы и океана вторая атмосфера образовалась в результате выделения летучих веществ из недр Земли. Теперь считается вероятным, что многие летучие вещества были доставлены во время аккреции в результате процесса, известного как ударная дегазация , при котором поступающие тела испаряются при ударе. Таким образом, океан и атмосфера начали формироваться одновременно с формированием Земли. [66] Новая атмосфера, вероятно, содержала водяной пар , углекислый газ, азот и меньшее количество других газов. [67]
Планетезимали на расстоянии 1 астрономической единицы (а.е.), то есть на расстоянии Земли от Солнца, вероятно, не приносили на Землю никакой воды, потому что солнечная туманность была слишком горячей для образования льда и гидратация горных пород водяным паром могла бы произойти. заняло слишком много времени. [66] [68] Вода, должно быть, была доставлена метеоритами из внешнего пояса астероидов и некоторыми крупными планетарными зародышами, находящимися за пределами 2,5 а.е. [66] [69] Кометы, возможно, также внесли свой вклад. Хотя большинство комет сегодня находятся на орбитах дальше от Солнца, чем Нептун , компьютерное моделирование показывает, что изначально они были гораздо более распространены во внутренних частях Солнечной системы. [59] : 130–132
Когда Земля остыла, образовались облака . Дождь создал океаны. Последние данные свидетельствуют о том, что океаны, возможно, начали формироваться уже в 4,4 млрд лет назад. [34] К началу архейского периода они уже покрывали большую часть Земли. Это раннее образование было трудно объяснить из-за проблемы, известной как парадокс слабого молодого Солнца . Известно, что с возрастом звезды становятся ярче, а Солнце стало на 30% ярче с момента его образования 4,5 миллиарда лет назад. [70] Многие модели указывают на то, что ранняя Земля должна была быть покрыта льдом. [71] [66] Вероятным решением является то, что углекислого газа и метана было достаточно, чтобы вызвать парниковый эффект . Углекислый газ мог быть произведен вулканами, а метан – ранними микробами. Предполагается, что существовала также органическая дымка, создаваемая продуктами фотолиза метана, вызывающая также антипарниковый эффект . [72] Другой парниковый газ, аммиак , мог быть выброшен вулканами, но быстро уничтожен ультрафиолетовым излучением. [62] : 83
Одна из причин интереса к ранней атмосфере и океану состоит в том, что они формируют условия, при которых впервые возникла жизнь. Существует множество моделей, но мало единого мнения о том, как жизнь возникла из неживых химических веществ; химические системы, созданные в лаборатории, далеко не соответствуют минимальной сложности для живого организма. [73] [74]
Первым шагом на пути возникновения жизни, возможно, были химические реакции, в результате которых образовались многие из более простых органических соединений, включая нуклеиновые основания и аминокислоты , которые являются строительными блоками жизни. Эксперимент 1953 года Стэнли Миллера и Гарольда Юри показал, что такие молекулы могут образовываться в атмосфере воды, метана, аммиака и водорода с помощью искр, имитирующих эффект молнии . [75] Хотя состав атмосферы, вероятно, отличался от того, который использовали Миллер и Юри, в более поздних экспериментах с более реалистичными составами также удалось синтезировать органические молекулы. [76] Компьютерное моделирование показывает, что внеземные органические молекулы могли образоваться в протопланетном диске до образования Земли. [77]
Дополнительная сложность могла быть достигнута как минимум из трех возможных отправных точек: самовоспроизведение , способность организма производить потомство, похожее на него самого; обмен веществ , его способность питаться и восстанавливаться; и внешние клеточные мембраны , которые позволяют пище проникать и отходам выходить, но исключают нежелательные вещества. [78]
Даже самые простые представители трех современных областей жизни используют ДНК для записи своих «рецептов», а сложный набор РНК и белковых молекул — для «чтения» этих инструкций и использования их для роста, поддержания и самовоспроизведения.
Открытие того, что разновидность молекулы РНК, называемая рибозимом, может катализировать как собственную репликацию, так и построение белков, привело к гипотезе, что более ранние формы жизни полностью основывались на РНК. [79] Они могли бы сформировать мир РНК , в котором были бы отдельные особи, но не было бы видов , поскольку мутации и горизонтальный перенос генов означали бы, что потомство в каждом поколении, скорее всего, будет иметь геномы, отличные от тех, с которых начали их родители. [80] Позднее РНК была заменена ДНК, которая более стабильна и, следовательно, может создавать более длинные геномы, расширяя диапазон возможностей, которыми может обладать отдельный организм. [81] Рибозимы остаются основными компонентами рибосом , «белковых фабрик» современных клеток. [82]
Хотя короткие самореплицирующиеся молекулы РНК были искусственно получены в лабораториях, [83] возникли сомнения в возможности естественного небиологического синтеза РНК. [84] [85] [86] Самые ранние рибозимы могли быть образованы из более простых нуклеиновых кислот , таких как PNA , TNA или GNA , которые позже были заменены РНК. [87] [88] Были выдвинуты предположения о других репликаторах пре-РНК , включая кристаллы [89] :150 и даже квантовые системы. [90]
В 2003 году было высказано предположение, что пористые осадки сульфидов металлов будут способствовать синтезу РНК при температуре около 100 ° C (212 ° F) и при давлении на дне океана вблизи гидротермальных источников . Согласно этой гипотезе, протоклетки будут удерживаться в порах металлического субстрата до более позднего развития липидных мембран. [91]
Другая давняя гипотеза заключается в том, что первая жизнь состояла из белковых молекул. Аминокислоты, строительные блоки белков , легко синтезируются в вероятных пребиотических условиях, как и небольшие пептиды ( полимеры аминокислот), которые являются хорошими катализаторами. [92] : 295–297 Серия экспериментов, начавшаяся в 1997 году, показала, что аминокислоты и пептиды могут образовываться в присутствии оксида углерода и сероводорода с сульфидом железа и сульфидом никеля в качестве катализаторов. Для большинства этапов их сборки требовалась температура около 100 °C (212 °F) и умеренное давление, хотя для одного этапа требовалась температура 250 °C (482 °F) и давление, эквивалентное давлению, обнаруженному на высоте менее 7 километров (4,3 мили) над уровнем моря. камень. Следовательно, вблизи гидротермальных источников мог происходить самоподдерживающийся синтез белков. [93]
Трудность сценария, основанного на метаболизме, заключается в том, чтобы найти способ эволюции организмов. Без способности размножаться по отдельности агрегаты молекул будут иметь «композиционные геномы» (количество молекулярных видов в совокупности) в качестве цели естественного отбора. Однако недавняя модель показывает, что такая система не способна развиваться в ответ на естественный отбор. [94]
Было высказано предположение, что «пузыри» липидов с двойными стенками , подобные тем, которые образуют внешние мембраны клеток, могли быть важным первым шагом. [95] Эксперименты, моделирующие условия ранней Земли, сообщили об образовании липидов, которые могут спонтанно образовывать липосомы , «пузыри» с двойными стенками, а затем воспроизводить себя. Хотя они по своей сути не являются носителями информации, как нуклеиновые кислоты, они будут подвергаться естественному отбору на предмет долголетия и воспроизводства. Нуклеиновые кислоты, такие как РНК, могли бы тогда легче образовываться внутри липосом, чем снаружи. [96]
Некоторые глины , особенно монтмориллонит , обладают свойствами, которые делают их вероятными ускорителями возникновения мира РНК: они растут путем самовоспроизведения своей кристаллической структуры, подвергаются аналогу естественного отбора (поскольку «виды» глины, которые растут быстрее всего, в определенной среде быстро становится доминирующим) и может катализировать образование молекул РНК. [97] Хотя эта идея не стала научным консенсусом, у нее все еще есть активные сторонники. [98] : 150–158 [89]
Исследования 2003 года показали, что монтмориллонит может также ускорять превращение жирных кислот в «пузыри» и что пузырьки могут инкапсулировать РНК, прикрепленную к глине. Затем пузырьки могут расти, поглощая дополнительные липиды и разделяясь. Формированию самых ранних клеток могли способствовать аналогичные процессы. [99]
Похожая гипотеза представляет самовоспроизводящиеся богатые железом глины предшественниками нуклеотидов , липидов и аминокислот. [100]
Считается, что из этого множества протоклеток выжила только одна линия . Современные филогенетические данные свидетельствуют о том, что последний универсальный предок (LUA) жил в раннем архее , возможно, 3,5 млрд лет назад или раньше. [101] [102] Эта клетка LUA является предком всей жизни на Земле сегодня. Вероятно, это был прокариот , обладающий клеточной мембраной и, вероятно, рибосомами, но лишенный ядра или связанных с мембраной органелл , таких как митохондрии или хлоропласты . Как и современные клетки, он использовал ДНК в качестве генетического кода, РНК для передачи информации и синтеза белка , а также ферменты для катализа реакций . Некоторые ученые полагают, что вместо одного организма, являвшегося последним универсальным общим предком, существовали популяции организмов, обменивавшихся генами путем латерального переноса генов . [103]
Протерозойский эон длился от 2,5 млрд лет до 538,8 млн лет назад (миллионов лет). [105] За это время кратоны превратились в континенты современных размеров. Переход к атмосфере, богатой кислородом, стал решающим событием. Жизнь развилась из прокариот в эукариоты и многоклеточные формы. В протерозое произошло несколько суровых ледниковых периодов, получивших название «Земли-снежки» . После последнего снежного кома на Земле около 600 млн лет назад эволюция жизни на Земле ускорилась. Около 580 млн лет назад эдиакарская биота стала прелюдией Кембрийского взрыва . [ нужна цитата ]
Самые ранние клетки поглощали энергию и пищу из окружающей среды. Они использовали ферментацию , расщепление более сложных соединений на менее сложные соединения с меньшими затратами энергии, и использовали высвободившуюся таким образом энергию для роста и размножения. Ферментация может происходить только в анаэробной (бескислородной) среде. Эволюция фотосинтеза позволила клеткам получать энергию от Солнца. [106] : 377
Большая часть жизни, населяющей поверхность Земли, прямо или косвенно зависит от фотосинтеза. Самая распространенная форма — кислородный фотосинтез — превращает углекислый газ, воду и солнечный свет в пищу. Он улавливает энергию солнечного света в богатых энергией молекулах, таких как АТФ, которые затем обеспечивают энергию для производства сахаров. Чтобы обеспечить электроны в цепи, водород отделяется от воды, оставляя кислород в качестве побочного продукта. [107] Некоторые организмы, в том числе пурпурные бактерии и зеленые серные бактерии , используют аноксигенную форму фотосинтеза , в которой в качестве доноров электронов используются альтернативы водороду, извлеченному из воды ; примерами являются сероводород, сера и железо. Такие экстремофильные организмы обитают в негостеприимной среде, например, в горячих источниках и гидротермальных источниках. [106] : 379–382 [108]
Более простая аноксигенная форма возникла около 3,8 млрд лет назад, вскоре после появления жизни. Время кислородного фотосинтеза является более спорным; оно определенно появилось примерно 2,4 млрд лет назад, но некоторые исследователи относят его к 3,2 млрд лет назад. [107] Последнее «вероятно, увеличило глобальную продуктивность по крайней мере на два или три порядка». [109] [110] Среди древнейших остатков форм жизни, производящих кислород, можно назвать ископаемые строматолиты . [109] [110] [111]
Сначала выделившийся кислород был связан с известняком , железом и другими минералами. Окисленное железо проявляется в виде красных слоев в геологических слоях, называемых полосчатыми железными образованиями , которые в изобилии образовались в сидерийский период (между 2500 и 2300 млн лет назад). [2] : 133 Когда большая часть обнаженных легкореагирующих минералов окислилась, в атмосфере наконец начал накапливаться кислород. Хотя каждая клетка производила лишь незначительное количество кислорода, совместный метаболизм многих клеток в течение огромного времени преобразовал атмосферу Земли до ее нынешнего состояния. Это была третья атмосфера Земли. [112] : 50–51 [62] : 83–84, 116–117
Некоторое количество кислорода было стимулировано солнечным ультрафиолетовым излучением с образованием озона , который собрался в слое вблизи верхней части атмосферы. Озоновый слой поглотил и до сих пор поглощает значительное количество ультрафиолетового излучения, когда-то прошедшего через атмосферу. Это позволило клеткам колонизировать поверхность океана и, в конечном итоге, сушу: без озонового слоя ультрафиолетовое излучение, бомбардирующее сушу и море, вызвало бы неприемлемый уровень мутаций в подвергшихся воздействию клетках. [113] [59] : 219–220
Фотосинтез оказал еще одно важное влияние. Кислород был токсичным; большая часть жизни на Земле, вероятно, вымерла из-за повышения ее уровня в результате так называемой кислородной катастрофы . Устойчивые формы выживали и процветали, а некоторые развили способность использовать кислород для ускорения метаболизма и получения большего количества энергии из той же пищи. [113]
Естественная эволюция Солнца сделала его более ярким в течение архейского и протерозойского эонов; Светимость Солнца увеличивается на 6% каждый миллиард лет. [59] : 165 В результате в протерозойском эоне Земля стала получать больше тепла от Солнца. Однако на Земле не стало теплее. Вместо этого геологические данные предполагают, что в раннем протерозое он резко охладился. Ледниковые отложения , обнаруженные в Южной Африке, датируются 2,2 млрд лет назад, и в это время, по палеомагнитным данным, они должны были располагаться вблизи экватора. Таким образом, это оледенение, известное как гуронское оледенение , возможно, носило глобальный характер. Некоторые ученые предполагают, что это было настолько серьезно, что Земля замерзла от полюсов до экватора. Эта гипотеза получила название «Земля-снежок». [114]
Гуронский ледниковый период мог быть вызван увеличением концентрации кислорода в атмосфере, что привело к уменьшению содержания метана (CH 4 ) в атмосфере. Метан является сильным парниковым газом, но с кислородом он вступает в реакцию с образованием CO 2 , менее эффективного парникового газа. [59] : 172 Когда в атмосфере стал доступен свободный кислород, концентрация метана могла резко снизиться, достаточно, чтобы противостоять эффекту возрастающего теплового потока от Солнца. [115]
Однако термин «Земля-снежок» чаще используется для описания более поздних экстремальных ледниковых периодов криогенного периода. Между 750 и 580 миллионами лет назад было четыре периода, каждый продолжительностью около 10 миллионов лет, когда Земля, как полагают, была покрыта льдом, за исключением самых высоких гор, а средние температуры составляли около -50 °C (-58 °C). Ф). [116] Снежный ком, возможно, частично возник из-за расположения суперконтинента Родиния, расположенного по обе стороны экватора . Углекислый газ соединяется с дождем, выветривая горные породы, образуя угольную кислоту, которая затем вымывается в море, извлекая таким образом парниковый газ из атмосферы. Когда континенты находятся вблизи полюсов, наступление льда покрывает скалы, замедляя сокращение содержания углекислого газа, но в криогенном периоде выветривание Родинии могло продолжаться беспрепятственно, пока лед не достиг тропиков. В конечном итоге процесс мог быть обращен вспять из-за выбросов углекислого газа из вулканов или дестабилизации газогидратов метана . Согласно альтернативной теории Земли «Слашболл» , даже в разгар ледниковых периодов на экваторе все еще была открытая вода. [117] [118]
Современная систематика делит жизнь на три области. Время их происхождения неизвестно. Домен бактерий , вероятно, сначала отделился от других форм жизни (иногда называемых неомура ), но это предположение является спорным. Вскоре после этого, к 2 млрд лет назад, [119] неомура распалась на архей и эукариот . Эукариотические клетки (Eukaryota) крупнее и сложнее, чем прокариотические клетки (бактерии и археи), и происхождение этой сложности становится известно только сейчас. [120] Самые ранние окаменелости, обладающие типичными для грибов чертами, относятся к палеопротерозойской эре, около 2,4 млрд лет назад; эти многоклеточные донные организмы имели нитевидные структуры, способные к анастомозам . [121]
Примерно в это же время сформировалась первая протомитохондрия . Бактериальная клетка, родственная сегодняшней Rickettsia , [122] которая эволюционировала, чтобы метаболизировать кислород , вошла в более крупную прокариотическую клетку, у которой не было такой способности. Возможно, большая клетка попыталась переварить меньшую, но потерпела неудачу (возможно, из-за эволюции защиты добычи). Меньшая клетка могла попытаться паразитировать на большей. В любом случае меньшая клетка выжила внутри более крупной. Используя кислород, он метаболизировал продукты жизнедеятельности более крупных клеток и получал больше энергии. Часть этой избыточной энергии возвращалась хозяину. Меньшая клетка размножалась внутри большей. Вскоре между большой клеткой и более мелкими клетками внутри нее развился устойчивый симбиоз . Со временем клетка-хозяин приобрела некоторые гены от более мелких клеток, и эти два вида стали зависеть друг от друга: более крупная клетка не могла выжить без энергии, вырабатываемой более мелкими, а они, в свою очередь, не могли выжить без энергии. сырье, предоставляемое более крупной клеткой. Вся клетка теперь считается единым организмом , а более мелкие клетки классифицируются как органеллы , называемые митохондриями. [123]
Аналогичное событие произошло с фотосинтезирующими цианобактериями [124], проникшими в крупные гетеротрофные клетки и превратившимися в хлоропласты. [112] : 60–61 [125] : 536–539 Вероятно, в результате этих изменений более 1 миллиарда лет назад от остальных эукариот откололась линия клеток, способных к фотосинтезу. Вероятно, таких событий было несколько. Помимо хорошо зарекомендовавшей себя эндосимбиотической теории клеточного происхождения митохондрий и хлоропластов, существуют теории, что клетки привели к пероксисомам , спирохеты привели к ресничкам и жгутикам и что, возможно, ДНК-вирус привел к ядру клетки, [126] [127] хотя ни один из них не получил широкого признания. [128]
Археи, бактерии и эукариоты продолжали диверсифицироваться, становиться более сложными и лучше адаптированными к окружающей среде. Каждый домен неоднократно разделялся на несколько родословных. Около 1,1 млрд лет назад линии растений , животных и грибов разделились, хотя они все еще существовали в виде одиночных клеток. Некоторые из них жили колониями, и постепенно стало происходить разделение труда ; например, клетки на периферии могли начать брать на себя роли, отличные от тех, что находились внутри. Хотя разделение между колонией со специализированными клетками и многоклеточным организмом не всегда четкое, около 1 миллиарда лет назад [129] появились первые многоклеточные растения, вероятно, зеленые водоросли . [130] Вероятно, примерно к 900 млн лет назад [125] : 488 истинная многоклеточность также развилась у животных. [131]
Поначалу он, вероятно, напоминал сегодняшних губок , которые имеют тотипотентные клетки, позволяющие разрушенному организму собраться заново. [125] : 483–487 По мере завершения разделения труда в различных линиях многоклеточных организмов клетки стали более специализированными и более зависимыми друг от друга. [132]
Реконструкции движения тектонических плит за последние 250 миллионов лет (кайнозойская и мезозойская эры) могут быть надежно выполнены с использованием подгонки континентальных окраин, магнитных аномалий дна океана и палеомагнитных полюсов . Ни одна океаническая кора не возникла раньше этого времени, поэтому более ранние реконструкции сложнее. Палеомагнитные полюса дополняются геологическими свидетельствами, такими как орогенные пояса , которые отмечают края древних плит, а также прошлым распространением флоры и фауны. Чем дальше в прошлое, тем скуднее и труднее интерпретировать данные и тем более неопределенными становятся реконструкции. [133] : 370
На протяжении всей истории Земли бывали времена, когда континенты сталкивались и образовывали суперконтинент, который впоследствии распадался на новые континенты. Примерно от 1000 до 830 млн лет назад большая часть континентальной массы была объединена в суперконтинент Родиния. [133] : 370 [134] Родинии, возможно, предшествовали ранне-среднепротерозойские континенты, называемые Нуна и Колумбия. [133] : 374 [135] [136]
После распада Родинии около 800 млн лет назад континенты могли образовать еще один недолговечный суперконтинент около 550 млн лет назад. Гипотетический суперконтинент иногда называют Паннотией или Вендией . [137] : 321–322 Доказательством этого является фаза континентального столкновения , известная как Панафриканская складчатость , которая объединила континентальные массы современной Африки, Южной Америки, Антарктиды и Австралии. Существование Паннотии зависит от времени возникновения раскола между Гондваной (которая включала большую часть суши, находящейся сейчас в Южном полушарии, а также Аравийский полуостров и Индийский субконтинент ) и Лаврентией (примерно эквивалентной современной Северной Америке). [133] : 374 По крайней мере, достоверно, что к концу протерозоя большая часть континентальной массы находилась объединенной вокруг южного полюса. [138]
В конце протерозоя произошло по крайней мере две Земли-снежка, настолько суровые, что поверхность океанов могла быть полностью заморожена. Это произошло около 716,5 и 635 млн лет назад, в криогенный период . [139] Интенсивность и механизм обоих оледенений все еще изучаются, и их труднее объяснить, чем раннепротерозойскую Землю-снежок. [140] Большинство палеоклиматологов считают, что похолодания были связаны с образованием суперконтинента Родиния. [141] Поскольку центр Родинии находился на экваторе, скорость химического выветривания увеличилась, и углекислый газ (CO 2 ) был взят из атмосферы. Поскольку CO 2 является важным парниковым газом, климат во всем мире похолодел. [142]
Точно так же во времена «Земли-снежка» большая часть поверхности континента была покрыта вечной мерзлотой , что снова уменьшило химическое выветривание, что привело к концу оледенений. Альтернативная гипотеза состоит в том, что в результате вулканического выделения газа ушло достаточно углекислого газа, что возникший в результате парниковый эффект привел к повышению глобальной температуры. [141] Увеличение вулканической активности в результате распада Родинии примерно в то же время. [143]
За криогенным периодом последовал эдиакарский период , который характеризовался быстрым развитием новых многоклеточных форм жизни. [144] Существует ли связь между окончанием суровых ледниковых периодов и увеличением разнообразия жизни, неясно, но это не кажется случайным. Новые формы жизни, получившие название Ediacara biota, были крупнее и разнообразнее, чем когда-либо. Хотя таксономия большинства эдиакарских форм жизни неясна, некоторые из них были предками групп современной жизни. [145] Важными событиями стало происхождение мышечных и нервных клеток. Ни у одной из эдиакарских окаменелостей не было твердых частей тела, таких как скелеты. Впервые они появляются после границы между протерозойским и фанерозойским эонами или эдиакарским и кембрийским периодами. [146]
Фанерозой — современный эон на Земле, начавшийся примерно 538,8 миллиона лет назад. Он состоит из трех эр: палеозоя , мезозоя и кайнозоя [ 105] и является временем, когда многоклеточная жизнь значительно разнообразилась почти во всех известных сегодня организмах. [147]
Палеозойская эра («старая жизнь») была первой и самой продолжительной эрой фанерозоя, продолжавшейся от 538,8 до 251,9 млн лет назад. [105] В палеозое появились многие современные группы жизни. Жизнь колонизировала землю, сначала растения, затем животные. Произошло два крупных вымирания. Континенты, образовавшиеся в результате распада Паннотии и Родинии в конце протерозоя, снова медленно сблизились, образовав в позднем палеозое суперконтинент Пангею . [148]
Мезозойская эра («средняя жизнь») длилась от 251,9 до 66 млн лет назад. [105] Он подразделяется на триасовый , юрский и меловой периоды. Эпоха началась с пермско-триасового вымирания , самого серьезного вымирания в летописи окаменелостей; 95% видов на Земле вымерло. [149] Это закончилось мел-палеогеновым вымиранием , которое уничтожило динозавров . [150]
Кайнозойская эра («новая жизнь») началась 66 млн лет назад и подразделяется на палеогеновый , неогеновый и четвертичный периоды. Эти три периода далее разделены на семь подразделений: палеогеновый период состоит из палеоцена , эоцена и олигоцена , неогеновый период делится на миоцен , плиоцен и четвертичный период, состоящий из плейстоцена и голоцена. [151] Млекопитающие, птицы, амфибии, крокодилы, черепахи и лепидозавры пережили мел-палеогеновое вымирание, которое привело к гибели нептичьих динозавров и многих других форм жизни, и это эпоха, в течение которой они диверсифицировались в свои современные формы. . [152]
В конце протерозоя суперконтинент Паннотия распался на более мелкие континенты Лаврентия, Балтика , Сибирь и Гондвана. [153] В периоды, когда континенты расходятся, в результате вулканической активности образуется больше океанической коры. Поскольку молодая вулканическая кора относительно горячее и менее плотная, чем старая океаническая кора, в такие периоды дно океана поднимается. Это приводит к повышению уровня моря . Поэтому в первой половине палеозоя значительные площади материков находились ниже уровня моря. [ нужна цитата ]
Климат раннего палеозоя был теплее, чем сегодня, но в конце ордовика наступил короткий ледниковый период , во время которого ледники покрыли южный полюс, где находился огромный континент Гондвана. Следы оледенения этого периода встречаются только на территории бывшей Гондваны. Во время позднеордовикского ледникового периода произошло несколько массовых вымираний, в ходе которых исчезли многие брахиоподы , трилобиты, мшанки и кораллы . Эти морские виды, вероятно, не смогут справиться с понижением температуры морской воды. [154]
Континенты Лаврентия и Балтика столкнулись между 450 и 400 млн лет назад, во время каледонской складчатости , образовав Лавруссию (также известную как Еврамерика). [155] Следы горного пояса, вызванного этим столкновением, можно найти в Скандинавии , Шотландии и северных Аппалачах . В девонский период (416–359 млн лет назад) [23] Гондвана и Сибирь начали продвигаться в сторону Лавруссии. Столкновение Сибири с Лавруссией вызвало Уральскую складчатость , столкновение Гондваны с Лавруссией называется варисканской или герцинской складчатостью в Европе или аллегенской складчатостью в Северной Америке. Последняя фаза произошла в каменноугольный период (359–299 млн лет назад) [23] и привела к образованию последнего суперконтинента – Пангеи. [60]
К 180 млн лет назад Пангея распалась на Лавразию и Гондвану. [ нужна цитата ]
Скорость эволюции жизни, зафиксированная окаменелостями, ускорилась в кембрийский период (542–488 млн лет назад). [23] Внезапное появление многих новых видов, типов и форм в этот период называется кембрийским взрывом. Это была форма адаптивной радиации , при которой пустующие ниши , оставленные вымершей эдиакарской биотой, заполнялись появлением новых типов. [156] Биологическое разжигание кембрийского взрыва было беспрецедентным до и после того времени. [59] : 229 В то время как эдиакарские формы жизни кажутся еще примитивными и их нелегко отнести к какой-либо современной группе, в конце кембрия уже присутствовали самые современные типы. Развитие твердых частей тела, таких как панцири, скелеты или экзоскелеты, у таких животных, как моллюски , иглокожие , криноидеи и членистоногие (известная группа членистоногих нижнего палеозоя — трилобиты ), облегчило сохранение и окаменелость таких форм жизни, чем их предков в протерозое. По этой причине о жизни в кембрии и после него известно гораздо больше, чем о жизни в более древние периоды. Некоторые из этих кембрийских групп кажутся сложными, но, по-видимому, сильно отличаются от современной жизни; примерами являются Anomalocaris и Haikouichthys . Однако совсем недавно они, похоже, нашли свое место в современной классификации. [157]
В кембрии появились первые позвоночные животные, в том числе первые рыбы . [125] : 357 Существом, которое могло быть предком рыб или, вероятно, было тесно с ними связано, была Пикайя . У него была примитивная хорда — структура, которая позже могла развиться в позвоночник . Первые рыбы с челюстями ( Gnathostomata ) появились в следующий геологический период — ордовик . Колонизация новых ниш привела к огромным размерам тела. Таким образом, в раннем палеозое появились рыбы с увеличивающимися размерами, такие как титаническая плакодерма Dunkleosteus , которая могла вырасти до 7 метров (23 фута) в длину. [158]
Разнообразие форм жизни не увеличилось значительно из-за серии массовых вымираний, которые определили широко распространенные биостратиграфические единицы, называемые биомерами . [159] После каждого импульса вымирания регионы континентального шельфа заселялись похожими формами жизни, которые, возможно, медленно развивались в других местах. [160] К позднему кембрию трилобиты достигли наибольшего разнообразия и доминировали почти во всех ископаемых комплексах. [161] : 34
Накопление кислорода в результате фотосинтеза привело к образованию озонового слоя, который поглотил большую часть ультрафиолетового излучения Солнца , а это означает, что одноклеточные организмы, достигшие суши, имели меньшую вероятность умереть, а прокариоты начали размножаться и лучше адаптироваться к выживанию вне воды. Линии прокариот, вероятно, колонизировали землю еще 3 млрд лет назад [162] [163] , даже до возникновения эукариот. Долгое время земля оставалась лишенной многоклеточных организмов. Суперконтинент Паннотия образовался около 600 млн лет назад, а затем распался спустя 50 миллионов лет. [164] Рыбы, самые ранние позвоночные , появились в океанах около 530 млн лет назад. [125] : 354 Крупное вымирание произошло ближе к концу кембрийского периода, [165] который закончился 488 млн лет назад. [166]
Несколько сотен миллионов лет назад растения (вероятно, напоминающие водоросли ) и грибы начали расти по краям воды, а затем и вне ее. [167] : 138–140 Самые старые окаменелости наземных грибов и растений датируются 480–460 млн лет назад, хотя молекулярные данные позволяют предположить, что грибы, возможно, колонизировали землю уже 1000 млн лет назад, а растения — 700 млн лет назад. [168] Первоначально оставаясь близко к кромке воды, мутации и вариации привели к дальнейшей колонизации этой новой среды. Время, когда первые животные покинули океаны, точно не известно: старейшие явные свидетельства существования членистоногих на суше существуют около 450 млн лет назад [169] , возможно, они процветали и становились лучше адаптированными благодаря обширному источнику пищи, обеспечиваемому наземными растениями. Есть также неподтвержденные данные о том, что членистоногие могли появиться на суше уже в 530 млн лет назад. [170]
В конце ордовикского периода, 443 млн лет назад, [23] произошли дополнительные события вымирания , возможно, из-за одновременного ледникового периода. [154] Около 380–375 млн лет назад первые четвероногие произошли от рыб. [171] Плавники превратились в конечности, которые первые четвероногие использовали, чтобы поднимать голову из воды, чтобы дышать воздухом. Это позволило бы им жить в воде с низким содержанием кислорода или преследовать мелкую добычу на мелководье. [171] Возможно, позже они ненадолго выходили на сушу. Со временем некоторые из них настолько хорошо приспособились к наземной жизни, что всю взрослую жизнь провели на суше, хотя вылупились в воде и вернулись, чтобы отложить яйца. Таково было происхождение земноводных . Около 365 млн лет назад произошел еще один период вымирания , возможно, в результате глобального похолодания . [172] Примерно в это же время (приблизительно на 360 млн лет назад) у растений появились семена , что резко ускорило их распространение на суше. [173] [174]
Примерно 20 миллионов лет спустя (340 млн лет назад [125] : 293–296 ) появилось амниотическое яйцо , которое можно было откладывать на суше, что дало эмбрионам четвероногих преимущество в выживании. Это привело к расхождению амниот от амфибий. Еще 30 миллионов лет (310 млн лет назад [125] : 254–256 ) произошло расхождение синапсид ( в том числе у млекопитающих) от зауропсидов (в том числе у птиц и рептилий). Другие группы организмов продолжали развиваться, и линии разошлись — у рыб, насекомых, бактерий и т. д., но о деталях известно меньше. [ нужна цитата ]
После очередного, самого тяжелого вымирания периода (251~250 млн лет назад), около 230 млн лет назад, динозавры отделились от своих предков-рептилий. [175] Триасово -юрское вымирание, произошедшее 200 млн лет назад, пощадило многих динозавров, [23] [176] , и вскоре они стали доминировать среди позвоночных. Хотя некоторые линии млекопитающих начали разделяться в этот период, существующие млекопитающие, вероятно, представляли собой мелких животных, напоминающих землероек . [125] : 169
Граница между птичьими и нептичьими динозаврами не ясна, но археоптерикс , традиционно считающийся одной из первых птиц, жил около 150 млн лет назад. [177]
Самые ранние свидетельства развития цветков у покрытосеменных относятся к меловому периоду, примерно 20 миллионов лет спустя (132 млн лет назад). [178]
Первым из пяти великих массовых вымираний было ордовикско-силурийское вымирание . Его возможной причиной стало интенсивное оледенение Гондваны, которое в конечном итоге привело к образованию Земли-снежка . Вымерло 60% морских беспозвоночных и 25% всех семейств. [ нужна цитата ]
Вторым массовым вымиранием было позднедевонское вымирание , вероятно, вызванное эволюцией деревьев, которая могла привести к истощению парниковых газов (таких как CO 2 ) или эвтрофикации воды. 70% всех видов вымерло. [179]
Третье массовое вымирание, пермско-триасовое, или Великое вымирание , возможно, было вызвано некоторой комбинацией вулканического события в Сибирских траппах , удара астероида, газификации гидрата метана , колебаний уровня моря и крупного бескислородного события . Либо предполагаемый кратер Земли Уилкса [180] в Антарктиде, либо структура Бедаут у северо-западного побережья Австралии могут указывать на ударную связь с пермско-триасовым вымиранием. Но остается неясным, являются ли эти или другие предполагаемые пограничные кратеры пермо-триаса реальными ударными кратерами или даже современниками пермо-триасового вымирания. Это было, безусловно, самое смертоносное вымирание за всю историю: погибло около 57% всех семейств и 83% всех родов . [181] [182]
Четвертым массовым вымиранием было триасово-юрское вымирание, в ходе которого вымерли почти все синапсиды и архозавры , вероятно, из-за новой конкуренции со стороны динозавров. [183]
Пятым и самым последним массовым вымиранием было мел-палеогеновое вымирание . Около 66 млн лет назад 10-километровый астероид (6,2 мили) врезался в Землю недалеко от полуострова Юкатан — где-то на юго-западной оконечности тогдашней Лавразии — там, где сегодня находится кратер Чиксулуб . В результате в воздух выбрасывалось огромное количество твердых частиц и паров, которые закрывали солнечный свет и подавляли фотосинтез. 75% всего живого, включая нептичьих динозавров, вымерло, [184] ознаменовав конец мелового периода и мезозойской эры. [ нужна цитата ]
Первые настоящие млекопитающие возникли в тени динозавров и других крупных архозавров, заполнивших мир в конце триаса. Первые млекопитающие были очень маленькими и, вероятно, вели ночной образ жизни, спасаясь от хищников. Диверсификация млекопитающих действительно началась только после мел-палеогенового вымирания. [185] К началу палеоцена Земля оправилась от вымирания, и разнообразие млекопитающих увеличилось. Такие существа, как Ambulocetus, перебрались в океаны, чтобы в конечном итоге превратиться в китов, [186] тогда как некоторые существа, например приматы, перебрались на деревья. [187] Все изменилось в середине и конце эоцена, когда между Антарктидой и Австралией образовалось циркумантарктическое течение, которое нарушило погодные условия в глобальном масштабе. Безтравная саванна стала преобладать на большей части ландшафта, и такие млекопитающие, как Эндрюсарх, стали крупнейшими известными наземными хищными млекопитающими за всю историю [188] , а ранние киты , такие как базилозавр, взяли под свой контроль моря. [ нужна цитата ]
Эволюция трав привела к значительным изменениям в ландшафте Земли, а новые открытые пространства заставили млекопитающих становиться все больше и больше. Трава начала распространяться в миоцене, и именно в миоцене впервые появились многие современные млекопитающие. Гигантские копытные, такие как парацератерий и дейнотерий, эволюционировали, чтобы править лугами. Эволюция травы также сбросила с деревьев приматов и положила начало эволюции человека . В это же время появились первые большие кошки. [189] Море Тетис было закрыто столкновением Африки и Европы. [190]
Образование Панамы было, пожалуй, самым важным геологическим событием, произошедшим за последние 60 миллионов лет. Атлантическое и Тихоокеанское течения были изолированы друг от друга, что вызвало образование Гольфстрима , что сделало Европу теплее. Сухопутный мост позволил изолированным существам Южной Америки мигрировать в Северную Америку и наоборот. [191] Различные виды мигрировали на юг, что привело к появлению в Южной Америке лам , очкового медведя , кинкажу и ягуаров . [ нужна цитата ]
Три миллиона лет назад началась эпоха плейстоцена, которая характеризовалась резкими климатическими изменениями из-за ледниковых периодов. Ледниковые периоды привели к эволюции современного человека в Сахаре и его экспансии. Доминировавшая мегафауна питалась лугами, которые к настоящему времени захватили большую часть субтропического мира. Большое количество воды, удерживаемой во льду, привело к сокращению, а иногда и исчезновению различных водоемов, таких как Северное море и Берингов пролив. Многие полагают, что по Берингии произошла огромная миграция , поэтому сегодня здесь обитают верблюды (которые развились и вымерли в Северной Америке), лошади (которые развились и вымерли в Северной Америке) и коренные американцы. Окончание последнего ледникового периода совпало с экспансией человека, а также с массовым вымиранием мегафауны ледникового периода. Это вымирание получило прозвище « Шестое вымирание ».
Маленькая африканская обезьяна, жившая около 6 млн лет назад, была последним животным, чьи потомки будут включать как современных людей, так и их ближайших родственников, шимпанзе . [101] [125] : 100–101 Только две ветви его генеалогического древа имеют выживших потомков. Очень скоро после раскола, по до сих пор неясным причинам, у обезьян одной ветви появилась способность прямоходить . [125] : 95–99 Размер мозга быстро увеличивался, и через 2 млн лет назад появились первые животные, отнесенные к роду Homo . [167] : 300 Примерно в то же время другая ветвь разделилась на предков обыкновенного шимпанзе и предков бонобо, поскольку эволюция продолжалась одновременно во всех формах жизни. [125] : 100–101
Способность управлять огнем , вероятно, возникла у Homo erectus (или Homo ergaster ), вероятно, по крайней мере 790 000 лет назад [192] , но, возможно, уже 1,5 млн лет назад. [125] : 67 Использование и открытие управляемого огня могло произойти даже раньше Homo erectus . Огонь, возможно, использовался ранним гоминидом нижнего палеолита ( Олдован ) Homo habilis или сильными австралопитеками, такими как парантроп . [193]
Труднее установить происхождение языка ; неясно, мог ли Homo erectus говорить, или эта способность появилась только у Homo sapiens . [125] : 67 По мере увеличения размера мозга дети рождались раньше, прежде чем их головы стали слишком большими, чтобы пройти через таз . В результате они проявляли большую пластичность и, таким образом, обладали повышенной способностью к обучению и требовали более длительного периода зависимости. Социальные навыки стали более сложными, язык — более изощренным, а инструменты — более совершенными. Это способствовало дальнейшему сотрудничеству и интеллектуальному развитию. [195] : 7 Считается, что современные люди ( Homo sapiens ) возникли около 200 000 лет назад или раньше в Африке ; самые старые окаменелости датируются примерно 160 000 лет назад. [196]
Первыми людьми, проявившими признаки духовности, являются неандертальцы (обычно классифицируемые как отдельный вид, не имеющий выживших потомков); они хоронили своих мертвецов, часто без каких-либо следов еды или инструментов. [197] : 17 Однако свидетельства более сложных верований, такие как ранние наскальные рисунки кроманьонцев (вероятно, имеющие магическое или религиозное значение) [197] : 17–19 , появились только 32 000 лет назад. [198] Кроманьонцы также оставили после себя каменные фигурки, такие как Венера Виллендорфская , что, вероятно, также означает религиозные убеждения. [197] : 17–19 К 11 000 лет назад Homo sapiens достиг южной оконечности Южной Америки , последнего из необитаемых континентов (за исключением Антарктиды, которая оставалась неоткрытой до 1820 года нашей эры). [199] Использование инструментов и общение продолжали улучшаться, а межличностные отношения становились все более сложными. [ нужна цитата ]
.jpg/1280px-Da_Vinci_Vitruve_Luc_Viatour_(cropped).jpg)
На протяжении более 90% своей истории Homo sapiens жили небольшими группами как кочевые охотники-собиратели . [195] : 8 Поскольку язык стал более сложным, способность запоминать и передавать информацию привела, согласно теории, предложенной Ричардом Докинсом , к появлению нового репликатора: мема . [200] Идеи можно было быстро обменивать и передавать из поколения в поколение. Культурная эволюция быстро опередила биологическую эволюцию , и началась собственно история . Между 8500 и 7000 годами до нашей эры люди в Плодородном полумесяце на Ближнем Востоке начали систематическое разведение растений и животных: сельское хозяйство . [201] Это распространилось на соседние регионы и развивалось независимо в других местах, пока большинство Homo sapiens не вели оседлый образ жизни в постоянных поселениях в качестве фермеров. Не все общества отказались от кочевничества, особенно в изолированных районах земного шара, бедных пригодными для одомашнивания видами растений, таких как Австралия . [202] Однако среди тех цивилизаций, которые приняли сельское хозяйство, относительная стабильность и повышенная производительность, обеспечиваемые сельским хозяйством, позволили увеличить население. [ нужна цитата ]
Сельское хозяйство оказало большое влияние; люди начали влиять на окружающую среду как никогда раньше. Избыток еды позволил возникнуть жреческому или правящему классу, за которым последовало усиление разделения труда . Это привело к появлению первой цивилизации на Земле в Шумере на Ближнем Востоке между 4000 и 3000 годами до нашей эры. [195] : 15 Дополнительные цивилизации быстро возникли в древнем Египте , в долине реки Инд и в Китае. Изобретение письменности позволило возникнуть сложным обществам: делопроизводство и библиотеки служили хранилищем знаний и способствовали культурной передаче информации. Людям больше не приходилось тратить все свое время на работу ради выживания, что позволило им приобрести первые специализированные профессии (например, ремесленники, торговцы, священники и т. д.). Любопытство и образованность привели к стремлению к знаниям и мудрости, возникли различные дисциплины, в том числе и наука (в примитивной форме). Это, в свою очередь, привело к появлению все более крупных и сложных цивилизаций, таких как первые империи, которые временами торговали друг с другом или боролись за территорию и ресурсы.
Примерно к 500 г. до н.э. на Ближнем Востоке, в Иране, Индии, Китае и Греции существовали развитые цивилизации, которые то расширялись, то приходили в упадок. [195] : 3 В 221 г. до н.э. Китай стал единым государством, которое распространило свою культуру по всей Восточной Азии , и он остался самой густонаселенной страной в мире. В этот период в цивилизации долины Инда появились знаменитые индуистские тексты, известные как Веды . Эта цивилизация развивалась в военном деле , искусстве , науке , математике и архитектуре . [ нужна цитата ] Основы западной цивилизации были в значительной степени сформированы в Древней Греции , с первым в мире демократическим правительством и крупными достижениями в философии и науке , а также в Древнем Риме с достижениями в области права, управления и техники. [203] Римская империя была обращена в христианство императором Константином в начале 4-го века и пришла в упадок к концу 5-го. Начиная с VII века началась христианизация Европы , и, по крайней мере, с IV века христианство играло заметную роль в формировании западной цивилизации . [204] [205] [206] [207] [208] [209] [210] [211] В 610 году был основан ислам , который быстро стал доминирующей религией в Западной Азии . Дом Мудрости был основан в Багдаде ( Ирак) времен Аббасидов . [212] Считается, что он был крупным интеллектуальным центром во время Золотого века ислама , где мусульманские ученые в Багдаде и Каире процветали с девятого по тринадцатый века до монгольского разграбления Багдада в 1258 году нашей эры. В 1054 году нашей эры Великий раскол между Римско-католической церковью и Восточной православной церковью привел к заметным культурным различиям между Западной и Восточной Европой . [213]
В 14 веке в Италии началось Возрождение с достижениями в религии, искусстве и науке. [195] : 317–319 В то время христианская церковь как политическая единица потеряла большую часть своей власти. В 1492 году Христофор Колумб достиг Америки, положив начало великим изменениям в новом мире . Европейская цивилизация начала меняться начиная с 1500 года, что привело к научной и промышленной революциям. Этот континент начал оказывать политическое и культурное доминирование над человеческими обществами по всему миру, в период, известный как Колониальная эра (см. также Эпоху географических открытий ). [195] : 295–299 В 18 веке культурное движение, известное как Эпоха Просвещения, еще больше сформировало менталитет Европы и способствовало ее секуляризации . С 1914 по 1918 год и с 1939 по 1945 год страны всего мира были втянуты в мировые войны . Созданная после Первой мировой войны Лига Наций стала первым шагом на пути создания международных институтов для мирного разрешения споров. Не сумев предотвратить Вторую мировую войну , самый кровавый конфликт человечества, на смену ей пришла Организация Объединенных Наций . После войны было образовано множество новых государств, провозгласивших или получивших независимость в период деколонизации . Демократические капиталистические Соединенные Штаты и социалистический Советский Союз на какое-то время стали доминирующими мировыми сверхдержавами , и до распада последней между ними шло идеологическое, часто жестокое соперничество, известное как Холодная война . В 1992 году несколько европейских стран присоединились к Европейскому Союзу . По мере совершенствования транспорта и связи экономики и политические дела стран по всему миру становятся все более переплетенными. Эта глобализация часто порождала как конфликты, так и сотрудничество. [ нужна цитата ]
Изменения продолжались быстрыми темпами с середины 1940-х годов по сегодняшний день. Технологические разработки включают ядерное оружие , компьютеры , генную инженерию и нанотехнологии . Экономическая глобализация , вызванная достижениями в области коммуникационных и транспортных технологий, повлияла на повседневную жизнь во многих частях мира. Культурные и институциональные формы, такие как демократия , капитализм и защита окружающей среды, увеличили влияние. Серьезные проблемы и проблемы, такие как болезни , войны , бедность , насильственный радикализм и, в последнее время, антропогенное изменение климата, возросли по мере роста населения мира. [ нужна цитата ]
В 1957 году Советский Союз вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли, а вскоре после этого Юрий Гагарин стал первым человеком, побывавшим в космосе. Нил Армстронг , американец, первым ступил на другой астрономический объект — Луну. Беспилотные зонды были отправлены ко всем известным планетам Солнечной системы, причем некоторые из них (например, два космических корабля «Вояджер» ) покинули Солнечную систему. Пять космических агентств, представляющих более пятнадцати стран, [214] работали вместе над созданием Международной космической станции . На его борту наблюдается постоянное присутствие человека в космосе с 2000 года. [215] Всемирная паутина стала частью повседневной жизни в 1990-х годах и с тех пор стала незаменимым источником информации в развитом мире . [ нужна цитата ]
