אבולוציה אורגנית

אבולוציה אורגנית (באנגלית:Organic Evolution) היא רצף של אירועים החל מהמפץ הגדול ויצירת היקום אשר מהווים תהליך של התפתחות חד-כיוונית ומובילים לתוצאה של הקיום האנושי. כל אירוע הוא נדבך לזה שבא אחריו.

ב 1857 ניסח הרברט ספנסר תאוריה כוללת של התפתחות הכוכבים, כדור הארץ והחיים וקרא לה "אבולוציה אורגנית", אף כי לא מצא דרך להוכיח את השערתו. כאשר צ'ארלס דרווין חצה את האוקיינוס וביקר באיי גלאפגוס וחופי אמריקה הדרומית הוא הבין ששינויים בבעלי חיים הם תגובה איטית ורצופה לשינויים בסביבתם הטבעית. בספרו "מוצא המינים" משנת 1871 הוא קרא לרצף השינויים הזה אבולוציה, היא הברירה הטבעית. חוקרי מדעי הטבע התייחסו לתהליכים פיזיקליים, כימיים וביולוגיים כעובדות המתקיימות בתנאי סביבה בכדור הארץ בזמנם. קרל סייגן ויוסף סמואלוביץ שקולבסקי בספרם "קוסמוס" ניסחו את האפשרות שברצף של שלבים חד-פעמיים שהחלו באבולוציה קוסמית ועד זמננו התקיימה בחירה בין אפשרויות אקראיות דיכוטומיות. רק בחירה אחת בכל שלב מהווה את המדרגה המובילה לשלב הבא. כך במסע של אבולוציה מתמשכת מרגע היווצרות היקום ועד היום. זהו התהליך הנקרא "אבולוציה אורגנית".

 המפץ הגדול 
ממוזער|שרשת האירועים מהמפץ הגדול ועד יצירת הגלקסיות והכוכבים
לפני 13.82 מיליארד שנה התרחש אירוע שנמשך כ־10-43 שניות והיווה התחלתו של היקום תוך כדי יצירת סדרה של אירועים. אין מידע מה היה לפניו. תאוריה אחת מניחה שזהו אירוע חד-פעמי, נקודה זעירה של מסה-אנרגיה, או על פי תאורית ההתכווצות הגדולה של היקום אחר שהתכווץ לנקודה זעירה. איננו ידעים מה בדיוק הכילה הנקודה, אך התפוצצות המכונה המפץ הגדול שחררה את כל מה שהיה בה ומכאן מתחילה האבולוציה האורגנית. מכאן מתחיל הזמן. ההנחה היא שבשלב הראשון נוצרו ארבעה סוגים של אנרגיה: כוח הכבידה, הכוח הגרעיני (שהתפצל לחזק וחלש), הכוח האלקטרומגנטי ואנרגיה אפלה. תהליך זה שנמשך רק 10-36 שניות נקרא האחדות הגדולה (Grand Unification) ובו נפרדה אנרגיית הכבידה משלוש האנרגיות ובו החלה יצירת חומר. השלב הראשון הפותח סדרה של תהליכים המכונים "מעברי מופע" (למשל חלקיק הנקרא פוטון מופיע כגל אלקטרומגנטי וגם כחומר). מרגע זה החלה התפשטות מהירה של אנרגיות בעוצמה של טריליוני מעלות חום. בשלב השני של מעברי המופע נוצרו החלקיקים הראשוניים המרכיבים את האטום, אבן היסוד בתהליך האבולוציה. את ההד שנותר מהמעבר הראשון, אנו קולטים היום בתצפיות אסטרונומיות בגלקסיות מרוחקות והוא מכונה קבוע האבל, המייצג את קצב התפשטות היקום. היקום ממשיך להתפשט ואף במהירות גוברת, כנראה בהשפעת אותה אנרגיה אפלה, שטיבה עדיין לא ברור. מכאן ואילך מתחילה האנטרופיה, שהיא מדד לאי-סדר השורר ביקום, שעם היווצרו והתפשטותו לאינסוף היא גדלה ומכאן ואילך תמשיך לגדול.

 יצירת החלקיקים האלמנטריים 
החלקיקים היסודיים שנוצרו הם הקווארק, לפטון, בוזון גלואון פוטון וגרביטון. במהלך התקופה שבין 10-36 עד 10-12 שניות במרחב של פלזמה לוהטת נוצרו חלקיקים הנקראים חומר, אבל בשני מופעים: ברמת האנרגיה האלקטרומגנטית - חיובי ושלילי, ברמת האנרגיה האפלה - חומר ואנטי חומר. שניהם זהים כתמונת מראה אבל כאשר הם נפגשים הם . עקבות של תהליך זה נקלטו בצורת גלים אלקטרומגנטים המשודרים מהחלל בכל כיוון והנקראים קרינת הרקע הקוסמית, חלקיקים שלא התאיינו ממשיכים בתהליך ההתפתחות שלהם במקביל.
ממוזער|342x342 פיקסלים|החלקיקים היסודיים שנוצרו בשנייה הראשונה לאחר המפץ הגדול

 יצירת מרכיבי הגרעין: נוקליאוסינתזה 

מרחב הפלזמה מתקרר, בתהליך שחושב ל כ־380,000 שנים, בשורה של תהליכי איחוד ואיון מתקבלים לבסוף שלושת המרכיבים הבסיסיים של האטום: פרוטון, נייטרון ואלקטרון. מכאן ואילך ישלוט הכוח הגרעיני החזק המחבר ביניהם ויוצר אטומים. וכך, בתוך המסה של הפלזמה הלוהטת המתפשטת במהירות ומתקררת, הולכים ונבנים האטומים הראשונים. המימן הוא האטום הבסיסי הפשוט המורכב מפרוטון ואלקטרון. לכאורה הם צמודים, בפועל בהגדרה הכימית של האלקטרון - שהמסה שלו מחושבת כאפס ולו מטען חשמלי שלילי אחד, סובב את הפרוטון שהמסה שלו מחושבת אחד והמטען החשמלי שלו הוא חיובי אחד. כאשר שני אטומי מימן יתקלו זה בזה במהירות גבוהה במרחב הפלזמה המתקררת, הם יתחברו לגרעין הכולל שני פרוטונים ושני נייטרונים, שאין להם מטען חשמלי והמסה שלהם זהה לזו של הפרוטון והם מחזיקים זה בזה באמצעות הכוח גרעיני החזק, ושני אלקטרונים שמסתדרים יחד באותו מרחק מהגרעין באמצעות הכוח האלקטרומגנטי - זה היסוד השני, הליום. מעבר מחלקיקי היסוד לאטומים הוא השלב ראשון באבולוציה האורגנית. הבחירה הדיכוטומית בין המשך התפתחות החומר, לבין המשך ההתפשטות אינסופית של אנרגיה ופלזמה, האבולוציה בחרה בחומר.

 אבולוציה של היסודות הכימיים 
ממוזער|הטבלה המחזורית: מסודרת לפי המספר האטומי של היסודות. יסודות שבטורים השמאליים נוטים למסור אלקטרונים בקשר יוני ומוגדרים מתכות. יסודות שבצד הימני נוטים להשלים את השכבה החיצונית של האלקטרונים על-ידי קבלת אלקטרונים בקשר יוני, ונקראות אלמתכות. היסודות בטור הימני הכחול הם גזים אצילים.( לא יוצרים קשרים)

 קשר בין מבנה האטום ותכונות היסודות הכימיים 
ב-1869 חקר הכימאי הרוסי דימיטרי מנדלייב את סדר היסודות שהכיר והסיק שהסדר נקבע לפי מספר הפרוטונים, אותו כינה מספר אטומי ולפי המסה, הכוללת את הפרוטונים והנייטרונים (כאשר מסת האלקטרונים כה קטנה שאיננה משפיע על המסה הכוללת). למספר זה קרא מסה אטומית. התכונות הכימיות של כל יסוד נקבעות לפי מספר הפרוטונים, והמסה שלהם היא סכום הפרוטונים והנייטרונים. תגלית זאת אפשרה לסדר את כל היסודות בשיטה המבארת גם את תכונותיהם. היא הטבלה המחזורית. אלא שהאלקטרונים אינם סובבים את הגרעין בחופשיות, ב־1900 הוכיח מקס פלאנק, שלאנרגיה יש יחידות, מנות קבועות בסיסיות, המכונות קוואנטים וכל מעבר אנרגיה נעשה במנות אלה. ככל שאלקטרון מרוחק יותר מהגרעין מהירותו גדולה יותר ולכן יש לו יותר מנות אנרגיה. ב־1913 נילס בוהר פיתח את תורת הקוונטים של המערכה המחזורית. סדר האלקטרונים והמרחק בין הגרעין לאלקטרונים הסובבים אותו קובע את התכונות הכימיות של האטום. הכוח השומר על מקומם הוא הכוח האלקטרומגנטי. בנוסף להקפת הגרעין במסלול האנרגיה הקוונטית סובב האלקטרון סביב עצמו כסביבון הנקרא ספין. הספין יכול להיות חיובי (כיוון השעון) או שלילי, הפוך. האלקטרונים מסתדרים בזוגות של ספין מנוגד לפי רמת האנרגיה שלהם במסלול סביב הגרעין. ביקום שלנו נקבע סדר בסיסי, שיקבע את המשך האבולוציה.

 כבידה והדור הראשון 
בתוך הפלסמה המכילה את חלקיקי היסוד נוצרים ענני אטומים של מימן והליום. הכוח הרביעי, כוח הכבידה מכנס אותם יחד וכך גם מתרבות התנגשויות בין אטומים, פרוטונים ונייטרונים. כהמשך בתהליך של לכידת הפרוטונים באמצעות הכוח הגרעיני החזק מקבלים יסודות נוספים: ליתיום ובריליום. ענני חומר הלוהטים מכילים די אנרגיה כדי להתיך אטומים זה בזה ולהוסיף אטומים כבדים יותר וכך בהדרגה נוספים פרוטונים ומתמלאים מסלולים נוספים של אלקטרונים סביב הגרעין.

 אבולוציה של גלקסיות וכוכבים 

ממוזער|סופרנובה התגלה ביולי 2013, על רקע גלקסיה Messier 75 ( בפינה השמאלית למטה)כוח הכבידה מרכז את ענני הגזים הלוהטים והטמפרטורה והלחץ עולים. ההתנגשויות בין האטומים מימן והליום והחלקיקים פרוטונים, ניטרונים ואלקטרונים נדחסים ונוצרים אטומים גדולים יותר המשלימים את הסדרה הראשונה: בור, חנקן, חמצן, פלואור וניאון. העננים הלוהטים מתגבשים לכוכבים, הנמשכים זה לזה ויוצרים גלקסיות. יצירת היסודות הכבדים יותר כבר מצריכה אנרגיות וחום להיתוך גבוהים יותר. התהליכים המתאימים לתנאים אלה מתקיימים בכוכבים שבהם הכבידה כה גבוהה עד שהלחץ והטמפרטורה הגבוהים יוצרים היתוך של מימן להליום ושל אטומים שהתנגשו והותכו. מחזור חייו של כוכב: בשלב הראשון של התפתחות הכוכבים כבר נוצרים אטומים כבדים יותר ( 3-26) הכוללים חלק מהמתכות האפרוריות ובעיקר ברזל, שמספרו 26. הברזל והיסודות שנוצרו כבר מהווים את האפר של בעירת הכוכב הולכים ומצטברים עד השלב הבא בחיי הכוכב. עתידו של כוכב תלויה במסה שלו ובכמות המימן שמשמש לו כדלק. כוח הכבידה מושך את החומר למרכז ואילו אנרגיית ההתכה של מימן להליום פועלת כנגדה. שיווי משקל בין שני הכוחות שומר על ממדי הכוכב ועוצמת הבעירה שלו אבל ככל שמלאי המימן שבו מתכלה, הוא הולך ומתקרר והופך ל"ענק אדום" כוכבים אלה מתפשטים פי 100 ויותר מקטרם המקורי ואורם מתכהה לתחום האדום, אבל הבעירה הפנימית עדיין קיימת. כאשר מלאי המימן ירד שוב יתכווץ הכוכב ל" ננס אדום" שהחום שלו הוא שאריתי. יש גם כוכבים שממשיכים להאיר אבל הולכים ומתקבצים לכוכבים ננסים. בכל שלב כזה מותכים אטומים זה בזה ויוצרים אטומים גדולים יותר אבל יש כוכבים שבהם לחץ הכבידה עולה ומתגבר על הלחץ הנגדי של ההיתוך.  אלה הכוכבים שממשיכים לשלב הבא באבולוציה.

 סופרנובה 
בכוכבים אלה הלחץ והטמפרטורה הפנימית כה גבוהים שהם מתפוצצים, אורם מבהיק בעוצמה וקרינה אדירה של אנרגיה בוקעת מהם בתהליך הנקרא סופרנובה. בתנאים אלה נוצרים היסודות הכבדים יותר כמו זהב, אורניום, כסף, עופרת, קובלט ושאר היסודות הכבדים הטבעיים שבטבלה המחזורית (27–92). בתהליך הפיצוץ, הנמשך שעות עד כמה ימים, מתפרק הכוכב ונשאר ממנו כוכב זעיר המכיל רק מסה של נייטרונים או חור שחור, אבל גם ענן לוהט של כל היסודות שהרכיבו אותו. על כדור הארץ נמצאות המתכות הכבדות כמו זהב, אורנים ופלטינה ועוד, שנוצרות רק בתהליך סופרנובה. ומכאן נסיק שהאבולוציה שלנו כוללת שלב של כוכב שהתפוצץ.

 יצירת מערכת השמש 
 תהליך יצירת מערכת השמש 
השמש היא כוכב שנוצר לפני כ-4.8 מיליארד שנה בשולי הגלקסיה "שביל החלב" כנראה במקביל להתפוצצות סופר נובה. מוצא השמש בענן של מימן שמכוח הכבידה הגיע למסה מספיקה לייצר אנרגיית היתוך של המימן להליום. כאשר לחץ הכבידה שקול כנגד אנרגיית ההיתוך הכוכב עשוי לשרוד במצב זה גם כ-10 מיליארד שנה, בעיקר אם הוא סופח עוד מימן שנותר בענן הפלזמה. כוכב כזה הוא השמש. הענן הלוהט שהכיל את היסודות שהרכיב את הכוכב שהתפוצץ, מתפזר בחלל כאבק הבין גלקטי וכלל גם את היסודות שנוצרו בתנאי הסופרנובה. בעננים אלה הטמפרטורה יורדת ומתאימה לתהליכים כימיים - ריאקציות בין היסודות. המולקולות שנוצרו מתלכדות לתלכידים כמו קרח, גרניט ועפרות של מתכות הנקבצים יחד ויוצרים כוכבי לכת, אסטרואידים וירחים. גופים אלה נמשכים לכוכבים בהתאם לקרבתם לכוח הכבידה של הכוכב. אלה שייקלעו למסלול סביב הכוכב יוצרים מערכת של כוכב פעיל וכוכבי לכת סביבו. תהליך זה ייצר לפני כ-4.5 מיליארד שנים את כוכבי הלכת שסובבים את השמש ובכללם את הארץ. יצירתה של מערכת השמש כפי שהיא כיום כלל שינויים אלימים כאשר עננים של אסטרואידים, שביטי קרח וההשפעה ההדדית של כוכבי הלכת היטו כוכבי לכת ממסלולם אל מחוץ למערכת או אל השמש. מבנה מערכת השמש הוא ייחודי. מעט דוגמאות דומות נמצאו במרחבי הגלקסיות שנחקרו. מבין שמונת כוכבי הלכת (או תשעה כפי שסוברים) הארץ הוא כוכב לכת ייחודי בהרכבו, בגודלו, במסלולו, במרחק שלו מהשמש, ובמהירות ההקפה שלו סביב השמש ועל צירו. תכונות אלה הכרחיות להתפתחות חיים.

 יצירת כדור הארץ ותכונותיו 
הארץ, כוכב הלכת השלישי במערכת השמש נוצר תוך ספיחה של התלכידים, בחלקם רדיואקטיביים, כך שהוא הותך למסה צמיגה ולוהטת שלפני שהתקררה נפרדו מרכיביה לפי כבידתם. במרכז מתכות כבדות, בעיקר ברזל, ניקל ואורניום, מעליה בשכבות המתכות הקלות והגרניט המכילים צורן. קיימת השערה שלתוך המסה הלוהטת פרץ אסטרואיד ענק, וקרע ממנו מסה שהפכה לירח. השערה אחרת סוברת שהירח נוצר במקביל לארץ ומאותו מקור של שרידי סופרנובה. מסלול כדור הארץ סביב השמש הוא עגול, כך שתנאי החום והקרינה קבועים. נטיית הקטבים מול השמש גרמה לשינויי הטמפרטורה בין המרכז והקטבים ולתופעת עונות השנה. קצב הסיבוב שלו סביב עצמו קבע את היום והלילה. כוח הכבידה שלו הספיק לשמור גזים ואדי מים באטמוספירה. השדה המגנטי שלו מגן מפני קרינה מייננת מהשמש, הטמפרטורות על פניו לאחר ההתקררות, מאפשרות תהליכים ביוכימיים החיוניות ליצירת חיים. עם ההתקררות של השכבה החיצונית הבנויה בעיקר מגרניט, מים שמקורם בגוף הארץ וגושי קרח מהחלל שהתנקזו לימים. שלב זה נקרא השלב האדן על שם האל האדס, אל השאול במיתולוגיה היוונית, והוא נמשך כ־500 מיליון שנה.

 התקררות ויצירת תרכובות 
עם ירידת הטמפרטורה בענן הפלסמה מתחברים האטומים לפרודות (מולקולות) בהמשך ליצירת היסודות, שנוצרו בשלב השני של האבולוציה האורגנית, ונוצר קשר כימי בין אטומים שהוא תוצאה של הכוח האלקטרומגנטי המושך את האלקטרונים לפרוטונים. מתכות, שנוטות למסור אלקטרונים, יתחברו בקשר יוני עם אל-מתכות, וייצרו תרכובות הנקראות מלחים. קשר זה בתמיסה מימית יוצר יונים. בעוד קבוצות הביניים, כמו פחמן, צורן, חנקן וחמצן יוצרים קשר שיתופי (קו-ולנטי, כלומר זוגות אלקטרונים משותפים החגים סביב האטומים ומחברים ביניהם). כך ניתן לקבל תרכובות מורכבות המכילות גם קשרים יונים גם קשרים שיתופיים. הגרניט, המרכיב הגאולוגי העיקרי שמקיף את גרעין כדור הארץ מכיל פרודות מורכבות כמו נתרן, אלומיניום וברזל, צורן ופחמן, חמצן ומימן. שיוצרים את סלעי היסוד והבזלת. בתוך הגרניט הנוזלי למחצה, נמצאות גם תרכובות של חנקן, גופרית ופחמן. המים שהפכו מאדים לנוזל, והצטברו על כדור הארץ הם הכרחיים ליצירת חיים, ומהווים בסיס לביוכימיה ולאפשרות קיום חיים המוכרים לנו. תרכובות שנוצרו מקשרים יוניים מתפרקים במים ליונים ומאפשרים יצרית תרכובות חדשות. מסיסות שונה של תרכובות במים יוצרת משקעים בהתאם לריכוז ולטמפרטורה, וכך נוצרים משקעים המכסים את סלעי היסוד. קיום מים, יחד עם פעילות וולקנית נמרצת וטמפרטורות הגבוהות מובילים לשלב הבא. תהליכים כימיים מורכבים.

 כימיה אורגנית וביוכימיה בראשית החיים 
בשלב זה נוצרות מולקולות אורגניות מורכבות מחומרים אנאורגניים, בתנאים הפיזיקליים והכימיים ששררו על פני כדור הארץ הקדום. שלב זה נחשב חיוני להיווצרות החיים, והוא התרחש ככל הנראה לפני כ-3.8 עד 4 מיליארד שנה, בעידן ההאדן או העידן הארכאי המוקדם. באותה תקופה, האטמוספירה של כדור הארץ הייתה עשירה בגזים כגון מימן (H₂), מתאן (CH₄), אמוניה (NH₃) ואדי מים (H₂O), אך דלה בחמצן חופשי. אנרגיה זמינה בשפע ממקורות כגון ברקים, קרינה אולטרה סגולה מהשמש והתפרצויות געשיות אפשרה תגובות כימיות שמהן נוצרו מולקולות אורגניות פשוטות. ניסוי מילר-יורי, שנערך בשנת 1953, הראה כי ניתן לייצר חומצות אמינו בתנאים המדמים את האטמוספירה הקדומה, באמצעות פריקה חשמלית בתערובת של מים, דו־תחמוצת פחמן וחנקן.

המולקולות האורגניות שנוצרו – כגון חומצות אמינו, סוכרים, נוקלאוטידים וחומצות שומן - הצטברו בסביבה מימית, ככל הנראה בבריכות רדודות או בסמוך לארובות הידרותרמיות בים הקדום שם, בתהליך של אבולוציה כימית, הן עברו פולימריזציה ויצרו מבנים מורכבים יותר: פפטידים קצרים, מולקולות RNA ראשוניות ומעטפות שומניות פשוטות שיצרו מיצלות דמויי תאים המכונים לעיתים "פרוטו-ביונים".

 המעבר מהכימיה האורגנית לביוכימיה 
הופעת מערכות מולקולריות המסוגלות לקיים תגובות עצמיות-מכוונות, לשמר מידע גנטי ולהגיב לסביבתן. על פי השערת עולם ה-RNA מולקולות RNA הופיעו לפני ה-DNA והחלבונים, ושימשו בו זמנית כחומר נושא תורשה וכזרזים ביוכימיים (אנזימים) ובכך מילאו תפקיד מפתח בהיווצרות התא הפרימיטיבי הראשון. מקור נוסף לחומרים אורגניים עשוי להיות גופים המגיעים מן החלל החיצון. חומצות אמינו, פפטידים קצרים ואף חלבון נמצאו בגופים שהגיעו לכדור הארץ מן החלל החיצון. בינואר 2025 פורסם כי זוהה מגוון רחב של תרכובות אורגניות עשירות בפחמן וחנקן בדגימות שהוחזרו מהאסטרואיד בנו, כולל 14 מתוך 20 חומצות האמינו המרכיבות חלבונים באורגניזמים על פני כדור הארץ וגם את כל ארבעת בסיסי הנוקליאוטידים (אדנין, תימין, ציטוזין וגואנין) שהם אבני הבניין החשובות של DNA ו-RNA. בין אם גופים אלו מילאו חלק מרכזי באספקת מונומרים לתהליך היווצרות החיים ובין אם לאו, עצם נוכחותם מראה על האפשרות להיווצרות ספונטנית של חומרים אלו. בשנת 2020 הודגמו מסלולים כימיים שנמצאו בסימולציה ממוחשבת ומדמים יצירה ספונטנית של מולקולות מורכבות רבות המשמשות במטבוליזם החי.

 ביוכימיה פרה-ביוטית 
ממוזער|ארובה הידרו תרמית: גזים המכילים חנקן, גופרית ודו-תחמוצת הפחמן משתחררים מקרקעית הים בטמפרטורה של מאות מעלות, ומתקררים. בטמפרטורות אלה נוצרות תרכובות מורכבות. כמו פולי-נוקליאוטידים, פפטידים, וממברנות המורכבות מתרכובות שומניות. פעילות זאת לאורך מיליוני שנים יוצרת חלבונים, DNA ן-RNAתהליכים ביוכימיים המהווים תשתית לחיים: כימוסינתזה של מולקולות הפועלות כזרזים (אנזימים), ממברנות ופולינוקליאוטידים. שהצטברו במיצלות בחללים ומשקעים שבארובות ההידרו תרמיות.

 מודל הארובות ההידרותרמיות 
אחת ההשערות המרכזיות באשר למקום ולתנאים שבהם נוצרו החיים הראשונים על פני כדור הארץ היא השערת הארובות ההידרותרמיות (Hydrothermal vent hypothesis). על פי מודל זה, עם התקררות המעטפת ויצירת מקווי מים גדולים ועמוקים החל לפני כ-3.5 מיליארד שנים, ונמשך מאז ועד היום. הארובות ההידרו תרמיות נוצרו כאשר מים קרים חודרים אל תוך הקרום האוקייני, מתחממים כתוצאה ממגע עם מגמה לוהטת ויוצאים חזרה דרך סדקים בלחץ גבוה ובטמפרטורות של עד 400 מעלות צלזיוס. המים הנפלטים נושאים עמם מינרלים שונים, בהם תרכובות גופרית, ברזל, מימן מולקולרי (H2), מתאן (CH4), אמוניה (NH3) ותכנים נוספים שיכולים לשמש חומרי מוצא לתגובות כימיות קדם-ביולוגיות., כאשר התהליכים נעשים בצמידות לדפנות הארובות.

 מודל הארובות האלקליות 
מודל הארובות ההידרותרמיות האלקליות (alkaline hydrothermal vents),הוצע בשנים האחרונות כפתרון לשאלות הקשורות לאנרגיה זמינה ולשימור מולקולות אורגניות. בארובות אלה, ה-pH של המים גבוה במיוחד (בסביבות 9–11), והן עשירות במימן ובברזל דו-ערכי (FeO2)– תנאים המספקים מנגנוני חיזור חיוניים להיווצרות מולקולות קדם-ביולוגיות. יש המציעים כי ממברנות תאיות פרימיטיביות נוצרו לראשונה במיקרו-מבנים מינרליים שנוצרו בארובות אלה.

מחקרים שנעשו בארובות הידרותרמיות עמוקות, כגון אלו הנמצאות באוקיינוס האטלנטי ובאוקיינוס השקט, גילו מושבות של מיקראורגניזמים עשירות המתבססות על כימו סינתזה – כלומר, הפקת אנרגיה מתרכובות כימיות ולא מאור השמש. עובדה זו מצביעה על כך שהחיים הראשונים לא היו בהכרח תלויים בפוטוסינתזה ומחזקת את האפשרות שסביבת הארובות שימשה אתר הולדתם של החיים על פני כדור הארץ.

 היווצרות מולקולות RNA ו-DNA – עקרון ההכפלה התרמית 
במסגרת השערת הארובות ההידרותרמיות, מוצע כי תנאי הסביבה המיוחדים של אזורים אלו ובעיקר השינויים המחזוריים בטמפרטורת המים: בתוך הנקבים הזעירים בדפנות הארובה מתקיימים הבדלים קיצוניים בטמפרטורה בין פנים הארובה לבין המים החיצוניים הקרים. הבדלים אלה יוצרים זרמים מיקרוסקופיים ("מיקרו-קונבקציה") המעבירים מולקולות קדימה ואחורה דרך אזורים חמים וקרים לסירוגין. במעברים אלו מתרחשים תהליכים הבאים: בטמפרטורות גבוהות יחסית, קשרי מימן בין גדילים של נוקלאוטידים נחלשים, והשרשראות נפרדות. במעבר חזרה לאזורים קרים הטמפרטורה נמוכה יותר וקיים ריכוז גבוה של נוקלאוטידים חופשיים שמאפשר קשרים מחודשים בין הבסיסים המתאימים. תהליך הדומה לשלב הפתיחה, הוספת קטעים והארכה של שרשרת RNA או DNA.(בדומה לתהליך ב-PCR) תהליך זה, גם אם התרחש באופן איטי וספונטני, מהווה מנגנון טבעי אפשרי להכפלה עצמית של מולקולות נוקלאוטידיות ללא צורך באנזימים. החוקרים מציעים כי באמצעות מחזורים תרמיים מסוג זה, התאפשרה סלקציה מוקדמת לגדילים יציבים יותר או בעלי יכולת קיפול עצמי (כמו ריבוזימים), דבר שהאיץ את התפתחות עולם ה-RNA הקדם-ביולוגי. בהמשך, תחת תנאים דומים, ייתכן שהתפתחו גם אנלוגים ראשוניים של DNA אשר אפשרו שמירת מידע גנטי לטווח ארוך יותר והובילו בהדרגה להופעת המנגנונים הגנטיים המוכרים של החיים כיום.

 יצירת חיים (ביוגנזה) 
ממוזער|190x190 פיקסלים|מיצלה היא גופיף המורכב ממברנה דו שכבתית: שכבה פנימית הידרופילית וחיצונית הידרופובית נוצרת בועה שבתוכה פועלים אנזימים, ומתקיים מטבוליזם בסיסי. המיצלות נוצר בקירות הארובות והצטברו עם הזמן. חוקרים סבורים שזה השלב שבין פעילות ביוכימית והתפתחות החיים.
מביוכימיה פרה-ביוטית לאורגניזמים מיקרוסקופיים ראשוניים בעלי ממברנה, מטבוליזם ויכולת שכפול.

 הגדרת המושג חיים 
אין הגדרה חד משמעית לחיים. התכונות המינימליות החיוניות לאורגן חי הן כושר התרבות והתפתחות, כלומר נוכחות DNA או RNA, וביצוע מטבוליזם המאפשר קיום ורבייה.

 היווצרות קדם-תאים ראשוניים (protocells) 
פעילות ביוכימית שקדמה לתאים חיים התרחשה כאשר חומצות גרעין (בעיקר RNA) וכמה קו אנזימים מוקפים במעטפת ליפידים (פוספוליפידים או שומנים טבעיים אחרים) יצרו מערכת מבודדת מהסביבה הנקראות מיצלות. ממברנות אלו יכלו להיווצר באופן ספונטני בתנאי מ-pH משתנים כמו אלו הקיימים סביב ארובות הידרותרמיות. נוכחות תרכובות גופרית מימנית (H2S) תחמוצת ברזל ומבנים מינרליים בעלי תכונות קטליטיות יצרו גרדיאנטים כימיים שאפשרו תהליכי חמצון-חיזור פרימיטיביים.

 שילוב של מולקולות RNA עם פעילות קטליטית (ריבוזימים) ומעטפת התא 
הקנה לתאים ראשוניים אפשרות לרבייה ולברירה טבעית. מודלים כגון “עולם ה-RNA” ו-“עולם ה-RNA-חלבון” מציעים שהשכפול הראשוני לא בוצע על ידי אנזימים חלבוניים, אלא על-ידי הריבוזימים עצמם ורק מאוחר יותר נוספו גנים המקודדים לאנזימים.

 מעבר לאורגניזמים מיקרוביולוגים 
התרחש כאשר נוספו לתאים הראשוניים מנגנונים קבועים לשכפול, תיקון שגיאות ויצירת חלבונים באמצעות שכפול ותרגום (עם אנזימים פרימיטיביים לפני קיום הריבוזומים). הופעת ה-DNA כמולקולת אחסון מידע יציבה יותר מ-RNA נחשבת לשלב מאוחר יחסית, שבו מערכות RNA קדומות "הוחלפו" או עברו אינטגרציה עם מערכות משולבות RNA-DNA. הפשטות והיציבות מצד אחד ואפשרויות לשינוי על-ידי מוטציות אפשרו התפתחות הדרגתית של סלילי DNA והכפלה של RNA לפי הקוד הנצור ב־DNA. זה הבסיס להתפתחות הגנים בכל היצורים החיים ותחילת האבולוציה הביולוגית.

 חיים בעולם אנאירובי 
בתנאים האל-אווירנים (אנאירוביים) ששררו, מנגנון העברת אנרגיה הסתמך על ניצול ופירוק מולקולות אורגניות שבמים (תסיסה). החיידקים הראשוניים חיו כנראה על חמצון ברזל או גופרית בתנאים אנאירוביים, היו ללא גרעין וברובם תרמופילים שהותאמו לתנאי החיים בארובות ההידרו תרמיות. תהליכים קדם-תאיים (protocell) של חמצון וחזור באמצעות ATP ן-NADPH, כאשר אנזימים חופשיים במיצלות מבצעים את התהליך. החוקרים Martin ו-Russell (2003) הציעו כי תאים ראשונים נוצרו באזורי סדקים מינרליים של ארובות הידרו תרמיות אלקליות (תגובה כימית בסיסית), שבהם תהליכים אלקטרוכימיים דמויי מטבוליזם יכלו להתבצע עוד לפני היווצרות ממברנה אמיתית – מעין "חיים בתוך סלע". ברגע שנוצרה ממברנה עצמאית, התאים יכלו "להיפרד" מסביבתם ולהתפתח באבולוציה עצמאית. קיומם של וירוסים בעלי גנומים RNA בלבד מחזק את ההשערה לפיה וירוסים התפתחו במקביל לקדם-תאים. ואולי שימשו חלק ממנגנון יצירת DNA.

 יצירת התורשה 
תורשה מותנית ביכולת להעביר או להחליף קוד גנטי בין פרטים על-ידי העברת גנים אופקית (Horizontal Gene Transfer) באמצעות טרנספורמציה, טרנסדוקציה וקוניוגציה – תהליכים המאפשרים החלפת גנים בין אורגניזמים שונים, לעיתים גם בין מינים שונים. תהליך זה השתכלל בהמשך האבולוציה לשני מסלולים: רבייה על-ידי הפריה בין זוויגים ויצירת גמטות, ורבייה על-ידי חלוקה והחלפת קטעי כרומוזום כמו בקוניוגציה. אפשרות התורשה מעניקה יתרון להסתגלות בתנאים משתנים: הפצה מהירה של תכונות המקנות התגברות על גורם מגביל מחד ושמירה על מאגר התכונות שהצטברו במהלך הדורות.

התייעלות משמעותית בתהליך המטבולי של התא עם יצירת הריבוזום, שהוא מכונת השכפול המייצרת חלבונים מחומצות אמיניות לפי הקוד הטבוע ב־DNA, באמצעות MRNA בתהליך השעתוק.

 מעבר מתא בודד לאורגניזם מורכב 
 פוטוסינתזה והצטברות חמצן 
הפוטוסינתזה היא תהליך של ניצול האור באמצעות כלורופיל להעברת אלקטרונים לתהליכי חיזור וייצור מטבוליטים בתאים, על-ידי פירוק מים ושחרור חמצן לאטמוספירה.

לאחר התבססותם של תאים חיים פרימיטיביים, התרחש אחד השינויים הסביבתיים החשובים בתולדות כדור הארץ: המעבר מסביבה אנאירובית (חסרת חמצן) לסביבה אירובית (עשירה בחמצן), תהליך שהחל עם יצור כלורופיל בתאי אצות חד תאיות המכונות כחוליות
ממוזער|218x218 פיקסלים|כלורופלסט: מיקרואורגניזם אוטו טרופי שהתחבר לתא הטרו טרופי ונמצא בכל הצמחים הירוקים. ממברנה כפולה עוטפת מערכת של ממברנות המכילות כלורופיל. ( למלות) . בתא יש DNA עצמאי שלא קשור לגרעין התא המאכסן. הכלורופיל קולט את אנרגיית האור ומעביר אלקטרונים לקשר כימי עתיר אנרגיה כמו ATP ו כושר חיזור כמו NADPH.
ממוזער|205x205px|ציאנובקטריה היא אצה חד-תאית פרוקריוטית שבה לראשונה נוצר כלורופיל תחילה כסימביוטית לחיידקים. בהמשך התפתחו הכלורפלסטידות הנמצאות בכל עולם הצומח.

 כלורופיל וכלורופלסטידות 
מולקולה מורכבת כלורופיל המאפשרת לקלוט אנרגיית אור ולנצל אותה לביקוע מולקולות מים בתהליך הפוטוסינתזה. האנרגיה מועברת ליצירת קשרים עתירי אנרגיה, המאפשרים ניצול האנרגיה לתהליכים כמו ייצור פחמימות, חלבונים ולמטבוליזם של התא. התאים הראשונים שביצעו את התהליך היו ככל הנראה ציאנובקטריות (אצות כחוליות), שהחלו להפיק אנרגיה זה בתהליך של פוטוסינתזה פוטואאוטוטרופית (photoautotroph), (מעבר ישיר של האנרגיה לשימוש התא ללא יצירה של תרכובות פחמימניות) בו תוצר הלוואי הוא חמצן מולקולרי (O2).תהליך זה החל לפני כ-3.2 מיליארד שנה.הסטוריה גאולוגית של החמצן

השינוי בהרכב האטמופספירה לקח זמן - עקב חמצן רב שנקלט במרבצי ברזל גדולים שעברו חמצון. לפני כ-2.4 מיליארדי שנים התרחש אסון החמצן - כתוצאה מהשינוי בהרכב האטמוספירה והאוקיינוסים נכחדו כמעט כל המינים של חיידקים אל-אווירניים על פני כדור הארץ, ואת מקומם תפסו חיידקים אווירניים. החיידקים שמצאו מקלט באזורים נטולי חמצן הצליחו לשרוד, והם אבותיהם הקדומים של החיידקים האל-אווירניים המוחלטים של ימינו. אירועים אלה, יצרו בהמשך את התנאים להופכת מינים של היצורים הרב-תאיים ואאוקריוטים.

 מסימביוזה למערכת רב תאית 
סימְבְּיוֹזָה (באנגלית: Symbiosis; מיוונית: Συμβίωσις, יחד + חיים) או צַוְתָּאוּת, היא סוג של יחסי גומלין בין מינים שונים של אורגניזמים החיים בצוותא במשך תקופה ארוכה. כל אחד מהאורגניזמים המשתתפים בקשר סימביוטי קרוי צַוְתַּאי (סִימְבִּיּוֹנְט). שני הסימביונטים מפיקים תועלת זה מזה, או מצב שבו סימביונט אחד מפיק תועלת ואילו השני אינו מושפע לטובה או לרעה. אנדוסימביוזה היא סימביוזה שבה אחד הסימביוטיים נמצא בתוך התא של השותף.

 כלורופלסטידות 
כלורופלסטידות הן אברונים בצמחים ובאצות המבצעים פוטוסינתזה שהתפתחו מאבות קדומים של ציאנובקטריות. בתהליך האנדוסימביוזה הם נבלעו על ידי תא אאוקריוטי ואוחדו עמו בקשר קבוע. האנדוסימביוזה אפשרה לאותם תאים להפוך לפוטו אוטוטרופיים ולייצר לעצמם מזון. האנרגיה המצטברת מאפשרת קשירה של CO2 ומים ליצירת שרשרות של פחמימנים המאפשרים אגירת אנרגיה להמשך סינתזה של תרכובות ביוכימיות, כמו עמילנים, חלבונים ושומנים. תופעה זו הופיעה ככל הנראה לפני כ־2.5 מיליארד שנה.

 מיטוכונדריה וחיים אירוביים 
ממוזער|186x186 פיקסלים|מיטוכונדריה היא אברון תוך-תאי, המאפשר קיום תהליך קשירת חמצן לפחמן והעברת האנרגיה לשימוש התא. תהליך המאפיין חיים אווירניים. התהליך מתבצע על ממברנות בתוך האורגן. התוצרים הם תרכובות עתירות אנרגיה שמועברות לשימוש התא
החמצן שנוצר כתוצאה מהפוטוסינתזה התחבר תחילה לברזל ושקע כתחמוצת ברזל בתחתית הים הקדום. בהמשך כשנגרע הברזל, השתחרר החמצן למים ולאטמוספירה. ככל שעלה ריכוז החמצן, גדל היתרון של מטבוליזם מחמצן אירובי.

המיטוכונדריה היא אברון תוך-תאי שתפקידו הפקת אנרגיה באמצעות תהליך הנשימה התאית האירובית. לפי תאוריית האנדוסימביוזה, שהוצעה לראשונה על ידי לין מרגוליס, (1938-2011) המיטוכונדריה התפתחה מאורגניזם פרוקריוטי עצמאי, ככל הנראה חיידק אירובי, שנבלע על ידי תא קדום אאוקריוטי בראשיתו של עידן הפרוטוזואון, לפני כ-2 מיליארד שנה. החיידק הסימביוטי שימש מקור לאנרגיה עבור התא המארח ובתמורה קיבל הגנה וסביבה יציבה. עם הזמן, חלק מה-DNA של האנדוסימביונט הועבר לגרעין התא האאוקריוטי והקשר הפך לקבוע. המיטוכונדריה שומרת על שרידי גנום עצמאי (mtDNA) המעיד על מוצאה האבולוציוני העצמאי. האיחוי בין התא האאוקריוטי הקדום לאורגנל המפיק אנרגיה היווה קפיצת מדרגה בהתפתחות החיים: מערכות תאיות יכלו להתרחב ולבצע פעילויות עתירות אנרגיה, כמו עיבוד מידע גנטי מורכב, תנועה תוך תאית ואפילו התמיינות תאים, התשתית להתפתחות חיים רב-תאים.

כמו כן החמצן הוא חומר מאכל ולכן יצורים אווירניים היו צריכים לשמור על חומרים נוגדי חמצון כדי לשמור על התאים שלהם.

 תחילת האבולוציה של החיים 
 ההכחדה הראשונה 
ההכחדה הראשונה המכונה גם ההכחדה החמצנית היא תוצאה של המעבר לסביבה עשירה בחמצן. כתוצאה מהפוטוסינתזה המייצרת חמצן על-ידי אצות – הביא לשינוי דרמטי בהרכב הכימי של האטמוספירה והאוקיינוסים. רוב האורגניזמים הקדומים בתקופה הארכאית היו אל-אווירניים מוחלטים שתהליכי ניצול אנרגיה על-ידי תסיסה אל-אווירנית הותאמו לסביבה מחזרת. עליית רמות החמצן, שהחלה לפני כ־2.4 מיליארד שנה הייתה רעילה עבור אורגניזמים אלה.

החמצן המולקולרי (O₂) הוא חומר מחמצן פעיל שמייצר רדיקלים חופשיים הגורמים נזק לחלבונים, שומנים וחומצות גרעין. כתוצאה מכך, מרבית הלא-אווירניים המוחלטים (אנאירוביים פקולטטיביים) הוכחדו לחלוטין ואחרים נדחקו לנישות חסרות חמצן (אנאוקסיות) כמו מרבצי גופרית, ומשקעים ימיים עמוקים באירוע המכונה "אסון החמצן". מנגנון ייחודי לסילוק החמצן החופשי ומניעת הרעלה בדינופלגלטים היא מערכת ההארה בחיידקים מאירים. במקביל, אורגניזמים שיכלו לנצל את החמצן להפקת אנרגיה (תהליך אנרגטי יעיל בהרבה מתסיסה אנאירובית) זכו ליתרון אבולוציוני ברור. התפתחות זו סללה את הדרך להופעת אורגניזמים אווירניים (אירוביים) מורכבים כולל כל האאוקריוטים והרב-תאיים הידועים כיום.

 תאים אאוקריוטים 
מעבר מתאים בהם ה־DNA פרוס בתוך הציטופלסמה לארגון התא והפרדת הפעילות לאברונים ויצירת גרעין. בתאים אאוקריוטים מערכת ממברנות תוך תאיות עליהן צמודים ריבוזומים, מיטוכונדריות ואברונים נוספים. שלב מרכזי באבולוציה של התא.

 הפרדה בין הצומח והחי 
 חיידקים אוטוטרופיים והטרוטרופיים 
השילוב בין יצירת החמצן וייצור פחמימנים בתהליך הפוטוסינתזה וחיים אווירניים באמצעות מיטוכונדריה מאפשר יעילות מרבית של תהליכים מטבוליים. ארגון התאים באמצעות ממברנות תוך-תאיות יצר סדר בתוך התא: גרעין המכיל את ה־DNA, ואורגנלים (יחידות תוך תאיות המבצעות פעילות ספציפית) המסודרים על הממברנות, יחד עם מיטוכונדריות וריבוזומים, התפתחות שוטונים, מערכות תאיות להולכת נוזלים וקשר בין האורגנלים המאפשר תגובה אקטיבית לשינויים בסביבה. מעבר מחיידקים לחד-תאיים (פרוטוזואה) כמו סנדלית ואמבה.
ממוזער|241x241 פיקסלים|אמבה: פרוטוזואה הטרוטרופית המסוגלת לנוע על-ידי זרימת הפלסמה. בשלב מסוים הן מתקבצות לאורגן שמהווה גבעול ועליו תאי רבייה היוצרים נבגים. למעשה זאת התמיינות של תאים זהים, למבנה ותפקיד שונה, בדומה לגוף פרי של פטריות.
הפרוטוזואה הן חד-תאיים הטרוטרופיים, שאינם מבצעים פוטוסינתזה וניזונים מחומר אורגני. מכאן מתחילה ההפרדה בין עולם הצומח ועולם החי.

 מתא בודד לאורגן רב תאי ולרקמות 
ממוזער|171x171 פיקסלים|VOLVOX כדור שמרכב מאצות-חד תאיות בעלות שוטונים, והופך לאורגן אחד. שיתוף פעולה של כל התאים מאפשר תנועה של הכדור כולו. התרבות נעשית על-ידי חלוקה ויצירת כדורים קטנים בתוך הכדור. זאת דוגמה למעבר בין סימביוזה לאורגניזם בעל רקמות
עולם הפרוטוזואה מורכב ממינים שונים של חד-תאיים, שכל אחד מתנהל בנפרד. אמנם יש כבר פרוטוזואה שמקיימים ביניהם החלפת קטע DNA בקוניוגציה כמו בסנדליות, אבל עדיין כל תא מקיים את כל המערכות הנדרשות לקיומו. בשלב הסימביוזה יש כבר שיתוף בין תאים ומינים שונים שלכל אחד התמחות בתרומת צורך הנדרש לשני. מצב כזה של התארגנות רב תאית של פרוטוזואה, קיים למשל באצה ולווקס (volvox): אצה חד תאית בעלת שוטונים שבשלב מסוים מתאגדת לאורגן אחד כדורי, שמתקיים במים מתוקים ומאפשר חלוקה ויצירת כדורים נוספים. נוצר קשר בין פרטים המאפשר העברת אינפורמציה באמצעות סיגנלים כימיים, וכנראה גם תגובה חשמלית של הממברנות.

 התמיינות 
התמיינות היא בידול של תאים בעלי תכונות שונות באורגן רב-תאי. קבוצה של תאים בעלי מבנה ותפקוד שונים מתאים אחרים נקראת רקמה:

ארגון ה־DNA בכרומוזומים המרוכזים בגרעין התא, נשימה תאית באמצעות המיטוכונדריות ומערכת ייצור החלבונים על-ידי הריבוזומים, מאפשרים חלוקה יעילהמיוזה, יצרת גמטות והפעלה יעילה יותר מאשר בסליל יחיד המפוזר בציטופלסמה. ההתמיינות אפשרית באמצעות הפעלה של גנים ספציפיים הנקראים " ערכת כלים" (HOX), שתפקידם להפעיל או להשתיק סדרה של גנים בכרומוזום. במקום ספציפי בתא העוברי- של הביצית המופרית. ההתמיינות מאפשרת התמחות של כל רקמה לביצוע פעולה החיונית לאורגן כולו. בהמשך האבולוציה מצטברים גנים חסומים שלא מופעלים כיוון שאין בתוצר שלהם צורך, וגנים חדשים נוצרים על-ידי מוטציות ושחלופים.

 האבולוציה של הצומח והחי 

 הברירה הטבעית בסביבה משתנה 
הברירה הטבעית מורכבת תמיד מהשלבים: 1.מצב קיים - אוכלוסייה בשיווי משקל 2. שינוי בתנאים- נוצר גורם מגביל . 3 סלקציה - הגורם המגביל מעכב או פוגע במרבית האוכלוסייה ואף להכחדתה. 4. הסתגלות של פרטים המאפשרת ביטול השפעת הגורם המגביל. 5. התרבות של פרטים העמידים, ויצירת אוכלוסייה חדשה, עמידה.

 מודל ההכחדות 

הכחדה היא תופעה הגורמת להשמדת כל או מרבית היצורים החיים, צמחים ובעלי החיים.
במהלך האבולוציה היו כמה אירועים, (6 מהם מתועדים במחקר), שבגללם השתנה מגוון החי והצומח. התחממות הימים גרמה להאצה ביציאת החיים מהים ליבשה, התפתחות ריאות במקום זימים ורגליים במקום סנפירים. התקררות קיצונית האיצה מעבר ממחזור דם חצוי (בזוחלים ודו-חיים) לשלם (ביונקים ועופות) וכך לשמור על טמפרטורת דם קבועה. השמדה חלקית של הצומח הקדום, שרכים נושאי נבגים ומעבר לצמחים עילאיים שפיתחו מערכת הובלה, אברי רבייה (פרחים) ,פירות וזרעים שתאמו את התנאים שלאחר ההכחדה.

 אירועי הכחדה 
שבע הכחדות המוניות זוהו בידי ראופ וספקוסקי (1982) ועליהם קיימת הסכמה נרחבת: בסוף תור האורדוביק, בסוף התור דבון, בסוף התור פרם, בסוף התור הטריאס, וסוף תור הקרטיקון. אירועים אלה וכמה נוספים ברשימה הבאה:

 לפני כ-2.4 מיליארדי שנים: בעקבות תהליכים פוטו סינתטיים שגרמו לעליית ריכוז החמצן באטמוספירה, נכחדו כמעט כל המינים האל-אווירניים. אירוע זה נקרא אסון החמצן.
 לפני 488 מיליון שנים: סדרת הכחדות המוניות במעבר מהקמבריון לאורדוביק שבה נכחדו רבים מסוגי הברכיופודים וחלה הפחתה רצינית במספר מיני הטרילוביטים.
 לפני 444 מיליון שנים: המעבר מהאורדוביק לסילור, שהתרחש כתוצאה מתקופת קרח וכלל שני אירועי הכחדה. יצורים ימיים השתנו באופן דרסטי כשגובה פני הים ירד והדבר גרם להכחדה הראשונה. השנייה התרחשה חצי מיליון עד מיליון שנה מאוחר יותר כאשר פני הים עלו במהירות. ייתכן כי התפרצות גמא זירזה את ההכחדה הזו.
 לפני 360 מיליון שנים: בקרבת המעבר בין הדבון לקרבון, אירעה סדרה מתמשכת של הכחדות פתאומיות ובעקבותיה תקופת שפל בכמות המינים שנמשכה כ-20 מיליון שנים.
 לפני 251 מיליון שנים: במעבר מהפרם לטריאס אירוע הכחדת פרם-טריאס (או הכחדת P/Tr). זו ההכחדה ההמונית הגדולה ביותר הידועה עד כה. כ-95% מכל המינים הימיים נכחדו וכ-53% מכלל המשפחות הימיות וכ-84% מתוך הסוגים (השיעור הנמוך יחסית של המשפחות שנכחדו בהשוואה למינים שנכחדו נובע מכך שמעט המינים ששרדו השתייכו למשפחות רבות). כמו כן הוכחדו אז גם כ-70% ממיני היבשה לרבות צמחים, חרקים ובעלי חוליות.
 לפני 200 מיליון שנים: אירוע ההכחדה במעבר מהטריאס ליורה. כ-20% מכל משפחות בעלי החיים הימיים נכחדו, כמו מרבית הארכוזוארים שאינם דינוזאורים, מרבית התראפסידה ואחרון הדו-חיים הגדולים נעלמו.
 לפני 66 מיליון שנים: הכחדת קרטיקון-פלאוגן במעבר מהקרטיקון לפלאוגן (מכונה גם הכחדת K/T). נכחדו כ-50% המינים. הכחדה זו משמעותית לאדם בה נכחדו הדינוזאורים והיונקים הפכו לבעלי החוליות הדומיננטיים ביבשה. הכחדה זו השפיעה באופן לא אחיד על קבוצות בעלי חיים שונות - חלק נכחדו, חלק נותרו בודדים וחלק הושפעו באופן קל בלבד. ההערכה המקובלת היא כי הכחדה זו נבעה מאירוע פגיעה של אסטרואיד או שביט.

 מחזורי הכחדות 
מחקר הממצאים על ההכחדות הגדולות מאשש את ההשערה שהכחדה איננה תופעה חד פעמית. שינויים קיצוניים באקלים, פגיעת מטאוריטים, התפרצויות געשיות קיצוניות, שינויים בפעילות השמש או במסלול כדור הארץ. יש מחקרים המצביעים על מחזור של כ-60 מיליון שנה בשינויים קיצוניים שהשפיעו על האבולוציה. ייתכן וגם פעילות אנושית קיצונית גורמת להכחדה שממדיה עדיין אינם ידועים

 חשיבות הכחדות באבולוציה 
התאוריה הקלאסית של האבולוציה מתייחסת בעיקר לשינויים עקביים וארוכים בתנאי החיים המאפשרים שינוי תכונות על-ידי מוטציות, סלקציה והתרבות של תכונות מועדפות. כאשר הכחדה היא תופעה קצרה הגורמת לסלקציה קיצונית והתרבות של תכונות שהיו מוצנעות באוכלוסיות שלפני ההכחדה. במהלך כ־50 מיליוני שנים אותם פרטים בודדים ששרדו יצרו את האוכלוסיות החדשות. אבולוציה של הכחדות מתבטאת בקפיצות בתהליך השינויים ולפריחה של פאונה ופלורה חדשים לחלוטין. כל שינוי כזה הוא שלב באבולוציה האורגנית.

 ביוטופ 
עולם החי והצומח מאורגן בקבוצות התואמות את התנאים האקולוגים בכל מקום. אזור מצומצם המקיים תנאים ייחודיים שבהם מתקיימים בצוותא בעלי חיים וצמחים שהסתגלו לחיות בתנאים אלה. ביוטופ (בית גידול) הוא מכלול של החי והצומח בנישה ספציפית. בכל זמן נתון פרט לתקופות ההכחדה הביוטופ נמצא בשיווי משקל דינמי בין חברות צמחים ואוכלוסיות של בעלי חיים כלומר חלים שינויים בגודל ומבנה האוכלוסיות שהם עונתיים וגם מצטברים בהתאם לשינויי האקלים ותנאי הקיום. לעיתים נכחד מין ספציפי בביוטופ, אבל הוא קיים בביוטופים אחרים. מגוון המינים הגדול הקיים כיום הוא תוצאה של תנאי קיום נוחים אף כי משתנים ב־30 מיליון השנים האחרונות.

 המשוב הביולוגי 
משוב (היזון חוזר) הוא תופעה שבה תוצאה של תהליך משפיעה על התהליך עצמו.

משוב חיובי קורה כשהתוצאה מגבירה את הפעולה שגרמה לה: כדוגמה: התחממות הביוספרה והאטמוספירה גורמת להפשרת הביצות הקפואות בסיביר, גזים כלואים כמו NH3 ו-CO2, מגבירים את אפקט החממה ואת קצב ההתחממות וכתוצאה להגברת הפשרת הביצות: זיהום האגמים בשמנים וחומרי הדברה, גרם לשלילת החמצן והתפתחות אוכלוסיות חיידקים ואצות אנאירוביות רעילות, שגורמות להגברת התמותה, יצירת תנאים אנאירוביים מוחלטים עד שלילת האפשרות לשימוש במים.

משוב שלילי: כאשר התוצאה מגבילה את הסיבה ויוצרת שיווי משקל. לדוגמה: פוטוסינתזה תלויה ב־CO2, והצמחים פיתחו מערכות קליטה(פיוניות) שיאפשרו לריכוז הנמוך שבאטמוספירה לחדור לתאים. כתוצאה מהתהליך יורד ריכוז ה־CO2 ועולה ריכוז החמצן באטמוספירה. ללא הפרעה יהיה שיווי משקל בין ריכוז החמצן ודו תחמוצת הפחמן. מרבית התהליכים בטבע מבוססים על שילוב משובים המייצר תנאי חיים אופטימליים במערכת של סביבה ואקלים המשתנים כל הזמן. הפרת המשוב על-ידי הקטנת הפוטוסינתזה (כריתת יערות והרעלת אגמים) תגרום לירידה בריכוז החמצן ועליה בדו תחמוצת הפחמן.

המשובים וההכחדות: הכחדה היא תופעה עוצמתית הרסנית הגורמת בדרך כלל למשובים חיוביים הרסניים מהירים, כמו ההכחדה החמצנית הראשונה, להריסת שיווי המשקל הביוספרי ויצירת תנאים שונים לחלוטין להתפתחות חיים. המינים המעטים שצולחים את ההכחדה יכולים עכשיו להתפתח במהירות ולשגשג.

 מקומו של האדם באבולוציה האורגנית 

השפעת האדם על סביבתו נעשתה בהדרגה. במשך כשני מיליון שנה התקיים האדם כחלק מהמערכת האקוסיסטמותית בכל נקודת זמן. הוא צלח תקופות קרח וחום, לצד שלוחות נוספות של הומנינים כמו האדם ההומו ארקטוס, האדם ההידלברגי, והניאנדרטלי (שחי במקביל להומוספיאנס בארץ ישראל לפני כ־30000 שנה) כציידים-לקטים נודדים. התאמת האדם לדרך חיים של אומניבור, התפתחות כפות הידיים לאחיזה במכשירים, התאמה להליכה זקופה ושחרור הידיים, נעשו בהדרגה ותוך כדי שינויים פיזיולוגים ואנטומים. קיבול הגולגולת, המהווה אינדיקציה לכושר החשיבה, למידה, תכנון וניתוח מציאות, גדל במהירות. כבר בתקופה הפלאוליתית (החלה לפני כמיליון וחצי שנים) קיימו הומנינים שימוש יעיל בכלים כמו כלי צור, עץ, עצם וחרס. חוקרים מניחים שהתפתחות הקוגניציה הכשר המנטלי וכושר דיבור (מבנה הלסת ועצם הלשון) הם שהביאו את היתרון של האדם הנבון ולהכחדת שאר ההומנינים הקרובים. המעבר מארגון של משפחות לשבטים ומציידים לקטים לחקלאים, שכלל ביות של צמחים ובעלי חיים, התמחות בייצור, מסחר, בנייה ולחימה, יצרו את מבנה הלאום והטריטוריה שלו, את משטרי השליטה ואת האמונות הדתיות המשותפות. כ־15 אלפים שנה בלבד היא התקופה שבה מיצב האדם את עצמו כשולט על מערכת האקוסיסטמה בסביבתו. גידול מואץ של האוכלוסייה האנושית, ממיליונים בודדים בתקופת הברזל (במאה העשירית לפני הספירה) ל-8 מיליארד במאה ה־21. תוך תקופה זו ועד לזמננו הפך האדם לגורם המשפיע ביותר על האבולוציה על כדור הארץ, ואף פיתח טכנולוגיות להשפעה על מרחב החלל וכוכבי הלכת של מערכת השמש. העידן האחרון שבו התפתח האדם הנבון נקרא עידן האנתרופוקן.

 האדם כגורם להכחדה 
החיים על כדור הארץ תלויים בשיווי משקל עדין בין המשאבים הבסיסיים: מים נוזלים, חמצן, דו-תחמוצת פחמן, אור, טמפרטורות מוגבלות, קרינה מייננת נמוכה וקרקע מתאימה לגידול צמחים. האדם הוא הגורם המשפיע ביותר על כל אחד ממרכיבי החיים. לכן יש חוקרים המצביעים על אפשרות שפעילות זו תביא להכחדה נוספת שאת עוצמתה קשה לשער. ההכחדה של יונקים גדולים לקראת סוף תקופת הקרח האחרונה נחשבת גם היא כחלק מאירוע ההכחדה של ההולוקן מאחר שהיא נבעה כנראה מהתפשטות האדם הנבון בעולם לאחר שיצא מאפריקה. הכחדה זו מכונה גם אירוע ההכחדה בהולוקן. קיים החשש שהטבע נמצא בתחילתה של הכחדה שביעית בשל השפעות הפיתוח המואץ ובשל הפעילות האנושית המביאה להרס בתי הגידול והכחדתם של מינים רבים. אפקט החממה, כריתת יערות הגשם, ציד לא מבוקר ודיג זיהום האוויר בגזי חממה וגזים רעילים, זיהום הימים בנפט, חומרי הדברה, פלסטיק ומוצרים בלתי מתכלים המפרים את המשובים של האיזון הטבעי, גורמים לזיהום הסביבתי ומביאים להרס שיטתי של חברות החי והצומח ועלולים לגרום להכחדה השביעית. סקר משנת 1998 של המוזיאון האמריקאי להיסטוריה של הטבע, גילה כי 70% מהביולוגים רואים בתקופתנו כתקופה של הכחדות גדולות. כמה מהם כמו א.א וילסון מאוניברסיטת הרווארד, חוזים כי ההרס שגורם האדם לביוספרה עלול לגרום להכחדת כמחצית המינים במאה השנים הבאות. החוקרים וקבוצות המבצעות מאמצי שימור כמו הרשימה האדומה של ארגון IUCN של מינים בסכנת הכחדה וכולם מצביעים על תקופה מתמשכת של הכחדה מאסיבית בשל ההשפעה של האדם על כדור הארץ.

 ראו גם 
 מוצא המינים
 מינים שנכחדו
מוצא המינים
סימביוזה
אקולוגיה וסביבה
הכחדה המונית
היסטוריה אבולוציונית של החיים

לקריאה נוספת
 ספר: היסטוריה גדולה. דייוויד כריסטיאן, מהדורה אינטרנטית, הוצאת עברית הוצאת ספרים

 קישורים חיצוניים 
 דרור ברניר. מוצא התא האיוקריוטי. אוניברסיטה פתוחה 1988

הערות שוליים

קטגוריה:ביולוגיה
קטגוריה:אבולוציה
קטגוריה:כדור הארץ
קטגוריה:אסטרונומיה
קטגוריה:ביוכימיה