De zuurstofrevolutie

De atmosfeer op de vroege aarde was heel anders dan wat we vandaag hebben. Er wordt gedacht dat de eerste atmosfeer van de aarde bestond uit waterstof en helium, net als de gasvormige planeten en de zon. Na miljoenen jaren vulkaanuitbarstingen en andere interne aardprocessen ontstond de tweede atmosfeer. Deze atmosfeer was vol met broeikasgassen zoals koolstofdioxide, zwaveldioxide en bevatte ook andere soorten dampen en gassen zoals waterdamp en, in mindere mate, ammoniak en methaan.

Oxygen-Free

Deze combinatie van gassen was zeer onherbergzaam voor de meeste vormen van leven. Hoewel er veel theorieën zijn, zoals de Primordial Soup Theory, Hydrothermal Vent Theory, en de Panspermia Theory over hoe het leven op aarde begon, is het zeker dat de eerste organismen die de aarde bewoonden geen zuurstof nodig hadden, omdat er geen vrije zuurstof was in de atmosfeer. De meeste wetenschappers zijn het erover eens dat de bouwstenen van het leven zich niet hadden kunnen vormen als er op dat moment zuurstof in de atmosfeer was geweest.

Kooldioxide

Planten en andere autotrofe organismen zouden echter gedijen in een atmosfeer gevuld met koolstofdioxide. Koolstofdioxide is een van de belangrijkste reactanten die nodig zijn voor fotosynthese. Met koolstofdioxide en water kan een autotrof een koolhydraat produceren voor energie en zuurstof als afval. Nadat veel planten op aarde waren geëvolueerd, was er een overvloed aan zuurstof die vrij in de atmosfeer dreef. Er wordt verondersteld dat op dat moment geen levend wezen op aarde een gebruik voor zuurstof had. In feite was de overvloed aan zuurstof giftig voor sommige autotrofen en ze stierven uit.

Ultraviolet

Hoewel zuurstofgas niet rechtstreeks door levende wezens kon worden gebruikt, was zuurstof niet allemaal slecht voor deze organismen die in die tijd leefden. Zuurstofgas dreef naar de top van de atmosfeer waar het werd blootgesteld aan ultraviolette zonnestralen. Die UV-stralen splitsen de diatomaire zuurstofmoleculen en hielpen bij het creëren van ozon, dat bestaat uit drie covalent aan elkaar gebonden zuurstofatomen. De ozonlaag hielp voorkomen dat sommige UV-stralen de aarde bereikten. Dit maakte het veiliger voor het leven om op het land te koloniseren zonder vatbaar te zijn voor die schadelijke stralen. Voordat de ozonlaag werd gevormd, moest het leven in de oceanen blijven waar het werd beschermd tegen de extreme hitte en straling.

Eerste consumenten

Met een beschermende laag ozon om ze te bedekken en veel zuurstofgas om te ademen, konden heterotrofen evolueren. De eerste consumenten die verschenen waren eenvoudige herbivoren die de planten konden opeten die de met zuurstof beladen atmosfeer overleefden. Omdat zuurstof zo overvloedig aanwezig was in deze vroege stadia van kolonisatie van land, groeiden veel van de voorouders van de soort die we tegenwoordig kennen tot enorme afmetingen. Er zijn aanwijzingen dat sommige soorten insecten zo groot zijn geworden als sommige van de grotere soorten vogels.

Meer heterotrofen konden dan evolueren omdat er meer voedselbronnen waren. Deze heterotrofen kwamen toevallig koolstofdioxide vrij als een afvalproduct van hun cellulaire ademhaling. Het geven en nemen van de autotrofen en heterotrofen konden zuurstof- en kooldioxidegehalte in de atmosfeer stabiel houden. Dit geven en nemen gaat vandaag verder.