Самым значительным биологическим развитием стало появление и эволюция рода Homo. Самый древний вид, H. habilis, вероятно, произошел от предка-австралопитека в позднем плиоцене. Вид присутствовал в Африке 2 миллиона лет назад и известен по памятникам возрастом около 1,5 миллиона лет. Другой вымерший вид, H. erectus, произошел в Африке, возможно, от H. habilis, и известен по памятникам возрастом около 1,6 миллиона лет. H. erectus распространился в другие части Старого Света в раннем плейстоцене и известен из северного Китая и Явы примерно 1 миллион лет назад.
Представители этой группы известны из многих мест, и эти существа составляли доминирующий вид людей на протяжении более миллиона лет.
Вид H. sapiens, к которому принадлежат все современные люди, развился в конце среднего плейстоцена, и ранние формы этого вида известны примерно с 400 000 лет назад. Неандертальцы, группа близкородственных гоминидов, составляющих вид H.
neanderthalensis, появились примерно 100 000 лет назад во время последнего межледниковья и известны из многих мест в Европе и Западной Азии. Современные люди прибыли в Европу около 45 000–43 000 лет назад, и оба вида пересекались на континенте по крайней мере 10 000 лет. Неандертальцы исчезли около 35 000–30 000 лет назад; к тому времени популяции с полностью современными скелетами эволюционировали и были широко распространены по всему Старому Свету.
Точное время, когда современный H. sapiens вошел в Новый Свет, остается спорным. Похоже, что полностью развитые люди мигрировали из Сибири до Аляски через Берингов перешеек около 30 000 лет назад, и большое количество, предположительно, двинулось на юг по коридору канадских равнин между ледниковыми щитами Кордильер и Лаврентид, когда он открылся около конца последнего оледенения около 12 000 лет назад.
Однако противоречивые и не полностью принятые свидетельства в нескольких местах в Соединенных Штатах и на юге Южной Америки предполагают заселение континентальной внутренней части до 30 000 лет назад. Если такие выводы верны, группа ранних иммигрантов могла прибыть на небольших океанских судах с островов Тихого океана.
Конец плейстоцена был отмечен вымиранием многих родов крупных млекопитающих, включая мамонтов, мастодонтов, наземных ленивцев и гигантских бобров. Вымирание наиболее отчетливо проявилось в Северной Америке, где 32 рода крупных млекопитающих исчезли в течение интервала около 2000 лет, с центром в 11 000 лет до наших дней. На других континентах исчезло меньше родов, и вымирания были распространены в течение несколько более длительного периода времени. Тем не менее, они все еще кажутся более распространенными ближе к концу плейстоцена, чем в любое другое время в течение эпохи. За исключением островов, мелкие млекопитающие, наряду с рептилиями и амфибиями, в целом не были затронуты процессом вымирания. Причина вымирания активно обсуждалась, и были выдвинуты две основные гипотезы: (1) вымирание было результатом чрезмерного хищничества со стороны людей-охотников; и (2) они были результатом резких изменений климата и растительности во время последнего ледниково-межледникового перехода.
Первая теория, так называемая гипотеза чрезмерного истребления, подтверждается совпадением во времени массового вымирания и появления большого количества людей-охотников, о чем свидетельствует комплекс Кловис — древняя культура, сосредоточенная в Северной Америке.
Археологические памятники Кловис (сосредоточенные в Аризоне, Нью-Мексико и Западном Техасе) с их отличительными наконечниками метательных снарядов датируются периодом от 10 000 до 12 000 лет назад. Сторонники этой гипотезы отмечают, что эти новые иммигранты из Евразии были искусными охотниками, что североамериканская фауна не опасалась этой новой группы хищников, и что, как только численность крупных травоядных сократилась, крупные плотоядные также пострадали, поскольку их добыча вымерла. Помимо прямого убийства, вымиранию, скорее всего, способствовало и человеческое разрушение окружающей среды, особенно на других континентах.
Резкие климатические изменения также произошли во время вымирания мегафауны, поэтому одни лишь временные рамки не позволяют четко отличить одну гипотезу от другой.
Гипотеза изменения климата принимает различные формы, но в основном фокусируется на реорганизации растительности, доступности пищи (включая ее питательную ценность), а также на общем нарушении окружающей среды и стрессе, которые возникли по мере того, как климат становился все более сезонным.
Вероятно, причины вымирания различались в разных географических районах и при разных условиях, и свою роль сыграли как изменение климата, так и деятельность человека, но их значимость в разных ситуациях была разной.
Климат плейстоцена и причина климатических циклов, которые привели к развитию крупномасштабных континентальных ледниковых щитов, были темой изучения и дебатов на протяжении более 100 лет. Было предложено много теорий для объяснения четвертичных оледенений, но большинство из них несовершенны с точки зрения современных научных знаний о климате плейстоцена. Одна из ранних теорий, теория астрономических циклов, по-видимому, объясняет большую часть климатических данных и, по мнению большинства, наилучшим образом объясняет фундаментальную причину или движущую силу климатических циклов.
Астрономическая теория основана на геометрии орбиты Земли вокруг Солнца, которая влияет на распределение солнечной радиации по поверхности планеты. Последняя определяется тремя орбитальными параметрами, имеющими циклические частоты: (1) эксцентриситет орбиты Земли (т. е. ее отклонение от круговой орбиты) с частотой около 100 000 лет, (2) наклон земной оси относительно вертикали, проведенной к плоскости орбиты планеты, с частотой 41 000 лет и (3) прецессия земной оси с частотами 19 000 и 23 000 лет. В совокупности эти параметры определяют количество радиации, получаемой на любой широте в течение любого сезона; по ним были рассчитаны кривые радиации для разных широт за последние 600 000 лет. Эти кривые систематически изменяются от полюсов к экватору, причем в более высоких широтах доминирует 41 000-летний цикл наклона, а в более низких широтах — 19 000- и 23 000-летние циклы прецессии. Астрономическая теория делает акцент на летнюю инсоляцию в высокоширотных областях Северного полушария (около 55° с. ш.). Предполагается, что оледенения начинаются в периоды низкой летней инсоляции, когда условия должны быть наиболее оптимальными для того, чтобы зимний снег сохранялся в течение летнего сезона.
Датирование морских террас на Барбадосе и в Новой Гвинее и, что еще важнее, определение хронологии оледенений, выведенных из записи изотопов кислорода в море, стали вехами в проверке астрономической теории. Ранний спектральный анализ записи изотопов кислорода кернов из глубин океана показал частоты климатических изменений на тех же частотах, что и орбитальные циклы, то есть 100 000 лет, 43 000 лет, 24 000 лет и 19 000 лет. Эти результаты (представленные в 1976 году), наряду с результатами более поздних анализов, дают убедительные доказательства связи между орбитальными циклами и недавней климатической историей Земли. Изменения орбиты Земли обычно считаются «задающим ритм» ледниковых периодов.
Хотя планетарные орбитальные циклы являются вероятной причиной климатических циклов плейстоцена, механизмы и связи с глобальным климатом не полностью изучены, и важные вопросы остаются без ответа. Относительно небольшие сезонные и широтные изменения радиации сами по себе не могут объяснить масштабы климатических изменений, которые испытала Земля в плейстоцене. Очевидно, что должны работать механизмы обратной связи, чтобы усилить изменения инсоляции, вызванные орбитальными параметрами. Одним из них является альбедо, отражательная способность поверхности Земли. Увеличение снежного покрова в высокоширотных районах приведет к усилению охлаждения. Другим механизмом обратной связи является снижение содержания углекислого газа в атмосфере во времена оледенения, что зафиксировано в пузырьках длинных ледяных кернов. Изменения в углекислом газе в атмосфере по существу синхронны с глобальными климатическими изменениями и, таким образом, по всей вероятности, сыграли значительную роль через так называемый парниковый эффект. (Последнее явление относится к улавливанию тепла — то есть инфракрасного излучения — в нижних слоях атмосферы углекислым газом, водяным паром и некоторыми другими газами.) Другим атмосферным эффектом является увеличение количества пыли во время ледниковых периодов, что подтверждается данными ледяных кернов и лессовых проб. Все эти изменения действуют в одном направлении, вызывая усиленное охлаждение во время ледниковых периодов и потепление во время межледниковых периодов.
Остаются и другие проблемы в отношении астрономической теории. Одна из них — доминирование 100 000-летнего цикла в климатических записях плейстоцена, тогда как цикл эксцентриситета является самым слабым среди орбитальных параметров.
Другая причина — асимметричный рисунок климатических данных. Ледниковые периоды, по-видимому, начинаются медленно и требуют много времени, чтобы достичь максимального оледенения, а затем резко заканчиваются и переходят от максимального ледникового периода к полным межледниковым условиям менее чем за 10 000 лет (см. рисунок).
Третьей проблемой является синхронный характер климатических данных между Северным и Южным полушариями, чего нельзя было бы ожидать, исходя из орбитальных параметров, поскольку они действуют в разных направлениях в двух полушариях.
Для объяснения этих вопросов были использованы различные подходы. Большинство из них предполагают, что Северное полушарие с его огромными континентальными ледяными щитами было контролирующей областью и что сами ледяные щиты с их сложной динамикой могут объяснить 100 000-летний климатический цикл.
Другие предполагают, что для объяснения климатических данных необходимо призвать к крупным реорганизациям системы океан–атмосфера. Эти реорганизации связаны с переносом соли через океаны и водяного пара через атмосферу и вращаются вокруг существования и силы глубоких океанических течений в Атлантическом океане.
Текущие междисциплинарные исследования палеоклиматологии плейстоцена сосредоточены на понимании сложной динамики и взаимодействий между атмосферой, океанами и ледяными щитами. Ожидается, что такие исследования предоставят дальнейшее понимание причины климатических циклов, что крайне важно, поскольку ученые пытаются предсказать будущий климат с учетом недавних изменений климатической системы, вызванных деятельностью человека.
