地球の大気は、大量の窒素（78パーセント）、少量の酸素（21パーセント）、アルゴンの飛沫（0.93パーセント）、少量の二酸化炭素（0.038パーセント）、および微量の他のガスで構成されています。 しかし、常にそうではありませんでした。 大気中のガスの組成は変化する可能性があり（そして化石燃料を燃やすにつれて現在変化しています）、化石記録は空気のように一見単純なものがいかに生命の歴史に影響を与えるかを明らかにしています。
石炭紀の終わり近くに、現在3億年前の北米を訪れた場合、あなたは非常になじみのないシーンに迎えられたでしょう。 景観は、巨大なライコポッド（木の大きさに成長したクラブコケの相対的なもの）、長さ20フィート近くまでの水陸両生脊椎動物、そして巨大な節足動物で満たされた広大な沼地に支配されていました。 2フィート以上の翼幅を持ったトンボの親Megaであるメガニューラは、長さ9フィートのヤスデである巨大なArthropleuraの上を空中にbきました。 地球上の無脊椎動物がこれほどまでに成長したことはありません。
このramp延した巨人主義の引き金は、石炭紀後期に酸素レベルを大気の35％にまで高めた植物の独特で新しく進化した特性でした。 緑豊かな赤道森林は、光合成の副産物としてかなりの量の酸素を生成しましたが、それだけでは大気中の酸素をそのような高レベルに追い込むには十分ではありませんでした。 原因は、植物がそれ自体を構築するために使用する化学物質リグニンでした。 当時の細菌は死んだ植物のリグニンを分解するのに非常に非効率的であったため、大量の炭素に富んだ植物材料を残して沼地に隔離されました（そして最終的に石炭紀にその名前を与えた豊かな石炭鉱床に変換しました） 。 バクテリアは炭素が豊富な物質を分解するときに酸素を使用しますが、バクテリアが化合物を分解する能力を進化させるまで、リグニンはこのプロセスを妨げました。 この生物学的癖により、酸素レベルが急上昇しました。
酸素の過剰により、両生類は皮膚からいくらかのガスを取り入れ、より効率的に呼吸し、より大きなサイズに成長することができました。 節足動物は別の方法で呼吸します。無脊椎動物の外骨格の小さな開口部を細胞に接続する気管と呼ばれる分岐管のネットワークを持ち、このシステムを介して体内に酸素が浸透します。 酸素が豊富な大気では、この分岐ネットワークを介してより多くの酸素が拡散する可能性があり、これにより節足動物も巨大な割合まで成長できる進化経路が開かれました。 酸素が空気圧を高めたという事実は、当時の大型飛行昆虫が翼の各ビートでより多くの揚力を得たことを意味し、飛節足動物は現代の親relativeにとって構造的に不可能なサイズに達することができました。
巨大な節足動物がrawい回っている間、最初の羊膜は、殻付きの卵を介して繁殖する能力によって水とのつながりを断ち切ったトカゲのような脊椎動物でもありました。 地球の歴史の次の章、ペルム紀（約2億9900万から2億5100万年前）で、これらの初期の恐竜と哺乳類の親類は、初期の哺乳類の親類（総称してシナプシド）とともに、さまざまな新しい形態を生み出しました。特に、生態学的な優位性を獲得しています。 陸上生態系は、初めて、さまざまな規模の捕食者と草食動物の相互接続ネットワークをサポートし、約2億5千万年前までに、地球に生息する陸生脊椎動物の約40の異なる家族がいました。 しかし、この期間の終わりには、この多様性のほとんどすべてが、この惑星がこれまでに知らなかった最大の自然災害によって消滅しました。
古生物学の初期の時代、自然主義者は、化石記録からのいくつかの種の突然の大量消失とそれに続く新しい異なる動物相の出現により、地質学の歴史の境界をマークしました。 彼らはその時に気づかなかったが、彼らがやっていたことは大量絶滅をマークオフすることであり、二畳紀を終わらせたのはおそらく地球史上最悪だった。 既知のすべての海の生き物の最大95パーセントが消滅し、陸上動物の70パーセントも消滅しました。 ブリストル大学の古生物学者マイケル・ベントンは、この出来事を「生命がほとんど死んだとき」と呼んでいます。
しかし、大量絶滅イベントを特定することは、それを説明することと同じではありません。そして、二畳紀末の大惨事は、おそらく史上最も不可解な殺人ミステリーです。 科学者は、地球規模の冷却、宇宙線による衝撃、大陸の移動、小惑星への影響など、絶滅の可能性のあるトリガーのリストを提案しましたが、多くの古生物学者の主な容疑者は現在、シベリアトラップ、約800, 000平方マイルに及ぶ火山の激しい噴火です溶岩のある現在のロシアの
ペルム紀の終わりの地球は、今日よりもはるかに暖かかった。 大気には二酸化炭素が比較的多く含まれていたため、氷河がほとんどない温室効果の世界が広がっていました。 シベリアのruptの噴火は、大量の温室効果ガスを大気中に追加し、さらに地球温暖化を引き起こし、海洋の酸性度を高め、大気中の酸素レベルを低下させたでしょう。 大気へのこれらの劇的な変化と結果として生じる環境効果は、多くの生物が酸素不足から窒息する原因になりますが、他の生物は血液中の過剰な二酸化炭素で死ぬか、これらの新しい生物に生理学的に対処することができなかったために死んでしまうでしょう条件。 かつては豊かで多様な生物のコミュニティが繁栄していましたが、絶滅は空いている生息地で増殖した少数の種の「危機」コミュニティのみを残しました。
大気へのこれらの変化は、2億5100万年前に進化ツリーを大幅に剪定しましたが、惑星を永久に住みにくいものにしませんでした。 生命は進化し続け、酸素、二酸化炭素、その他のガスのレベルは変動し続け、「温室」状態から「氷室」状態への気候を何度も刺激しました。
地球は今や新しい温室時代に突入するかもしれませんが、現在のユニークな点は、人間が空気を形作るのに積極的な役割を果たしていることです。 化石燃料の欲求は、気候を変えるように大気を変化させ、二酸化炭素と他の温室効果ガスを混合物に追加します。これらの変動は、絶滅と進化の両方に大きな影響を及ぼす可能性があります。
地球の現在の状況は、二畳紀後期の状況とは十分に異なるため、同様の大災害は起こりそうにありませんが、古代の気候について学べば学ぶほど、大気の突然の変化は致命的である可能性があります。 国際北極圏研究センターの生物地球化学者ナタリア・シャホバが率いる最近の研究は、すでに世界中の生態系を変えている地球温暖化を急速に立ち上げることができる転換点に近づいているかもしれないことを示唆しています。 東シベリア北極大陸棚の永久凍土層の下には、最も強力な温室効果ガスの1つであるメタンの巨大な貯蔵庫があります。 永久凍土はガスに対する凍結キャップとして機能しますが、シャホバはキャップに漏れがあることを発見しました。 科学者は、メタン漏出が正常なのか、それとも最近の地球温暖化の産物なのかはわかりませんが、現在の予測が正しい場合、地球の気候が温暖化するにつれて、海面が上昇し、永久凍土を溶かす東シベリア北極大陸棚をflood濫させますさらに多くのガスを放出します。 より多くの温室効果ガスが蓄積するにつれて、惑星はこれに近づき、世界中の生息地の急速な変化を引き起こす可能性のある他の可能な転換点に近づきます。
おそらく、巨大な節足動物が35パーセントの酸素で構成される空気を飛ぶことを可能にする特異な条件は二度と繰り返されず、地球がペルム紀の終わりに大惨事を再生しないことを期待できますが、温室気候を育てることで私たちの種は地球上の生命の歴史を積極的に変える。 これらの変化が私たちだけでなく世界の生物多様性にどのように影響するかは、最終的には拡大し続ける化石記録に記録されます。
