A história evolutiva dos seres vivos , ou a história da evolução , é a história dos processos pelos quais as populações de organismos vivos adquiriram e transmitiram novos traços biológicos de geração em geração . A repetição desses processos em grande escala de tempo explica o surgimento de novas variedades e espécies e, em última instância, a vasta diversidade do mundo vivo . As espécies biológicas contemporâneas estão ligadas por ancestrais comuns e são o produto da evolução e da especialização ao longo de bilhões de anos.
A massa de terra se formou há cerca de 4,6 bilhões de anos. Entre - 4,5 e - 3,9 bilhões de anos atrás, não havia terra sólida, oceanos ou lagos. Por volta de - 3,9 bilhões de anos atrás, a superfície da Terra havia esfriado o suficiente para formar uma fina película que se estendia sobre o manto ainda derretido. De - 3,9 bilhões de anos e durante 1,3 bilhão de anos, a superfície da Terra começou a esfriar. A temperatura subiu de para aprox.
O elemento hidrogênio (H) é o mais simples e abundante do universo. É muito leve para ser mantido sozinho na atmosfera da Terra, mas se combina com outros elementos da atmosfera. Com o oxigênio (O) forma água (H 2 O), com carbono (C) metano (CH 4 ), com nitrogênio (N) amônia ( N H 3 ), etc. ; esses quatro elementos (HOCN) são a base da matéria viva .
A Terra está localizada perto de uma fonte de energia, o Sol. Mas está suficientemente longe dela para que seus constituintes não escapem na forma de gás e que os corpos líquidos, sólidos e gasosos possam coexistir. A situação da Terra é específica: sua distância do Sol permite que a água seja mantida nas formas líquida , sólida e gasosa .
Depois de - 3,9 bilhões de anos, e por centenas de milhões de anos, as condições na superfície da Terra (temperatura, pressão, descargas elétricas, radiação, vórtices, etc.) favorecem enormemente as reações químicas. Gases ricos em hidrogênio, vindos de dentro da Terra, reagem com gases ricos em carbono na atmosfera. São formadas as primeiras biomoléculas na origem da vida na Terra: carboidratos , aminoácidos , RNA , DNA . O RNA e o DNA têm a capacidade de se replicar. A replicação é, do ponto de vista molecular, um processo químico trivial e direto.
Os microorganismos fósseis mais antigos datam de pelo menos 3,5 bilhões de anos atrás, durante o Paleoarquiano . A origem da vida na Terra permanece mal compreendida e os processos que levaram a ela são frequentemente especulativos.
O Arqueano começou há 4 bilhões de anos , período durante o qual as cianobactérias aparecerão e constituirão os atuais estromatólitos . Esses procariontes imóveis (unicelulares) (sem flagelo) por muito tempo chamados de algas azul-esverdeadas são os primeiros organismos a ter os 2 fotossistemas que lhes permitem praticar a fotossíntese na origem da Grande Oxidação e depois na camada de ozônio que tem o efeito de absorvem a maior parte da radiação solar ultravioleta biocida, estimulando assim o desenvolvimento da biodiversidade . Portanto, participam da redução da concentração de CO 2 .atmosférico e aumento do conteúdo de oxigênio . De acordo com a teoria da endossimbiose de plastídios, eles são a fonte de plastídios em plantas superiores integradas por simbiose em suas células.
As biomoléculas ficaram concentradas. Os compostos químicos presentes na sopa primitiva, ( fosfolipídios ), foram capazes de envolver em uma membrana uma gota de água e seu conteúdo. Estas são, portanto, vesículas formadas. A membrana permitiu trocas entre o exterior e o interior. Várias centenas de milhões de anos depois, as moléculas de DNA e RNA entraram nas vesículas, transformando-as em células. Ao fazer proteínas e produzir mais DNA, essas células poderiam se reproduzir. O primeiro ser unicelular, LUCA , ancestral comum a tudo o que vive na Terra, teria vivido de 3,5 a 3,8 bilhões de anos atrás.
A bactéria é um organismo unicelular. Não tem núcleo. Seu patrimônio genético, baseado em DNA e RNA, está disperso no meio aquoso da célula. As primeiras bactérias datam de cerca de - 3,8 bilhões de anos atrás. Eles foram capazes de viver em águas de superfície, onde a temperatura era ainda mais de 90 ° C . Fósseis de bactérias foram encontrados em sedimentos com cerca de - 3,5 bilhões de anos.
Traços de vida microbiana também foram encontrados em rochas sedimentares continentais de 3,2 bilhões de anos, que se acredita terem se formado no leito de um rio. Esses microrganismos já estavam adaptados ao ambiente terrestre, e em particular às secas episódicas e também à radiação ionizante (a camada de ozônio não existia naquela época).
Implantação de bactériasPor 1,3 bilhão de anos, as bactérias se espalharão pelo planeta na forma de colônias. Devido ao seu pequeno número de genes, uma bactéria não é capaz de fornecer todas as reações químicas necessárias para a manutenção da vida e da reprodução. Ela deve, portanto, viver em uma equipe dentro da qual os genes são trocados. As equipes são formadas por diferentes linhagens. Cada cepa inclui um grande número de cópias. As cepas de bactérias que vivem nas proximidades contribuem com genes ou nutrientes úteis. Com o tempo, a seleção natural torna a equipe estável e capaz de manter funções complexas. As equipes se dispersam e acabam ocupando todas as partes habitáveis do planeta.
Meio sem oxigênioAs bactérias podem viver em uma ampla variedade de ambientes e em soluções salinas que seriam letais para outros organismos. Eles se originaram em um ambiente livre de oxigênio. Em seguida, extraíam sua energia da glicose , abundante na sopa primitiva. Quando a glicose se tornou escassa, eles próprios a sintetizaram usando energia solar e sulfeto de hidrogênio . Outras bactérias extraíram sua energia do dióxido de carbono em vez do sulfeto de hidrogênio. Nesta última operação, o oxigênio é liberado. À medida que proliferavam, o nível de oxigênio na água e na atmosfera aumentava. Passou de cerca de 2% na atmosfera, há três bilhões de anos, para 21% hoje. O aumento da concentração de oxigênio induz uma nova função, a respiração. Isso fornece um rendimento melhor do que a glicose.
Capacidades escaláveisAs bactérias são organismos sem núcleo. Uma célula bacteriana pode conter trezentas vezes menos genes permanentes do que uma célula nuclear. Ele tem apenas um número mínimo de instruções, apenas para se replicar e se manter. Mas, graças à permeabilidade de sua membrana, as bactérias trocam constantemente seus genes portadores de DNA entre si. A facilidade e a velocidade de propagação da informação genética são próximas às das telecomunicações modernas, dada a complexidade e o valor biológico das informações transferidas. Essas trocas são fonte de combinações e evoluções permanentes. Eles permitem uma adaptação rápida quando confrontados com outro ambiente. Quando estão em um determinado meio, recebem partículas genéticas de outras células já encontradas nesse meio e que carregam genes específicos para elas. Isso resulta em grande adaptabilidade.
Isso não é suficiente no processo de evolução. O DNA deve ser modificado para transmissão às gerações subsequentes. A modificação é realizada por mutação. Devido à velocidade com que as bactérias se multiplicam, elas sofrem muitas mutações. Uma bactéria rápida se divide a cada vinte minutos. Em menos de um dia, ele pode se multiplicar em cinco bilhões de cópias. Cerca de uma divisão em um milhão dá origem a uma mutação. A maioria dos mutantes morre. Mas algumas mudanças trazem uma nova funcionalidade. Uma bactéria mutante trazendo novação positiva pode se espalhar rapidamente por todo o seu habitat.
Interações com o meio ambiente Adaptação ao meio ambienteDepois de atingir um determinado tamanho, as equipes bacterianas se dispersam. Cada um se ajusta às condições locais. No novo ambiente já existem bactérias adaptadas a este ambiente. Eles fornecem seus genes para a nova equipe. A transferência ocorre muito rapidamente. As bactérias assim se espalharam por todas as partes habitáveis do planeta.
Mudando o ambienteDurante seus primeiros dois bilhões de anos, as bactérias transformaram constantemente a superfície e a atmosfera da Terra. Eles mudaram a composição da água ao produzir gases. Ao quebrar a água para produzir energia, eles liberaram oxigênio. Esse oxigênio não induzia apenas a respiração. Também criou uma camada de ozônio na atmosfera. Isso intercepta os raios solares e permite que a Terra esfrie. A respiração libera dióxido de carbono. Esse processo mudou a composição da atmosfera em oxigênio e dióxido de carbono.
A existência de eras glaciais generalizadas em torno de 850 a 630 milhões de anos atrás, uma era conhecida como Criogenia , teria favorecido o agrupamento de colônias bacterianas (ou os animálculos mais primitivos) em torno de "oásis.» Vive em fontes hidrotermais subaquáticas ou de superfície. O planeta está mergulhado em um manto de gelo, o que torna desfavoráveis os comportamentos “individualistas” dos microrganismos.
A divisão fundamental entre as formas de vida na Terra não está entre plantas e animais, mas entre células sem núcleo e células com núcleo . Durante os primeiros dois bilhões de anos, as células sem nucleação transformaram a superfície e a atmosfera da Terra. Esta fase, muito importante para o desenvolvimento dos seres vivos, durou quase o dobro da fase seguinte. Todos os sistemas químicos essenciais da vida foram compostos e miniaturizados ali.
Com o tempo, as populações de bactérias co-evoluíram. Eles se tornaram comunidades intimamente interdependentes. Eles não estavam satisfeitos apenas com trocas. As células se juntaram e depois se fundiram. Uma célula pode entrar em outra. Ele poderia reter sua membrana, formando assim um núcleo. Outros perderam suas membranas e foram integrados ao meio aquoso da célula. Todos eles levaram seu DNA com eles. Novas entidades complexas surgiram dessas fusões. As células nucleadas tinham até mil vezes mais DNA do que bactérias.
A transição das bactérias para as células nucleares foi tão repentina que não pode ser explicada pelas mutações. Estas são distribuídas ao longo do tempo e as mudanças são graduais. A passagem para o núcleo só poderia ser feita por simbiose , ou seja, pela absorção de uma célula pela outra. A simbiose cria novas espécies sem transição. A simbiose tem sido uma importante fonte de inovação na evolução dos seres vivos. Assim, isso foi alcançado por meio de cooperação, fortes interações e dependência mútua e não apenas por competição.
Algumas bactérias realizaram fotossíntese. Eles extraíram energia disso. Quando o conteúdo de oxigênio do meio aumentou, outras bactérias adquiriram a capacidade de respirar. Respirar aumenta muito a eficiência energética. Quando as bactérias se fundiram para formar células nucleares, elas tinham duas funções, a da fotossíntese e a da respiração. Eles também, graças ao núcleo, mas não só, enriqueceram seu patrimônio genético. Essas células se tornaram autônomas. Esta é uma grande inovação que representa um grande salto em frente. A nova célula poderia evoluir usando apenas seus próprios recursos. Ela iria dar à luz plantas e animais.
A penetração de um espermatozóide em um óvulo é característica das células nucleares. A sexualidade é uma forma de simbiose. Os biólogos acreditam que a sexualidade dos dois pais foi mantida porque aumenta a variedade e acelera a evolução. Segundo Lynn Margulis , não seria crucial no processo de evolução. Margulis acredita que organismos complexos estão relacionados à síntese de DNA, RNA e proteínas e não diretamente à natureza biparental da sexualidade. A sexualidade foi contornada pela partenogênese . Outras formas de multiplicação assexuada existem ou poderiam ter sido criadas com muito mais eficiência energética do que a reprodução sexuada.
Algumas células sem núcleo adquiriram pigmentos verde-azulados. As bactérias também integraram um pigmento amarelo que as aproximou das plantas. Essas bactérias tornaram-se autônomas, capazes de captar a energia solar e possuir as funções de respiração e fotossíntese. Eles nadaram com seus flagelos e começaram a dominar os oceanos e outras áreas úmidas do planeta. Eles assumiram a forma de algas e fitoplâncton . O reino vegetal começou.
As algas existiam como não-núcleo no meio líquido desde 1900 milhões de anos. Eles saíram da água cerca de 460 milhões de anos atrás.
Eles viviam em águas rasas expostas ao sol. De vez em quando, essas áreas secavam. Eles retiveram sua umidade interna enquanto secavam do lado de fora. Alguns sobreviveram e se multiplicaram. Eles não tinham caule nem folha.
Os musgos são as primeiras plantas terrestres. Eles datam de cerca de 480 milhões de anos atrás. Eles derivam de algas verdes próximas à superfície que surgiram e conseguiram se adaptar. Eles ainda não têm raízes ou folhas verdadeiras. Alguns têm escamas que prendem a água em toda a superfície. A simbiose com as bactérias conferiu-lhes funções que garantem o seu desenvolvimento: assimilação de água e sais minerais, produção de lignina . Isso lhes confere uma rigidez que permitirá a construção do sistema vascular.
As samambaias surgiram há 400 milhões de anos. Graças à formação de lignina, as raízes e caules foram capazes de se desenvolver. O tecido vascular permite que a água e os sais minerais do solo circulem pela planta, bem como os nutrientes produzidos nas folhas. As folhas são cobertas por uma camada de cera que limita a evaporação. Também adquirem estômatos que, abrindo ou fechando, regulam as trocas gasosas.
As plantas com sementes datam de 350 milhões de anos atrás. A falta de água representou um desafio vital para as plantas. O desenvolvimento de sementes forneceu uma solução para esse problema. A semente, resistente, permitia que o embrião da planta aguardasse o momento mais favorável para se desenvolver. As sementes foram espalhadas pelo vento e insetos.
As angiospermas datam daí 150 milhões de anos. Eles protegeram seus ovos em um ovário que dará o fruto. Eles rapidamente se espalharam por todas as terras emergentes. Eles dominam a flora atual. É o resultado de uma grande diversidade de adaptação evolutiva. Eles conseguiram adquirir frutas duras e pedras para proteger seus embriões. Coevoluções com insetos têm sido um fator importante no desenvolvimento. Eles permitiram que as sementes se propagassem. Animais pararam parte de seu crescimento exuberante comendo seus frutos e folhas. Eles responderam desenvolvendo moléculas tóxicas para se protegerem.
Os animais apareceram 700 milhões de anos atrás , bem antes das plantas. Eles eram desprovidos de partes difíceis. As células foram gradualmente aderindo. Eles assumiram formas globulares semelhantes a vermes. Esses animais comiam bactérias e células sem núcleo. Alguns associados por simbiose com microalgas construíram leitos de coral . Outros prosperaram nas esteiras microbianas encontradas nas margens dos oceanos. Talvez naquela época já existissem estrelas do mar e ouriços-do-mar. As primeiras partes duras foram formadas 580 milhões de anos atrás. Eles foram necessários durante a passagem para o continente para se proteger dos raios solares. A adaptação à vida terrestre envolveu mudanças muito importantes para os animais em termos de respiração e como lidar com a seca. Embora tenham aparecido antes das plantas, os animais precisarão de 35 milhões de anos a mais do que para chegar à terra firme. Os primeiros insetos não alados datam de 400 milhões de anos atrás. Na água já havia peixes com mandíbula e em plantas vasculares terrestres. Da mesma forma, quando os primeiros mamíferos de sangue quente apareceram, as plantas com flores já estavam começando a se desenvolver.
Mudanças importantes foram necessárias para a transição para a terra firme. A concentração de oxigênio no ar gasoso era milhares de vezes maior do que na água. O aparelho respiratório que funciona no ar teve que ser criado. Um revestimento externo, pele ou concha, tornou-se necessário para proteger contra os raios do Sol que brilhavam diretamente sem filtro. Acima de tudo, na Terra, a seca era uma ameaça mortal permanente. Os organismos que sobreviveram foram aqueles que de alguma forma carregaram água com eles. Apenas um pequeno número de representantes do reino animal conseguiu se adaptar à vida no ambiente terrestre. Os animais hoje vêm de três ou quatro grupos de animais aquáticos. Algumas espécies que vivem hoje retornaram ao seu ambiente marítimo. É o caso de certos répteis, focas e leões marinhos.
Os fungos são a terceira via na evolução das células nucleares. Suas células podem conter vários núcleos. Seu meio líquido pode fluir mais ou menos livremente de uma célula para outra. Eles se alimentam preferencialmente absorvendo produtos químicos. Eles co-evoluíram com as plantas com as quais vivem em simbiose. Seu papel no desenvolvimento das plantas é crucial. Seus fósseis foram encontrados em tecidos de plantas com mais de 300 milhões de anos. Sem eles, as plantas morreriam por falta de minerais essenciais.
Os fungos transferem água e sais minerais para as plantas. Eles ajudaram as primeiras plantas terrestres há 400 a 450 milhões de anos a colonizar a superfície da terra. Eles se comunicam com as raízes das plantas por contato ou por penetração. Eles retiram nitrogênio orgânico e mineral do solo, que fornecem às plantas na forma de vitaminas, antibióticos ou hormônios. Eles também transmitem fósforo a eles, após o terem transformado em fósforo orgânico. Eles desenvolvem aminoácidos, bem como muitos outros elementos, como zinco, manganês, cobre, cálcio, potássio.
Encontramos nos humanos os vestígios aquáticos que atestam uma existência ancestral na água. A passagem dos animais para a vida terrestre foi efetuada levando-se consigo seu ambiente aquático. O embrião dos animais e do homem se desenvolve flutuando na umidade primordial de um útero. A concentração de sal na água do mar e no sangue é, do ponto de vista prático, a mesma. As respectivas proporções de sódio, potássio e cloratos nos tecidos humanos são surpreendentemente semelhantes às dos oceanos. Esses sais são compostos que os animais carregam consigo em sua jornada para a terra firme.
A evolução, embora lenta e raramente observável em uma escala humana, às vezes pode ser detectada em espécies de reprodução rápida. Assim, os mosquitos às vezes se tornam locais resistentes aos inseticidas . O mesmo vale para as bactérias responsáveis por patologias humanas, muitas vezes multirresistentes a antibióticos .
Finalmente, podemos ver o resultado de um desenvolvimento divergente recente no caso da colônia de caranguejos descoberta sob Roma. Bem como uma mudança na dieta alimentar e o aparecimento de subespécies em alguns lagartos, como o Podarcis sicula , com alterações anatômicas internas e externas.
De compostos orgânicos foram encontrados em meteoritos . Não é necessariamente um sinal de vida em outro lugar. Basta colocar o hidrogênio, quando em grande quantidade, na presença de carbono com fontes de energia para produzir, segundo as regras da química, os constituintes da vida.
Apenas seis elementos constituem o denominador comum de toda a vida e representam 99% do peso seco de todos os seres vivos. Estes são, além de hidrogênio e carbono, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre. A proporção desses elementos nos aminoácidos é constante. Pode ser encontrada em todas as formas de vida, desde bactérias até o corpo humano. As especificidades da Terra não residem em seus componentes, mas nas condições de seu ambiente: umidade, temperaturas amenas, campo gravitacional. São essas especificidades que favorecem certas combinações químicas mais do que outras. Combinações moleculares são formadas quando energia e tempo estão disponíveis.
A biosfera , ou seja, o meio ambiente dos seres vivos, terra, água, ar, desenvolveu-se graças à respiração. Isso consome grandes quantidades de oxigênio. Mais de dois bilhões de anos atrás, no entanto, a atmosfera da Terra continha muito pouco oxigênio, apenas 2%. No entanto, a vida foi capaz de se desenvolver ali. Na ausência de oxigênio, as bactérias usaram primeiro a fermentação da glicose. A glicose era abundante na sopa inicial. Algumas bactérias foram capazes de viver em condições de sopa primordial onde a temperatura da superfície da água era ainda mais de 90 ° C . As bactérias foram encontradas a mais de três quilômetros abaixo da superfície. Eles viviam totalmente isolados da energia solar. Eles produziram componentes celulares oxidando hidrogênio e metano e reduzindo o dióxido de carbono presente nos calcários. Esta descoberta confirmou a probabilidade de que existe vida, em diferentes formas, em outros planetas.
A história evolutiva é geralmente abordada na Europa, como no College de France em Paris, de um ângulo duplo: biologia histórica e evolucionismo. Estudamos a história da vida na Terra e os mecanismos subjacentes a essa história, bem como as diferentes interpretações dessa história e desses mecanismos. Essas interpretações variam no espaço e no tempo de acordo com os contextos e culturas ou religiões.