Paläontologie

"Palaeontology" leitet hier weiter. Für das Science Journal siehe Paläontologie (Journal).
Ein Paläontologe bei der Arbeit bei John Day Fossile Betten National Monument

Paläontologie (/ˌpeɪliɒnˈtɒlədʒi, ˌpæli-,, -ən-/), auch geschrieben Paläontologie[a] oder Paläontologie, ist das wissenschaftliche Studium des Lebens, das vor und manchmal auch der Beginn der Holozän Epoche (ungefähr 11.700 Jahre vor Gegenwart). Es beinhaltet das Studium von Fossilien klassifizieren Organismen und studieren Sie ihre Interaktionen miteinander und ihren Umgebungen (ihre Paläoökologie). Paläontologische Beobachtungen wurden bereits im 5. Jahrhundert v. Chr. Dokumentiert. Die Wissenschaft wurde im 18. Jahrhundert infolge dessen Folge von etabliert Georges Cuvierarbeitet an Vergleichende anatomieund im 19. Jahrhundert schnell entwickelt. Der Begriff selbst stammt aus griechisch παλαιός ('palaios', "alt, alt"), ὄν ('on', (Gen. 'ontos'), "Sein, Kreatur") und λόγος ('logos', "Sprache, Gedanken, Studium").[1]

Paläontologie liegt an der Grenze zwischen Biologie und Geologieunterscheidet sich aber von Archäologie insofern ausschließt es das Studium von anatomisch moderne Menschen. Es verwendet jetzt Techniken aus einer Vielzahl von Wissenschaften, einschließlich Biochemie, Mathematikund Ingenieurwesen. Die Verwendung all dieser Techniken hat es Paläontologen ermöglicht, viel davon zu entdecken Evolutionsgeschichte des LebensFast bis zu dem Zeitpunkt, als die Erde vor fast 4 Milliarden Jahren in der Lage war, das Leben zu unterstützen.[2] Mit zunehmendem Wissen hat die Paläontologie spezielle Unterabteilungen entwickelt, von denen einige sich auf verschiedene Arten von fossilen Organismen konzentrieren, während andere studieren Ökologie und Umweltgeschichte, wie z. Alte Klimazonen.

Körperfossilien und Verfolgung von Fossilien sind die Haupttypen von Beweisen über das alte Leben, und geochemisch Die Beweise haben dazu beigetragen, die Entwicklung des Lebens zu entschlüsseln, bevor es Organismen gab, die groß genug waren, um Körperfossilien zu hinterlassen. Die Schätzung der Daten dieser Überreste ist wesentlich, aber schwierig: Manchmal erlauben benachbarte Gesteinsschichten radiometrische Datierung, der bereitstellt Absolute Daten Das sind genau auf 0,5%, aber häufiger müssen sich Paläontologen auf relative Dating verlassen, indem sie das lösen "Puzzles" von Biostratigraphie (Arrangement von Steinschichten vom jüngsten bis ältesten). Es ist ebenfalls schwierig, alte Organismen zu klassifizieren, da viele nicht gut in die passen Linnaean Taxonomy Klassifizieren lebender Organismen und Paläontologen nutzen häufiger KLADistik Evolutionäre "Stammbäume" zu erstellen. Das letzte Viertel des 20. Jahrhunderts verzeichnete die Entwicklung von Molekulare Phylogenetik, was untersucht, wie eng Organismen durch Messung der Ähnlichkeit des DNA in ihren Genome. Die molekulare Phylogenetik wurde auch verwendet, um die Daten zu schätzen, wenn Arten unterschiedlich sind, aber es gibt Kontroversen über die Zuverlässigkeit der Molekularuhr von denen solche Schätzungen abhängen.

Überblick

Die einfachste Definition von "Paläontologie" ist "das Studium des alten Lebens".[3] Das Feld sucht nach Informationen über verschiedene Aspekte vergangener Organismen: "ihre Identität und Herkunft, ihre Umgebung und Entwicklung und was sie uns über die organische und anorganische Vergangenheit der Erde erzählen können".[4]

Historische Wissenschaft

Die Herstellung der versteinerten Knochen von Europasaurus Holgeri

William Whewell (1794–1866) klassifizierte Paläontologie als eine der historischen Wissenschaften zusammen mit Archäologie, Geologie, Astronomie, Kosmologie, Philologie und Geschichte selbst:[5] Die Paläontologie zielt darauf ab, Phänomene der Vergangenheit zu beschreiben und ihre Ursachen zu rekonstruieren.[6] Daher hat es drei Hauptelemente: Beschreibung früherer Phänomene; Entwicklung einer allgemeinen Theorie über die Ursachen verschiedener Arten von Veränderungen; und Anwendung dieser Theorien auf bestimmte Fakten.[7] Bei dem Versuch, die Vergangenheit zu erklären, bauen Paläontologen und andere historische Wissenschaftler oft eine Reihe von einem oder mehreren Hypothesen über die Ursachen und dann nach einem "suchen"Rauchwaffe", ein Beweisstück, der stark mit einer Hypothese über andere übereinstimmt.[8] Manchmal entdecken Forscher eine "rauchende Waffe" durch einen glücklichen Unfall während anderer Forschung. Zum Beispiel die Entdeckung von 1980 von Luis und Walter Alvarez von Iridium, ein hauptsächlich außerirdisches Metall, in der Kreide–Tertiär Grenzschicht gemacht Asteroidenwirkung die bevorzugte Erklärung für die Kreidezeit -Auslöschungsereignis - Obwohl die Debatte über den Beitrag des Vulkanismus fortgesetzt wird.[6]

Ein komplementärer Ansatz zur Entwicklung wissenschaftlicher Kenntnisse, Experimentelle Wissenschaft,[9] wird oft gesagt[von wem?] Durch Durchführung von Experimenten zu arbeiten widerlegen Hypothesen über die Arbeiten und Ursachen natürlicher Phänomene. Dieser Ansatz kann eine Hypothese nicht beweisen, da einige spätere Experiment sie möglicherweise widerlegen, aber die Akkumulation von Misserfolgen zu widerlegen ist oft überzeugende Beweise dafür. Wenn Sie jedoch mit völlig unerwarteten Phänomenen konfrontiert werden, wie den ersten Beweis für Unsichtbar Strahlung, experimentelle Wissenschaftler verwenden häufig den gleichen Ansatz wie historische Wissenschaftler: Konstruieren Sie eine Reihe von Hypothesen über die Ursachen und suchen dann nach einer "Raucherwaffe".[6]

Verwandte Wissenschaften

Paläontologie liegt dazwischen Biologie und Geologie, da sie sich auf die Aufzeichnung des vergangenen Lebens konzentriert, aber seine Hauptbeweisquelle ist Fossilien in Felsen.[10][11] Aus historischen Gründen ist die Paläontologie Teil der Geologieabteilung an vielen Universitäten: In den Abteilungen des 19. und frühen 20. Jahrhunderts fanden Geologieabteilungen fossile Beweise für die Datierung von Steinen, während Biologieabteilungen wenig Interesse zeigten.[12]

Die Paläontologie hat auch einige Überschneidungen mit Archäologie, die hauptsächlich mit Objekten von Menschen und menschlichen Überresten zusammenarbeiten, während Paläontologen an den Eigenschaften und der Entwicklung des Menschen als Spezies interessiert sind. Wenn Sie mit Beweisen über Menschen umgehen archäologische Fundstätte, um die Menschen zu entdecken, die dort lebten und was sie gegessen haben; Oder sie können das Klima zum Zeitpunkt der Behausung analysieren.[13]

Darüber hinaus leiht sich die Paläontologie häufig Techniken von anderen Wissenschaften, einschließlich Biologie, Osteologie, Ökologie, Chemie, Physik und Mathematik.[3] Zum Beispiel, geochemisch Unterschriften von Felsen können dazu beitragen, zu entdecken, wann das Leben zum ersten Mal auf der Erde entstand.[14] und Analysen von Kohlenstoff Isotopenverhältnisse kann helfen, Klimaveränderungen zu identifizieren und sogar wichtige Übergänge wie die zu erklären Perm -Trisic -Aussterben.[15] Eine relativ jüngste Disziplin, Molekulare Phylogenetikvergleicht das DNA und RNA von modernen Organismen, um die "Stammbäume" ihrer evolutionären Vorfahren neu zu konstruieren. Es wurde auch verwendet, um die Daten wichtiger evolutionärer Entwicklungen abzuschätzen, obwohl dieser Ansatz aufgrund der Zweifel an der Zuverlässigkeit der Zuverlässigkeit umstritten ist "Molekularuhr".[16] Techniken aus dem Ingenieurwesen wurden verwendet, um zu analysieren, wie die Körper alter Organismen funktionieren können, zum Beispiel die Laufgeschwindigkeit und die Bissstärke von Tyrannosaurus,[17][18] oder die Flugmechanik von Mikrorapel.[19] Es ist relativ alltäglich, die internen Details der Fossilien mithilfe zu untersuchen Röntgenmikrotomographie.[20][21] Paläontologie, Biologie, Archäologie und Paleoneurobiologie Kombinieren Sie, um endokraniale Abgüsse (Endokasten) von Arten zu untersuchen, die mit dem Menschen zusammenhängen, um die Entwicklung des menschlichen Gehirns zu klären.[22]

Paläontologie trägt sogar dazu bei Astrobiologie, die Untersuchung des möglichen Lebens auf anderen Planetendurch Entwicklung von Modellen, wie das Leben entstanden sein kann und durch Bereitstellung von Techniken zur Erkennung von Lebensbeweisen.[23]

Unterteilungen

Mit zunehmendem Wissen hat die Paläontologie spezielle Unterteilungen entwickelt.[24] Wirbeltier Paläontologie konzentriert sich auf Fossilien vom frühesten Fisch auf die unmittelbaren Vorfahren der modernen Säugetiere. Paläontologie von Wirbellosen befasst sich mit Fossilien wie Molluscs, Arthropoden, Ringelwurm Würmer und Echinoderms. Paläobotanie Studien fossil Pflanzen, Algenund Pilze. Palynologie, das Studium der Pollen und Sporen produziert von Landpflanzen und Protisten, Straddles Paläontologie und Botanik, wie es sich sowohl mit lebenden als auch mit fossilen Organismen befasst. Mikropaleontologie befasst sich mit mikroskopischen fossilen Organismen aller Art.[25]

Analysen mithilfe von technischen Techniken zeigen das Tyrannosaurus Hatte einen verheerenden Biss, aber Zweifel an seinen Lauffähigkeit.

Anstatt sich auf einzelne Organismen zu konzentrieren, Paläoökologie untersucht die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen alten Organismen wie ihren Nahrungsketteund die wechselseitigen Interaktionen mit ihren Umgebungen.[26]Zum Beispiel die Entwicklung von Sauerstoffische Photosynthese durch Bakterien verursachte die Oxygenierung der Atmosphäre und erhöhte die Produktivität und Vielfalt von stark Ökosysteme.[27] Zusammen führten diese zur Entwicklung des Komplexes eukaryotisch Zellen, aus denen alle mehrzellig Organismen werden gebaut.[28]

Paläoklimatologie, obwohl manchmal als Teil der Paläoökologie behandelt, obwohl[25] Konzentriert sich mehr auf die Geschichte des Erdklimas und die Mechanismen, die es verändert haben[29]- die manchmal enthalten haben evolutionär Entwicklungen, zum Beispiel die rasche Ausweitung von Landpflanzen in der Devonian Zeitraum mehr entfernt Kohlendioxid aus der Atmosphäre, die die reduzieren Treibhauseffekt und damit helfen, eine zu verursachen Eiszeit in dem Kohlenstoff Zeitraum.[30]

BiostratigraphieDie Verwendung von Fossilien zur Ausarbeitung der chronologischen Reihenfolge, in der Steine ​​gebildet wurden, ist sowohl für Paläontologen als auch für Geologen nützlich.[31] Biogeographie Untersucht die räumliche Verteilung von Organismen und ist auch mit der Geologie verbunden, was erklärt, wie sich die Geographie der Erde im Laufe der Zeit verändert hat.[32]

Beweisquellen

Körperfossilien

Hauptartikel: Fossil
Dies Marrella Das Exemplar zeigt, wie klar und detailliert die Fossilien aus dem Burgess Shale Lagerstätte sind

Fossilien der Körper von Organismen sind normalerweise die informativste Art von Beweisen. Die häufigsten Typen sind Holz, Knochen und Muscheln.[33] Fossilisierung ist ein seltenes Ereignis, und die meisten Fossilien werden von zerstört von Erosion oder Metamorphismus bevor sie beobachtet werden können. Daher ist der Fossilienbestand sehr unvollständig, zunehmend in der Zeit zurück. Trotzdem ist es oft ausreichend, die breiteren Muster der Geschichte des Lebens zu veranschaulichen.[34] Es gibt auch Verzerrungen in der Fossilienprotokoll: Verschiedene Umgebungen sind für die Erhaltung verschiedener Arten von Organismus oder Teilen von Organismen günstiger.[35] Ferner waren nur die Teile von Organismen, die bereits waren mineralisiert werden normalerweise erhalten, wie die Schalen von Molluscs. Da die meisten tierischen Arten Weichkörper sind, verfallen sie, bevor sie versteinert werden. Infolgedessen, obwohl es 30 gibt Phyla Von lebenden Tieren wurden zwei Drittel noch nie als Fossilien gefunden.[3]

Gelegentlich können ungewöhnliche Umgebungen Weichgewebe bewahren. Diese Lagerstätten Ermöglichen Sie Paläontologen, die innere Anatomie von Tieren zu untersuchen, die in anderen Sedimenten nur durch Muscheln, Stacheln, Krallen usw. dargestellt werden - wenn sie überhaupt erhalten bleiben. Selbst Lagerstätten präsentieren zu dieser Zeit ein unvollständiges Bild des Lebens. Die Mehrheit der zu dieser Zeit lebenden Organismen ist wahrscheinlich nicht dargestellt, da Lagerstätten auf einen engen Bereich von Umgebungen beschränkt ist, z. Wo Weichkörperorganismen sehr schnell durch Ereignisse wie Schlammleiter erhalten werden können; Und die außergewöhnlichen Ereignisse, die eine schnelle Beerdigung verursachen, erschweren es, die normalen Umgebungen der Tiere zu untersuchen.[36] Die Spärlichkeit der fossilen Aufzeichnungen bedeutet, dass Organismen voraussichtlich lange vor und nachdem sie in der Fossilienprotokolle gefunden werden - dies ist als die bekannt als die Signor -Lipps -Effekt.[37]

Verfolgung von Fossilien

Cambrian Verfolgung von Fossilien einschließlich Rusophycus, gemacht von a Trilobit
Klimaanlagen--- Cambrian Trackways (10–12 cm breit) von großen, schlugenähnlichen Tieren auf einem Cambrianer Gezeiten flach In was jetzt ist Wisconsin.
Hauptartikel: Spurenfossil

Verfolgung von Fossilien bestehen hauptsächlich aus Tracks und Höhlen, aber auch einschließen Coprolith (Fossil Kot) und Markierungen durch Füttern.[33][38] Spurenfossilien sind besonders signifikant, da sie eine Datenquelle darstellen, die nicht auf Tiere mit leicht versteinerten harten Teilen beschränkt ist und das Verhalten der Organismen widerspiegelt. Auch viele Spuren stammen von deutlich früher als die Körperfossilien von Tieren, von denen angenommen wird, dass sie sie machen konnten.[39] Während die genaue Zuordnung von Spurenfossilien zu ihren Machern im Allgemeinen unmöglich ist, können Spuren beispielsweise den frühesten physischen Beweis für das Auftreten von mäßig komplexen Tieren liefern (vergleichbar mit Regenwürmer).[38]

Geochemische Beobachtungen

Hauptartikel: Geochemie

Geochemische Beobachtungen können dazu beitragen, die globale biologische Aktivität zu einem bestimmten Zeitraum oder die Affinität bestimmter Fossilien abzuleiten. Zum Beispiel können geochemische Merkmale von Gesteinen zeigen, wann das Leben zum ersten Mal auf der Erde entstand.[14] und kann Beweise für das Vorhandensein von liefern eukaryotisch Zellen, der Typ, aus dem alle mehrzellig Organismen werden gebaut.[40] Analysen von Kohlenstoff Isotopenverhältnisse kann helfen, wichtige Übergänge wie die zu erklären Perm -Trisic -Aussterben.[15]

Klassifizierung alter Organismen

Hauptartikel: Biologische Klassifizierung, KLADistik, Phylogenetische Nomenklatur, und Evolutionstaxonomie
Ebenen in der Linnaean Taxonomy

Die Benennung von Gruppen von Organismen auf eine Weise, die klar und weitgehend vereinbart ist, ist wichtig, da einige Streitigkeiten in der Paläontologie nur auf Missverständnissen über Namen beruhen.[41] Linnaean Taxonomy wird üblicherweise zur Klassifizierung lebender Organismen verwendet, geht aber in Schwierigkeiten, wenn es sich um neu entdeckte Organismen handelt, die sich erheblich von bekannten unterscheiden. Zum Beispiel: Es ist schwer zu entscheiden, auf welchem ​​Niveau eine neue Gruppierung auf höherer Ebene platziert, z. Gattung oder Familie oder bestellen; Dies ist wichtig, da die Linna -Regeln für die Namensgruppen an ihre Ebenen gebunden sind. Wenn eine Gruppe auf ein anderes Niveau verschoben wird, muss sie umbenannt werden.[42]

Tetrapods
 

Amphibien

 
Fuhrenfuß
Synapsiden
 

Ausgestorbene Synapsiden
 
   

Säugetiere

 
 
Reptilien
 

Ausgestorbene Reptilien
 
 

Eidechsen und Schlangen
 
Archosaurier
 

Ausgestorben
Archosaurier
 
 

Krokodile

 
Dinosaurier
 ? 
 

Ausgestorben
Dinosaurier
 

 ? 

Vögel
 
 
 
 
 
 
Einfaches Beispiel Cladogramm
    Warmblutheit entwickelte sich irgendwo in der
Synapsid -Säugetierübergang.
 ?  Warmblutheit muss sich auch bei einem von entwickelt haben
diese Punkte - ein Beispiel von Konvergente Entwicklung.[3]

Paläontologen verwenden im Allgemeinen Ansätze basierend auf KLADistik, eine Technik zum Ausarbeiten des evolutionären "Stammbaums" einer Reihe von Organismen.[41] Es funktioniert nach der Logik, dass, wenn Gruppen B und C mehr Ähnlichkeiten miteinander haben als beide, dass Gruppe A, B und C genauer miteinander verwandt sind anatomisch, wie die Anwesenheit von a Notochord, oder Molekulardurch Vergleich von Sequenzen von DNA oder Proteine. Das Ergebnis einer erfolgreichen Analyse ist eine Hierarchie von Kladen - Gruppen, die einen gemeinsamen Vorfahr haben. Idealerweise hat der "Stammbaum" nur zwei Zweige, die von jedem Knoten ("Junction") führen, aber manchmal gibt es zu wenig Informationen, um dies zu erreichen, und Paläontologen müssen mit Kreuzungen mit mehreren Zweigen auskommen. Die kladistische Technik ist manchmal fehlbar, da einige Merkmale wie Flügel oder Kameraaugen, mehr als einmal entwickelt, konvergent- Dies muss in Analysen berücksichtigt werden.[3]

Evolutionäre Entwicklungsbiologie, häufig mit "Evo Devo" abgekürzt, hilft Paläontologen auch, "Stammbäume" zu produzieren und Fossilien zu verstehen.[43] Zum Beispiel die embryologisch Entwicklung einiger moderner Brachiopods schlägt vor, dass Brachiopods Nachkommen der Halkieriiden, was in der ausgestorben wurde Cambrian Zeitraum.[44]

Abschätzung der Termine von Organismen

Hauptartikel: Geochronologie
Calyptraphorus
Velatus
Tropen
Subbullatus
Leptodus
Americanus
Kaktokrin
Multibrachiatus
Dictyoclostus
Americanus
Zeugen
Niagarese
Bathyurus Extans
Neptunea tabulata
Venericardia
Planicosta
Inoceramus
labiatus
Nerina Trinodosa
Monotis
subcircularis
Lophophyllidium
Proliferum
Prolekaniten Gurleyi
Palmatolepus
Unicornis
Hexamocaras Hertzeri
Tetragraptus Fructicosus
Billingsella corrugata
Verbreitet Indexfossilien Bisher wurde Gesteine ​​im Nordosten der Vereinigten Staaten verwendet

Paläontologie versucht, herauszufinden, wie sich Lebewesen im Laufe der Zeit verändert haben. Eine wesentliche Hürde für dieses Ziel ist die Schwierigkeit, herauszufinden, wie alt Fossilien sind. Betten, die Fossilien bewahren radiometrische Datierung. Diese Technik ist unser einziges Mittel, um Felsen von mehr als 50 Millionen Jahren ein absolutes Alter zu geben, und kann auf 0,5% oder besser genau sein.[45] Obwohl die radiometrische Datierung sehr sorgfältige Laborarbeiten erfordert, ist sein grundlegendes Prinzip einfach: die Raten, zu denen verschiedene radioaktive Elemente Verfall sind bekannt, und so zeigt das Verhältnis des radioaktiven Elements zu dem Element, in das es zerfällt, wie lange das radioaktive Element in den Gestein integriert wurde. Radioaktive Elemente sind nur in Felsen mit einem vulkanischen Ursprung üblich, und so sind die einzigen fossilen, tragenden Gesteine, die radiometrisch datiert werden können, einige vulkanische Aschenschichten.[45]

Folglich müssen sich Paläontologen normalerweise darauf verlassen Stratigraphie Bisherige Fossilien. Stratigraphie ist die Wissenschaft, den "Schichtkuchen" zu entschlüsseln, der das ist sedimentär Aufzeichnung und wurde mit a verglichen Puzzle.[46] Felsen bilden normalerweise relativ horizontale Schichten, wobei jede Schicht jünger als die darunter ist. Wenn ein Fossil zwischen zwei Schichten gefunden wird, deren Alter bekannt ist, muss das Alter des Fossils zwischen den beiden bekannten Altersalter liegen.[47] Weil Rocksequenzen nicht kontinuierlich sind, aber von durchgebrochen werden können durch Fehler oder Perioden von ErosionEs ist sehr schwierig, Felsbetten abzustimmen, die sich nicht direkt nebeneinander befinden. Fossilien von Arten, die relativ kurz überlebt haben Biostratigraphie. Zum Beispiel der Conodont Eoplacognathus pseudoplanus hat eine kurze Reichweite in der mittleren Ordovizerperiode.[48] Wenn festgestellt wird, dass Steine ​​im unbekannten Alter Spuren von haben E. pseudoplanusSie müssen ein Alter in der Mitte der Orordovizier haben. Eine solche Indexfossilien Muss unverwechselbar sein, global verteilt sein und einen kurzen Zeitbereich haben, um nützlich zu sein. Es werden jedoch irreführende Ergebnisse erzeugt, wenn sich herausstellen, dass die Indexfossilien längere fossile Bereiche haben als der erste Denken.[49] Stratigraphie und Biostratigraphie können im Allgemeinen nur eine relative Datierung liefern (A war vorher B), was oft ausreicht, um die Evolution zu untersuchen. Dies ist jedoch in einigen Zeiträumen schwierig Kontinente.[49]

Familienbaumbeziehungen können auch dazu beitragen, das Datum einzugrenzen, als die Abstammungslinien zum ersten Mal erschienen. Wenn beispielsweise Fossilien von B oder C vor x Million Jahren und des kalkulierten "Stammbaums" ein Vorfahr von B und C stammen, muss A vor mehr als x Million Jahren weiterentwickelt haben.

Es ist auch möglich zu schätzen, wie lange es her ist, wie lange zwei lebende Kladen - d. H. Ungefähr wie lange her sind, wie lange her ist, dass ihr letzter gemeinsamer Vorfahr gelebt haben muss - durch Annahme dieser DNA Mutationen sich mit konstanter Geschwindigkeit ansammeln. Diese "Molekulare Uhren"Sie sind jedoch fehlbar und bieten nur ein sehr ungefähres Timing: Sie sind beispielsweise nicht ausreichend präzise und zuverlässig, um zu schätzen, wann die Gruppen, die in der vorgehen kambrische Explosion zuerst entwickelt,[50] und Schätzungen, die durch verschiedene Techniken erzeugt werden, können um den Faktor zwei variieren.[16]

Geschichte des Lebens

Diese falten "Elefantenhaut" -Textur ist a Spurenfossil von einem NichtsStromatolit mikrobielle Matte. Das Bild zeigt den Ort in der Burgsvik -Betten von Schweden, wo die Textur erstmals als Beweis einer mikrobiellen Matte identifiziert wurde.[51]
Hauptartikel: Evolutionsgeschichte des Lebens
Weitere Informationen: Zeitleiste der Evolutionsgeschichte des Lebens

Erde bildete sich Vor 4,570 Millionen Jahren und nach einer Kollision, die das bildete Mond Ungefähr 40 Millionen Jahre später haben sich möglicherweise schnell genug abgekühlt, um Ozeane und eine Atmosphäre zu haben Vor 440 Millionen Jahren.[52][53] Es gibt Hinweise auf den Mond von a Spät schwere Bombardierung von Asteroiden von Vor 4.000 bis 3.800 Millionen Jahren. Wenn wie wahrscheinlich eine solche Bombardierung gleichzeitig die Erde getroffen hat, wurden möglicherweise die erste Atmosphäre und die Ozeane entfernt.[54]

Paläontologie verfolgt die evolutionäre Geschichte des Lebens zurück, um es zu übertreffen Vor 3.000 Millionen Jahrenmöglicherweise soweit Vor 3.800 Millionen Jahren.[55] Der älteste klare Beweis für das Leben auf Erden stammt aus Vor 3.000 Millionen Jahren, obwohl es oft umstrittene Berichte gab Fossil Bakterien von Vor 3.400 Millionen Jahren und von geochemischen Beweisen für die Vorhandensein des Lebens Vor 3.800 Millionen Jahren.[14][56] Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass das Leben auf der Erde war "Säed" von anderswo,[57][58][59] Die meisten Forschungen konzentrieren sich jedoch auf verschiedene Erklärungen, wie das Leben haben könnte unabhängig entstanden auf der Erde.[60]

Seit etwa 2.000 Millionen Jahren mikrobielle Matten, mehrschichtige Kolonien verschiedener Bakterien, waren das dominante Leben auf der Erde.[61] Die Entwicklung von Sauerstoffische Photosynthese ermöglichte ihnen, die wichtigste Rolle in der zu spielen Oxygenierung der Atmosphäre[27] Ab ca Vor 2.400 Millionen Jahren. Diese Veränderung der Atmosphäre erhöhte ihre Wirksamkeit als Evolutionspflicht.[62] Während Eukaryoten, Zellen mit komplexen inneren Strukturen könnten früher vorhanden sein, und ihre Entwicklung beschleunigte, als sie die Fähigkeit erwarben, Sauerstoff aus a zu transformieren Gift zu einer mächtigen Quelle von Stoffwechsel- Energie. Diese Innovation kann aus primitiven Eukaryoten stammen, die sauerstoffbetriebene Bakterien als erfassen Endosymbionten und sie in verwandeln in Organellen genannt Mitochondrien.[55][63] Der früheste Beweis für komplexe Eukaryoten mit Organellen (wie Mitochondrien) stammt aus Vor 1,850 Millionen Jahren.[28]

Opabinien weckte ein modernes Interesse an der kambrische Explosion

Mehrzellig Das Leben besteht nur aus eukaryotischen Zellen, und der früheste Beweis dafür ist die Frankreichvillianische Gruppe Fossilien aus Vor 2.100 Millionen Jahren,[64] Obwohl die Spezialisierung von Zellen für verschiedene Funktionen zuerst zwischen sich auftritt Vor 1,430 Millionen Jahren (ein möglicher Pilz) und Vor 1.200 Millionen Jahren (ein Wahrscheinlichkeit rote Alge). Sexual reproduction Kann eine Voraussetzung für die Spezialisierung von Zellen sein, da ein asexueller mehrzelliger Organismus das Risiko ausgesetzt sein könnte, von Schurkenzellen übernommen zu werden, die die Fähigkeit zu reproduzieren haben.[65][66]

Die frühesten bekannten Tiere sind Cnidarier Ab ca Vor 580 Millionen Jahren, aber diese sehen so modern aus, dass es Nachkommen früherer Tiere sein muss.[67] Frühe Fossilien von Tieren sind selten, weil sie sich nicht entwickelt hatten mineralisiert, leicht versteinerte harte Teile bis ungefähr Vor 548 Millionen Jahren.[68] Das früheste modern aussehende Bilaterianer Tiere erscheinen früh Cambrianzusammen mit mehreren "seltsamen Wundern", die kaum offensichtliche Ähnlichkeit mit modernen Tieren haben. Es gibt eine langjährige Debatte darüber, ob dies kambrische Explosion war wirklich eine sehr schnelle Periode des Evolutionsexperimentierens; Alternative Ansichten sind, dass sich moderne Tiere früher weiterentwickeln, aber Fossilien ihrer Vorläufer wurden noch nicht gefunden oder dass die "seltsamen Wunder" sind evolutionäre "Tanten" und "Cousins" von modernen Gruppen.[69] Wirbeltiere blieb eine Nebengruppe, bis der erste Kieferfisch spät erschien Ordovizer.[70][71]

Bei etwa 13 Zentimetern (5,1 Zoll) die frühe Kreidezeit Yanoconodon war länger als das durchschnittliche Säugetier der Zeit[72]

Die Ausbreitung von Tieren und Pflanzen von Wasser zu Land erforderte Organismen, um mehrere Probleme zu lösen, einschließlich des Schutzes gegen das Austrocknen und die Unterstützung Schwere.[73][74][75][76] Der früheste Beweis für Landpflanzen und Landwirttiere stammt aus ungefähr ungefähr Vor 476 Millionen Jahren und Vor 490 Millionen Jahren beziehungsweise.[75][77] Diese Wirbellosen, wie sie durch ihre Spuren- und Körperfossilien angezeigt wurden, wurden als Arthropoden bekannt als bekannt als Euthycarcinoide.[78] Die Linie, die Land Wirbeltiere produzierte Vor 370 Millionen Jahren und Vor 360 Millionen Jahren;[79] Jüngste Entdeckungen haben frühere Ideen über die Geschichte und die treibenden Kräfte hinter ihrer Entwicklung aufgehoben.[80] Landpflanzen waren so erfolgreich, dass ihr Detritus eine verursachte Ökologische Krise spät Devonian, bis die Entwicklung von Pilzen, der tote Holz verdauen konnte.[30]

Vögel sind die einzigen überlebenden Dinosaurier[81]

Während der Perm Zeitraum, Synapsiden, einschließlich der Vorfahren von Säugetiere, kann Landumgebungen dominiert haben,[82] Aber das endete mit dem Perm -Trisic -Aussterben Vor 251 Millionen Jahren, was dem gesamten komplexen Leben sehr nahe kam.[83] Die Aussterben waren anscheinend ziemlich plötzlich, zumindest bei Wirbeltieren.[84] Während der langsamen Genesung von dieser Katastrophe eine zuvor obskure Gruppe, Archosaurier, wurde der häufigste und vielfältigste terrestrische Wirbeltiere. Eine Archosauriergruppe, die Dinosaurier, waren die dominierenden Land Wirbeltiere für den Rest der Mesozoikum,[85] und Vögel entwickelten sich aus einer Gruppe von Dinosauriern.[81] Während dieser Zeit überlebten die Vorfahren der Säugetiere nur als klein, hauptsächlich nachtaktiv Insektenfresser, was die Entwicklung von Säugetiermerkmalen wie beschleunigt haben könnte, wie z. Endothermie und Haare.[86] Nach dem Kreidezeit -Auslöschungsereignis Vor 66 Millionen Jahren[87] Alle Dinosaurier mit Ausnahme der Vögel getötet, nahmen die Säugetiere schnell an Größe und Vielfalt zu, und einige gingen in die Luft und das Meer.[88][89][90]

Fossile Beweise deuten darauf hin blühende Plfanzen erschien früh und schnell diversifiziert Kreide zwischen Vor 130 Millionen Jahren und Vor 90 Millionen Jahren.[91] Ihr schneller Aufstieg zur Dominanz terrestrischer Ökosysteme soll von angetrieben worden sein Koevolution mit Bestäubung Insekten.[92] Soziale Insekten erschien ungefähr zur gleichen Zeit und zwar, obwohl sie nur kleine Teile des "Stammbaums" in Insekten ausmachen, bilden jetzt mehr als 50% der Gesamtmasse aller Insekten.[93]

Menschen entwickelten sich aus einer Linie des aufrechten Walkings Affen deren früheste Fossilien stammen von Over Vor 6 Millionen Jahren.[94] Obwohl frühe Mitglieder dieser Abstammung hatten Schimpanse-Greize Gehirne, etwa 25% so groß wie moderne Menschen, es gibt Anzeichen einer stetigen Zunahme der Gehirngröße danach ungefähr Vor 3 Millionen Jahren.[95] Es gibt eine langjährige Debatte darüber, ob modern Menschen sind Nachkommen von a Single kleine Bevölkerung in Afrika, was dann vor weniger als 200.000 Jahren weltweit wanderte und früher ersetzt wurde Hominin Spezies, oder entstand gleichzeitig weltweit als Ergebnis von Kreuzung.[96]

Massensterben

Extinction intensity.svgCambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene
Marine -Aussterbenintensität während der Phanerozoikum
%
Vor Millionen von Jahren
Extinction intensity.svgCambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene
Offensichtliche Aussterbenintensität, d. H. Der Bruchteil von Gattungen zu jeder Zeit ausgestorben sein, wie aus dem rekonstruiert Fossilien (Diagramm nicht für die jüngste Epoche von enthalten Holozän Aussterben)
Hauptartikel: Massenaussterben

Das Leben auf der Erde hat zumindest seitdem gelegentlich Massenaussterben erlitten Vor 542 Millionen Jahren. Trotz ihrer katastrophalen Wirkungen haben die Massenaussterben manchmal die Entwicklung des Lebens auf der Erde beschleunigt. Wenn eine Dominanz eines ökologische Nische Übergeht von einer Gruppe von Organismen zu einer anderen, dies liegt selten daran, dass die neue dominante Gruppe das Alte aussieht, aber normalerweise, weil ein Aussterbenereignis es der neuen Gruppe ermöglicht, das Alte zu überleben und in seine Nische zu ziehen.[97][98]

Der Fossilienbestand scheint zu zeigen, dass sich die Aussterbenrate verlangsamt, wobei beide Lücken zwischen Massenauslöschungen länger werden und die Durchschnitts- und die Hintergrundrate des Aussterbens abnehmen. Es ist jedoch nicht sicher, ob sich die tatsächliche Aussterbensrate geändert hat, da diese beiden Beobachtungen auf verschiedene Weise erklärt werden konnten:[99]

  • Die Ozeane sind in den letzten 500 Millionen Jahren möglicherweise gastfreundlicher für das Leben geworden und weniger anfällig für das Aussterben von Massen: gelöster Sauerstoff wurde weiter verbreitet und in größere Tiefen durchdrungen; Die Entwicklung des Lebens in Land reduzierte den Abfluss von Nährstoffen und damit das Risiko von Eutrophierung und anoxische Ereignisse; Marine -Ökosysteme wurden so diversifizierter Nahrungskette waren weniger wahrscheinlich gestört.[100][101]
  • Einigermaßen vollständig Fossilien sind sehr selten: Die ausgestorbensten Organismen werden nur durch teilweise Fossilien dargestellt, und vollständige Fossilien sind in den ältesten Felsen am seltensten. Paläontologen haben also fälschlicherweise Teilen desselben Organismus für unterschiedliche Weise zugeordnet Gattungen, die oft nur definiert wurden, um diesen Funden unterzubringen - die Geschichte von Anomalocaris ist ein Beispiel dafür.[102] Das Risiko dieses Fehlers ist für ältere Fossilien höher, da diese häufig im Gegensatz zu Teilen eines lebenden Organismus sind. Viele "überflüssige" Gattungen werden durch Fragmente dargestellt, die nicht wieder gefunden werden, und diese "überflüssigen" Gattungen werden sehr schnell als ausgestorben.[99]
"Gut definierte" Gattungen
Trendlinie
"Große Fünf" Massensterben
Andere Massensterben
Vor Millionen Jahren
Tausende von Gattungen
Phanerozoische Artenvielfalt, wie aus dem Fossilienbestand gezeigt

Biodiversität im Fossilienbestand, das ist

"Die Anzahl der unterschiedlichen Gattungen, die zu jeder Zeit lebendig sind; das heißt, diejenigen, deren erstes Vorkommen vorgeht und deren letzter Ereignis diese Zeit abbiegt."[103]

zeigt einen anderen Trend: Ein ziemlich schneller Aufstieg aus 542 bis 400 Millionen Jahre, ein geringfügiger Rückgang von Vor 400 bis 200 Millionen Jahren, in dem verheerend Perm -Trisic -Aussterben ist ein wichtiger Faktor und ein schneller Anstieg von Vor 200 Millionen Jahren bis heute.[103]

Geschichte

Hauptartikel: Geschichte der Paläontologie
Weitere Informationen: Zeitleiste der Paläontologie
Diese Illustration eines Indischer Elefant Kiefer und a Mammut- Kiefer (oben) stammt von Cuvier1796 Papier über lebende und fossile Elefanten.

Obwohl die Paläontologie um 1800 etabliert wurde, hatten frühere Denker Aspekte der Fossil Aufzeichnung. Der alte Griechische Philosoph Xenophanes (570–480 v. Chr.) Aus fossilen Muscheln der Fossilien, dass einige Landgebiete einst unter Wasser standen.[104] Während der Mittelalter der persische Naturforscher Ibn Sina, bekannt als Avicenna in Europa, diskutierte Fossilien und schlug eine Theorie der Verderbflüssigkeiten vor, auf die Albert von Sachsen im 14. Jahrhundert ausgearbeitet.[104] Der chinesische Naturforscher Shen Kuo (1031–1095) schlugen eine Theorie des Klimawandels vor versteinert Bambus in Regionen, die in seiner Zeit für Bambus zu trocken waren.[105]

Im Frühmoderne EuropaDie systematische Untersuchung von Fossilien entstand als ein wesentlicher Bestandteil der Veränderungen in Naturwissenschaft das geschah während der Zeitalter der Vernunft. In der italienischen Renaissance, Leonardo da Vinci leistete verschiedene bedeutende Beiträge zum Feld und zeigte zahlreiche Fossilien. Leonardos Beiträge sind von zentraler Bedeutung für die Geschichte der Paläontologie, da er eine Kontinuitätslinie zwischen den beiden Hauptzweigen der Paläontologie - Ichnologie und fossile Körperpaläontologie - etablierte.[106][107][108] Er identifizierte Folgendes:[106]

  1. Die biogene Natur von Ichnofossilien, d. H. Ichnofossilien, waren Strukturen, die von lebenden Organismen hinterlassen wurden;
  2. Die Nützlichkeit von Ichnofossils als Paläo -Umweltwerkzeuge - bestimmte Ichnofossilien zeigen den marinen Ursprung der Gesteinsschichten;
  3. Die Bedeutung des neoichnologischen Ansatzes - jüngste Spuren sind ein Schlüssel zum Verständnis von Ichnofossils;
  4. Die Unabhängigkeit und der ergänzende Nachweis von Ichnofossilien und Körperfossilien - Ichnofossils unterscheiden

Ende des 18. Jahrhunderts Georges CuvierDie Arbeit etabliert Vergleichende anatomie Als wissenschaftliche Disziplin und durch Beweis, dass einige fossile Tiere keinen lebenden, zeigten, dass Tiere werden konnten ausgestorben, was zur Entstehung der Paläontologie führt.[109] Das wachsende Wissen über den fossilen Rekord spielte insbesondere eine zunehmende Rolle bei der Entwicklung der Geologie, insbesondere bei der Entwicklung der Geologie Stratigraphie.[110]

Erste Erwähnung des Wortes Palæontologie, wie im Januar 1822 von geprägt von Henri Marie Ducrotay de Blainville in seinem Journal de Physique.

In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde die geologische und paläontologische Aktivität zunehmend gut mit dem Wachstum geologischer Gesellschaften und Museen organisiert[111][112] und immer mehr professionelle Geologen und fossile Spezialisten. Das Interesse stieg aus Gründen, die nicht rein wissenschaftlich waren, da Geologie und Paläontologie Industrialisten half, natürliche Ressourcen wie Kohle zu finden und zu nutzen.[104] Dies trug zu einer raschen Erhöhung des Wissens über die Geschichte des Lebens auf der Erde und dazu bei, die Definition der Definition des Geologische Zeitskala, weitgehend auf fossilen Beweisen. Obwohl sie von der wissenschaftlichen Gemeinschaft selten anerkannt wurde,[113] Mary Anning war ein wesentlicher Beitrag zum Bereich der Paläontologie in dieser Zeit; Sie entdeckte mehrere Roman Mesozoikum Reptilienfossilien und abgezogen, was damals bekannt wurde Bezoar Steine ​​sind tatsächlich Fossilisierte Fäkalien.[114] 1822 Henri Marie Ducrotay de Blainville, Herausgeber von Journal de Physique, prägte das Wort "Paläontologie", um sich auf das Studium alter lebender Organismen durch Fossilien zu beziehen.[115] Als sich die Kenntnis der Geschichte des Lebens weiter verbesserte, wurde es immer deutlicher, dass die Entwicklung des Lebens eine Art aufeinanderfolgende Ordnung gegeben hatte. Dies ermutigte frühe Evolutionstheorien über die Transmutation von Arten.[116] Nach Charles Darwin veröffentlicht Entstehung der Arten Im Jahr 1859 verlagerte sich ein Großteil des Fokus der Paläontologie auf das Verständnis evolutionär Wege, einschließlich menschliche Evolutionund Evolutionstheorie.[116]

Haikouichthys, Ab ca Vor 518 Millionen Jahren In China kann der früheste bekannte Fisch sein[117]

In der letzten Hälfte des 19. Jahrhunderts war eine enorme Expansion der paläontologischen Aktivität, insbesondere in Nordamerika.[118] Der Trend wurde im 20. Jahrhundert fortgesetzt, wobei zusätzliche Regionen der Erde für die systematische Sammlung fossiler Fossilien geöffnet wurden. In China gegen Ende des 20. Jahrhunderts, die in China gefunden wurden, waren besonders wichtig, da sie neue Informationen über die früheste Entwicklung von Tieren, frühen Fischen, Dinosauriern und der Entwicklung von Vögeln geliefert haben.[119] In den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts wurde ein erneutes Interesse an Massensterben und ihre Rolle in der Entwicklung des Lebens auf Erden.[120] Es gab auch ein erneutes Interesse an der kambrische Explosion Das sah offenbar die Entwicklung der Körperpläne der meisten Tier Phyla. Die Entdeckung von Fossilien der Ediacaran Biota und Entwicklungen in Paläobiologie Erweitertes Wissen über die Geschichte des Lebens weit vor dem Kambrianer.[69]

Steigerung des Bewusstseins von Gregor Mendel'S Pionierarbeit in Genetik führte zuerst zur Entwicklung von Populationsgenetik und dann Mitte des 20. Jahrhunderts zum Moderne evolutionäre Synthese, was erklärt Evolution als Ergebnis von Ereignissen wie z. Mutationen und Horizontaler Gentransfer, was liefern genetische Variation, mit Genetische Drift und natürliche Auslese Fahrveränderungen in dieser Variation im Laufe der Zeit.[120] Innerhalb der nächsten Jahre die Rolle und der Betrieb von DNA In genetischer Erbe wurden entdeckt, was zu dem führten, was heute als die genannt wird "Zentrales Dogma" der molekularen Biologie.[121] In den 1960ern Molekulare Phylogenetik, die Untersuchung evolutionärer "Stammbäume" durch Techniken, die abgeleitet werden Biochemie, begann eine Wirkung, insbesondere als vorgeschlagen wurde, dass die menschliche Abstammung abweichen Affen viel in jüngerer Zeit als zu dieser Zeit allgemein angenommen.[122] Obwohl diese frühe Studie verglichen wurde Proteine Von Affen und Menschen basiert die meisten molekularen Phylogenetikforschung nun auf Vergleiche von RNA und DNA.[123]

Siehe auch

Anmerkungen

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