De ontwikkeling van leven op aarde

De ontwikkeling van het leven op aarde heeft een aantal miljard jaar geduurd. Eerst was er nauwelijks zuurstof aanwezig en waren er enkel anaerobe organismen die in oceanen leefden. Later zijn er ook fotosynthetiserende organismen verschenen en gingen dieren steeds meer op het land leven. De eerste gewervelde dieren zijn zo'n 450 miljoen jaar geleden ontstaan.

Het ontstaan van de aarde en atmosfeer

Volgens onderzoeken is de aarde ongeveer 4,6 miljard jaar oud. Oorspronkelijk had de aarde geen atmosfeer, hij was te klein en te heet om de eerste atmosfeer die bestond uit waterdamp en helium vast te houden. Later is de aarde af gaan koelen en ontstond er een aardkorst met vele vulkanen erop. De atmosfeer is ontstaan door gassen geproduceerd door vulkanische activiteit. De oorspronkelijke atmosfeer bevatte methaan, ammoniak, waterstof en vooral erg veel waterdamp. De vroegere atmosfeer bevatte dus geen vrije zuurstof. Het ontbreken van vrije zuurstof is ook gebleken uit geologisch onderzoek van zeer oude gesteenten, waarin ongeoxideerde maar gemakkelijk oxideerbare stoffen voorkomen. Deze stoffen zijn dus duidelijk nog niet in aanraking geweest met zuurstof. De eventuele zuurstof die aanwezig was in de oorspronkelijke atmosfeer werd direct gebonden aan gereduceerd ijzer en zwavel.

De eerste organismen

De eerste organismen moeten dus geleefd hebben in een zuurstofloos of een zeer zuurstofarm milieu, dit soort organismen worden ook wel anaerobe organismen genoemd. Dit soort bacteriën komen tegenwoordig nog steeds voor, onder andere bij breukvlakken in oceaanbodems waar nog steeds veel vulkanische activiteit plaatsvindt. Voor anaerobe bacteriën is zuurstof vaak zelfs giftig. De plaats waar deze organismen zijn ontstaan wordt vaak ook wel oersoep genoemd, door allemaal chemische reacties is uit eindelijk het leven ontstaan.

Fotosynthese

Bij fotosynthese wordt ingestraalde zonne-energie direct gebruikt voor het laten verlopen van energie-vragende synthesereacties. Toen dit voor het eerste gebeurde op de aarde was dit een zeer grote stap voorwaarts in de geschiedenis van het leven. Er kwam een enorme biomassaproductie op gang en tegelijkertijd ontwikkelde zich ook het vrijkomen van zuurstof uit water, hiervan wordt de waterstof zelf voor de fotosynthese gebruikt. De zuurstof die vrijkomt is dus eigenlijk een soort afvalproduct van de fotosynthese.

Fotosynthetiserende organismen

De eerste fotosynthetiserende organismen verschenen ongeveer 3,5 miljard jaar geleden, dit waren ook nog allemaal kleine, eencellige organismen die geen celkern of organellen hadden. Eerst werd de zuurstof die door organismen geproduceerd werd opgenomen in oceanen en gebonden aan het ijzer in gesteenten. Vanaf ongeveer 2 miljard jaar geleden nam de hoeveelheid vrije zuurstof in de atmosfeer toe, momenteel is het percentage zuurstof in de atmosfeer zo'n 20%.

Het verdere ontstaan van het leven

Naar mate de hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer toenam kregen ook andere organismen de mogelijkheid om zich te ontwikkelen, dit waren organismen die zuurstof gebruikten voor het vrijmaken van energie uit organische verbindingen. De vrijgekomen zuurstof bleek een zeer nuttige rol te spelen door via de vorming van ozon de energierijke maar wel levensgevaarlijke UV-straling af te schermen. Hierdoor werd er langzamerhand ook steeds meer leven mogelijk in de bovenste laag van de oceaan en op het land.

Ongeveer 650 miljoen jaar geleden zijn de eerste complexe meercellige organismen ontstaan, dit waren nog allemaal ongewervelden. Ongeveer 450 miljoen jaar geleden zijn ook de eerste gewervelde dieren ontstaan, dit waren de vissen. De eerste landdieren zijn pas 100 miljoen jaar later ontstaan. De organismen bestonden nog voor een groot deel uit water en liepen in het droge landmilieu een groot risico op uitdroging. Tegenwoordig hebben de organismen hier allemaal aanpassingen voor: waslaagjes, haren, celwanden van cellulose en chitine zijn hier enkele voorbeelden van. Een andere factor die het leven op de aarde eerst tegenwerkte was de zwaartekracht, dieren en planten zakten gelijk in elkaar. Om zich hieraan aan te passen hebben organismen onder andere skeletten, pantsers en houtachtige structuren ontwikkeld.