Естественная история Земли изучает развитие планеты Земля с момента ее образования до наших дней. [1] [2] Почти все отрасли естественных наук внесли свой вклад в понимание основных событий прошлого Земли, характеризующихся постоянными геологическими изменениями и биологической эволюцией .
Геологическая шкала времени (ГШВ), как определено международной конвенцией, [3] отображает большие промежутки времени от начала Земли до настоящего времени, и ее подразделения регистрируют некоторые определяющие события истории Земли. Земля образовалась около 4,54 миллиарда лет назад, примерно в треть возраста Вселенной , путем аккреции из солнечной туманности . [4] [5] [6] Вулканическое выделение газов, вероятно, создало первичную атмосферу , а затем океан, но ранняя атмосфера почти не содержала кислорода . Большая часть Земли была расплавлена из-за частых столкновений с другими телами, что привело к экстремальному вулканизму. Когда Земля находилась на своей самой ранней стадии ( ранняя Земля ), гигантское столкновение с телом размером с планету по имени Тейя , как полагают, образовало Луну. Со временем Земля остыла, что привело к образованию твердой коры и позволило жидкой воде находиться на поверхности.
Гадейский эон представляет собой время до появления надежной (ископаемой) летописи жизни; он начался с образованием планеты и закончился 4,0 миллиарда лет назад. Следующие архейский и протерозойский эоны дали начало жизни на Земле и ее самой ранней эволюции . Последующий эон — фанерозой , разделенный на три эры: палеозой , эра членистоногих, рыб и первой жизни на суше; мезозой , который охватывал возникновение, правление и климактическое вымирание нептичьих динозавров; и кайнозой , который увидел появление млекопитающих. Узнаваемые люди появились самое большее 2 миллиона лет назад, исчезающе малый период в геологической шкале.
Самые ранние неоспоримые доказательства жизни на Земле датируются по крайней мере 3,5 миллиардами лет назад, [7] [8] [9] во время эоархейской эры, после того, как геологическая кора начала затвердевать после более раннего расплавленного хадейского эона. Существуют микробные окаменелости , такие как строматолиты, найденные в песчанике возрастом 3,48 миллиарда лет, обнаруженном в Западной Австралии . [10] [11] [12] Другим ранним физическим доказательством биогенного вещества является графит в метаосадочных породах возрастом 3,7 миллиарда лет, обнаруженных на юго-западе Гренландии [13], а также «остатки биотической жизни », найденные в породах возрастом 4,1 миллиарда лет в Западной Австралии. [14] [15] По словам одного из исследователей, «если жизнь возникла относительно быстро на Земле… то она могла быть распространена во Вселенной ». [14]
Фотосинтезирующие организмы появились между 3,2 и 2,4 миллиардами лет назад и начали обогащать атмосферу кислородом. Жизнь оставалась в основном маленькой и микроскопической примерно до 580 миллионов лет назад , когда возникла сложная многоклеточная жизнь , которая развивалась с течением времени и достигла кульминации в кембрийском взрыве около 538,8 миллионов лет назад. Эта внезапная диверсификация форм жизни произвела большинство основных известных сегодня типов и отделила протерозойский эон от кембрийского периода палеозойской эры. По оценкам, 99 процентов всех видов, когда-либо живших на Земле, более пяти миллиардов, [16] вымерли . [17] [18] Оценки числа современных видов Земли колеблются от 10 миллионов до 14 миллионов , [19] из которых около 1,2 миллиона задокументированы, но более 86 процентов не были описаны. [20]
Земная кора постоянно менялась с момента своего образования, как и жизнь с момента ее первого появления. Виды продолжают эволюционировать , принимая новые формы, разделяясь на дочерние виды или вымирая в условиях постоянно меняющейся физической среды. Процесс тектоники плит продолжает формировать континенты и океаны Земли и жизнь, которую они приютили.
В геохронологии время обычно измеряется в миллионах лет назад ( mya ), каждая единица представляет период приблизительно в 1 000 000 лет в прошлом. История Земли делится на четыре великих эона , начиная с 4 540 миллионов лет назад с образованием планеты. Каждый эон видел самые значительные изменения в составе Земли, климате и жизни. Каждый эон впоследствии делится на эры , которые в свою очередь делятся на периоды , которые далее делятся на эпохи .
Историю Земли можно организовать хронологически в соответствии с геологической шкалой времени , которая разделена на интервалы на основе стратиграфического анализа. [2] [21] Следующие пять временных шкал показывают геологическую шкалу времени в масштабе. Первая показывает все время от образования Земли до настоящего времени, но это дает мало места для самого последнего эона. Вторая временная шкала показывает расширенный вид самого последнего эона. Аналогичным образом самая последняя эра расширена в третьей временной шкале, самый последний период расширен в четвертой временной шкале, а самая последняя эпоха расширена в пятой временной шкале.
Горизонтальная шкала: миллионы лет (над шкалой времени) / тысячи лет (под шкалой времени)
Стандартной моделью формирования Солнечной системы (включая Землю ) является гипотеза солнечной туманности . [22] В этой модели Солнечная система образовалась из большого вращающегося облака межзвездной пыли и газа, называемого солнечной туманностью . Она состояла из водорода и гелия, образовавшихся вскоре после Большого взрыва 13,8 млрд лет назад (миллиардов лет назад), и более тяжелых элементов, выброшенных сверхновыми . Около 4,5 млрд лет назад туманность начала сжиматься, что могло быть вызвано ударной волной от близлежащей сверхновой . [23] 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 размером с километр , вращающиеся вокруг центра туманности. [24]
Центр туманности, не имея большого углового момента, быстро коллапсировал, сжатие нагревало его до тех пор, пока не начался ядерный синтез водорода в гелий. После большего сжатия звезда типа Т Тельца зажглась и превратилась в Солнце . Тем временем во внешней части туманности гравитация заставила материю конденсироваться вокруг возмущений плотности и частиц пыли, а остальная часть протопланетного диска начала разделяться на кольца. В процессе, известном как неуправляемая аккреция , последовательно более крупные фрагменты пыли и мусора слипались, образуя планеты. [24] Земля образовалась таким образом около 4,54 миллиарда лет назад (с погрешностью 1%) [25] [26] [4] и была в основном завершена в течение 10–20 миллионов лет. [27] В июне 2023 года ученые сообщили о доказательствах того, что планета Земля могла образоваться всего за три миллиона лет, намного быстрее, чем считалось ранее за 10–100 миллионов лет. [28] [29] Тем не менее, солнечный ветер новообразованной звезды T Тельца очистил большую часть материала в диске, который еще не сконденсировался в более крупные тела. Ожидается, что тот же процесс создаст аккреционные диски вокруг практически всех новообразованных звезд во Вселенной, некоторые из которых дают планеты . [30]
Прото-Земля росла путем аккреции до тех пор, пока ее внутренняя часть не стала достаточно горячей, чтобы расплавить тяжелые сидерофильные металлы . Имея более высокую плотность , чем силикаты, эти металлы затонули. 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] JA Jacobs [32] был первым, кто предположил, что внутреннее ядро Земли — твердый центр, отличный от жидкого внешнего ядра — замерзает и растет из жидкого внешнего ядра из-за постепенного охлаждения внутренней части Земли (около 100 градусов Цельсия за миллиард лет [33] ).
Первый эон в истории Земли, хадейский , начинается с образования Земли и за ним следует архейский эон в 3,8 млрд лет. [2] : 145 Древнейшие породы, найденные на Земле, датируются примерно 4,0 млрд лет, а древнейшие обломочные кристаллы циркона в породах - примерно 4,4 млрд лет, [34] [35] [36] вскоре после образования земной коры и самой Земли. Гипотеза гигантского удара для образования Луны гласит, что вскоре после образования начальной коры прото-Земля подверглась удару меньшей протопланеты, которая выбросила часть мантии и коры в космос и создала Луну. [37] [38] [39]
Из подсчета кратеров на других небесных телах следует, что период интенсивных метеоритных ударов, называемый поздней тяжелой бомбардировкой , начался около 4,1 млрд лет назад и завершился около 3,8 млрд лет назад, в конце хадея. [40] Кроме того, вулканизм был интенсивным из-за большого теплового потока и геотермального градиента . [41] Тем не менее, обломочные кристаллы циркона, датированные 4,4 млрд лет назад, демонстрируют доказательства контакта 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 было кислорода, а значит, не было озонового слоя, блокирующего ультрафиолетовое излучение. Тем не менее, считается, что изначальная жизнь начала развиваться в раннем архее, и потенциальные ископаемые останки датируются примерно 3,5 млрд лет назад. [42] Некоторые ученые даже предполагают, что жизнь могла зародиться в раннем хадее, еще 4,4 млрд лет назад, пережив возможный период поздней тяжелой бомбардировки в гидротермальных источниках под поверхностью Земли. [43]
Единственный естественный спутник Земли , Луна, больше по сравнению со своей планетой, чем любой другой спутник в Солнечной системе. [nb 1] Во время программы «Аполлон» камни с поверхности Луны были доставлены на Землю. Радиометрическое датирование этих камней показывает, что Луне 4,53 ± 0,01 миллиарда лет, [46] она образовалась по крайней мере 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 формирование, а также следующие факты. Во-первых, Луна имеет низкую плотность (в 3,3 раза больше, чем у воды, по сравнению с 5,5 у Земли [49] ) и небольшое металлическое ядро. Во-вторых, Земля и Луна имеют одинаковую изотопную сигнатуру кислорода (относительное содержание изотопов кислорода). Из теорий, предложенных для объяснения этих явлений, одна широко принята: 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, вызвало вымирание нептичьих динозавров. Этого было достаточно, чтобы испарить некоторые внешние слои Земли и расплавить оба тела. [50] [1] : 256 Часть материала мантии была выброшена на орбиту вокруг Земли. Гипотеза гигантского удара предсказывает, что Луна была истощена металлическим материалом, [52] что объясняет ее аномальный состав. [53] Выбросы на орбите вокруг Земли могли сконденсироваться в одно тело в течение пары недель. Под действием собственной гравитации выброшенный материал стал более сферическим телом: Луной. [54]
Конвекция мантии , процесс, который управляет тектоникой плит, является результатом теплового потока из недр Земли к поверхности Земли. [55] : 2 Он включает в себя создание жестких тектонических плит в срединно-океанических хребтах . Эти плиты разрушаются субдукцией 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, похожий на современную тектонику плит, действительно происходил, он тоже должен был происходить быстрее. Вероятно, что в хадее 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 из-за сочетания этой быстрой тектоники плит Гадея и интенсивных воздействий Поздней тяжелой бомбардировки. Однако считается, что она была базальтовой по составу, как и сегодняшняя океаническая кора , поскольку еще не произошло значительной дифференциации коры. [1] : 258 Первые более крупные куски континентальной коры , которая является продуктом дифференциации более легких элементов во время частичного плавления в нижней коре, появились в конце Гадея, около 4,0 млрд лет назад. То, что осталось от этих первых небольших континентов, называется кратонами . Эти куски позднегадейской и раннеархейской коры образуют ядра, вокруг которых выросли современные континенты. [58]
Самые древние породы на Земле обнаружены в североамериканском кратоне Канады . Это тоналиты возрастом около 4,0 млрд лет. Они показывают следы метаморфизма под воздействием высокой температуры, а также осадочные зерна , которые были округлены эрозией во время переноса водой, что показывает, что тогда существовали реки и моря. [59] Кратоны состоят в основном из двух чередующихся типов террейнов . Первый - это так называемые зеленокаменные пояса , состоящие из низкосортных метаморфизованных осадочных пород. Эти «зеленокаменные породы» похожи на отложения, которые сегодня встречаются в океанических желобах , над зонами субдукции. По этой причине зеленокаменные породы иногда рассматриваются как свидетельство субдукции во время архея. Второй тип - это комплекс кислых магматических пород . Эти породы в основном представляют собой тоналиты, трондьемиты или гранодиориты , типы пород, похожие по составу на гранит (поэтому такие террейны называются TTG-террейнами). TTG-комплексы рассматриваются как реликты первой континентальной коры, образованной частичным плавлением базальта. [60] : Глава 5
Земля часто описывается как имеющая три атмосферы. Первая атмосфера, захваченная из солнечной туманности, состояла из легких ( атмофильных ) элементов из солнечной туманности, в основном водорода и гелия. Сочетание солнечного ветра и тепла Земли могло бы вытеснить эту атмосферу, в результате чего атмосфера теперь обеднена этими элементами по сравнению с космическим изобилием. [61] После удара, который создал Луну, расплавленная Земля выделила летучие газы; а позже еще больше газов было выброшено вулканами , завершив вторую атмосферу, богатую парниковыми газами, но бедную кислородом. [1] : 256 Наконец, третья атмосфера, богатая кислородом, возникла, когда бактерии начали вырабатывать кислород около 2,8 млрд лет назад. [62] : 83–84, 116–117
В ранних моделях формирования атмосферы и океана вторая атмосфера была сформирована путем дегазации летучих веществ из недр Земли. Теперь считается вероятным, что многие летучие вещества были доставлены во время аккреции в процессе, известном как ударная дегазация , при которой входящие тела испаряются при ударе. Таким образом, океан и атмосфера начали бы формироваться еще тогда, когда образовалась Земля. [66] Новая атмосфера, вероятно, содержала водяной пар , углекислый газ, азот и меньшее количество других газов. [67]
Планетезимали на расстоянии 1 астрономической единицы (а.е.), расстоянии от Земли до Солнца, вероятно, не принесли никакой воды на Землю, потому что солнечная туманность была слишком горячей для образования льда, а гидратация горных пород водяным паром заняла бы слишком много времени. [66] [68] Вода, должно быть, была доставлена метеоритами из внешнего пояса астероидов и некоторыми крупными планетарными эмбрионами из-за пределов 2,5 а.е. [66] [69] Кометы также могли внести 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
По мере охлаждения Земли образовались облака . Дождь создал океаны. Последние данные свидетельствуют о том, что океаны могли начать формироваться еще 4,4 млрд лет назад. [34] К началу архейского эона они уже покрывали большую часть Земли. Это раннее формирование было трудно объяснить из-за проблемы, известной как парадокс слабого молодого Солнца . Известно, что звезды становятся ярче с возрастом, а Солнце стало на 30% ярче с момента своего 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 было достаточно углекислого газа и метана для создания парникового эффекта . Углекислый газ мог быть произведен вулканами, а метан — ранними микробами. Предполагается, что также существовала органическая дымка, созданная из продуктов фотолиза метана, которая также вызывала антипарниковый эффект . [72] Другой парниковый газ, аммиак , мог быть выброшен вулканами, но быстро уничтожен ультрафиолетовым излучением. [62] : 83
Одной из причин интереса к ранней атмосфере и океану является то, что они формируют условия, при которых впервые возникла жизнь. Существует много моделей, но мало консенсуса относительно того, как жизнь возникла из неживых химикатов; химические системы, созданные в лаборатории, значительно не достигают минимальной сложности для живого организма. [73] [74]
Первым шагом в возникновении жизни могли быть химические реакции, которые произвели многие из более простых органических соединений, включая нуклеиновые основания и аминокислоты , которые являются строительными блоками жизни. Эксперимент, проведенный в 1952 году Стэнли Миллером и Гарольдом 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, более поздние эксперименты с более реалистичными составами также смогли 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 по крайней мере из трех возможных отправных точек: саморепликация , способность организма производить потомство, похожее на него самого; метаболизм , его способность питаться и восстанавливаться; и внешние клеточные мембраны , которые позволяют пище проникать внутрь и отходам выходить наружу, но исключают нежелательные вещества. [78]
Даже простейшие представители трех современных доменов жизни используют ДНК для записи своих «рецептов», а также сложный массив молекул РНК и белка для «чтения» этих инструкций и использования их для роста, поддержания и саморепликации.
Открытие того, что своего рода молекула РНК, называемая рибозимом, может катализировать как свою собственную репликацию, так и построение белков, привело к гипотезе о том, что более ранние формы жизни были полностью основаны на РНК. [79] Они могли сформировать мир РНК , в котором были особи, но не было видов , поскольку мутации и горизонтальные переносы генов означали бы, что потомство в каждом поколении, скорее всего, имело бы геномы, отличные от тех, с которых начинали их родители. [80] Позднее РНК была заменена ДНК, которая более стабильна и, следовательно, может строить более длинные геномы, расширяя диапазон возможностей, которые может иметь один организм. [81] Рибозимы остаются основными компонентами рибосом , «белковых фабрик» современных клеток. [82]
Хотя короткие самовоспроизводящиеся молекулы РНК были искусственно получены в лабораториях [83] , были высказаны сомнения относительно 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 предложены другие пре-РНК-репликаторы , 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 давлении на дне океана вблизи гидротермальных источников . В этой гипотезе протоклетки будут заключены в порах металлического субстрата до последующего 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, начатая 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. Большинство этапов их сборки требовали температуры около 100 °C (212 °F) и умеренного давления, хотя один этап требовал 250 °C (482 °F) и давления, эквивалентного тому, что находится под 7 километрами (4,3 мили) породы. Следовательно, самоподдерживающийся синтез белков мог происходить вблизи гидротермальных источников. [93]
Трудность сценария «сначала метаболизм» заключается в поиске способа для организмов эволюционировать. Без способности реплицироваться как индивидуумы, агрегаты молекул имели бы «композиционные геномы» (количество молекулярных видов в агрегате) в качестве цели естественного отбора. Однако недавняя модель показывает, что такая система не способна эволюционировать в ответ на естественный отбор. [94]
Было высказано предположение, что двухслойные «пузырьки» липидов, подобные тем, что образуют внешние мембраны клеток, могли быть важным первым шагом. [95] Эксперименты, имитирующие условия ранней Земли, сообщили об образовании липидов, и они могут спонтанно образовывать липосомы , двухслойные «пузырьки», а затем воспроизводить себя. Хотя они не являются носителями информации по своей сути, как нуклеиновые кислоты, они могли бы подвергаться естественному отбору на долговечность и воспроизводство. Нуклеиновые кислоты, такие как РНК, могли бы тогда легче образовываться внутри липосом, чем снаружи. [96]
Некоторые глины , в частности монтмориллонит , обладают свойствами, которые делают их вероятными ускорителями возникновения мира РНК: они растут путем самовоспроизведения своей кристаллической структуры, подвергаются аналогу естественного отбора (поскольку «вид» глины, который растет быстрее всего в определенной среде, быстро становится доминирующим) и могут 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 также может ускорить превращение жирных кислот в «пузыри», и что пузырьки могут инкапсулировать РНК, прикрепленную к глине. Пузыри затем могут расти, поглощая дополнительные липиды и делясь. Формированию самых ранних клеток могли способствовать аналогичные процессы. [99]
Похожая гипотеза представляет самовоспроизводящиеся богатые железом глины как предшественников нуклеотидов , липидов и аминокислот. [100]
Считается, что из этого множества протоклеток выжила только одна линия . Текущие филогенетические данные свидетельствуют о том, что последний универсальный предок (LUA) жил в раннем архейском эоне, возможно, 3,5 млрд лет назад или ранее. [101] [102] Эта клетка LUA является предком всей жизни на Земле сегодня. Вероятно, это был прокариот , обладающий клеточной мембраной и, вероятно, рибосомами, но не имеющий ядра или связанных с мембраной органелл, таких как митохондрии или хлоропласты . Как и современные клетки, он использовал ДНК в качестве своего генетического кода, РНК для передачи информации и синтеза белка и ферменты для катализа реакций . Некоторые ученые полагают, что вместо того, чтобы один организм был последним универсальным общим предком, существовали популяции организмов, обменивающихся генами путем латерального переноса генов . [103]
Протерозойский эон продолжался от 2,5 млрд лет до 538,8 млн лет назад. [105] В этот промежуток времени кратоны превратились в континенты современных размеров. Изменение атмосферы на богатую кислородом стало решающим событием. Жизнь развилась из прокариот в эукариот и многоклеточные формы. В протерозое было несколько суровых ледниковых периодов, называемых « землями-снежками» . После последней «земли-снежки» около 600 млн лет назад эволюция жизни на Земле ускорилась. Около 580 млн лет назад эдиакарская биота сформировала прелюдию к кембрийскому взрыву . [ необходима цитата ]
Самые ранние клетки поглощали энергию и пищу из окружающей среды. Они использовали ферментацию , расщепление более сложных соединений на менее сложные соединения с меньшим количеством энергии, и использовали высвобождаемую 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, покрывающей поверхность Земли, напрямую или косвенно зависит от фотосинтеза. Наиболее распространенная форма, кислородный фотосинтез, превращает углекислый газ, воду и солнечный свет в пищу. Он захватывает энергию солнечного света в богатые энергией молекулы, такие как АТФ, которые затем обеспечивают энергию для производства сахаров. Чтобы поставлять электроны в цепь, водород отделяется от воды, оставляя кислород в качестве отхода. [107] Некоторые организмы, включая пурпурные бактерии и зеленые серные бактерии , используют аноксигенную форму фотосинтеза , которая использует альтернативы водороду, отделенному от воды, в качестве доноров электронов ; примерами являются сероводород, сера и железо. Такие экстремофильные организмы ограничены в противном случае негостеприимными средами, такими как горячие источники и гидротермальные источники. [106] : 379–382 [108]
Более простая аноксигенная форма возникла около 3,8 млрд лет назад, вскоре после появления жизни. Время возникновения кислородного фотосинтеза более спорно; он, безусловно, появился около 2,4 млрд лет назад, но некоторые исследователи относят его к 3,2 млрд лет назад. [107] Последняя «вероятно, увеличила глобальную производительность по крайней мере на два или три порядка величины». [109] [110] Среди древнейших остатков форм жизни, производящих кислород, находятся ископаемые строматолиты . [109] [110] [111]
Сначала высвобождаемый кислород связывался с известняком , железом и другими минералами. Окисленное железо появляется в виде красных слоев в геологических пластах, называемых полосчатыми железными образованиями , которые в изобилии образовались в сидерийский период (между 2500 и 2300 млн лет назад). [2] : 133 Когда большинство вышедших на поверхность легко реагирующих минералов были окислены, кислород, наконец, начал накапливаться в атмосфере. Хотя каждая клетка производила лишь незначительное количество кислорода, объединенный метаболизм многих клеток в течение огромного времени преобразовал атмосферу Земли в ее нынешнее состояние. Это была третья атмосфера Земли. [112] : 50–51 [62] : 83–84, 116–117
Некоторое количество кислорода было стимулировано солнечным ультрафиолетовым излучением для образования озона , который собирался в слое около верхней части атмосферы. Озоновый слой поглотил и все еще поглощает значительное количество ультрафиолетового излучения, которое когда-то прошло через атмосферу. Это позволило клеткам колонизировать поверхность океана и, в конечном итоге, сушу: без озонового слоя ультрафиолетовое излучение, бомбардирующее сушу и море, вызвало бы неустойчивые уровни мутации в подвергшихся воздействию клетках. [113] [59] : 219–220
Фотосинтез оказал еще одно важное влияние. Кислород был токсичен; большая часть жизни на Земле, вероятно, вымерла, когда его уровень поднялся в так называемой кислородной катастрофе . Устойчивые формы выжили и процветали, а некоторые развили способность использовать кислород для ускорения своего метаболизма и получения большего количества энергии из той же пищи. [113]
Естественная эволюция Солнца сделала его все более ярким в течение архейского и протерозойского эонов; светимость Солнца увеличивается на 6% каждый миллиард лет. [59] : 165 В результате Земля начала получать больше тепла от Солнца в протерозойском эоне. Однако Земля не становилась теплее. Вместо этого геологические данные свидетельствуют о том, что она резко остыла в течение раннего протерозоя. Ледниковые отложения , обнаруженные в Южной Африке, датируются 2,2 млрд лет назад, и в это время, основываясь на палеомагнитных свидетельствах, они должны были располагаться вблизи экватора. Таким образом, это оледенение, известное как гуронское оледенение , могло быть глобальным. Некоторые ученые предполагают, что оно было настолько сильным, что Земля замерзла от полюсов до экватора, гипотеза называется «Земля-снежок». [114]
Гуронский ледниковый период мог быть вызван увеличением концентрации кислорода в атмосфере, что привело к уменьшению метана (CH 4 ) в атмосфере. Метан является сильным парниковым газом, но с кислородом он реагирует, образуя CO 2 , менее эффективный парниковый газ. [59] : 172 Когда в атмосфере стал доступен свободный кислород, концентрация метана могла резко снизиться, достаточно, чтобы противостоять эффекту увеличивающегося потока тепла от Солнца. [115]
Однако термин Snowball Earth чаще используется для описания более поздних экстремальных ледниковых периодов в течение криогенового периода. Было четыре периода, каждый из которых длился около 10 миллионов лет, между 750 и 580 миллионами лет назад, когда, как полагают, Земля была покрыта льдом, за исключением самых высоких гор, а средняя температура составляла около −50 °C (−58 °F). [116] Снежный ком мог быть отчасти связан с расположением суперконтинента Родиния , охватывающего экватор . Углекислый газ соединяется с дождем, чтобы выветрить породы и образовать угольную кислоту, которая затем вымывается в море, таким образом извлекая парниковый газ из атмосферы. Когда континенты находятся вблизи полюсов, наступление льда покрывает породы, замедляя сокращение углекислого газа, но в криогеновом периоде выветривание Родинии могло продолжаться беспрепятственно, пока лед не продвинулся к тропикам. Процесс мог быть в конечном итоге обращен вспять выбросом углекислого газа из вулканов или дестабилизацией метановых газогидратов . Согласно альтернативной теории Земли-слашбола , даже в разгар ледниковых периодов на экваторе все еще была открытая вода. [117] [118]
Современная таксономия классифицирует жизнь на три домена. Время их происхождения неизвестно. Домен Bacteria, вероятно, первым отделился от других форм жизни (иногда называемых Neomura ), но это предположение спорно. Вскоре после этого, около 2 млрд лет назад, [119] Neomura разделились на Archaea и Eukaryota . Эукариотические клетки (Eukaryota) крупнее и сложнее прокариотических клеток (Bacteria и Archaea), и происхождение этой сложности только сейчас становится известно. [120] Самые ранние ископаемые останки, обладающие типичными для грибов чертами, относятся к палеопротерозойской эре, около 2,4 млрд лет назад; эти многоклеточные бентосные организмы имели нитевидные структуры, способные к анастомозу . [121]
Примерно в это же время образовалась первая протомитохондрия . Бактериальная клетка, родственная сегодняшней Rickettsia [122] , которая эволюционировала для метаболизма кислорода , вошла в более крупную прокариотическую клетку, у которой не было такой возможности. Возможно, большая клетка попыталась переварить меньшую, но потерпела неудачу (возможно, из-за эволюции защиты от добычи). Меньшая клетка могла попытаться паразитировать на большей. В любом случае, меньшая клетка выжила внутри большей клетки. Используя кислород, она метаболизировала отходы большей клетки и извлекла больше энергии. Часть этой избыточной энергии была возвращена хозяину. Меньшая клетка размножалась внутри большей. Вскоре между большой клеткой и меньшими клетками внутри нее развился устойчивый симбиоз . Со временем клетка-хозяин приобрела некоторые гены от меньших клеток, и два вида стали зависеть друг от друга: большая клетка не могла выжить без энергии, вырабатываемой меньшими, а они, в свою очередь, не могли выжить без сырья, предоставляемого большей клеткой. Вся клетка теперь считается единым организмом , а меньшие клетки классифицируются как органеллы , называемые митохондриями. [123]
Аналогичное событие произошло с фотосинтетическими цианобактериями [124], которые вошли в крупные гетеротрофные клетки и стали хлоропластами. [112] : 60–61 [125] : 536–539 Вероятно, в результате этих изменений линия клеток, способных к фотосинтезу, отделилась от других эукариот более 1 миллиарда лет назад. Вероятно, было несколько таких событий включения. Помимо устоявшейся эндосимбиотической теории клеточного происхождения митохондрий и хлоропластов, существуют теории, согласно которым клетки привели к пероксисомам , спирохеты привели к ресничкам и жгутикам , и что, возможно, ДНК-вирус привел к ядру клетки, [126] [127] хотя ни одна из них не является общепринятой. [128]
Археи, бактерии и эукариоты продолжали диверсифицироваться и становиться более сложными и лучше приспособленными к своей среде. Каждый домен неоднократно разделялся на несколько линий. Около 1,1 млрд лет назад линии растений , животных и грибов разделились, хотя они все еще существовали как одиночные клетки. Некоторые из них жили в колониях, и постепенно началось разделение труда ; например, клетки на периферии могли начать брать на себя другие роли, чем те, что находились внутри. Хотя разделение между колонией со специализированными клетками и многоклеточным организмом не всегда ясно, около 1 миллиарда лет назад [129] появились первые многоклеточные растения, вероятно, зеленые водоросли . [130] Возможно, около 900 млн лет назад [125] : 488 настоящая многоклеточность также развилась у животных. [131]
Сначала это, вероятно, напоминало сегодняшние губки , которые имеют тотипотентные клетки, позволяющие разрушенному организму собрать себя заново. [125] : 483–487 По мере завершения разделения труда в различных линиях многоклеточных организмов клетки становились 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 сделаны с использованием подгонки континентальных окраин, магнитных аномалий океанического дна и палеомагнитных полюсов . Ни одна океаническая кора не датируется более поздним периодом, поэтому более ранние реконструкции более сложны. Палеомагнитные полюса дополняются геологическими свидетельствами, такими как орогенные пояса , которые отмечают края древних плит, и прошлыми распределениями флоры и фауны. Чем дальше назад во времени, тем скуднее и сложнее интерпретировать данные и тем более неопределенными становятся реконструкции. [133] : 370
На протяжении всей истории Земли были времена, когда континенты сталкивались и образовывали суперконтинент, который позже распадался на новые континенты. Около 1000–830 млн лет назад большая часть континентальной массы была объединена в суперконтинент Родиния. [133] : 370 [134] Родинии могли предшествовать 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 столкновения континентов , известная как панафриканская орогенез , которая объединила континентальные массы современной Африки, Южной Америки, Антарктиды и Австралии. Существование Паннотии зависит от времени рифтинга между Гондваной (которая включала большую часть суши, которая сейчас находится в Южном полушарии, а также Аравийский полуостров и Индийский субконтинент ) и Лаврентией (примерно эквивалентна современной Северной Америке). [133] : 374 По крайней мере, несомненно, что к концу протерозойского эона большая часть континентальной массы была объединена в положении вокруг южного полюса. [138]
В конце протерозоя наблюдалось по крайней мере два оледенения Snowball Earth, настолько суровых, что поверхность океанов могла полностью замерзнуть. Это произошло около 716,5 и 635 млн лет назад в криогеновый период . [139] Интенсивность и механизм обоих оледенений все еще изучаются и их сложнее объяснить, чем Snowball Earth раннего протерозоя. [140] Большинство палеоклиматологов считают, что холодные эпизоды были связаны с образованием суперконтинента Родиния. [141] Поскольку Родиния была сосредоточена на экваторе, скорость химического выветривания увеличилась, а углекислый газ (CO2 ) был взят из атмосферы. Поскольку CO2 является важным парниковым газом, климат похолодал во всем мире. [142]
Точно так же, во времена Snowball Earths большая часть континентальной поверхности была покрыта вечной мерзлотой , что снова уменьшило химическое выветривание, что привело к концу оледенений. Альтернативная гипотеза заключается в том, что достаточно углекислого газа выделилось через вулканическую дегазацию, что возникший парниковый эффект повысил глобальную температуру. [141] Увеличение вулканической активности произошло в результате распада Родинии примерно в то же время. [143]
За криогеновым периодом последовал эдиакарский период, который характеризовался быстрым развитием новых многоклеточных форм жизни. [144] Неясно, есть ли связь между окончанием суровых ледниковых периодов и ростом разнообразия жизни, но это не кажется совпадением. Новые формы жизни, называемые эдиакарской биотой, 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 стали возникновение мышечных и нервных клеток. Ни одна из эдиакарских ископаемых не имела твердых частей тела, таких как скелеты. Они впервые появляются после границы между протерозойской и фанерозойской эрами или эдиакарским и кембрийским периодами. [146]
Фанерозой — это текущий эон на Земле, который начался примерно 538,8 миллионов лет назад. Он состоит из трех эр: палеозойской , мезозойской и кайнозойской , [105] и является временем, когда многоклеточная жизнь значительно диверсифицировалась почти во все организмы, известные сегодня. [147]
Палеозойская («старая жизнь») эра была первой и самой длинной эрой фанерозойского эона, длившейся от 538,8 до 251,9 млн лет назад. [105] В течение палеозоя возникло множество современных групп жизни. Жизнь колонизировала сушу, сначала растения, затем животные. Произошло два значительных вымирания. Континенты, образовавшиеся при распаде Паннотии и Родинии в конце протерозоя, медленно снова соединились, образовав суперконтинент Пангею в позднем палеозое. [148]
Мезозойская («средняя жизнь») эра длилась с 251,9 млн лет до 66 млн лет. [105] Она подразделяется на триасовый , юрский и меловой периоды. Эра началась с пермско-триасового вымирания , самого серьезного вымирания в палеонтологической летописи; 95% видов на Земле вымерли. [149] Она закончилась мелово-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 делятся на семь подразделений: палеогеновый состоит из палеоцена , эоцена и олигоцена , неогеновый делится на миоценовый , плиоценовый и четвертичный, состоящий из плейстоцена и голоцена. [151] Млекопитающие, птицы, земноводные, крокодилы, черепахи и лепидозавры пережили вымирание мел-палеогенового периода, которое уничтожило нептичьих динозавров и многие другие формы жизни, и это эпоха, в течение которой они диверсифицировались в свои современные формы. [152]
В конце протерозоя суперконтинент Паннотия распался на более мелкие континенты Лаврентию, Балтику , Сибирь и Гондвану. [153] В периоды, когда континенты расходятся, в результате вулканической активности образуется больше океанической коры. Поскольку молодая вулканическая кора относительно более горячая и менее плотная, чем старая океаническая кора, в такие периоды дно океана поднимается. Это приводит к повышению уровня моря . Поэтому в первой половине палеозоя большие площади континентов находились ниже уровня моря. [ требуется ссылка ]
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 обнаружены только на бывшей Гондване. Во время позднего ордовикского ледникового периода произошло несколько массовых вымираний, в ходе которых исчезли многие брахиоподы , трилобиты, мшанки и кораллы . Эти морские виды, вероятно, не могли бороться с понижением температуры морской воды. [154]
Континенты Лаврентия и Балтика столкнулись между 450 и 400 млн лет назад во время каледонской орогении , 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) [21] Гондвана и Сибирь начали двигаться в сторону Лавруссии. Столкновение Сибири с Лавруссией вызвало уральскую орогению , столкновение Гондваны с Лавруссией называется варисцианской или герцинской орогенией в Европе или аллегенской орогенией в Северной Америке. Последняя фаза имела место в каменноугольный период (359–299 млн лет назад) [21] и привела к образованию последнего суперконтинента, Пангеи. [60]
К 180 млн лет назад Пангея распалась на Лавразию и Гондвану. [ необходима цитата ]
Скорость эволюции жизни, зафиксированная ископаемыми, ускорилась в кембрийский период (542–488 млн лет назад). [21] Внезапное появление множества новых видов, типов и форм в этот период называется кембрийским взрывом. Это была форма адаптивной радиации , когда пустующие ниши , оставленные вымершей эдиакарской биотой, были заполнены 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 все еще примитивными и их нелегко отнести к какой-либо современной группе, в конце кембрия большинство современных типов уже присутствовали. Развитие твердых частей тела, таких как раковины, скелеты или экзоскелеты у животных, таких как моллюски , иглокожие , криноидеи и членистоногие (известная группа членистоногих из нижнего палеозоя — трилобиты ), сделало сохранение и окаменение таких форм жизни более легкими, чем у их протерозойских предков. По этой причине о жизни в кембрийском периоде 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 место в современной классификации. [157]
В кембрии появились первые позвоночные животные, среди которых были и первые рыбы . [125] : 357 Существом, которое могло быть предком рыб или, вероятно, было тесно связано с ними, была пикайя . У нее была примитивная хорда , структура, которая позже могла развиться в позвоночный столб . Первые рыбы с челюстями ( Gnathostomata ) появились в следующем геологическом периоде, ордовике . Колонизация новых ниш привела к массивным размерам тела. Таким образом, в раннем палеозое эволюционировали рыбы с увеличивающимися размерами, такие как титаническая плакодерма Dunkleosteus , которая могла достигать 7 метров (23 фута) в длину. [158]
Разнообразие форм жизни существенно не увеличилось из-за серии массовых вымираний, которые определяют широко распространенные биостратиграфические единицы, называемые биомерами . [159] После каждого импульса вымирания регионы континентального шельфа были повторно заселены похожими формами жизни, которые, возможно, медленно эволюционировали в других местах. [160] К концу кембрия трилобиты достигли своего наибольшего разнообразия и доминировали почти во всех ископаемых сообществах. [161] : 34
Накопление кислорода в результате фотосинтеза привело к образованию озонового слоя, который поглощал большую часть ультрафиолетового излучения Солнца , что означало, что одноклеточные организмы, достигшие суши, имели меньше шансов погибнуть, а прокариоты начали размножаться и стали лучше приспособлены к выживанию вне воды. Линии прокариот, вероятно, колонизировали сушу еще 3 млрд лет назад [162] [163] еще до появления эукариот. Долгое время суша оставалась бесплодной для многоклеточных организмов. Суперконтинент Паннотия образовался около 600 млн лет назад, а затем распался всего через 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 древние окаменелости наземных грибов и растений датируются 480–460 млн лет назад, хотя молекулярные данные свидетельствуют о том, что грибы могли колонизовать сушу уже 1000 млн лет назад, а растения — 700 млн лет назад. [168] Первоначально оставаясь близко к краю воды, мутации и вариации привели к дальнейшей колонизации этой новой среды. Время выхода первых животных из океанов точно не известно: самое древнее явное свидетельство — это членистоногие на суше около 450 млн лет назад, [169] возможно, процветающие и лучше приспособленные из-за огромного источника пищи, предоставляемого наземными растениями. Есть также неподтвержденные доказательства того, что членистоногие могли появиться на суше уже 530 млн лет назад. [170]
В конце ордовикского периода, 443 млн лет назад, [21] произошли дополнительные вымирания , возможно, из-за сопутствующего ледникового периода. [154] Около 380–375 млн лет назад первые четвероногие произошли от рыб. [171] Плавники эволюционировали, превратившись в конечности, которые первые четвероногие использовали, чтобы поднимать голову из воды, чтобы дышать воздухом. Это позволяло им жить в воде с низким содержанием кислорода или преследовать мелкую добычу на мелководье. [171] Позже они могли выходить на сушу на короткие периоды. В конце концов, некоторые из них настолько хорошо приспособились к наземной жизни, что проводили свою взрослую жизнь на суше, хотя они вылуплялись в воде и возвращались, чтобы отложить яйца. Так появились земноводные . Около 365 млн лет назад произошел еще один период вымирания , возможно, в результате глобального похолодания . [172] Растения эволюционировали от семян , что резко ускорило их распространение на суше примерно в это же время (примерно на 360 млн лет назад). [173] [174]
Примерно 20 миллионов лет спустя (340 млн лет назад [125] : 293–296 ) развилось амниотическое яйцо , которое можно было откладывать на суше, что давало преимущество в выживании эмбрионам четвероногих. Это привело к расхождению амниот от амфибий. Еще 30 миллионов лет спустя (310 млн лет назад [125] : 254–256 ) произошло расхождение синапсидов ( включая млекопитающих) от завропсидов (включая птиц и рептилий). Другие группы организмов продолжали развиваться, и линии расходились — у рыб, насекомых, бактерий и так далее — но о деталях известно меньше. [ необходима цитата ]
После еще одного, самого сильного вымирания периода (251~250 млн лет назад), около 230 млн лет назад, динозавры отделились от своих предков-рептилий. [175] Триасово -юрское вымирание 200 млн лет назад пощадило многих динозавров, [21] [176] и вскоре они стали доминирующими среди позвоночных. Хотя некоторые линии млекопитающих начали разделяться в этот период, существующие млекопитающие, вероятно, были небольшими животными, напоминающими землероек . [125] : 169
Граница между птицами и нептичьими динозаврами неясна, но археоптерикс , традиционно считающийся одной из первых птиц, жил около 150 млн лет назад. [177]
Самые ранние свидетельства появления у покрытосеменных цветов 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 было интенсивное оледенение Гондваны, которое в конечном итоге привело к появлению Snowball Earth . Вымерло 60% морских беспозвоночных и 25% всех семейств. [ необходима цитата ]
Вторым массовым вымиранием было позднедевонское вымирание , вероятно, вызванное эволюцией деревьев, что могло привести к истощению парниковых газов (таких как CO2 ) или эвтрофикации воды. 70% всех видов вымерли. [179]
Третьим массовым вымиранием было пермско-триасовое, или Великое вымирание , событие. Событие, возможно, было вызвано некоторой комбинацией вулканического события Сибирских траппов , удара астероида, газификации гидрата метана , колебаний уровня моря и крупного аноксического события . Либо предполагаемый кратер Земли Уилкса [180] в Антарктиде, либо структура Бедаут у северо-западного побережья Австралии могут указывать на связь с ударом пермско-триасового вымирания. Но остается неясным, являются ли эти или другие предполагаемые пограничные кратеры пермско-триасового периода реальными ударными кратерами или даже современными пермско-триасовому вымиранию. Это было, безусловно, самое смертоносное вымирание из когда-либо существовавших, в результате которого 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 . 66 млн лет назад 10-километровый (6,2 мили) астероид врезался в Землю недалеко от полуострова Юкатан — где-то на юго-западной оконечности тогдашней Лавразии — где сегодня находится кратер Чиксулуб . Это выбросило в воздух огромное количество твердых частиц и паров, которые затмили солнечный свет, подавив фотосинтез. 75% всей жизни, включая нептичьих динозавров, вымерли, [184] ознаменовав конец мелового периода и мезозойской эры. [ требуется ссылка ]
Первые настоящие млекопитающие эволюционировали в тени динозавров и других крупных архозавров, которые заполнили мир к концу триаса. Первые млекопитающие были очень маленькими и, вероятно, вели ночной образ жизни, чтобы избежать хищников. Диверсификация млекопитающих по-настоящему началась только после мел-палеогенового вымирания. [185] К раннему палеоцену Земля оправилась от вымирания, и разнообразие млекопитающих увеличилось. Такие существа, как Ambulocetus, отправились в океаны, чтобы в конечном итоге превратиться в китов, [186] тогда как некоторые существа, такие как приматы, отправились на деревья. [187] Все это изменилось в середине и конце эоцена, когда между Антарктидой и Австралией образовалось циркумантарктическое течение, которое нарушило погодные условия в глобальном масштабе. Саванна без травы стала преобладать на большей части ландшафта, и такие млекопитающие, как эндрюсарх, стали крупнейшими известными наземными хищными млекопитающими, когда-либо существовавшими, [188] а ранние киты, такие как базилозавр, захватили господство в морях. [ необходима цитата ]
Эволюция трав принесла значительные изменения в ландшафт Земли, и новые открытые пространства, созданные, подтолкнули млекопитающих становиться все больше и больше. Трава начала расширяться в миоцене, и миоцен - это время, когда впервые появились многие современные млекопитающие. Гигантские копытные, такие как Paraceratherium и Deinotherium, эволюционировали, чтобы править лугами. Эволюция трав также заставила приматов спуститься с деревьев и начала эволюцию человека . Первые большие кошки также эволюционировали в это время. [189] Море Тетис было закрыто столкновением Африки и Европы. [190]
Образование Панамы было, пожалуй, самым важным геологическим событием, произошедшим за последние 60 миллионов лет. Атлантические и тихоокеанские течения были изолированы друг от друга, что привело к образованию Гольфстрима , который сделал 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 , очковых медведей , кинкажу и ягуаров . [ необходима ссылка ]
Три миллиона лет назад началась эпоха плейстоцена, которая характеризовалась резкими климатическими изменениями из-за ледниковых периодов. Ледниковые периоды привели к эволюции и экспансии современного человека в Сахарской Африке. Мегафауна, которая доминировала, питалась травянистыми угодьями, которые к настоящему времени заняли большую часть субтропического мира. Большое количество воды, удерживаемой во льду, позволило различным водоемам сократиться и иногда исчезнуть, например, Северному морю и Берингову проливу. Многие считают, что вдоль Берингии произошла огромная миграция , поэтому сегодня существуют верблюды (которые эволюционировали и вымерли в Северной Америке), лошади (которые эволюционировали и вымерли в Северной Америке) и коренные американцы. Конец последнего ледникового периода совпал с экспансией человека и массовым вымиранием мегафауны ледникового периода. Это вымирание называют « Шестым вымиранием ».
Небольшая африканская обезьяна, жившая около 6 млн лет назад, была последним животным, чьи потомки включали как современных людей, так и их ближайших родственников, шимпанзе . [101] [125] : 100–101 Только две ветви ее генеалогического древа имеют выживших потомков. Очень скоро после разделения, по причинам, которые до сих пор неясны, обезьяны в одной ветви развили способность ходить прямо . [125] : 95–99 Размер мозга быстро увеличивался, и к 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 контролировать огонь , вероятно, появилась 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 контролируемого огня может даже предшествовать Homo erectus . Огонь, возможно, использовали ранние нижнепалеолитические ( олдованские ) гоминиды Homo habilis или сильные австралопитеки , такие как Paranthropus . [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, до того, как их головы становились слишком большими, чтобы пройти через таз . В результате они проявляли большую пластичность , таким образом, обладая повышенной способностью к обучению и требуя более длительного периода зависимости. Социальные навыки стали более сложными, язык стал более изощренным, а орудия труда — более совершенными. Это способствовало дальнейшему сотрудничеству и интеллектуальному развитию. [195] : 7 Считается, что современные люди ( Homo sapiens ) возникли около 200 000 лет назад или ранее в Африке ; самые древние ископаемые остатки датируются примерно 160 000 лет назад. [196]
Первыми людьми, проявившими признаки духовности, были неандертальцы (обычно классифицируемые как отдельный вид без выживших потомков); они хоронили своих мертвецов, часто без признаков пищи или инструментов. [197] : 17 Однако свидетельства более сложных верований, такие как ранние кроманьонские наскальные рисунки (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 , вероятно, также означающие религиозные убеждения. [197] : 17–19 К 11 000 лет назад Homo sapiens достигли 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 совершенствоваться, а межличностные отношения стали более сложными. [ необходима ссылка ]
.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 По мере того, как язык становился все более сложным, способность запоминать и передавать информацию привела к появлению нового репликатора: мема . [ 200] Идеи могли быстро обмениваться и передаваться 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 стали вести оседлый образ жизни в постоянных поселениях как фермеры. Не все общества отказались от кочевого образа жизни, особенно те, что находились в изолированных районах земного шара, бедных одомашниваемыми видами растений, такими как Австралия . [202] Однако среди тех цивилизаций, которые приняли сельское хозяйство, относительная стабильность и возросшая производительность, обеспечиваемые фермерством, позволили расширить население. [ необходима ссылка ]
Сельское хозяйство оказало большое влияние; люди начали влиять на окружающую среду, как никогда раньше. Избыток пищи 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 письма позволило возникнуть сложным обществам: ведение записей и библиотеки служили хранилищем знаний и увеличили культурную передачу информации. Людям больше не нужно было тратить все свое время на работу ради выживания, что позволило создать первые специализированные профессии (например, ремесленники, торговцы, священники и т. д.). Любопытство и образование подтолкнули к поиску знаний и мудрости, и возникли различные дисциплины, включая науку (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 известные индуистские тексты, известные как Веды . Эта цивилизация развивалась в военном деле , искусстве , науке , математике и архитектуре . [ необходима 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 инженерии. [203] Римская империя была христианизирована императором Константином в начале 4-го века и пришла в упадок к концу 5-го века. Начиная с VII века началась христианизация Европы , и по крайней мере с IV века христианство играет видную 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 эпохи Аббасидов , Ирак . [212] Он считается крупным интеллектуальным центром во время исламского Золотого века , где мусульманские ученые в Багдаде и Каире процветали с девятого по тринадцатый век 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 началась эпоха Возрождения 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 господство над человеческими обществами по всему миру, время, известное как колониальная эпоха (также см. Эпоха открытий ). [195] : 295–299 В 18 веке культурное движение, известное как эпоха Просвещения, еще больше сформировало менталитет Европы и способствовало ее секуляризации . [ необходима ссылка ]
