Отже, жива речовина (біота) — продуценти, консументи й редуценти — утворила ланцюг живлення (трофічний ланцюг), який через неживу речовину — мінеральні сполуки — замкнувся в коло. Відтоді продуценти синтезували органічні речовини з неорганічних, консументи їх трансформували, а редуценти розкладали до мінеральних сполук, які потім знову споживалися продуцентами для процесів синтезу. З потоку речовин у цьому колі утворився біологічний кругообіг речовин.
Геологічний і біологічний кругообіги речовин разом склали біогеохімічний кругообіг, з'єднавши в ньому водночас величезну потужність першого й надзвичайні швидкість та активність другого. Біогеохімічний кругообіг "налагоджувався" приблизно 1,5-2 млрд років, потім стабілізувався, суттєво не змінюючись протягом більш як 2 млрд років — дотепер.
Поява фотосинтезуючих продуцентів, окрім усього іншого, мала один важливий наслідок — на Землі сформувалася киснева атмосфера, яка визначила подальші етапи еволюції планети й біосфери.
Майже всі первинні прокаріотичні організми були анаеробами. Кисень, життєво необхідний переважній більшості видів, що існують нині, для давніх організмів був однією з найсильніших отрут. Надзвичайно активний окиснювач, вільний кисень, руйнував, дезактивував, "спалював" більшість ферментів давніх бактерій-анаеробів, тому вони діставали енергію лише за рахунок безкисневих і низькоефективних процесів бродіння й розщеплення простих цукрів — шляхом гліколізу. Однак саме кисень виділяли в процесі фотосинтезу первинні продуценти-фотоавтотрофи — синьо-зелені водорості. Оскільки через високу вулканічну активність планети давні моря були дуже теплими, то лише незначна кількість цього кисню розчинялась у воді Світового океану. Основна маса кисню нагромаджувалася в атмосфері, де зрештою окиснювала метан і аміак у вуглекислий газ, вільний азот та його оксиди. З дощами вуглекислий азот і азотні сполуки потрапляли в океан і там споживалися продуцентами. Поступово кисень замістив у атмосфері метан і аміак. Частина кисню під впливом сонячного світла й електричних розрядів у атмосфері перетворювалася на озон. Молекули озону, концентруючись у верхніх шарах атмосфери, прикрили поверхню планети від згубної дії ультрафіолетового випромінювання, що йшло від Сонця. У цей час у Світовому океані серед бактерій виникли види, здатні спочатку тільки захищатися від розчиненого у воді кисню, а в подальшому "навчилися" використовувати його для окиснення глюкози й одержання додаткової енергії, На зміну низькоефективним процесам бродіння й гліколізу прийшов енергетично набагато вигідніший процес кисневого розщеплення простих цукрів. Організми, що діставали енергію цим шляхом, не лише не отруювалися киснем, а навпаки, мали від нього користь. Такі організми названо аеробними. Оскільки шар озону захищав тепер клітини від ультрафіолетового випромінювання, аероби почали колонізацію багатих на кисень поверхневих шарів Світового океану та його мілководь — шельфу. Жива речовина заселила всю гідросферу.
- Четверта фаза. Виникнення еукаріот. Заселення суші. Сучасна біорізноманітність органічного світу.
Ця важлива фаза в розвитку нашої планети та її біосфери ознаменувалася виникненням істот принципово нового типу — побудованих з еукаріотичних клітин. Еукаріотичні клітини значно складніші за прокаріотичні. Вони диференційовані на системи певних органоїдів (ядро, мітохондрії, ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, лізосоми, хлоропласти тощо), здатні до мітозу, мейозу й статевого процесу, можуть живитися шляхом фагоцитозу й пінозитозу і т. д. Завдяки здатності до статевого процесу еукаріоти еволюціонують набагато швидше за прокаріот і мають більший адаптивний потенціал, а отже, краще пристосовуються до змін умов існування. Вважають, що еукаріотична клітина виникла приблизно 1,2 млрд років тому в результаті серії симбіозів різних прокаріотичних клітин, одні з яких дали початок клітині-хазяїну, інші — трансформувалися в мітохондрії та хлоропласти. Перші еукаріоти були гетеротрофними одноклітинними організмами. Вони, шляхом залучення до своєї клітини прокаріотичних фото-автотрофів, поклали початок еукаріотичним одноклітинним водоростям. У подальшому від автотрофних і гетеротрофних еукаріот відокремилося кілька груп грибів. Окрім того, одноклітинні гетеротрофні прокаріоти є родоначальниками багатоклітинних безхребетних тварин.
За порівняно короткий час — кілька десятків мільйонів років — еукаріоти "перевідкрили" багатоклітинність, "відкрили" тканинну будову, і близько 430—415 млн років тому перші рослини — нащадки водоростей, а слідом за ними й різноманітні тварини та гриби вийшли на сушу, завершуючи колонізацію всієї поверхні нашої планети.
З виходом живої речовини на сушу прискорилися процеси вивітрювання гірських порід. Відтоді не лише коливання температури, дощі та вітри руйнували гірські масиви, а й величезна армія рослин, бактерій, грибів і лишайників подрібнювала, розпушувала, розчиняла мінерали. Консументи-тварини, споживаючи продуцентів, швидко переносили вміщені в органічній речовині елементи на значні відстані, редуценти вивільняли, розкладали, перевідкладали органіку консументів. Частина вивільнених мінеральних і напівперероблених органічних речовин трансформувалася в гумус, утворюючи родючі біокосні системи — ґрунти. Те, що не поверталося в біологічний кругообіг або не запасалося в ґрунті, змивалося дощами в річки й виносилося в Світовий океан, де споживалося, концентрувалось або перевідкладалось у вигляді осадових порід мешканцями гідросфери. Тектонічні переміщення земної кори повільно виносили осадові породи на поверхню, роблячи нагромаджені в них речовини знову доступними для живої речовини літосфери. [10]
Більшість авторів гіпотез про походження життя на Землі припускали, що протягом величезного проміжку часу наша планета була інертною і на її поверхні, в атмосфері і океані відбувався повільний абіогенний синтез органічних сполук, який привів до утворення перших примітивних організмів. Встановилося майже традиційне уявлення про те, що на Землі відбувалася тривала хімічна еволюція, яка передувала біологічній і охоплювала інтервал часу не менше 1 млрд. років.
Фосилізовані (такі, що скам'яніли) залишки організмів зустрічаються у відкладеннях етапів геологічної історії, що охоплюють 570 млн. років. За ініціативою американського геолога Ч. Шухерта цей період названий фанерозойським еоном, або фанерозоєм (від грец. phaneros— очевидний, чіткий і zое — життя). До фанерозою належать три останні ери в історії земної кори: палеозойська, мезозойська і кайнозойська.
Стародавня і найтриваліша частина геологічної історії названа криптозоєм (від грец.kriptos— прихований), що охоплює величезний проміжок часу — 570—4500 млн. років тому. Вона позначається як докембрій. Цей первинний етап геологічної історії біосфери прийнято поділяти на два послідовні періоди:
а) архейська ера тривалістю близько 1900 млн. років,
б)протерозойська ера тривалістю близько 2000 млн. років. Геохронологічна шкала викликає інтерес в аспекті розгляду послідовності етапів розвитку біосфери, оскільки дає змогу датувати історію виникнення видів організмів. Так, архей — це час примітивних одноклітинних бактерій, протерозой — час різноманітних бактерій і водоростей. З початком палеозою пов'язують першу появу численних безхребетних, що мають мушлю, окам'янілі останки яких знаходять у гірських породах повсюди. У палеозої з'явилися перші хребетні близько 450 млн. років тому (ордовицький період), перші комахи — 350 млн. років тому (девон), перші рептилії — 300 млн. років тому (кам'яновугільний період), перші хвойні — 220 млн. років тому (пермський період). З мезозоєм пов'язана поява перших динозаврів і перших ссавців (200 млн. років тому в тріасі) і перших птахів, і соснових дерев (160 млн. років тому в юрському періоді).
Кисень в атмосфері. У розвитку біосфери найважливішу роль відіграло поступове зростання концентрації кисню в атмосфері, яке створило умови для формування озонового шару в атмосфері, переходу на сушу життя, що зародилося в океані, і появи надалі вищих тварин. Первинна атмосфера була майже без кисню (0,1 % від сучасного рівня). Зміна складу атмосфери почалася приблизно 2 млрд. років тому, коли з'явилися перші фотосинтезуючі організми. Цей процес розвивався до появи 1,5 млрд. років тому сучасних хлорофілових "кліток", які стали виділяти велику кількість кисню і поглинати вуглекислий газ. Їх попередники — прокаріоти (клітина без ядра) були першими фотосинтезуючими організмами (ймовірно, це були синьо-зелені водорості, виявлені в докембрійських відкладеннях в Онтаріо).
Приблизно 1 млрд. років тому кількість кисню становила 1% від сучасного рівня. У цю епоху важливою була роль фотосинтезуючої активності фітопланктону, з'явився озоновий шар, який затримує згубні для організмів ультрафіолетові промені, що сприяло подальшому розвитку органічного життя в поверхневому шарі води.
Близько 600 млн. років тому почався важливий біосферний процес: заселення материків живими істотами — з'явилися нижчі автотрофні рослини, потім складніші види рослин, що супроводжувалося різким збільшенням вмісту кисню в атмосфері (від 3 % від сучасного рівня 700 млн. років тому до 50 % до початку крейдяного періоду 140 млн. років тому).
Основні етапи розвитку біосфери.Можна умовно виокремити такі послідовні етапи еволюції біосфери: синтез простих органічних сполук, біогенез, антропогенез, техногенез і ноогенез.
1. Синтез простих органічних сполук (хімічна еволюція) в геосферах Землі здійснювався під дією ультрафіолетової радіації: метану, аміаку, водню, пари води. Початок етапу — 3,5—4,5 млрд. років тому.