Kun maasta tuli asuttava: Hapen vallankumous

Ilmapiiri päällä varhainen maa oli hyvin erilainen kuin mitä meillä on tänään. Maan ensimmäisen ilmakehän uskotaan koostuvan vety ja helium, aivan kuten kaasumaiset planeetat ja aurinko. Miljoonien vuosien tulivuorenpurkauksien ja muiden maan sisäisten prosessien jälkeen syntyi toinen ilmapiiri. Tämä ilmapiiri oli täynnä kasvihuonekaasuja, kuten hiilidioksidia, rikkidioksidia, ja sisälsi myös muun tyyppisiä höyryjä ja kaasuja, kuten vesihöyryä ja vähemmässä määrin ammoniakkia ja metaania.

Tämä kaasuyhdistelmä oli hyvin turhamaton useimmille elämänmuodoille. Vaikka teorioita on monia, kuten Alkeiskeitoteoria, Hydroterminen tuuletusteoria, ja Panspermian teoria siitä, kuinka elämä maapallolla alkoi, on varmaa, että ensimmäiset maapallon asukkaat organismit eivät tarvitse happea, koska ilmakehässä ei ollut vapaata happea. Useimmat tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että elämän rakennuspalikat eivät olisi kyenneet muodostumaan, jos ilmakehässä olisi tuolloin ollut happea.

Kasvit ja muut autotrofiset organismit kuitenkin menestyvät ilmakehässä, joka on täytetty hiilidioksidilla. Hiilidioksidi on yksi tärkeimmistä reagensseista fotosynteesi Tapahtua. Hiilidioksidin ja veden kanssa autotrofi voi tuottaa hiilihydraattia energiaa ja happea jätteinä. Kun monet kasvit ovat kehittyneet maapallolla, ilmakehässä leijui runsaasti happea. On oletettu, että yhdelläkään maapallon elävällä esineellä ei ollut silloin käyttöä happea varten. Itse asiassa hapen runsaus oli myrkyllistä joillekin autotrofeille ja ne kuolivat sukupuuttoon.

Vaikka happikaasua ei voitu käyttää suoraan elävissä asioissa, happi ei ollut kaikki haittaa näille tuona aikana eläville organismeille. Happikaasu leijui ilmakehän huipulle, missä se altistettiin auringon ultraviolettisäteille. Nuo UV-säteily jakavat diatomiset happimolekyylit ja auttoivat luomaan otsonia, joka koostuu kolmesta kovalenttisesti toisiinsa sitoutuneesta happiatomista. otsonikerros auttoi estämään joitain UV-säteilyä pääsemästä maahan. Tämä teki elämälle turvallisemmaksi siirtää maahan ilman, että he olisivat alttiita niille vahingollisille säteille. Ennen otsonikerroksen muodostumista elämän oli pysyttävä valtamereissä, missä se oli suojattu kovaa lämpöä ja säteilyä vastaan.

Heterotrofit pystyivät kehittymään suojaavalla otsonikerroksella, joka peitti ne, ja runsaalla määrällä happea kaasua hengittämään. Ensimmäiset kuluttajat ilmestyivät yksinkertaisiin kasvissyöjiin, jotka voivat syödä kasveja, jotka selvisivät happea täynnä ilmakehästä. Koska happea oli niin runsaasti näissä maan kolonisaation varhaisissa vaiheissa, monet tänään tunnetuista lajeistamme esi-isistä kasvoivat valtavaan kokoon. On näyttöä siitä, että jotkut hyönteislajit kasvoivat joidenkin suurten lintujen tyyppisiksi.

Lisää heterotrofia voisi sitten kehittyä, koska ruoanlähteitä oli enemmän. Nämä heterotrofit sattuivat vapauttamaan hiilidioksidia niiden soluhengityksen jätteenä. Autotrofien ja heterotrofien antaminen ja ottaminen pystyivät pitämään happi- ja hiilidioksiditasot ilmakehässä tasaisena. Tämä antaa ja ottaa jatkuu tänään.