Sejarah Bumi diurutkan secara kronologis dalam tabel skala waktu
geologi, yang dibagi menjadi beberapa interval sesuai dengan analisis
.
Skala waktu yang lengkap dapat dilihat di artikel utama. Keempat garis
waktu di bawah ini menunjukkan skala waktu geologi. Garis waktu yang
pertama menunjukkan keseluruhan waktu dari masa terbentuknya Bumi sampai
waktu sekarang. Skala waktu ini memampatkan
terbaru. Skala waktu kedua menunjukkan eon terbaru dengan skala yang
diperluas. Namun skala waktu kedua ini juga masih memampatkan era
terbaru, yang dapat dilihat di skala ketiga. Karena
merupakan periode yang sangat singkat dengan jangka waktu yang pendek, sehingga diperluas lagi di skala waktu keempat.
Skala waktu kedua, ketiga, dan keempat merupakan subbagian dari skala
waktu sebelumnya yang ditunjukkan oleh tanda bintang. Alasan lain untuk
memperluas skala keempat adalah,
(jangka waktu) terakhir terlalu kecil untuk dapat ditampilkan dengan jelas pada skala waktu ketiga di sebelah kanan.
Model standar tentang pembentukan
Tata Surya adalah
hipotesis nebula surya.
[4]
Dalam model ini, tata surya terbentuk dari awan debu antar bintang
serta gas yang besar dan berputar yang disebut nebula surya, yang
terdiri dari
hidrogen dan
helium yang tercipta sesaat setelah
peristiwa dentuman besar, 13,8 milyar tahun yang lalu serta
elemen yang lebih berat yang terlontar oleh
supernova. Sekitar 4,5 milyar tahun, nebula memulai kontraksi yang mungkin telah terpicu oleh
gelombang kejut dari
supernova yang berdekatan.
[5] Gelombang kejut juga telah membuat nebula tersebut berputar. Dengan makin cepatnya perputaran awan,
momentum sudut,
gravitasi dan
inersia meratakan awan tersebut menjadi bentuk
cakram protoplanet
yang tegak lurus terhadap sumbu rotasi. Adanya gangguan yang disebapkan
tumbukan serta pengaruh dari momentum sudut dari objek lain yang lebih
besar menciptakan sarana yang memungkinkan
protoplanet berukuran beberapa kilometer mulai terbentuk, yang mengorbit pusat nebula.
[6]
Pusat nebula, yang tidak banyak memiliki momentum sudut dengan cepat
runtuh, tekanan dari runtuhan tersebut memanaskannya hingga memungkinkan
terjadinya proses
fusi nuklir antara
hidrogen dan
helium. Ketika kontranksi menjadi lebih besar lagi, terbentuklah
bintang T Tauri dan berkembang menjadi
Matahari. Sementara itu, bagian luar dari gravitasi nebula menyebapkan
materi
mendingin di sekitar daerah yang padat gangguan serta partikel debu,
dan sisa dari cakram protoplanet mulai memisah menjadi cincin. Melalui
proses yang dikenal dengan
akresi cepat, kepingan-kepingan debu dan puing-puing terus menerus mengumpul sehingga terbentuklah
planet.
[6] Bumi terbentuk dengan cara ini sekitar 4,54 milyar tahun yang lalu (dengan ketidakpastian 1%)
[7][8][9][10] dan proses ini selesai dalam 10-20 juta tahun.
[11] Angin matahari
dari bintang T Tauri yang baru terbentuk membersihkan sebagian besar
materi di dalam cakram yang tidak tergabung dalam objek yang besar.
Proses yang sama terjadi di hampir semua bintang yang baru terjadi di
alam semesta yang menghasilkan
cakram akresi, beberapa diantaranya menghasilkan
planet ekstrasolar.
[12]
Bumi baru terus bertumbuh sampai suhu interiornya cukup panas untuk melelehkan
logam berat sederophile. Dengan
masa jenis
yang lebih tinggi dari silikat, logam ini tenggelam, yang mengakibatkan
pemisaan mantel primitif dengan inti metalik. Proses ini terjadi
10 juta tahun setelah bumi mulai terbentuk, dan menghasilkan struktur
bumi yang berlapis-lapis dan mengakibatkan terbentuknya
medan magnet.
[13] J. A. Jacobs
[14] merupakan orang pertama yang menunjukkan bahwa
inti dalam
- bagian dalam yang padat berbeda dari inti luar yang padat - membeku
dan mengembang keluar inti luar yang cair dikarenakan bagian dalam bumi
yang makin mendingin (sekitar 100 derajat cescius per milyar tahun
[15])
Ekstrapolasi dari pengamatan ini memperkirakan bahwa inti terbentuk
pada masa 2 -4 milyar tahun yang lalu. Jika ini benar maka berarti bahwa
inti bumi bukanlah fitur primordial yang berasal selama pembentukan
planet.
Eon Hadean dan Arkean
Eon pertama dalam sejarah Bumi,
Hadean, dimulai saat proses pembentukan bumi dan diikuti oleh eon
Arkean pada 3,8 miliar tahun yang lalu.
[2]:145 Batu tertua yang ditemukan di Bumi berumur sekitar 4 milyar tahun, dan serpihan kristal
zirkon di dalam batu tertua yang ditemukan berumur sekitar 4,4 milyar tahun,
[16][17][18] tak lama setelah pembentukan
kerak Bumi dan Bumi itu sendiri. Menurut
hipotesis tubrukan besar, pembentukan
Bulan terjadi tidak lama setelah terbentuknya kerak Bumi, saat Bumi muda tertabrak oleh
protoplanet yang berukuran lebih kecil, sehingga melontarkan
mantel dan kerak Bumi ke luar angkasa dan membentuk Bulan.
[19][20][21]
Dari jumlah kawah yang terdapat di benda langit lain, disimpulkan
bahwa periode tumbukan meteorit yang intens, yang disebut dengan
Pengeboman Berat Akhir dimulai sekitar 4,1 hingga 3,8 milyar tahun yang lalu pada akhir Hadean.
[22] Selain itu, banyak terdapat letusan gunung berapi disebabkan oleh aliran panas serta
panas bumi.
[23]
Meski demikian, kristal zirkon detrital berumur 4,4 milyar tahun
menunjukkan bukti bahwa kristal tersebut telah mengalami kontak dengan
air yang berada dalam kondisi cair. Hal ini menunjukkan bahwa Bumi telah
memiliki samudera atau laut pada saat itu.
[16]
Pada awal Arkean, suhu Bumi sudah cukup dingin. Bentuk kehidupan masa kini tidak dapat hidup di atmosfer Arkean yang memiliki
oksigen serta
lapisan ozon yang tipis. Namun diyakini bahwa kehidupan purba mulai berkembang pada awal Arkean, dengan ditemukannya
fosil berumur sekitar 5,3 milyar tahun.
[24] Beberapa ilmuwan bahkan berspekulasi bahwa kehidupan bisa dimulai sejak masa Hadean awal, sekitar 4,4 milyar tahun yang lalu.
[25]
Pembentukan Bulan
Bulan yang merupakan satu-satunya
satelit alami bumi, berukuran relatif lebih besar terhadap ukuran planet yang diorbitnya jika dibandingkan dengan satelit lain di
Tata Surya.
[nb 1] Selama
program Apollo, bebatuan dari permukaan Bulan dibawa ke Bumi.
Penanggalan radiometrik dari bebatuan ini telah menunjukkan bahwa Bulan berusia 4,53 ± .01 milyar tahun,
[28] setidaknya 30 juta tahun setelah terbentuknya tata surya.
[29]
Bukti terbaru menunjukkan Bulan terbentuk lebih lama lagi
4,48 ± 0.02 milyar tahun yang lalu atau 70 - 110 juta tahun setelah
terbentuknya Tata Surya.
[30]
Teori pembentukan Bulan harus dapat menjelaskan beberapa fakta berikut.
- Pertama, Bulan memiliki densitas yang rendah (3,3 kali dibanding air, sementara bumi 5,5 kali dibanding air[31]) dan inti logam yang kecil.
- Kedua, Bulan hampir tidak mengandung air atau bahan yang mudah menguap lainnya.
- Ketiga, Bumi dan Bulan memiliki jejak isotopik oksigen (kelimpahan relatif dari isotop oksigen) yang sama.
Dari teori-teori yang telah diajukan untuk menjelaskan fenomena ini, hanya satu yang diterima secara luas yakni
hipotesis tubrukan besar yang mengatakan bahwa bulan terbentuk dari sebuah benda langit seukuran
Mars menghantam bumi yang baru terbentuk.
[1]:256[32][33]
Tabrakan ini memiliki tenaga 100 juta kali lebih besar dari tabrakan yang menyebabkan kepunahan
dinosaurus. Tenaga ini cukup untuk menguapkan sebagian lapisan luar bumi dan menyatukan kedua bagian yang bertabrakan.
[32][1]:256 Sebagian dari bahan mantel terlempar ke orbit di sekitar bumi.
Hipotesis tubrukan besar menduga bahwa bulan kehabisan materi logam,
[34] hal ini menjelaskan komposisi yang abnormal.
[35]
Materi yang terlempar ke dalam orbit bumi dapat berkumpul menjadi satu
bagian dalam beberapa minggu, di bawah pengaruh gravitasinya sendiri,
materi tersebut semakin lama akan memiliki bentuk yang bulat.
[36]
Benua pertama
Mantel konveksi, proses yang mendorong lempeng tektonik saat ini, adalah hasil dari aliran panas dari dalam bumi ke permukaan bumi.
[37]:2 Termasuk juga penciptaan lempeng tektonik di
pegunungan di tengah laut. Lempeng ini dihancurkan oleh
subduksi ke dalam mantel di
zona subduksi. Pada awal masa
Arkean ( sekitar 3,0 milyar tahun yang lalu ) mantel itu jauh lebih panas dari hari ini , mungkin sekitar 1600 ° C,
[38]:82 sehingga proses konveksi dalam mantel terjadi lebih cepat.
Kerak bumi mulai terbentuk ketika permukaan bumi mulai memadat,
menghilangkan bekas-bekas pergeseran lempeng tektonik Hadean serta
dampak dari tumbukan yant terjadi. Namun diperkirakan kerak tersebut
memiliki komposisi
Basalt seperti
Kerak samudera yang ada sekarang.
[1]:258 Potongan
kerak benua besar yang pertama, muncul pada akhir masa
Hadean, sekitar 4 milyar tahun yang lalu. Bagian yang tersisa dari benua pertama yang kecil ini disebut
kraton. Potongan-potongan yang terjadi pada akhir
Hadean sampai awal
Arkean membentuk inti lempengan yang sampai sekarang tumbuh menjadi benua.
[39]
Batuan tertua di Bumi ditemukan di
Laurentia,
Kanada, yang berupa
tonalit
yang berumur sekitar 4 milyar tahun. Bebatuan ini menunjukkan jejak
metamorfosis oleh suhu tinggi, juga biji-bijian sedimen yang telah
terkikis oleh erosi selama terbawa oleh air, yang menunjukkan adanya
sungai dan laut pada masa itu.
[40]
Lautan dan atmosfer
Bumi biasanya diuraikan memiliki tiga
atmosfer. Atmosfer pertama diperoleh dari nebula surya, terdiri dari unsur-unsur ringan (
atmofil) dari nebula surya, sebagian besar merupakan
hidrogen dan
helium. Kombinasi dari
angin matahari dan
panas bumi akhirnya menghempaskan atmosfer ini, yang mengakibatkan habisnya atmosfer ini.
[42] Setelah terjadinya tumbukan, Bumi yang berbentuk cair melepaskan gas
volatil, dan gas-gas lainnya dikeluarkan oleh
gunung berapi, membentuk atmosfer kedua yang kaya
gas rumah kaca namun miskin oksigen.
[1]:256 Akhirnya, atmosfer ketiga yang kaya
oksigen muncul ketika bakteri mulai menghasilkan oksigen sekitar 2,8 milyar tahun yang lalu.
[43]:83–84,116–117
Dalam model awal pembentukan atmosfer dan laut, atmosfer kedua
terbentuk karena pengeluaran gas volatil dari interior Bumi. Anggapan
ini sekarang berubah, sebab volatil diperkirakan banyak dikeluarkan
selama akresi dalam sebuah proses yang dikenal sebagai
pengawagasan tubrukan. Anggapan ini memperkirakan lautan dan atmosfer sudah mulai terbentuk pada tahap pembetukan bumi.
[44] Atmosfer yang terbentuk kemungkinan berisi
uap air,
karbon dioksida,
nitrogen, dan sejumlah kecil gas-gas lainnya.
[45]
Planetisimal dalam jarak 1
satuan astronomi
(AU), jarak Bumi dari Matahari, kemungkinan tidak berpengaruh terhadap
pengadaan air di Bumi, karena nebula surya terlalu panas untuk mendukung
pembentukan es dan hidrasi bebatuan oleh uap air memerlukan waktu yang
terlalu lama.
[44][46] Air kemungkinan besar berasal dari
meteorit yang ada di sabuk luar asteroid serta beberapa embrio planet besar yang jaraknya lebih dari 2,5 AU.
[44][47] Komet
mungkin juga berkontribusi terhadap pengadaan air di Bumi. Meskipun
sebagian besar komet saat ini mengorbit Matahari pada jarak yang jauh,
namun simulasi komputer menunjukkan bahwa pada awalnya komet-komet
tersebut mengorbit Matahari pada jarak yang lebih dekat.
[40]:130-132
Seiring Bumi mulai mendingin,
awan-awan
mulai terbentuk. Akhirnya hujan menciptakan lautan. Bukti terbaru
menunjukkan lautan mungkin telah terbentuk 4,4 milyar tahun yang lalu.
[16] Pada awal
eon Arkean, lautan sudah menutupi Bumi. Formasi awal ini sulit dijelaskan karena ada masalah yang dikenal sebagai
paradoks Matahari muda yang redup.
Bintang diketahui akan bertambah terang dengan bertambahnya usia, dan
pada saat pembentukannya, Matahari hanya memancarkan 70% dari daya saat
ini. Banyak model memprediksi bahwa Bumi pernah tertutup oleh es.
[48][44] Solusi yang memungkinkan adalah, bahwa ada banyak
karbon dioksida dan
metana yang menghasilkan
efek rumah kaca. Karbon dioksida mungkin dihasilkan oleh gunung berapi, dan metana dihasilkan oleh mikroba. Gas rumah kaca lainnya, yaitu
amonia mungkin juga dikeluarkan oleh gunung berapi, namun dihancurkan secara cepat oleh radiasi ultraviolet.
[43]:83
Grafik menunjukkan perkiraan
tekanan parsial oksigen atmosfer sepanjang waktu geologi.
Asal mula kehidupan
Salah satu manfaat terbentuknya atmosfer dan lautan adalah
tersedianya kondisi yang dapat menunjang adanya kehidupan. Ada banyak
model yang menggambarkan asal mula kehidupan, namun masih sedikit
konsensus tentang bagaimana kehidupan muncul dari bahan kimia. Percobaan
yang dibuat di laboratorium masih belum dapat mengungkap tentang hal
ini.
[49][50]
Tahap awal munculnya kehidupan kemungkinan dipicu dengan adanya reaksi kimia yang menghasilkan
senyawa organik sederhana, termasuk
nukleobasa serta
asam amino yang merupakan meteri penyusun kehidupan. Sebuah percobaan yang dilakukan oleh
Stanley Miller dan
Harold Urey pada tahun 1953 menunjukkan bahwa molekul tersebut bisa terbentuk dalam lingkungan
air,
metana,
amonia dan
hidrogen dengan bantuan percikan bunga api untuk meniru efek petir.
[51]
Meskipun komposisi atmosfer mungkin berbeda dari komposisi yang
digunakan oleh Miller dan Urey, percobaan lebih lanjut dilakukan dengan
komposisi yang lebih mendekati kondisi sesungguhnya, juga berhasil
mensintesis molekul organik.
[52] Simulasi komputer terbaru menunjukkan bahwa molekul organik di luar bumi dapat terbentuk dalam piringan protoplanet sebelum pembentukan bumi.
[53]
Tahap berikutnya yang lebih kompleks bisa saja dicapai dari setidaknya tiga titik awal:
- Replikasi diri, kemampuan organisme untuk menghasilkan keturunan yang sangat mirip dengan dirinya sendiri.
- Metabolisme, kemampuan untuk memberi makan dan memperbaiki diri sendiri.
- Membran sel eksternal, yang memungkinkan makanan masuk dan limbah hasil pencernaan terbuang.[54]
Replikasi pertama: Dunia RNA
Anggota paling sederhana dari
tiga domain modern pun menggunakan
DNA untuk merekam informasi genetika dan susunan
RNA yang kompleks serta molekul
protein untuk "membaca" petunjuk tersebut dan menggunakannya untuk pertumbuhan, pemeliharaan dan replikasi diri.
Penemuan yang menjelaskan bahwa jenis molekul RNA yang disebut
ribozim dapat
mengkatalisis
baik replikasi sendiri maupun pembuatan protein membuka hipotesis baru
yang mengatakan bahwa bentuk kehidupan awal sepenuhnya didasarkan pada
RNA.
[55] Mereka bisa membentuk dunia
dunia RNA di mana ada individu tetapi tidak ada
spesies, seperti
mutasi dan
transfer gen horizontal yang diartikan bahwa keturunan dalam setiap generasi cenderung memiliki
genom yang berbeda dari induknya.
[56] RNA kemudian diganti oleh DNA, yang lebih stabil sehingga dapat mempertahankan genom untuk waktu yang lebih lama.
[57] Ribozim tetap menjadi komponen utama
ribosom, yang merupakan "pabrik protein" sel modern.
[58]
Meskipun, molekul RNA yang dapat mereplikasi diri telah dapat diproduksi di laboratorium,
[59] namun tetap ada keraguan tentang apakah kemungkinan mensintesis RNA non-biologis.
[60][61][62] Ribozim awal kemungkinan terbentuk dari
asam nukleat sederhana seperti PNA, TNA atau GNA, yang akan digantikan kemudian oleh.
[63][64] Replikator pra-RNA lainnya telah dikemukakan, termasuk
kristal[65]:150 dan bahkan sistem kuantum.
[66]
Pada tahun 2003 diusulkan bahwa
presipitasi
sulfida logam berpori akan membantu sintesis RNA pada suhu sekitar 100 °
C. Dalam hipotesis ini, membran lipid akan menjadi komponen sel besar
terakhir yang muncul dan terbatas pada pori-pori sampai mereka melakukan
proto-sel.
[67]

Replicator di hampir semua kehidupan yang dikenal adalah
asam deoksiribonukleat. DNA jauh lebih kompleks daripada replikator asli dan sistem replikasi sangat rumit
Membran pertama: Dunia lipid
Gelembung lipid berdinding ganda seperti yang membentuk membran sel luar dianggap sebagai langkah awal yang penting.[71] Percobaan yang mensimulasikan kondisi awal bumi diketahui telah mampu membentuk lipid, dan secara spontan membentuk liposom, gelembung berdinding ganda, yang mampu memperbanyak diri. Meskipun tidak secara intrinsik membawa informasi seperti asam nukleat, namun liposom ini akan mengalami seleksi alam yang menentukan umur dan kemampuan reproduksi. Asam nukleat seperti RNA lebih mudah terbentuk di dalam liposom dari pada di luar liposom.[72]

Penampang liposom
Teori Tanah Liat
Beberapa
tanah liat, terutama
montmorilonit, memiliki sifat yang menjadikannya akselerator yang memungkinkan munculnya
dunia RNA: mereka tumbuh dengan mereplikasi diri pola garis
kristal mereka, menjadi bagian dari seleksi
alam, dan dapat
mengkatalisis pembentukan molekul RNA.
[73] Meskipun ide ini belum menjadi konsensus ilmiah, namun banyak ilmuwan yang mendukung ide ini.
[74]:150–158[65]
Penelitian pada tahun 2003 melaporkan bahwa montmorilonit juga bisa mempercepat konversi
asam lemak
ke dalam "gelembung", dan bahwa gelembung bisa membungkus RNA melekat
pada tanah liat. Gelembung tersebut kemudian dapat tumbuh dengan
menyerap lipid tambahan dan membelah. Pembentukan awal
sel kemungkinan terjadi melalui proses yang serupa.
[75]
Hipotesis serupa mengatakan replikasi diri tanah liat yang kaya zat besi sebagai nenek moyang
nukleotida,
lipid dan
asam amino.
[76]
Nenek Moyang Terakhir
Ilmuwan meyakini bahwa dari keanekaragaman protosel ini, hanya satu garis keturunan yang berhasil selamat. Bukti filogeni saat ini menunjukkan bahwa nenek moyang terakhir (LUCA) hidup pada awal eon arkean, yang diperkirakan 3,5 milyar tahun yang lalu atau sebelumnya.[77][78] LUCA merupakan nenek moyang dari semua kehidupan di bumi saat ini. Diperkirakan LUCA merupakan sebuah Prokariota yang memiliki membran sel dan kemungkinan sebuah ribosom, tapi kurang memiliki inti sel atau ikatan membran organel seperti mitokondria atau kloroplas. Seperti semua sel modern, LUCA menggunakan DNA sebagai kode genetik, RNA untuk transfer informasi dan sintesis protein,
dan enzim untuk mengkatalisis reaksi. Beberapa ilmuwan percaya bahwa
bukan organisme tunggal yang menjadi nenek moyang terakhir kehidupan,
melainkan ada populasi organisme yang bertukar gen melalui transfer gen horizontal.[77]
Eon Proterozoikum
Eon Proterozoikum berlangsung dari 2,5 miliar hingga 542 juta tahun yang lalu.[2]:130 Dalam rentang waktu tersebut, kraton berkembang menjadi benua-benua dengan ukuran mutakhir. Perubahan atmosfer yang kaya oksigen juga merupakan perkembangan krusial. Kehidupan berkembang dari prokariota menjadi eukariota dan bentuk multiseluler. Pada Proterozoikum terjadi dua zaman es parah yang disebut bumi bola salju.
Setelah Bumi Bola Salju terakhir usai sekitar 600 juta tahun lalu,
evolusi kehidupan di Bumi terjadi secara cepat. Sekitar 580 tahun lalu, biota Ediakara menjadi pendahuluan bagi Ledakan Kambrium.
Revolusi oksigen
Sel-sel purba menyerap energi dan makanan dari lingkungan di sekitarnya. Mereka menggunakan
fermentasi (pemecahan
senyawa
lebih kompleks menjadi senyawa kurang kompleks dengan sedikit energi)
dan menggunakan energi yang dibebaskan untuk tumbuh dan berkembang biak.
Fermentasi hanya dapat terjadi dalam lingkungan
anaerobik (tanpa oksigen). Evolusi
fotosintesis memungkinkan sel-sel untuk membuat makanannya sendiri.
[79]:377
Sebagian besar kehidupan yang berada di permukaan Bumi bergantung secara langsung atau tak langsung pada
fotosintesis.
Bentuk yang paling umum, yaitu fotosintesis oksigen, mengubah karbon
dioksida, air, dan cahaya matahari menjadi makanan. Dalam proses
tersebut terjadi penangkapan energi cahaya Matahari ke dalam molekul
kaya energi seperti ATP, yang kemudian menyediakan energi untuk
menciptakan gula. Untuk menyuplai elektron dalam prosesnya, maka
hidrogen dipisahkan dari air, sehingga
oksigen dibuang.
[80] Sejumlah organisme, seperti
bakteri ungu dan
bakteri belerang hijau, mengadakan
fotosintesis tanpa oksigen
yang menggunakan pengganti hidrogen dari air sebagai pendonor elektron;
contohnya hidrogen sulfida, belerang, dan besi. Organisme macam itu
hidup di lingkungan ekstrem seperti mata air panas dan lubang
hidrotermal.
[79]:379–382[81]
Bentuk anoksigenik yang lebih sederhana muncul sekitar 3,8 miliar
tahun lalu, tak lama setelah munculnya kehidupan. Masa permulaan
fotosintesis oksigenik lebih kontroversial; bukti memastikan
kemunculannya sekitar 2,4 miliar tahun lalu, namun sejumlah peneliti
menyatakan masa yang lebih jauh lagi sekitar 3,2 miliar tahun lalu.
[80] Masa yang labih jauh "mungkin meningkatkan produktivitas global setidaknya dua atau tiga kali lipat."
[82][83] Fosil
stromatolit merupakan salah satu sisa-sisa makhluk hidup penghasil oksigen tertua di dunia.
[82][83][41]
Pada awalnya, oksigen yang dilepas ke udara terikat dengan
kapur,
besi, dan mineral lainnya. Besi teroksidasi tampak sebagai lapisan merah dalam lapisan geologis yang disebut
formasi besi terangkai yang terbentuk dalam kelimpahan selama periode
Siderium (antara 2500 juta tahun lalu dan 2300 juta tahun lalu).
[2]:133
Saat sebagian besar mineral teroksidasi, akhirnya oksigen mulai
terakumulasi di atmosfer. Meskipun tiap sel hanya menghasilkan oksigen
dalam jumlah kecil, kombinasi metabolisme dari banyak sel dalam waktu
lama mengubah atmosfer Bumi menjadi seperti saat ini. Atmosfer tersebut
merupakan atmosfer bumi ketiga.
[84]:50–51[43]:83–84,116–117
Beberapa oksigen terstimulasi oleh radiasi ultraviolet sehingga membentuk
ozon, yang berkumpul di lapisan dekat bagian atas atmosfer.
Lapisan ozon
menyerap jumlah radiasi ultraviolet signifikan yang memasuki atmosfer
Bumi. Hal tersebut memungkinkan sel-sel untuk hidup di permukaan samudra
dan kemudian di daratan: tanpa lapisan ozon, radiasi ultraviolet yang
menghujani daratan dan lautan akan mengakibatkan
mutasi tak terkendali pada sel-sel yang terekspos.
[85][40]:219–220
Fotosintesis juga memiliki peran besar. Oksigen bersifat racun;
sebagian besar kehidupan awal di Bumi mati karena level oksigen
meningkat dalam peristiwa yang dikenal sebagai
bencana oksigen.
Makhluk yang resistan bertahan hidup dan berkembang, dan beberapa
darinya mengembangkan kemampuan pemanfaatan oksigen untuk peningkatan
metabolisme dan memperoleh lebih banyak energi dari makanan yang sama.
[85]
Bumi Bola Salju
Evolusi alami
menyebabkan Matahari semakin terang selama eon Arkean dan
Proterozoikum; kecerahan Matahari bertambah sebanyak 6% setiap miliaran
tahun.
[40]:165
Akibatnya, Bumi mulai menerima kehangatan dari Matahari pada eon
Proterozoik. Meski demikian, Bumi tidak serta-merta menghangat.
Sebaliknya, rekaman geologis mengindikasikan bahwa Bumi mendingin
drastis selama awal Proterozoikum.
Sisa-sisa zaman es yang ditemukan di
Afrika Selatan terhitung berusia 2,2 miliar tahun, yang pada masa itu—berdasarkan bukti
paleomagnetis—wilayah tersebut seharusnya terletak di dekat khatulistiwa. Maka dari itu, glasiasi tersebut—dikenal sebagai
glasiasi Makganyene—pasti
terjadi secara global. Sejumlah ilmuwan mendukung teori itu dan zaman
es Proterozoikum berlangsung secara parah sehingga Bumi beku total dari
kutub hingga khatulistiwa: hipotesis yang disebut
Bumi Bola Salju.
[86]
Zaman es sekitar 2,3 miliar tahun lalu dapat menyebabkan
peningkatan konsentrasi oksigen di
atmosfer secara langsung, mengakibatkan penurunan
metana (CH
4) di atmosfer. Metana merupakan
gas rumah kaca yang kuat, namun dengan kehadiran oksigen maka ia akan bereaksi untuk membentuk CO
2, gas rumah kaca yang kurang efektif.
[40]:172
Saat oksigen bebas tersedia di atmosfer, konsentrasi metana juga
menurun drastis, cukup memungkinkan untuk menolak peningkatan hawa panas
yang diberikan Matahari.
[87]
Munculnya Eukariota
Taksonomi moderen mengklasifikasikan kehidupan ke dalam
sistem tiga domain. Awal terbentuknya sistem ini belum dapat dipastikan. Domain
bakteri kemungkinan yang pertama kali memisahkan diri dari bentuk kehidupan yang lain
Taksonomi modern mengklasifikasikan kehidupan ke tiga domain . Waktu
asal domain ini tidak pasti. Bakteri domain mungkin pertama memisahkan
diri dari bentuk-bentuk kehidupan lainnya (kadang-kadang disebut
neomura), tapi anggapan ini masih kontroversial . Segera setelah bakteri memisahkan diri, dalam kurun waktu 2 milyar tahun,
[88] neomura terpecah menjadi
arkea dan
eukariota.
Sel eukariota berukuran lebih besar dan lebih kompleks dibandingkan sel
prokariotik (bakteri dan arkea), dan menjadi awal kehidupan kompleks
yang ada sekarang.
Pada kisaran waktu tersebut, proto-mitokondria pertama terbentuk. Sel bakteri yang berkerabat dengan
rickettsia yang ada saat ini,
[89] yang telah berevolusi untuk
memetabolisme oksigen, memasuki sel
prokariotik
lebih besar , yang tidak memiliki kemampuan itu. Kemungkinan sel yang
lebih besar berusaha untuk mencerna sel yang lebih kecil tetapi gagal.
Sel yang lebih kecil mungkin telah mencoba untuk menjadi
parasit
bagi sel yang lebih besar. Dalam banyak kasus, sel yang lebih kecil
dapat menyelamatkan diri di dalam sel yang lebih besar. Menggunakan
oksigen,
ia memetabolisme kotoran dari sel yang lebih besar dan mendapat lebih
banyak energi. Sisa energi ini dikembalikan ke sel inangnya. Sel yang
lebih kecil berbiak di dalam sel yang lebih besar. Hal ini menciptakan
simbiosis
antara sel yang lebih besar dan sel yang lebih kecil, dan kedua jenis
sel tersebut menjadi saling tergantung satu sama lainnya. Sel yang lebih
besar tidak dapat bertahan hidup tanpa energi yang dihasilkan sel yang
lebih kecil, demikian juga sel yang lebih kecil tidak dapat bertahan
hidup tanpa bahan baku yang disediakan oleh sel yang lebih besar.
Keseluruhan sel ini kemudian diklasifikasikan sebagai
organisme tunggal, sedangkan sel yang lebih kecil diklasifikasikan sebagai
organel yang disebut mitokondria.
[90]
Peristiwa serupa terjadi pada
fotosintesis cyanobacteria[91] memasuki sel
heterotrof besar dan menjadi
kloroplas.
[84]:60–61[92]:536–539 Kemungkinan sebagai hasil dari perubahan ini, sebaris sel yang mampu melakukan fotosintesis terpisah dari
eukariota yang lain pada waktu lebih dari 1 milyar tahun yang lalu. Selain
teori endosimbiotik yang sudah dikenal luas mengenai pembentukan sel
mitokondria dan
kloroplas, ada teori lain yang mengatakan bahwa sel-sel tersebut menimbulkan
peroksisom,
spiroket menimbulkan
silia dan
flagelum dan kemungkinan
virus DNA menimbulkan
inti sel,
[93],[94] meskipun tidak ada dari teori-teori tersebut yang dikenal luas.
[95]
Arkea ,
bakteri , dan
eukariota terus melakukan
diversifikasi
dan menjadi lebih kompleks serta beradaptasi lebih baik terhadap
lingkungan. Setiap domain terpecah menjadi garis keturunan berulang
kali, meskipun hanya sedikit yang diketahui tentang sejarah arkea dan
bakteri . Sekitar 1,1 milyar tahun yang lalu,
superbenua Rodinia mulai terbentuk.
[96][97] Tumbuhan,
hewan, dan
fungi
telah terpisah, meskipun mereka masih berstatus sebagai sel soliter .
Beberapa tinggal di koloni , dan secara bertahap mulai terjadi pembagian
kerja, misalnya , sel-sel yang terletak di sisi sebelah luar, mengambil
peran yang berbeda dari sel-sel yang terletak di sebelah dalam.
Meskipun pembagian antara koloni dengan sel khusus dan organisme
multiseluler tidak selalu jelas, sekitar 1 milyar tahun yang lalu
[98] tanaman multiseluler muncul untuk pertama kalinya, kemungkinan
ganggang hijau. Diperkirakan sekitar 900 juta tahun yang lalu
[92]:488 organisme multiseluler yang sesungguhnya juga telah berevolusi pada hewan.
Pada awalnya mungkin mirip
spons yang ada saat ini, yang memiliki sel
totipotensi yang memungkinkan organisme yang terganggu untuk berkumpul kembali.
[92]:483-487
Setelah pembagian kerja selesai pada semua lini organisme multiseluler,
sel-sel menjadi lebih khusus dan lebih tergantung pada satu sama lain,
sel-sel yang terisolasi akan mati.
Kloroplas dalam sel-sel lumut
Superbenua di Proterozoikum
Rekonstruksi pergerakan lempeng tektonik pada 250 juta tahun terakhir (era
senozoikum dan
mesozoikum)
dapat dilakukan dengan mencocokkan benua, anomali magnetik dasar laut
dan kutub paleomagnetik. Tidak ditemukan kerak samudera yang terbentuk
sebelum waktu tersebut, sehingga rekonstruksi sebelum waktu tersebut
sulit untuk dilakukan. Kutub paleomagnetik dilengkapi dengan bukti-bukti
geologi seperti sabuk orogenik, yang menandai tepi lempeng kuno, dan
distribusi flora dan fauna pada masa lalu.
[99]:370
Sepanjang sejarah bumi, ada saat-saat ketika benua bertabrakan dan membentuk
superbenua, yang kemudian pecah menjadi benua baru. Sekitar 1000-830 juta tahun, benua yang paling luas bersatu membentuk superbenua
Rodinia.
[99]:370[100] Sebelum Rodinia terbentuk, kemungkinan telah terbentuk terlebih dahulu
Columbia atau Nuna pada awal sampai pertengahan
Proterozoikum.
[99]:374[101][102]
Setelah Rodinia pecah sekitar 800 juta tahun, benua-benua tersebut
kemungkinan telah membentuk superbenua lain yang berumur pendek,
Pannotia pada 550 juta tahun. Hipotetis superbenua sering kali mengacu pada
Pannotia atau Vendia.
[103]:321–322 Bukti yang memperkuat adalah fase
tabrakan benua yang dikenal sebagai
orogeni Pan-Afrika, yang bergabung dengan massa
benua Afrika saat ini,
Amerika Selatan,
Antartika dan
Australia. Keberadaan Pannotia ditentukan oleh waktu terjadinya retakan antara
Gondwana (yang termasuk sebagian besar daratan di belahan bumi selatan, serta
Semenanjung Arab dan
Sub benua India) dan
Laurentia (kira-kira setara dengan
Amerika Utara sekarang).
[99]:374 Hal ini meyakinkan bahwa pada akhir
eon Proterozoikum, sebagian besar massa benua bergabung dalam posisi di sekitar
kutub selatan.
[104]
Rekonstruksi
Pannotia (550 juta tahun yang lalu).
Iklim dan Kehidupan Proterozoikum akhir
Pada akhir
eon Proterozoikum, Bumi setidaknya mengalami dua kali peristiwa
Bumi bola salju
yang sedemikian parah sehingga permukaan laut benar-benar membeku.
Kejadian ini terjadi sekitar 716,5 dan 635 juta tahun yang lalu, pada
periode
Kriogenium.
[105]
Intensitas dan mekanisme kedua proses glasial tersebut masih dalam
penyelidikan dan lebih sulit dijelaskan dibandingkan peristiwa Bumi bola
salju yang terjadi pada eon
Proterozoikum.
[106] Kebanyakan
Paleoklimatologi berpikir peristiwa Bumi bola salju berhubungan dengan pembentukan superbenua Rodinia.
[107] Karena Rodinia berada di tengah khatulistiwa, tingkat
pelapukan kimia meningkat dan
karbon dioksida (CO
2) diambil dari atmosfer. Karena CO
2
merupakan gas rumah kaca yang penting, maka terjadilah pendinginan
cuaca secara global. Dengan cara yang sama selama periode Bumi bola
salju sebagian besar permukaan benua tertutup dengan
permafrost
yang kembali menurunkan pelapukan kimia, sehingga meningkatkan
pembentukan es. Ada hipotesis alternatif yang mengatakan bahwa ada cukup
banyak karbon dioksida yang keluar melalui lubang vulkanik menghasilkan
efek rumah kaca yang meningkatkan suhu global.
[107] Peningkatan aktivitas vulkanik ini dihasilkan oleh pecahnya Rodinia pada kisaran waktu yang sama.
Periode Kriogenium diikuti oleh periode
Ediakara yang ditandai dengan pesatnya perkembangan bentuk kehidupan multiseluler.
[108]
Hubungan antara akhir jamas es dan peningkatan keanekaragaman kehidupan
belum bisa ditentukan dengan jelas, meskipun tampaknya hal itu bukan
sesuatu yang kebetulan. Bentuk baru kehidupan, yang disebut
Ediakara biota,
menjadi lebih besar dan lebih beragam dari sebelumnya. Meskipun
taksonomi sebagian besar Ediakara tidak jelas, sebagian merupakan nenek
moyak kehidupan modern.
[109]
Perkembangan yang penting adalah asal sel otot dan sel saraf. Tidak
satupun dari fosil Ediakara yang memiliki bagian tubuh yang keras
seperti kerangka. Ediakara muncul pertama kali pada perbatasan
eon Proterozoikum dan
Fanerozoikum atau periode
Ediakarium dan
Kambrium.
Sebuah fosil Spriggina floundensi berusia 580 juta tahun, binatang dari periode
Ediakara. Bentuk kehidupan semacam itu bisa saja menjadi nenek moyang berbagai bentuk kehidupan baru yang berasal dari
Letusan Kambrium.
Eon Fanerozoikum
Fanerozoikum adalah eon yang sedang berjalan saat ini di Bumi. Eon ini dimulai sekitar 542 juta tahun yang lalu. Eon ini dibagi menjadi tiga era, Paleozoikum, Mesozoikum dan Kenozoikum,[3] dan merupakan waktu dimana kehidupan multiselular terdiversifikasi sangat luas ke hampir semua organisme yang dikenal saat ini.[110]
Era Paleozoikum
Era
Paleozoikum (yang berarti era bentuk kehidupan lampau) merupakan era pertama dan era terpanjang
eon Fanerozoikum, dimulai dari 542 sampai 251 juta tahun yang lalu.
[3]
Sepanjang era ini, banyak kelompok kehidupan modern muncul. Kehidupan
menguasai daratan, diawali dengan tumbuhan, dan diikuti dengan binatang.
Kehidupan perlahan-lahan berevolusi. Pada masa itu, terjadi
radiasi adaptif yang membentuk banyak
spesies baru, namun juga terjadi
kepunahan massal. Ledakan evolusi ini sering kali disebapkan oleh perubahan mendadak pada lingkungan yang terjadi akibat
bencana alam seperti
aktivitas gunung berapi,
tumbukan meteor ataupun
perubahan iklim.
Benua-benua yang terbentuk akibat pecahnya
Rodinia dan
Pannotia pada akhir eon
Proterozoikum perlahan lahan bergerak bersama-sama lagi selama era
Paleozoikum. Pergerakan ini pada akhirnya membetuk superbenua
Pangea pada akhir era Paleozoikum.
Letusan Kambrium
Dari catatan
fosil yang ditemukan, tingkat evolusi kehidupan dipercepat pada periode Kambrium (540 - 488 juta tahun yang lalu).
[3] Munculnya banyak
spesies,
filum serta bentuk kehidupan baru secara tiba-tiba pada periode ini disebut
letusan Kambrium. Kecepatan tingkat evolusi ini sangat berbeda dibandingkan masa sebelum dan sesudahnya.
[40]:229 Pada periode
Ediakarium
bentuk kehidupan masih primitif dan tidak mudah untuk dimasukkan ke
dalam kelompok modern, namun pada akhir periode Kambrium filum yang
paling modern sudah hadir. Perkembangan anggota tubuh yang keras seperti
kerang,
kerangka, atau binatang bercangkang luar seperti
moluska,
echinodermata,
lili laut dan
artropoda
membuat proses terjadinya fosil lebih mudah dibandingkan nenek
moyangnya dari eon Proterozoikum. Hal ini yang menyebapkan kehidupan
pada periode Kambrium lebih banyak diketahui dibandingkan kehidupan pada
periode sebelumnya.
Selama periode Kambrium, muncul
vertebrata pertama, diantaranya
ikan.
[92]:357 Mahluk yang bisa jadi merupakan nenek moyang dari ikan, atau mungkin berkaitan erat dengan ikan adalah
pikaia. Pikaia memiliki
notokorda primitif, sebuah struktur yang bisa berkembang menjadi
tulang punggung. Ikan pertama yang memiliki
rahang (Gnathostomata) muncul pada periode geologi berikutnya,
Ordovisium. Kolonisasi
relung baru menyebapkan berkembangnya ukuran tubuh. Dengan cara ini ikan seperti
Dunkleosteus dapat tumbuh sampai sepanjang 7 meter.
Keragaman bentuk kehidupan tidak meningkat terus disebapkan oleh serangkaian
kepunahan massal.
[111]
Setelah masing-masing tahap kepunahan tersebut, paparan benua kembali
dipenuhi oleh bentuk kehidupan yang mirip yang kemungkinan berkembang
perlahan-lahan di tempat lain.
[112] Pada akhir Kambrium,
trilobit telah mencapai keragaman terbesar dan mendominasi hampir seluruh bentuk fosil.