stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
جيولوجيا
البنية الكاملة للأرض > الصفائح التكتونية

المقالة الرئيسة: صفائح تكتونية
في ستينيات القرن الماضي، اكتشف الباحثون بأن الغلاف الصخري للأرض (بالإنجليزية: غلاف الأرض الصخري)‏ والذي يتكون من القشرة الأرضية والطبقة العلوية الصلبة من الوشاح العلوي (بالإنجليزية: upper mantle)‏ مقسّم إلى صفائح تيكتاتونية تتحرك عبر الغلاف الموري (بالإنجليزية: Asthenosphere)‏، إن هذه النظرية مدعومة بعدة مشاهدات، ومنها ظاهرة انتشار قاع البحر (بالإنجليزية: Seafloor spreading)‏، والتوزيع العالمي للتضاريس الجبلية والزلزالية.
هناك علاقة وثيقة ما بين حركة الصفائح على السطح وتيارات الحمل الحراري للوشاح (بالإنجليزية: mantle)‏(والتي هي عبارة عن انتقال الحرارة الناتج عن الحركة السائبة للجزيئات داخل السوائل)، وإضافةً إلى ذلك فإن صفائح المحيطات تتحرك في نفس اتجاه تيارات الحمل الحراري للوشاح المحاذي لها، وذلك لأن الغلاف الصخري للمحيط هي في الواقع الطبقة الصلبة الحرارية العلوية للطبقة الحدودية للوشاح الحراري. وهذه العلاقة ما بين الطبقة الصلبة المتحركة على سطح الأرض والوشاح الحراري تسمى بالصفائح التيكتاتونية.
إن تطور نظرية الصفائح التيكتاتونية ساهم في إيجاد أساس فيزيائي للعديد من المشاهدات التي تحصل على الجزء الصلب من الأرض، المناطق الخطية الطولية التي تشترك بسمات جيولوجية معينة تسمي بالصفائح الحدودية، ومن الأمثلة عليها:
المرتفعات الواقعة في منتصف المحيط (وتسمى بظهر المحيط) والمناطق المرتفعة في قاع البحر حيث توجد فتحات المياه الحارة والبراكين، تعرّف على أنها حدود متباعدة، حيث تبتعد الصفيحتان عن بعضهما البعض.
تعتبر أقواس البراكين والزلازل حدوداً متقاربة، حيث تتداخل الصفائح مع بعضها البعض أو تتحرك تحت بعضها.
أدت حدود التحويل، مثل نظام صدع سان أندرياس، إلى حدوث زلازل قوية وواسعة الانتشار، كما توفر تكتونية الصفائح آلية لنظرية ألفريد ويجينار عن الانجراف القاري، حيث تتحرك القارات عبر سطح الأرض على مدار الزمن الجيولوجي، كما أنها توفر قوة دافعة للتشوه القشري، ومجموعات جديدة من المشاهدات للجيولوجيا الهيكلية، وتكمن قوة نظرية الصفائح التكتونية في قدرتها على دمج كل هذه المشاهدات في نظرية واحدة حول كيفية تحرك الغلاف الصخري فوق الوشاح الحراري.
البنية الكاملة للأرض > هيكل الأرض

المقالة الرئيسة: بنية الأرض
تقدم التطورات في علم الزلازل والنمذجة باستخدام الحاسوب وعلم المعادن وعلم البلورات عند درجات حرارة وضغوط عالية نظرة ثاقبة وقوية على التكوين الداخلي والهيكلي للأرض.
يمكن لعلماء الزلازل استخدام أوقات وصول الموجات الزلزالية في الاتجاه المعاكس لتصوير الجزء الداخلي للأرض، كما وأظهرت التطورات الحديثة في هذا المجال وجود نواة خارجية سائلة ونواة داخلية صلبة كثيفة، وأدت هذه التطورات أيضاً إلى تطوير نموذج لطبقات للأرض مع القشرة والغلاف الصخري في الأعلى والوشاح تحتها والنواة الخارجية والداخلية تحت ذلك. وتمكن علماء الزلازل مؤخراً من إنشاء صور مفصلة لسرعة الموجة داخل الأرض بالطريقة نفسها التي يقوم فيها الطبيب بتصوير الجسم في الأشعة المقطعية، وقد أدت هذه الصور إلى عرض أكثر تفصيلاً للجزء الداخلي من الأرض، واستبدلت نموذج الطبقات المبسط بنموذج أكثر ديناميكية.
لقد تمكن علماء المعادن من استخدام بيانات الضغط ودرجة الحرارة من الدراسات الزلزالية إلى جانب معرفة التكوين الأساسي للأرض من أجل إعادة إنتاج هذه الظروف في البيئات التجريبية وقياس التغيرات في تركيب البلورات، تفسر هذه الدراسات التغيرات الكيميائية المرتبطة بالانفصالات الزلزالية الرئيسية في الوشاح وتُظهر التركيبات البلورية المتوقعة في النواة الداخلية للأرض.
أقسام علم الجيولوجيا > علم الصخور

المقالة الرئيسة: علم الصخور
ويبدأ وصف الصخور بالملاحظات الميدانية في منكشف الصخر، ويتضمن وصفًا بالعين المجردة لعينات يدوية. ومع ذلك، فإن أهم أداة يستخدمها جيولوجي الصخور هي مجهر البتروجرافيك.
ويعد التحليل المفصل للمعادن باستخدام علم المعادن البصري في مقطع رقيق والنسيج المجهري والتركيب مهمًا للغاية لفهم أصل الصخر، ويستخدم تحليل المسبار الإلكتروني مع البلورات الفردية، بالإضافة إلى التحليل الكيميائي للصخور الكاملة بواسطة الأشعة السينية في معامل وصف الصخور الحديثة، علاوةً على ذلك، يمكن تحليل الحبيبات المعدنية الفردية من عينة الصخور بواسطة حيود الأشعة السينية عندما لا تكون الوسائل البصرية كافية، ويقدم تحليل المتضمنات السائلة المجهرية داخل الحبيبات المعدنية مع مرحلة تسخين على مجهر البتروجرافيك مؤشرات على درجة الحرارة وظروف الضغط التي كانت موجودة أثناء تشكل المعدن.
أقسام علم الجيولوجيا > الجيولوجيا التركيبية

المقالة الرئيسة: جيولوجيا بنيوية
يتم تحليل التراكيب الجيولوجية عن طريق إسقاط المعالم الجيولوجية على خريطة خاصة (الستيريونت)؛ يتم فيها تحويل المجسمات إلى مستويات، والمستويات إلى خطوط والأخيرة إلى نقاط. وبهذا يمكن دراسة الصدوع والطيات وتحديد محاورها. ومن أكثر التجارب أهمية هي تلك التي تعنى بتكون الجبال، حيث تنشأ عن اصطدام صفيحتين تكتونيتين مما يؤدي إلى انثناء حواف الصفائح، وتتم دراسة هذا الموضوع من خلال نموذجين أحدهما تحليلي والآخر تناظري وكلاهما متطور ويقدم نمطاً واقعياً لتشكل الصدوع والقمم والقيعان في السلاسل الجبلية بفعل العوامل الجوية،  كما تقدم معلومات بشأن عمليات التحول التي تحدث تبعا لعدة عوامل أهمها الضغط والحرارة.
أقسام علم الجيولوجيا > علم وصف طبقات الأرض

المقالة الرئيسة: علم وصف طبقات الأرض
يحلل خبراء طبقات الأرض في المختبر العينات من الأجزاء الطبقية التي يمكن أخذها من الموقع، مثل تلك المأخوذة من لباب الحفر (جوفه)، كما يحلل أخصائيو علم الطبقات أيضاً البيانات من المسوحات الجيوفيزيائية التي تعرض الوحدات الطبقية في الجزء تحت السطحي، كما ويمكن الجمع بين البيانات الجيوفيزيائية وقياسات الآبار لإنتاج رؤية أفضل للطبقات تحت السطحية، ويستخدم المختصون برامج الحاسوب للقيام بذلك بشكل ثلاثي الأبعاد، كما ويستطيع خبراء طبقات الأرض استخدام البيانات السابقة في إعادة بناء العمليات القديمة التي تحدث على سطح الأرض، وتحليل البيئات القديمة، وتحديد موقع الماء، والفحم، واستخراج الفحم المائي (الهيدروكربون).
في المختبر، يحلل مختصو طبقات الأرض الحيويون عينات الصخور المأخوذة من المنكشفات الصخرية (البروز الصخري)، وجوف الحفر للكشف عن المستحثات (الأحافير) الموجودة فيها، حيث تساعد هذه المستحثات العلماء على جمع البيانات الأساسية، وفهم البيئة الترسيبية التي تشكلت فيها الوحدات الصخرية. يؤرّخ الخبراء في علم التقويم الجيولوجي علم الصخور بدقة من خلال المقطع الطبقي المأخوذ من أجل تزويدهم بالحد المطلق الأفضل في التوقيت، ومعدلات الترسب، كما ويتفحص مختصو طبقات الأرض المغناطيسيون الإشارات المغناطيسية المنعكسة في الصخور النارية أثناء الحفر الجوفي، ويقدم علماء آخرون دراسات النظائر المستقرة على الصخور من أجل الحصول على معلومات عن المناخ القديم.
جيولوجيا الكواكب

المقالة الرئيسة: جيولوجيا كوكبية
مع ظهور وتطور الاكتشافات في القرن العشرين، بدأ الجيولوجيون بالاهتمام بهيئات الكواكب الأخرى بنفس الطريقة التي تم تطويرها لدراسة الأرض. يُسمى هذا المجال الجديد من الدراسة بجيولوجيا الكواكب، ويعتمد على المبادئ الجيولوجية الأساسية لدراسة الهيئات الأخرى في النظام الشمسي. رغم أن اللغة اليونانية الأصلية تعيد كلمة «جيو» إلى معنى الأرض، إلّا أنَّ مصطلح «جيولوجيا» مرتبط مع أسماء هيئات كوكبية أخرى عند وصف تركيبها وعملياتها الداخلية، مثال ذلك: «جيولوجيا المريخ»، و«الجيولوجيا القمرية»، وتستخدم مصطلحات متخصصة مثل علم الدراسة الجغرافية للقمر (بالإنجليزية: Selenology)، وعلم المريخيّات «اللاهوت» (بالإنجليزية: Areology).
على الرغم من اهتمام علماء الجيولوجيا الكوكبية بدراسة جميع جوانب الكواكب الأخرى، إلّا أن التركيز الأكبر تَمثّل بالبحث عن أدلة من الماضي أو الحاضر عن إمكانية وجود حياة على كواكب أخرى. وقد أدّى ذلك إلى العديد من المهام التي يتمثل هدفها الأساسي في تدارس الهيئات الكوكبية للحصول على أدلة على الحياة، إحدى هذه المهام تمثلت في هبوط المسبار الفضائي المسمى فينيكس (بالإنجليزية: Phoenix) الذي يحلل التراب القطبي المريخي من أجل الماء، والكيميائيات، والمكونات المعدنية المتعلقة بالعمليات الحيوية.
الجيولوجيا التطبيقية > الجيولوجيا الاقتصادية

المقالة الرئيسة: جيولوجيا اقتصادية
تعد الجيولوجيا الاقتصادية فرعاً مهماً من فروع الجيولوجيا التي تهتم بدراسة الجوانب المختلفة للمعادن الاقتصادية التي يستخدمها الإنسان لسد حاجاته المختلفة. ويمكن تعريف المعادن الاقتصادية على أنها المعادن التي يتم استخراجها من الأرض بشكل مربح. ويقوم الجيولوجيون المختصون بهذا الفرع بتحديد الموارد الطبيعية للأرض وإدارتها، مثل: البترول والفحم، بالإضافة إلى الموارد الخام المعدنية، مثل: الحديد، والنحاس، واليورانيوم.
الجيولوجيا التطبيقية > جيولوجيا التعدين

تتضمن جيولوجيا التعدين استخراج الموارد المعدنية من الأرض. وتشمل العديد من الموارد ذات الأهمية الاقتصادية، مثل: الأحجار الكريمة، والمعادن الثمينة، مثل: الذهب، والنحاس، والعديد من المعادن، مثل: الأسبستوس (الحرير الصخري)، والبيرلايت، والميكا، والفوسفات، والزيوليت، والطين، والخفاف، والكوارتز، والسيليكا، بالإضافة إلى عناصر: مثل الكبريت، والكلور، والهيليوم.
الجيولوجيا التطبيقية > الجيولوجيا البترولية

المقالة الرئيسة: جيولوجيا النفط
يدرس المختصون بجيولوجيا البترول الأماكن الجوفية التي يمكن أن تحتوي على هيدروكربونات قابلة للاستخراج، خاصة البترول والغاز الطبيعي. كما ويتم دراسة الأحواض الرسوبية حيث تعتبر خزانات للهيدروكربونات، فيتم دراسة تشكيل هذه الأحواض بالإضافة إلى تطورها الرسوبي والتكتوني (الحركي) والمواقع الحالية لوحدات الصخور الرسوبية.
الجيولوجيا التطبيقية > الجيولوجيا الهندسية

المقالة الرئيسة: جيولوجيا هندسية
الجيولوجيا الهندسية هي تطبيق للمبادئ الجيولوجية لتحويلها إلى الممارسة الهندسية لغرض التأكد من أن العوامل الجيولوجية التي تؤثر على الموقع، والتصميم، والبناء، والتشغيل، والصيانة للأعمال الهندسية تتم معالجتها بالشكل الصحيح.
وفي مجال الهندسة المدنية، يتم استخدام المبادئ والتحليلات الجيولوجية من أجل التحقق من المبادئ الميكانيكية للمواد التي بنيت عليها المنشآت. مما يسمح ببناء الأنفاق دون انهيارها، وبناء الجسور وناطحات السحاب وفق أسس متينة، بالإضافة إلى إقامة المباني على تربة ثابتة لتجنب انهيارها وعدم بنائها على تربة طينية مثلا.
الجيولوجيا التطبيقية > الهيدرولوجيا والقضايا البيئية

يمكن تطبيق الجيولوجيا والمبادئ الجيولوجية على المشاكل البيئية المختلفة، مثل: استعادة التيار، واستعادة الحقول البنية (الحقول المصابة بالتلوث)، وفهم العلاقة بين الطبيعة والبيئة الجيولوجية. وتستخدم هيدرولوجيا المياه الجوفية (الهيدروجيولوجيا) لتحديد موقع المياه الجوفية التي يمكن أن توفر في كثير من الأحيان مصدرا للمياه غير الملوثة، وهي ذات أهمية خاصة في المناطق الجافة، ورصد انتشار الملوثات في آبار المياه الجوفية.
ويحصل الجيولوجيون أيضًا على بيانات من خلال طبقات الأرض، والآبار، والعينات الأساسية، ونوى الجليد. وتُستخدم النوى الجليدية ونوى الرسوبيات في إعادة البناء للمناطق القديمة، والتي تُخبر الجيولوجيين عن درجة الحرارة في الماضي والحاضر، وهطول الأمطار، ومستوى سطح البحر في جميع أنحاء العالم. وتمثل مجموعات البيانات هذه مصدرًا أساسيًا للمعلومات الخاصة بتغير المناخ العالمي بخلاف البيانات الأساسية.
التاريخ الجيولوجي > المقياس الزمني الجيولوجي

المقياس الزمني الجيولوجي يستعمل من قبل الجيولوجيين وغيرهم من العلماء لتوقيت وإظهار العلاقات بين الأحداث التي حدثت خلال تاريخ الأرض. جدول العصور الجيولوجية يتوافق مع التواريخ والمصطلحات المقترحة من قبل الاتحاد الدولي. وهو عبارة عن جدول تترتب به الاحداث التي مرت بها الأرض وبداية ظهور الكائنات عليها
يلخص الشكل العصور الجيولوجية التي مرت على الأرض منذ نشأتها وأهم الأحداث:
قبل 4565 مليون سنة نشأة القمر
قبل 4000 مليون سنة بدء ظهور كائنات ميكروبية
قبل 3500 مليون سنة بدء التمثيل الضوئي في كائنات ميكروبية بدائيات النوى
قبل 2300 مليون سنة توفر الأكسجين ، أول تجلد للأرض
قبل نحو 2000 مليون سنة ظهور حقيقيات النوى
قبل نحو 1500 مليون سنة ظهور متعددات الخلايا
قبل نحو 750 - 630 مليون سنة التجلد الثاني للأرض
قبل 530 مليون سنة الانفجار الكمبري وتعدد صور الحياة في المياه
قبل 360 مليون سنة ظهور البرمائيات والحيوانات البرية الفقارية ، والنباتات البرية
قبل 230 - 65 مليون سنة ظهور الديناصورات، والثدييات (انقراض الديناصورات قبل 65 مليون سنة)
قبل نحو 2 مليون سنة ظهور الإنسان.
صورة توضح دورة الصخور في الطبيعة
بنية كوكب الأرض
طبقات الأرض المختلفة
مقطع جيولوجي لجبل
مجهر الكتروني خاص لدراسة تراكيب الصخور الجيولوجية
صورة لسطح كوكب المريخ، التقطت الصورة بتاريخ 9 ديسمبر عام 1977
الساعة الجيولوجية: إسقاط لتاريخ الأرض 4.5 مليار عام على مدار زمني
خريطة وليام سميث الجيولوجية لإنجلترا وويلز وجنوب اسكتلندا، والتي تم الانتهاء منها في عام 1815م، تعتبر ثان خريطة جيولوجية على النطاق الوطني، وكانت أدق خريطة في وقتها.
التاريخ التطوري للحياة
أقدم تاريخ للأرض

يبلغ عمر أقدم قطعة من نيزك موجودة على الأرض حوالي 4.54 مليار سنة، وهذا قد وضع العمر التقديري للأرض في ذلك الوقت. يمتلك القمر نفس تكوين قشرة الأرض ولكنه لا يحتوي على لُب غني بالحديد مثل لُب الأرض. يعتقد العديد من العلماء أنه بعد حوالي 40 مليون سنة من تكوين الأرض قد اصطدم بجسم بحجم المريخ ليلقى بجسم صخري في المدار ليتكون القمر. هناك فرضية أخرى وهي أن الأرض والقمر أخذا في الاندماج في نفس الوقت ولكن الأرض -التي تتمتع بجاذبية أقوي بكثير من جاذبية القمر- جذبت كل جسيمات الحديد في المنطقة تقريبًا.
تشير الأدلة أن القمر قد عانى في الفترة من 4 إلى 3.8 مليار سنة من قصف ثقيل بسب الحطام الذي خلفه تكوين النظام الشمسي، وكان ينبغي أن تكون الأرض قد تعرضت لقصف أكثر قوة بسبب جاذبيتها الأقوى.
الدليل المبكر للحياة على الأرض

الكائنات الحية التي تم التعرف عليها في وقت مبكر كانت دقيقة وتبدو الأحافير الخاصة بها وكأنها قضبان صغيرة يصعب جدًا التمييز بينها وبين البِنية التي تنشأ من خلال العمليات الفيزيائية اللاأحيائية. أقدم دليل متنازع عليه للحياة على الأرض يُفسر على أنه بكتيريا متحجرة تعود إلى 3 مليارات سنة، وهناك اكتشافات أخرى في الصخور تعود إلى حوالي 3.5 مليار سنة قد تم تفسيرها على أنها بكتيريا.
الأدلة الجيوكيميائية يبدو أنها تشير أيضًا لوجود الحياة منذ 3.8 مليار سنة، ومع ذلك تم العثور على العمليات غير البيولوجية التي يمكن أن تنتج كل توقعات الحياة التي تم الإبلاغ عنها.
نشأة الحياة على الأرض

يعتقد علماء الأحياء أن جميع الكائنات الحية على الأرض يجب أن تتشارك في سلف شامل أخير واحد لأنه من المستحيل علميًا أن اثنين أو أكثر من الأنساب المختلفة يمكن أن يكونا قد طوروا بشكل مستقل العديد من الآليات البيوكيميائية المعقدة لجميع الكائنات الحية.
نشأة الحياة على الأرض > النشأة المستقلة على الأرض

ترتكز الحياة على الأرض إلى الكربون والمياه.
يوفر الكربون إطارات ثابتة للمواد الكيميائية المعقدة ويمكن استخلاصه بسهولة من البيئة خاصةً ثاني أكسيد الكربون. لا يوجد عنصر كيميائي آخر له خصائص مشابهة للكربون بدرجة كافية ليسمى نظيره، فالسليكون -وهو العنصر الموجود أسفل الكربون مباشرةً في الجدول الدوري- لا يشكل كثيرًا من الجزيئات المستقرة المعقدة، ولأن مركباته غير قابلة للذوبان في الماء سيكون من الصعب على الكائنات الحية استخلاصه. عنصر البورون والفوسفور لهما كيمياء أكثر تعقيدًا ولكنهما يعانيان من قيود أخرى مرتبطة بالكربون.
الماء هو مذيب ممتاز وله خصائص أخرى مفيدة فحقيقة أن القطع الجليدية تطفو تمكن الكائنات الحية من البقاء تحتها في الشتاء، كما تحتوي جزيئاتها على شحنات كهربية موجبة وسالبة تمكنها من تشكيل نطاق أوسع من المركبات أكثر مما يمكن للمذيبات الأخرى تشكيله. المذيبات الجيدة الأخرى مثل الأمونيا تكون سائلة فقط في درجات الحرارة المنخفضة جدًا لدرجة أن التفاعلات الكيميائية قد تكون بطيئة للغاية للحفاظ على الحياة وتفتقر إلى المزايا الأخرى التي تتمتع بها المياه، ومع ذلك يمكن أن تكون الكائنات الحية المستندة إلى كيمياء حيوية افتراضية ممكنة على كواكب أخرى.
تركز الأبحاث القائمة حول كيفية ظهور الحياة من المواد الكيميائية غير الحية على ثلاث نقاط محتملة:
التكرار الذاتي.. وهوقدرة الكائن على إنتاج نسل مشابه لنفسه تمامًا.
الأيض.. وهو قدرة الكائن على إطعام وإصلاح نفسه.
الأغشية الخلوية الخارجية.. وهي التي تسمح بدخول الأغذية، وخروج المواد الضارة، وتستبعد المواد غير المرغوب فيها.
نشأة الحياة على الأرض > النسخ المتماثل الأول: الحمض النووي الريبوزي

حتى أبسط الأعضاء في نظام النطاقات الثلاث يستخدمون الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين(دنا) لتسجيل الذاكرة الوراثية، ومجموعة معقدة من جزيئات الدنا والبروتين لقراءة هذه التعليمات واستخدامها للنمو والإصلاح والتكرار الذاتي؛ كما أدى اكتشاف كون أن بعض جزيئات الحمض النووي الريبوزي(آر أن إيه) يمكن أن تحفز كلًا من النسخ المتماثل الخاص بهم وبناء البروتينات إلى افتراض أشكال الحياة السابقة المستندة كليًا على الحمض النووي الريبوزي. كان من الممكن أن تكون إنزيمات الحمض النووي الريبوزي(الرايبوزيمات) هذه قد كونت فرضية عالم الـحمض النووي الريبوزي والتي تنص بأنه كان هناك أفراد ولكن ليس هناك أنواع، حيث أن الطفرات والتحويلات الجينية كانت تعني أنه من المرجح أن يكون للنسل في كل جيل جينات مختلفة عن تلك الموجودة في آبائهم. في وقت لاحق تم استبدال الحمض النووي الريبوزي بالحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين لأنه أكثر استقرارًا، وبالتالي يمكن بناء مجموعات وراثية أطول وتوسيع نطاق القدرات التي يمكن للكائن الحي الواحد أن يمتلكها.
بالرغم من أن جزيئات الحمض النووي آر أن إيه القصيرة والمتماثلة ذاتيًا قد تم إنتاجها صناعيًا في المختبر، فقد أُثيرت الشكوك حول المكان الذي يمكن أن يحدث فيه تخليق طبيعي وغير بيولوجي للـ آر أن إيه.
نشأة الحياة على الأرض > الأيض: فرضية عالم الحديد والكبريت

أظهرت سلسلة من التجارب التي بدأت في عام 1997 أن المراحل المبكرة في تكوين البروتينات من المواد غير العضوية بما في ذلك أول أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين يمكن تحقيقها باستخدادم كبريتيد الحديد وكبريتيد النيكل كمحفزات.
تتطلب معظم درجات الحرارة المطلوبة للخطوات 100 درجة مئوية وضغوط معتدلة، على الرغم من أن مرحلة واحدة تتطلب 250 درجة مئوية وضغط يعادل ذلك الموجود تحت 7 كيلومترات من الصخور؛ ومن هنا اقترح أن تكوين التكيف الذاتي للبروتينات يمكن أن يحدث بالقرب من الفتحات الحرارية المائية.
نشأة الحياة على الأرض > فرضية الصلصال

الحمض النووي الريبوزي معقد وهناك شكوك حول ما إذا كان يمكن إنتاجه في البرية بطريقة غير بيولوجية. بعض الصلصال -لاسيما المونتموريلونيت- لها خصائص تجعلها مُعجلات معقولة لظهور آر أن إيه؛ فهي تنمو عن طريق التكرار الذاتي لنمطها البلوري حيث تخضع لنظرية الانتقاء الطبيعي، فأنواع الصلصال التي تنمو أسرع في بيئة معينة تصبح سائدة بسرعة ويمكنها تحفيز تكوين جزيئات آر أن إيه. بالرغم من أن هذه الفكرة لم تلقى الإجماع العلمي، إلا أنها مازالت تتمتع بدعم نشط.
نشأة الحياة على الأرض > الحياة من مكان آخر

لا توضح فرضية «التبذر الشامل» كيف نشأت الحياة في المقام الأول، ولكنها ببساطة تدرس إمكانية ظهورها من مكان آخر غير الأرض. تعود فكرة أن الحياة على الأرض جاءت من أماكن أخرى في الكون على الأقل إلى الفيلسوف اليوناني أناكسيماندر في القرن السادس قبل الميلاد. تم اقتراحها في القرن العشرين من قِبل الكيميائي الفيزيائي سفانت أرهنيوس، ومن قِبل علماء الفلك فريد هويل وشاندرا ويكراماسينغ، وعالم الأحياء الجزيئي فرانسيس كاريك، والكيميائي ليسلي أورغل.
قد تكون الحياة جاءت من مكان آخر في نظامنا الشمسي عن طريق شظايا تبعثرت في الفضاء بواسطة نيزك كبير، وفي هذه الحالة فإن المصادر المعقولة هي المريخ والزهرة؛ أو من مكان خارج المجموعة الشمسية ولكن بالوسائل الطبيعية.
أثبتت التجارب في مدار الأرض المنخفض أن بعض جراثيم البوغ يمكن أن تنجو من صدمة قذفها في الفضاء، ويمكن أن تنجو من التعرض لإشعاع الفضاء الخارجي لمدة 5.7 سنة على الأقل. ينقسم العلماء حول احتمالية الحياة الناشئة بشكل مستقل على المريخ، أو على الكواكب الأخرى في مجرتنا.
التأثير البيئي والتطوري للحصائر الميكروبية

الحصائر الميكروبية هي مستعمرات متعددة الطبقات ومتعددة الأنواع من البكتيريا والكائنات الحية الأخرى التي لا يزيد سمكها عن بضعة مليمترات إلا أنها لا تزال تحتوي على نطاق واسع من البيئات الكيميائية، كل منها يؤيد مجموعة مختلفة من الكائنات الدقيقة. إلى حد ما، تشكل كل حصيرة سلسلتها الغذائية الخاصة حيث أن المنتجات الثانوية لكل مجموعة من الكائنات الحية الدقيقة تعمل بشكل عام كغذاء للمجموعات المتجاورة.
الستروماتوليت هي دعائم شُيدت على أساس أن الكائنات الحية الدقيقة في الحصائر تهاجر ببطء إلى الأعلى لتتجنب خنقها بالرواسب المترسبة عليها بالماء. كان هناك جدل قوي حول صحة الحفريات المزعومة من قبل 3 مليارات سنة، وكان النقاد يناقشون ان مايسمى بالستروماتوليت يمكن أن تكون تشكلت من خلال العمليات غير البيولوجية. وفي عام 2006، تم الإبلاغ عن اكتشاف آخر للستروماتوليت في نفس المكان في أستراليا، في صخور مؤرخة إلى 3.5 مليار سنة.
في الحصائر الحديثة تحت الماء، تتكون الطبقة العليا غالباً من البكتيريا الزرقاء الضوئية التي تخلق بيئة غنية بالأكسجين، في حين أن الطبقة السفلية خالية من الأكسجين وغالباً ما يهيمن عليها كبريتيد الهيدروجين المنبعث من الكائنات الحية التي تعيش هناك. تشير التقديرات إلى أن ظهور التمثيل الضوئي بالأكسجين من قبل البكتيريا في الحصائر أدى إلى زيادة الإنتاجية البيولوجية بعامل يتراوح بين 100 و 1000، وأن العامل المختزل المستخدم في عملية التركيب الضوئي الأكسجينى هو الماء، وهو أكثر وفرة بكثير من عوامل الاختزال المنتجة جيولوجياً التي تتطلبها عملية التمثيل الضوئي غير الأكسجينية السابقة؛ من هذه النقطة فصاعدًا، أنتجت الحياة نفسها الكثير من الموارد التي تحتاجها أكثر من العمليات الجيوكيميائية. يعتبر الأكسجين سام للكائنات التي لا تتكيف معه، ولكنه يزيد بشكل كبير من كفاءة التمثيل الغذائي للكائنات المتكيفة معه.
أصبح الأكسجين مكونًا مهمًا في الغلاف الجوي للأرض منذ حوالي 2.4 مليار سنة؛ وعلى الرغم من أن حقيقيات النواة قد تكون موجودة في وقت مبكر، إلا أن الأكسجين في الغلاف الجوي كان شرطًا أساسيًا لتطور أكثر الخلايا حقيقية النواة تعقيدًا، والتي من خلالها تم بناء جميع الكائنات متعددة الخلايا. كانت الحدود بين الطبقات الغنية بالأكسجين والخالية من الأكسجين في الحصائر الميكروبية قد ارتفعت عند إغلاق التمثيل الضوئي في الليل، ثم تهبط عند استئنافها في اليوم التالي. كان من شأن هذا أن يخلق ضغط تطوري للكائنات الحية في هذه المنطقة الوسيطة لاكتساب القدرة على تحمل الأكسجين ثم استخدامه، ربما عن طريق التعايش الداخلي حيث يعيش كائن حي داخل آخر ويستفيد كلاهما من ارتباطهما.
تنويع حقيقيات النواة > الكروماتين، والنواة، ونظام الأغشية الداخلية، والميتوكوندريا

قد تكون حقيقيات النواة موجودة منذ فترة طويلة قبل تواجد الأكسجين في الغلاف الجي، ولكن معظم حقيقيات النواة الحديثة تتطلب أكسجين لتستخدمه الميتوكوندريا لتعزيز إنتاج الأدينوزين ثلاثي الفوسفات، وإمداد جميع الخلايا المعروفة بالطاقة الداخلية.
هناك جدل حول متى ظهرت حقيقيات النواة لأول مرة، وقد يشير وجود مادة الستيرانيز في الطفل الصفحي الأسترالي إلى أن حقيقيات النواة موجودة منذ 2.7 مليار سنة. ومع ذلك، خلصت إحدى التحليلات عام 2008 إلى أن هذه المواد الكيمائية وُجدت في الصخور التي يقل عمرها عن 2.2 مليار سنة ولا تثبت شيئًا عن أصول حقيقة النواة. تم الإبلاغ عن طحالب في صخور يبلغ عمرها 1.85 مليار سنة، كما تم العثور على مجموعة متنوعة من الطحالب الأحفورية في الصخور مؤرخة بين 1.5 و 1.4 مليار سنة. أقدم أحافير معروفة للفطريات تعود إلى 1.43 مليار سنة.
تنويع حقيقيات النواة > البلاستيد

يُعتقد أن البلاستيدات قد نشأت من البكتريا الزرقاء المتعادلة.
التكاثر الجنسي والكائنات متعددة الخلايا > تطور التكاثر الجنسي

الخصائص المميزة للتكاثر الجنسي في حقيقيات النواة هي الانقسام المنصف والتخصيب. هناك الكثير من إعادة التركيب الجيني في هذا النوع من التكاثر، حيث يتلقى النسل 50% من جيناته من كل والد؛ على عكس التكاثر اللاجنسي الذي لا يشمل إعادة تركيب. تتبادل البكتريا الحمض النووي عن طريق الاقتران البكتيري، وتشمل فوائده مقاومة المضادات الحيوية والسموم الأخرى، والقدرة على استخدام طرق أيض جديدة. ومع ذلك، فإن الاقتران ليس وسيلة للتكاثر ولا يقتصر على أعضاء من نفس النوع، حيث هناك حالات تنقل فيها البكتريا الحمض النووي للنباتات والحيوانات.
من ناحية أخرى، يكون التحول البكتيري هو تكيف لنقل الحمض النووي بين البكتريا من نفس النوع، ويعتبر عملية معقدة تشمل منتجات العديد من الجينات البكتيرية. تحدث هذه العملية بشكل طبيعي فيما لا يقل عن 67 نوعًا من الكائنات بدائية النواة، وقد يكون التكاثر الجنسي في حقيقيات النواة قد تطور من التحول البكتيري.
تقترح فرضية الملكة الحمراء أن التكاثر الجنسي يوفر الحماية ضد الطفيليات، لأنه من الأسهل للطفيليات أن تطور وسائل التغلب على دفاعات الاستنساخ المطابقة جينيًا من تلك الأنواع الجنسية التي تقدم أهدافًا متحركة، وهناك بعض الأدلة التجريبية حول هذا. ومع ذلك، لا يزال هناك شك حول ما إذا كانت ستشرح بقاء الأنواع الجنسية في حالة وجود أنواع استنساخ مماثلة، حيث أن إحدى الحيوانات المستنسخة قد تنجو من هجمات الطفيليات لفترة تكفي للتخلص من الأنواع الجنسية.
التكاثر الجنسي والكائنات متعددة الخلايا > تعدد الخلايا

تطور تعدد الخلايا بشكل مستقل في الكائنات المختلفة مثل الإسفنجيات، والفطريات، والنباتات، والطحالب البنية، والبكتريا الزرقاء، والعفن الغروي، والجرثومة المخاطية.
قد تشمل المزايا الأولية لتعدد الخلايا على مشاركة أكثر فاعلية للمواد المغذية التي يتم هضمها خارج الخلية، ومقاومة متزايدة لمحاولات الافتراس، والقدرة على مقاومة التيارات من خلال التعلق بسطح ثابت، والقدرة على الوصول إلى أعلى من أجل الحصول على ضوء الشمس لعملية التمثيل الضوئي، والقدرة على خلق بيئة داخلية تعطي الحماية ضد البيئة الخارجية، وإعطاء الفرصة لمجموعة من الخلايا لتتصرف بذكاء من خلال تبادل المعلومات. من شأن هذه الميزات أن توفر أيضًا فرصًا للكائنات الحية الأخرى من أجل التنويع، وذلك من خلال خلق بيئات أكثر تنوعًا من الحصائر الميكروبية المسطحة.
تعدد الخلايا مع تمايزها مفيد للكائن الحي ككل ولكنه غير ملائم من وجهة نظر الخلايا الفردية، والتي يفقد معظمها الفرصة لإعادة إنتاج نفسها. في الكائن متعدد الخلايا اللاجنسي، يمكن للخلايا التي تحتفظ بالقدرة على التكاثر أن تختزل الكائن الحي إلى كتلة من الخلايا غير المتباينة، ولكن التكاثر الجنسي يزيل هذه الخلايا من الجيل القادم، وبالتالي يبدو أنه شرط أساسي لتعدد الخلايا.
التكاثر الجنسي والكائنات متعددة الخلايا > الأدلة الأحفورية

إن الأحافير النباتية في فرنسا -والتي تعود إلى 2.1 مليار سنة- هي أقدم الكائنات الأحفورية ومتعددة الخلايا المعروفة، وقد يكون لديها خلايا متمايزة. هناك أحافير آخرى متعددة الخلايا -كوينجشانيا- مؤرخة إلى 1.7 مليار سنة، ويبدو أنها تتكون من خلايا متطابقة. وتعتبر الطحالب الحمراء المسماة بانجيومورفا -المؤرخة إلى 1.2 مليار سنة- هي أول كائن حي معروف لديه خلايا متمايزة ومتخصصة.
ظهور الحيوانات

الحيوانات عبارة عن حقيقيات نواة متعددة الخلايا، وتتميز عن النباتات والطحالب والفطريات بوجود جدار خلوي، وتعتبر جميع الحيوانات متحركة في مراحل معينة من الحياة.
جميع الحيوانات باستثناء الإسفنجيات لها أجسام متباينة لأنسجة منفصلة، بما في ذلك العضلات التي تحرك أجزاء من الحيوان عن طريق انقباضها، بالإضافة إلى الأنسجة العصبية التي تنقل وتعالج الإشارات.