Evolusi dan sejarah kehidupan di Bumi
Warisan
Bukti-buktinya luar biasa bahwa semua kehidupan di Bumi telah berevolusi dari nenek moyang bersama dalam rantai tak terputus sejak asalnya. Prinsip evolusi Darwin dirangkum oleh fakta-fakta berikut. Semua kehidupan cenderung meningkat: lebih banyak organisme yang dikandung, dilahirkan, ditetaskan, berkecambah dari biji, tumbuh dari spora, atau diproduksi oleh pembelahan sel (atau cara lain) daripada yang bisa bertahan hidup. Setiap organisme yang diproduksi bervariasi, betapapun kecilnya, dalam beberapa cara yang terukur dari kerabatnya. Dalam suatu lingkungan tertentu pada waktu tertentu, varian-varian yang paling cocok untuk lingkungan itu akan cenderung meninggalkan lebih banyak keturunan daripada yang lain. Keturunannya menyerupai leluhur mereka. Organisme varian akan meninggalkan keturunan seperti mereka sendiri. Karenanya, organisme akan menyimpang dari leluhurnya seiring berjalannya waktu. Istilah seleksi alam adalah singkatan untuk mengatakan bahwa semua organisme tidak bertahan hidup untuk meninggalkan keturunan dengan probabilitas yang sama. Mereka yang hidup hari ini telah dipilih relatif terhadap yang serupa yang tidak pernah selamat atau prokreasi. Semua organisme di Bumi saat ini sama-sama berevolusi karena semuanya berbagi nenek moyang asli yang sama yang menghadapi segudang ancaman bagi kelangsungan hidup mereka. Semua telah bertahan sejak sekitar 3,7 miliar hingga 3,5 miliar tahun lalu selama Archean Eon (4 miliar hingga 2,5 miliar tahun lalu), produk dari proses evolusi hebat dengan basis biologis molekuler yang identik. Karena lingkungan Bumi sangat beragam, detail khusus dari sejarah evolusi organisme berbeda dari spesies lain meskipun memiliki kesamaan kimia.
Konvergensi
Di mana-mana lingkungan Bumi adalah heterogen. Gunung, lautan, dan gurun menderita suhu, kelembaban, dan ketersediaan air yang ekstrem. Semua ekosistem mengandung beragam lingkungan mikro: air lautan yang kehabisan oksigen, tanah yang kaya sulfida atau amonia, singkapan mineral dengan kandungan radioaktivitas tinggi, atau mata air kaya organik, misalnya. Selain faktor-faktor fisik ini, lingkungan dari setiap organisme melibatkan organisme lain di sekitarnya. Untuk setiap kondisi lingkungan, ada relung ekologis yang sesuai. Variasi relung ekologis yang dihuni di Bumi cukup luar biasa. Bahkan retakan basah di granit penuh dengan bakteri “pemakan batu”. Relung ekologis dalam sejarah kehidupan telah diisi secara independen beberapa kali. Sebagai contoh, cukup analog dengan serigala mamalia plasenta biasa adalah serigala marsupial, harimau Tasmania (punah sejak 1936) yang tinggal di Australia; dua mamalia pemangsa memiliki kesamaan yang mencolok dalam penampilan fisik dan perilaku. Bentuk ramping yang sama untuk gerakan laut berkecepatan tinggi berevolusi secara independen setidaknya empat kali: di Stenopterygius dan reptil Mesozoikum lainnya; dalam tuna, yang merupakan ikan; dan pada lumba-lumba dan anjing laut, yang merupakan mamalia. Evolusi konvergen dalam bentuk hidrodinamik muncul dari kenyataan bahwa hanya ada sedikit solusi untuk masalah gerakan laut berkecepatan tinggi oleh hewan besar yang ada. Mata, reseptor cahaya yang membuat gambar, telah berevolusi secara independen lebih dari dua lusin kali tidak hanya pada hewan di Bumi tetapi pada protista seperti dinomastigote Erythropsodinium. Rupanya struktur seperti bulu mata paling baik memecahkan masalah perekaman visual. Di mana fisika atau kimia membangun satu solusi paling efisien untuk masalah ekologi tertentu, evolusi dalam garis keturunan yang berbeda sering cenderung mengarah ke solusi yang hampir sama. Fenomena ini dikenal sebagai evolusi konvergen.
Generasi spontan
Kehidupan pada akhirnya adalah proses material yang muncul dari sistem material yang tidak hidup secara spontan — dan setidaknya sekali di masa lalu yang jauh. Bagaimana kehidupan berasal dibahas di bawah ini. Namun tidak ada bukti untuk generasi spontan yang dapat dikutip. Generasi spontan, juga disebut abiogenesis, proses hipotetis di mana organisme hidup berkembang dari benda mati, harus ditolak. Menurut teori ini, potongan keju dan roti yang dibungkus kain dan dibiarkan di sudut yang gelap dianggap menghasilkan tikus, karena setelah beberapa minggu tikus muncul di kain. Banyak yang percaya pada generasi spontan karena menjelaskan kejadian seperti belatung yang berkerumun di atas daging yang membusuk.
Menjelang abad ke-18 sudah menjadi jelas bahwa tumbuhan dan hewan tidak dapat diproduksi oleh benda mati. Asal usul mikroorganisme seperti ragi dan bakteri, bagaimanapun, tidak sepenuhnya ditentukan sampai ahli kimia Perancis Louis Pasteur membuktikan pada abad ke-19 bahwa mikroorganisme berkembang biak, bahwa semua organisme berasal dari organisme yang sudah ada sebelumnya, dan bahwa semua sel berasal dari sel yang sudah ada sebelumnya. Lalu bukti apa yang ada untuk kehidupan paling awal di Bumi?
