生命史
简史

地球形成于约45.4亿年前，在冥古宙早期曾遭受另一矮行星的撞击，起初地表遍布炽热的岩浆。在之后一亿年的时间内地球表面仍然是地质活动剧烈、火山喷发遍布、熔岩四处流动，但因当时大气层的气压较高使得一部分水仍保持液态而形成了少量原始海洋。在41亿年前到38亿年前期间，地表逐渐冷却固化形成了相对稳定的地壳刚块，大气中的水蒸气也大多因气温降低而凝结降下，但地球仍然持续遭到了大量小行星与彗星的撞击，据估计每100年就会造成严重的地表环境破坏，直到始太古代中期天体撞击结束后才形成了适合生命起源的稳定环境条件。太古宙的地球与现今十分不同，是个地表绝大部分面积被浩瀚的超级海洋覆盖的海洋行星，只有少量陆地露出海面，大气层中除氮气外二氧化碳、甲烷和硫化氢的成分很高，也几乎没有游离氧气。
已知最古老的生命证据来自格陵兰西部37亿年前的变质沉积岩中的生物碳特征及叠层岩化石。2015年，西澳大利亚州又在41亿年前的岩层中发现了可能的“生物质遗迹”。2017年3月，加拿大魁北克努夫亚吉图克绿岩带的海底热泉沉淀物中发现了微生物化石，这可能是地球上最古老的生命形式的推定证据，最早可能生活在42.8亿年前，说明在44亿年前海洋形成后很短时间就出现了原始生命。学术界一般认为，细胞生物的最后共同祖先（LUCA）应该出现在35至38亿年前的古太古代。由细菌和古菌共存组成的原核微生物菌毯是主要生命形式，早期演化的重要步骤大都发生于此。
早期的微生物生态系统主要局限在深海附近依赖热泉喷出的各种无机物和地热能进行化合作用，后来一些菌群演化成了可以利用日光的光养生物，从而可以向远离深海的区域扩散。最初成功延伸到浅海和潮间带的主要是以视黄醇为基础吸收绿光驱动的膜蛋白质（紫膜质）直接生产三磷酸腺苷进行不产氧光合作用的古菌群落，甚至有证据表明这些原始菌落至少在27～29亿年前就延伸到陆地上，以至于使得当时的地表呈现紫色。之后能用卟啉衍生物菌绿素为反应中心吸收红光和蓝光来分解硫化氢获取氢正离子与二氧化碳结合进行不产氧光合作用（过程中会产生硫化物）的细菌在大约在35亿年前出现，随后以另一类卟啉衍生物叶绿素为基础的来分解水分子生产碳水化合物的产氧光合作用也由蓝绿菌演化出来，其固碳的副产品——氧气——在大气层中逐渐聚集，在之后十亿年间终于耗尽了海洋、地表和大气层中的亚铁、硫、甲烷等还原剂并于24亿年前引发了大氧化事件，永久性的改变了大气层的化学成分并引发了历时三亿年的全球性大冰期——休伦冰河时期。因为游离的氧气对有机物具有极大氧化毒性，加上气候变化的双重打击，当时以厌氧菌为主的生物圈遭到重创，很可能引发了地球上最早也是广义上最大规模的一次灭绝事件。直到可以进行有氧呼吸的好氧菌出现，厌氧菌与好氧菌相伴共生的生物圈才得以恢复。
很可能是厌氧古菌和好氧细菌发生内共生而演化出的真核生物（有内膜系统并携带细胞器的复杂细胞）大约诞生于18.5亿年前或更早的古元古代，因为由内共生好氧菌演化出的线粒体可以利用氧气进行有氧代谢产生大量的化学能，使得真核细胞可以成长到原核生物大小的数万倍，并开始以胞吞的形式掠食其它细胞。约17亿年前，多细胞生物开始出现，并前后发生过至少25次独立的多细胞演化，但从18亿年前到8亿年前的整整十亿年间生物的整体演化速度较慢，直到进入新元古代的拉伸纪后多样化的进程逐渐加速。细胞分化创造出有着专门功能的不同细胞，其中包括原始的肌肉细胞，有统一形变能力的早期动物（比如丝盘虫和原始海绵）也开始出现。
原始质体生物最早在16亿年前就出现在淡水中，很可能是由某种真核细胞与蓝绿菌发生内共生而演化而成，这使得真核生物首次具有了光合作用的能力，并与演化出固氮能力的蓝绿菌一起在新元古代引发了第二次大氧化事件。而绿色质体生物（绿藻，以及后来由此演化的植物）最早出现在10亿年前，在经历了成冰纪几轮冰期后，绿藻在约7.5亿年前取代了蓝绿菌成为海洋初级生产的主力，并战胜红藻和褐藻成为淡水系统的主流光合生物。熬过雪球地球的多细胞生物也在5.75亿年前的艾迪卡拉纪迎来了一轮主要由海绵和一群形似海鳃的奇异底栖生物主导的鼎盛时期，史称阿瓦隆大爆发，扁盘动物、刺胞动物和两侧对称动物也大约在这个时期出现于5.55亿年前。与之前完全依赖无性生殖的简单生物不同，由雌雄生殖细胞（配子）在受精中结合为受精卵来实现繁殖的有性生殖被演化出来，其过程对生物学家来说则仍是一个谜，尽管它确实是从单细胞真核生物的共同祖先那里演化来的。然而在埃迪卡拉纪末期灭绝事件中几乎所有的埃迪卡拉生物群都集体消亡，随后被有坚硬口器和骨骼系统的生物取代。元古宙也随之结束，地球进入有明显化石记录的显生宙。
显生宙古生代新崛起的生物包括有明显活动能力的真后生动物——特别是由两侧对称动物分化出的前口动物和后口动物，在进入寒武纪后很可能陷入了演化军备竞赛，因此在约5.25亿年前出现了一个大规模的演化辐射，大多数现代生物门都源自这个史称寒武纪大爆发的演化事件。寒武纪生物圈主要以海洋无脊椎动物为主，特别是三叶虫、奇虾、腕足动物、软舌螺、古杯动物、水母、珊瑚、栉板动物和早期棘皮动物，以及以皮卡虫为代表的原始脊索动物，以昆明鱼和海口鱼为代表的早期脊椎动物也在5.2亿年前至4.9亿年前间出现。随着寒武纪末灭绝事件，以板足鲎（海蝎）等螯肢动物为代表的泛节肢动物和以房角石为代表的早期头足动物在4.75亿年前的奥陶纪迎来了繁盛时期。同时期也开始逐渐繁盛的是以牙形石和甲胄鱼为代表的无颌类脊椎动物，直至奥陶纪晚期有颌鱼类开始出现。一些节肢动物也离开水面成为最早的陆生动物，包括最早的昆虫纲、蛛形纲和多足纲。同样出现在陆地上的是高等真菌和一批紧跟着球囊霉一起向干燥环境扩展的绿藻近亲——以苔藓为主的有胚植物，随后有木质素可以克服重力长高的维管植物在4.23亿年前的志留纪也开始出现。早期植物的成功登陆和多样化从志留纪延续到了泥盆纪，甚至可能因为根部的进化扩展侵蚀岩层表面并释放了大量的矿物质进入水体导致藻华。泥盆纪同时也是有颌鱼类开始繁盛的时期，在志留纪晚期就出现的盾皮鱼、棘鱼和硬骨鱼都先后多样化并开始用积极的游动掠食抢占被奥陶纪末大灭绝重创的板足鲎和房角石空出的生态位，而硬骨鱼的一支——肉鳍鱼则开始演化出开始以提塔利克鱼为代表的四足形类。随后的泥盆纪后期灭绝事件彻底终结了螯肢动物、盾皮鱼和甲胄鱼等生物的繁盛，但硬骨鱼和由棘鱼演化出的软骨鱼得到了空间开始兴盛。
进入石炭纪后，以石松为主的蕨类植物开始向内陆扩展，并且出现了日后形成煤层的繁盛煤炭森林，在大大提高了大气氧量的同时也彻底改变了陆地环境，使得可以持水并掺杂有机质的土壤开始永久性覆盖裸露的岩石。这种植被环境滋养了大量陆生动物，其中包括巨型节肢动物（比如有史以来最大的陆生无脊椎动物节胸蜈蚣）和有翅昆虫（比如著名的巨脉蜻蜓），真正意义上的四足动物——两栖动物也在这一时期出现在陆地上，其中离片椎类更是成为了淡水湿地和河岸林地的顶级霸主。在约3.12亿年前石炭纪后页的宾夕法尼亚世中期，能远离水体繁殖的羊膜动物从两栖动物中演化出来，并很快分出蜥形纲和合弓纲两大演化支。随着3.05亿年前石炭纪雨林崩溃事件造成了煤炭森林的生境破碎化，更适合干冷气候的裸子植物开始取代依赖湿地环境的蕨类成为主流的陆生植物，同时巨型节肢动物的衰落使得羊膜动物可以迅速向内陆扩展生态位。
进入二叠纪后，当时的气候仍受晚古生代大冰期影响，小规模的冰期和间冰期循环不断，直到乌拉尔世晚期才开始回暖。但当时世界上的陆地板块已经连接成一个超大陆——盘古大陆，内陆腹地因为无法得到海风带去水气而开始形成广大面积的沙漠，更适应这种气候变化的种子蕨和松柏等木本植物开始繁盛。二叠纪的陆地主要是合弓纲主宰的天下，早期由盘龙目称霸，但在约2.73亿年前瓜达洛普世初的一次灭绝事件中衰败，其后代的一支——兽孔目的恐头兽接管了陆地统治地位，但恐头兽也在约2.65亿年前瓜达洛普世末期因峨嵋山暗色岩喷发引起的灭绝事件中灭绝。二叠纪晚期乐平世的陆地主要由二齿兽、丽齿兽、麝喙兽和犬齿兽等兽孔目动物占据，但随后在约2.52亿年前西伯利亚暗色岩超级火山喷发引起的二叠纪—三叠纪灭绝事件中，70％的陆生脊椎动物以及高达96％的海洋生物全都灭亡，地球也告别了古生代进入中生代。
在三叠纪早期劫后余生的恢复过程中，离片椎类、初龙形类和三支幸存的兽孔目合弓纲（二齿兽、兽头兽和犬齿兽）等先锋物种曾短期兴盛，其中二齿兽下目的水龙兽数量更是曾达到陆地动物总数的75％之多（在一些地区甚至达到当地的95％）。但随着奥伦尼克期因为西伯利亚暗色岩在2.49亿年前再次喷发而引起的灭绝事件重创了离片椎类和合弓纲，主龙类（主要分伪鳄和鸟颈类主龙两支）因其基于尿酸的泌尿系统比合弓纲基于尿素的泌尿系统更能适应愈加燥热的气候，趁机取代了兽孔目成为了占主导地位的陆地脊椎动物。蕨类植物也借机重新压倒裸子植物占据了陆地生态圈，后者直到安尼期早期才恢复元气。在中三叠世，海洋爬行动物（鱼龙、沧龙、鳍龙、海龙等）、辐鳍鱼、早期恐龙、翼龙和从幸存犬齿兽进化而出的哺乳形类相继出现。然而在2.32亿年前随着晚三叠世早期绵延200万年的卡尼期洪积事件，由木本植物组成的森林全面崛起成为全球范围的主流植被，拥有胃石、气囊-旁支气管系统和双足步行并更适应稠密木本植被环境的恐龙得到了辐射适应的机会，并在三叠纪—侏罗纪灭绝事件后取代了伪鳄成了陆上优势物种，从而在之后超过1.6亿年期间彻底主宰了中生代。在约1.6亿年前的侏罗纪中后期，由兽脚亚目恐龙演化出的鸟翼类开始出现。然而在这个由恐龙与翼龙身影笼罩的世界里，使用皮肤上特化的汗腺——乳腺来分泌营养汁喂养幼崽的哺乳类也在生态系统下层暗自发展，并分化出了原兽类（单孔目的祖先）、后兽类（有袋类的祖先）和真兽类（胎盘类的祖先）三支。在1.25亿年前的白垩纪中期，随着以开花授粉形式繁殖的被子植物的兴起，能够传粉的昆虫也跟着共同演化，长年躲在森林中昼伏夜出的哺乳类、早期鸟类、小型爬行动物和小型两栖动物等有食虫/食果/食蜜习性的动物趁机一起出现了大规模辐射并逐渐占据了几乎所有的食物网中下层生态位。真社会性昆虫也在这个时期出现，最早的禾本目的草也出现在白垩纪后期。
随着6600万年前的白垩纪-古近纪灭绝事件造成了几乎所有大中型动物集群灭绝，幸存的哺乳类、鸟类、爬行类（鳞龙类、龟类和鳄类）和滑体两栖类等小型动物在非鸟恐龙和翼龙灭绝后得以在体型和多样性上迅速增长，从而成为新生代主流的陆生和半水生动物。在古近纪早期因为海洋爬行动物和菊石的集体灭亡，辐鳍鱼的数量和多样性迅速增加，很快便远超鲨鱼和鳐鱼等软骨鱼成为主流的海洋脊椎动物。在陆地上，因为大型植食动物灭绝，以阔叶树和松柏为主、但动物种类稀少的茂密丛林开始大量繁衍，树冠间的相互遮掩争夺阳光从而造成了树干变高变粗、果实变大并驱使附生植物的演化，随后使得更适应低光和树居环境的哺乳类和鸟类获得了大量新的生存环境。而5550万年前古新世—始新世极热事件带来的高温和大量降水使得森林的分布范围扩展到了极地，也让许多哺乳动物（特别是胎盘类和有袋类）得以迁徙到世界各地，绝大多数现代动物的分支（比如有蹄类、灵长类、啮齿类、翼手类、近蹄类等）也在这个时期出现，而最早的古鲸和海牛也开始向水生的方向演化。在4900万年前的始新世中期，地球气候开始变冷（被怀疑是满江红属的真蕨类漂浮植物在当时被白令陆桥封闭的北冰洋出现水华后沉淀海底造成的碳截存导致），各大陆内部区域开始干燥，季节变化也更加明显，这使得更能适应温差变化的落叶植物开始在维度更高的北半球大陆上取代常绿植物，原本覆盖陆地的茂密森林也大量被疏林草原取代。复杂的环境变化也使得哺乳动物的脑容量和智力开始增长，其中一些社会性动物——比如灵长类——则在端脑中演化出了更有利于交流协作的镜像神经元。在始新世晚期，以龙王鲸为代表的海洋哺乳动物已经压倒鲨鱼成为海中的顶级掠食者。而南美洲和南极洲大陆的最终分离使得南极绕极流形成，南极洲从此彻底变冷，其原有的阔叶林生物群系开始大片丧失变成了冻原，并在3390万年前开始形成永久性的冰盖。持续的全球变冷和海平面下降——很可能加上数次在北美东海岸切萨皮克湾出海口和西伯利亚波皮盖附近等地的陨石撞击——引发了3350万年前的始新世-渐新世灭绝事件，使得当时欧洲地区的特有物种被迁徙自亚洲地区的新物种大量取代，也使得在之后的渐新世出现了大片草原和适应平原环境食草生存的反刍动物，变冷造成的森林退缩也使得除非洲以外的灵长类（特别是新兴的类人猿）受到重创。海水的变冷浑浊使得古鲸种群衰落被能够回声定位的须鲸和齿鲸取代，半水生的鳍足类也在这个时期开始活跃在近海。
新近纪的生物群大部分已与现代无异。地球气候虽然在整体变冷的大趋势下出现数次回暖和重新变冷的反复，但在中新世早中期温度整体维持温暖，直到1400万年前突然爆冷，因而引发了中新世中期灭绝事件。随着1200万～920万年前北美洲和南美洲之间形成的巴拿马地峡切断了太平洋通往大西洋的暖洋流，使得两极温度进一步变冷，同时还造成了南北美洲生物大迁徙。印度次大陆和阿拉伯板块继续挤压亚欧板块形成的高山区、美洲西部山系的造山运动和东非高原的形成使得欧亚非大陆和北美洲的内部地区因雨影效应而产生极度的干燥气候，最终迫使非洲东部的一些人族猿类（比如湖畔南方古猿）在约420万年前的上新世早期放弃树居生活开始在平原上以直立行走的方式活动，因为不得不应对与其它大型地面食肉动物竞争的复杂环境，因而加速了新皮质的演化。开始使用石器的人属动物在约260万年前的上新世末期出现，开启了人类进入石器时代的演化序章。
在进入第四纪后，地球开始进入一系列小冰期和间冰期交替的持续冰河时期，使得亚寒带和凉温带都开始出现持久的大陆冰川，从而造就了适应低温演化的更新世巨型动物群。然而整个第四纪对生物圈最有深远影响的是人类演化史，最早进入旧石器时代的人属动物——旧石器早期的能人在约230万年前的更新世早期就开始在非洲使用砾石石器作为砍砸器。在约200万年前，使用燧石手斧的直立人出现并开始使用火，之后在更新世中期成功扩散到了欧亚非大陆南部各地。在约30万年前的更新世中期，使用更精制石器的早期智人在东非出现，人类也进入旧石器中期。与现代人在解剖学上无异的晚期智人出现在约20万年前，之后分两波向非洲外迁徙。智人的第一波扩散始于约13万年前，处于倒数第二次冰期消退后与末次冰期之间的间冰期。之后很可能因为约7.4万年前苏门达腊超级火山喷发造成了全球人类的种群瓶颈，只有未离开非洲的智人得以幸免并在约7万年前再次扩散到世界各地。而这第二波扩散全球的智人已经进入旧石器晚期并拥有了行为现代性和高度组织性，很可能加速导致了第四纪灭绝事件使得除了非洲以外各大洲的巨型动物群基本上全部灭绝，并让尼安德特人、丹尼索瓦人和佛罗勒斯人等剩余的早期人类绝迹。在2万年前末次冰盛期结束后，地球气候逐渐回暖，冰川退缩、海平面下降，但因为大型动物的凋零，人类转为更加泛化的狩猎采集，最早被驯化的犬类也开始出现，中石器时代开始。然而在约1.29万年前，北美中部的一个冰前湖——阿加西湖的东岸冰坝出现溃决，大量冰冷淡水直接流入北大西洋关闭了大西洋经向翻转环流，导致北半球大部分地区发生气候突变重新进入一个持续了约1200年的小冰期，史称新仙女木期，直到这个小冰期在约1.17万年前结束。
全新世的气候重新回暖并进入了一个气候稳定期，而进入了新石器时期的一部分人类开始定居并率先在黎凡特和两河地区大规模种植谷类作物和驯养牲畜。新石器革命带来的农业兴起使得人类的生存策略发生了根本性改变，以大型聚居地为核心的各地文明开始成型，书写文化、劳动力分工、手工业和冶金技术得以发展，最终使石器时代转型为铜石并用时代，并随后在约5000年前先后进入大规模使用铜器的青铜时代，文字记载也开始出现。在进入青铜时代的同时，人类也开始试验利用陨铁炼制铁器，最终在约3400年前开始使用铁矿，并在约3200年前的青铜时期晩期崩溃后普遍进入铁器时代。铁器时代后半部分的人类历史为有系统性记录的信史时期，分为（在现代通常以公元为纪元的）古代、后古代（中世纪）和开始大量使用火药的早现代。早现代时期是欧洲白人通过大航海时代向全球各地殖民的时期，这期间造成了大量的原住民被屠杀、奴役和文化灭绝。在18世纪中期欧洲人首次进入了依赖复杂动力机械的工业时代，逐渐引发了工业国之间以国家机器争夺资源和地缘影响力的霸权帝国主义，最终引发了以两次世界大战和冷战为代表的国际性军事同盟冲突，甚至有引发核战争的危险。而战争和对抗也反过来加速了人类科学技术（特别是电器）的发展，最终促使人类成为地球历史上唯一做到离开大气圈并探索外层空间的物种。但随着人类活动造成的过度捕捞、过捕狩猎、环境污染和栖息地破坏，造成了大量野生动植物集群灭绝——也就是至今仍在进行的全新世灭绝事件。