Sự sống trên Trái Đất: 4 tỉ năm trong một dòng thời gian

Trái Đất bắt đầu như một quả cầu đá nóng chảy, không khí quyển thở được, không đại dương, không gì sống nổi trên bề mặt. Bốn tỉ rưỡi năm sau, một trong những sản phẩm của nó đang đọc dòng này.

Bài này đi qua các mốc lớn theo thứ tự thời gian. Điều đáng chú ý nhất không phải từng mốc, mà là khoảng cách giữa chúng: sự sống đơn bào chiếm gần ba tỉ năm đầu, còn toàn bộ động vật, thực vật và con người chen chúc trong nửa tỉ năm cuối.

Hình thành: 4,54 tỉ năm trước

Trái Đất tụ lại từ đĩa bụi khí quanh Mặt Trời non trẻ. Các mẫu vật cổ nhất — thiên thạch và tinh thể zircon ở Tây Australia có tuổi tới 4,4 tỉ năm — cho phép xác định niên đại này khá chắc chắn.

Ban đầu nó là một hành tinh nóng chảy. Kim loại nặng chìm vào trong tạo thành lõi, vật chất nhẹ nổi lên tạo thành lớp phủ và vỏ. Cấu trúc phân lớp đó vẫn còn tới hôm nay, và chính dòng chất lỏng dẫn điện trong lõi mới là thứ sinh ra từ trường bảo vệ khí quyển.

Cú va chạm tạo ra Mặt Trăng: khoảng 4,5 tỉ năm trước

Một thiên thể cỡ Sao Hoả, thường được gọi là Theia, đâm vào Trái Đất non trẻ. Vật chất văng ra tụ lại thành Mặt Trăng.

Hệ quả kéo dài tới tận bây giờ. Mặt Trăng ổn định độ nghiêng trục quay của Trái Đất, giữ cho khí hậu không dao động hỗn loạn qua các chu kỳ dài. Đồng thời thuỷ triều do nó gây ra hãm dần tốc độ tự quay: ngày trên Trái Đất sơ khai chỉ dài vài giờ, và nó đã giãn ra thành 24 giờ như hiện nay.

Đại dương và tế bào đầu tiên: 4,4–3,5 tỉ năm trước

Khi bề mặt nguội đủ để nước lỏng tồn tại, đại dương hình thành. Nguồn nước đến từ chính vật chất tạo nên hành tinh cộng thêm đóng góp của các thiên thể va chạm — tỉ lệ giữa hai nguồn vẫn đang được tranh luận.

Hoá thạch vi khuẩn cổ nhất được chấp nhận rộng rãi có tuổi khoảng 3,5 tỉ năm, và các dấu vết hoá học của hoạt động sống có thể còn sớm hơn. Nghĩa là sự sống xuất hiện khá nhanh sau khi hành tinh trở nên ở được — một trong những lý do nhiều nhà khoa học cho rằng sự sống có thể không hiếm trong vũ trụ.

Stromatolite — những khối đá phân lớp do thảm vi khuẩn tạo ra — là bằng chứng nhìn được bằng mắt thường về giai đoạn này, và chúng vẫn đang hình thành ở vịnh Shark, Australia.

Sự kiện oxy hoá lớn: khoảng 2,4 tỉ năm trước

Vi khuẩn lam học được cách quang hợp và thải ra oxy. Ban đầu oxy bị sắt hoà tan trong đại dương hấp thụ hết, tạo thành các tầng quặng sắt dải — nguồn sắt mà phần lớn ngành thép hiện đại đang khai thác.

Khi sắt cạn, oxy bắt đầu tích tụ trong khí quyển. Với hầu hết sinh vật khi đó, oxy là chất độc, và sự kiện này có thể là cuộc tuyệt chủng hàng loạt lớn nhất từng xảy ra — chỉ là nạn nhân đều là vi sinh vật nên không để lại hoá thạch dễ nhận ra.

Trái Đất quả cầu tuyết: 720–635 triệu năm trước

Trong kỷ Cryogen, băng lan tới tận vùng nhiệt đới, có thể phủ gần kín hành tinh. Cơ chế là một vòng lặp tự khuếch đại: càng nhiều băng thì càng phản xạ ánh sáng, càng lạnh, càng nhiều băng.

Thứ phá vỡ vòng lặp là núi lửa. Băng che phủ khiến quá trình phong hoá đá — vốn hút CO₂ khỏi khí quyển — gần như dừng lại, trong khi núi lửa vẫn tiếp tục thải CO₂. Sau hàng triệu năm, hiệu ứng nhà kính tích tụ đủ mạnh để làm tan băng.

Bùng nổ Cambri: 538 triệu năm trước

Trong khoảng 20–25 triệu năm, gần như toàn bộ các ngành động vật hiện đại xuất hiện trong hoá thạch. Đây là lần đầu tiên có bộ xương cứng, mắt, và săn mồi chủ động — kẻ săn và con mồi bắt đầu chạy đua vũ trang tiến hoá, một áp lực chọn lọc chưa từng có trước đó.

Bọ ba thuỳ là biểu tượng của giai đoạn này, còn Anomalocaris dài tới nửa mét là kẻ săn mồi đứng đầu.

Lên cạn: 470–360 triệu năm trước

Thực vật lên cạn trước, khoảng 470 triệu năm trước, và phải mất rất lâu mới phát triển được mô dẫn để mọc cao. Động vật chân đốt theo sau.

Động vật có xương sống bốn chân — tetrapod — xuất hiện vào cuối kỷ Devon, khoảng 375–360 triệu năm trước, tiến hoá từ nhóm cá vây thuỳ. Tiktaalik và Ichthyostega là những dạng chuyển tiếp nổi tiếng nhất. Lưu ý rằng tetrapod là cả một nhánh sinh vật, không phải một loài.

Kỷ Than đá tiếp theo để lại hai di sản: các mỏ than hiện đại, và trứng có màng ối — bước tiến cho phép bò sát đẻ trứng trên cạn mà không cần quay về nước.

Hai lần tuyệt chủng, hai lần đổi ngôi

252 triệu năm trước, đại tuyệt chủng Permi xoá sổ khoảng 80% loài sinh vật biển và mở đường cho nhóm archosaur.

66 triệu năm trước, một tiểu hành tinh đường kính khoảng 10 km đâm xuống vùng ngày nay là bán đảo Yucatán, để lại hố Chicxulub. Bụi và sulfat che khuất Mặt Trời trong nhiều năm, chuỗi thức ăn sụp đổ. Mọi loài khủng long không phải chim đều biến mất; hoạt động núi lửa Deccan Traps cùng thời có thể đã làm hệ sinh thái suy yếu sẵn từ trước.

Động vật có vú sống sót nhờ nhỏ, ăn tạp và đào hang được.

Đường tới loài người

Sau vụ tuyệt chủng, động vật có vú toả ra chiếm mọi ổ sinh thái trống. Linh trưởng xuất hiện khoảng 55 triệu năm trước với những đặc điểm định hình cả nhánh: ngón cái đối diện để cầm nắm, mắt hướng về phía trước cho thị giác lập thể.

Dấu chân Laetoli ở Tanzania, khoảng 3,66 triệu năm tuổi, là bằng chứng trực tiếp sớm nhất về dáng đi hai chân, thuộc về chi Australopithecus.

Homo erectus xuất hiện khoảng 1,9 triệu năm trước và là loài người đầu tiên rời châu Phi. Homo sapiens xuất hiện khoảng 300.000 năm trước — hoá thạch ở Jebel Irhoud, Maroc đã đẩy mốc này lùi xa hơn nhiều so với con số 100.000 năm từng được dùng phổ biến.

Nông nghiệp bắt đầu khoảng 12.000 năm trước, khi kỷ băng hà cuối cùng kết thúc. Toàn bộ lịch sử thành văn của loài người gói gọn trong khoảng 5.000 năm.

Tỉ lệ thật

Nếu nén 4,54 tỉ năm thành một năm dương lịch:

Sự sống đơn bào chiếm gần ba tỉ năm đầu tiên. Nếu ở đâu đó ngoài kia có sự sống, khả năng cao nhất là ta sẽ tìm thấy nó ở dạng vi khuẩn, chứ không phải dạng có thể trả lời tín hiệu.

---

Biên tập lại từ bài Hình thành và tiến hóa của sự sống trên Trái Đất của Đặng Vũ Tuấn Sơn, đăng trên Thiên văn Việt Nam (VACA). Bản quyền nội dung gốc thuộc về VACA.

Đọc thêm

• Hành trình vào tâm Trái Đất
• Mặt Trời: lò phản ứng giữ cả hệ hành tinh