Этапы появления жизни на земле. Основные этапы развития жизни на Земле. Гипотеза самозарождения жизни
История развития Жизни на Земле
Палеонтология - наука, изучающая историю живых организмов на Земле, по сохранившимся остаткам, отпечаткам и другим следам их жизнедеятельности.
РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
КРИПТОЗОЙ(скрытая жизнь)Около 85 % всего времени существования жизни на Земле
АРХЕЙ
(древнейший)
около
3500 млн.
(длит. около 900 млн)
Активная вулканическая деятельность. Анаэробные условия жизни в мелководном древнем море. Развитие кислородосодержащей атмосферы
Возникновение жизни на Земле. Эра прокариот: бактерий и цианобактерий.Появление первых клеток (прокариоты)- цианобактери. Возникновение процесса фотосинтеза, появление эукариотических клеток
Ароморфозы: появление оформленного ядра, фотосинтеза
ПРОТЕРОЗОЙ
(первичная жизнь)
около 2600 млн. (длит. около2000 млн)
самая длинная в истории Земли
Поверхность планеты- голая пустыня, Климат холодный. Активное образование осадочных пород. В конце эры содержание кислорода в атмосфере около 1%. Суша - единый суперконтинент
( Панге я ) Процесс почвообразования.
Появление многоклеточности, процесса дыхания. Возникли все типы беспозвоночных животных. Широко распространены простейшие, кишечнополостные, губки, черви. Из растений преимущественно распространены одноклеточные водоросли
Ароморфозы у животных: появление многоклеточности, 2-х сторонней симметрии тела, мышц, сегментации тела.
ФАНЕРОЗОЙ
(явная жизнь)
ПАЛЕОЗОЙ
(древняя жизнь)
Длительность ок. 340 млн
Кембрий
ок. 570 млн
дл. 80 млн
Вначале умеренный влажный, затем теплый сухой климат. Суша раскололась на материки
Расцвет морских беспозвоночных, большинство которых - трилобиты (древние членистоногие) около 60% всех видов морской фауны. Появление организмов с минерализованным скелетом. Возникновение многоклеточных водорослей
Ордовик
ок. 490 млн
дл. 55 млн
Умеренный влажный климат с постепенным повышением сред. Температуры. Интенсивное горообразование, освобождение от воды значительных территорий
Появление первых позвоночных (хордовых)- бесчелюстных. Разнообразие головоногих и брюхоногих моллюсков, разнообразие водорослей: зеленые, бурые, красные. Появление коралловых полипов
Силур
ок. 435 млн
дл. 35 млн
Интенсивное горообразование, возникновение коралловых рифов
Пышное развитие кораллов и трилобитов, появляются ракоскорпионы, широкое распространение панцирных бесчелюстных (первые настоящие позвоночные), появление иглокожих, первые наземные животные - паукообразные . Выход на суши растений, первые наземные растения ( псилофиты )
Девон
ок. 400 млн
дл. 55млн
Климат: смена сухих и дождливых сезонов. Оледенение на территории современных Южной Америки и Южной Африки
Век рыб: Появление рыб всех систематических групп,(в наши дни можно встретить: латимерия(кистеперые рыбы), протоптер (двоякодышащая)) вымирание значительного кол-ва беспозвоночных и большинства бесчелюстных, появление аммонитов-головоногих моллюсков со спирально закрученными раковинами Освоение животными суши: пауки, клещи. Появление наземных позвоночных – стегоцефалы (панцирноголовые )(первые земноводные; произошли от кистеперых рыб) Развитие и вымирание псилофитов. Возникновение споровых растений: плауновидных, хвощевидных, папоротниковидных. Возникновение грибов
Карбон
(каменноугольный период)
ок. 345
млн.
дл. 65 млн
Всемирное распространение болот. Теплый влажный климат сменяется холодным и сухим.
Расцвет земноводных, появление первых рептилий- котилозавры , летающих насекомых, сокращение численности трилобитов. На суше – леса споровых растений, появление первых хвойных
Пермь
280 млн.
Дл. 50 млн
Зональность климата. Завершение горообразования, отступление морей, формирование полузамкнутых водоемов. Рифообразование
Быстрое развитие рептилий, возникновение звероподобных пресмыкающихся. Вымирание трилобитов. Исчезновения лесов, за счет вымирания древовидных папоротников, хвощей и плаунов. Пермское вымирание (96 % всех морских видов, 70 % наземных позвоночных)
В палеозое происходит важное эволюционное событие: заселение суши растениями и животными.
Ароморфозы у растений: появление тканей и органов (псилофиты); корневой системы и листьев (папоротники, хвощи, плауны); семени (семенные папоротники)
Ароморфозы у животных: формирование костных челюстей (челюстноротых панцирных рыб); пятипалой конечности и легочного дыхания (земноводные); внутреннего оплодотворения и накопления питательных веществ (желток) в яйцеклетке (пресмыкающиеся)
МЕЗОЗОЙ
(средняя жизнь) эра пресмыкающихся
Триас
230 млн.
Дл.40 млн
Раскол суперконинента
(Лавразия,Гондвана) движение материков
Расцвет рептилий «век динозавров», появляются черепахи, крокодилы, гаттерии. Возникновение первых примитивных млекопитающих (предки-древние зверозубые пресмыкающиеся), настоящих костистых рыб. Семенные папоротники вымирают, распространены папоротниковидные, хвощевидные, плауновидные, широкое распространение голосеменных
Юра
190 млн.
Дл.60 млн
Климат влажный, потом сменяется засушливым в области экватора, движение континентов
Господство пресмыкающихся на суше, в океане и воздухе,(летающие пресмыкающиеся- птеродактили) появление первых птиц - археоптерикс. Широко распространены папоротники и голосеменные
Мел
136 млн.
Дл. 70 млн.
Похолодание климата, отступление морей, сменяется увеличением s океана
Появление настоящих птиц, сумчатых и плацентарных млекопитающих, расцвет насекомых, появляются покрытосеменные растения, сокращение численности папоротников и голосеменных вымирание крупных рептилий
Ароморфозы животных: появление 4-камерного сердца и теплокровности, перьев, более развитой нервной системы, увеличение запаса питательных веществ в желтке (птицы)
Вынашивание детенышей в теле матери, питание эмбриона через плаценту (млекопитающие)
Ароморфозы растений: возникновение цветка, защита семени оболочками (покрытосеменные)
КАЙНОЗОЙ
Палеоген
66 млн.
дл. 41 млн.
Устанавливается теплый равномерный климат
Широко распространены рыбы, вымирают многие головоногие моллюски, на суше: амфибии, крокодилы, ящерицы, появляются многие отряды млекопитающих, в том числе и приматы. Расцвет насекомых. Господство покрытосеменных, появляется тундра и тайга, у животных и растений появляются многочисленные идиоадаптации(н-р: самоопыляющиеся, перекрестноопыляемые растения, многообразие плодов и семян)
Неоген
25 млн.
дл.23 млн.
Движение материков
Господство млекопитающих, распространены: приматы, предки лошадей, жирафов, слонов; саблезубые тигры, мамонты
Антропоген
1,5 млн.
Характерны неоднократные смены климата. Крупные оледенения Северного полушария
Появление и развитие человека, животный и растительный мир приобретают современные черты
Скелеты динозавров находили на протяжении всей истории человечества, но наши предки принимали их за кости драконов, грифонов и других мифических существ. Когда ученые впервые столкнулись с останками динозавров в 1677 году, директор одного из британских музеев, Роберт Плот, определил кусочки костей как фрагмент бедренной кости человека-гиганта. Мифы о допотопных великанах развивались еще несколько сотен лет, пока ученые не научились точно восстанавливать ископаемые останки и определять их возраст. Наука об ископаемых животных совершенствуется и сегодня, применяя новейшие методы исследований. Благодаря ним ученые могут точно восстановить облик удивительных существ, ходивших по земле миллионы лет назад.
Исключительно богатый материал для развития эволюционных представлений дала наука палеонтология, изучающая историю жизни по останкам организмов, которые сохранились в горных породах и отложениях (см. Рис. 1). Палеонтология воссоздала основную хронологию событий, произошедших, главным образом, за последние 700 млн лет, когда эволюция жизни на нашей планете шла особенно интенсивно.
Эту часть истории развитии Земли обычно делят на большие промежутки, которые называются эры. Эры в свою очередь делятся на более мелкие промежутки - периоды. Периоды - на эпохи и века. Названия эр имеют греческое происхождение. Например, мезозой - «средняя жизнь», кайнозой - «новая жизнь». Для каждой эры, а иногда даже для периода, характерны свои особенности в развитии животного и растительного мира ().
Первые 1,5 млрд лет после образования нашей планеты живых организмов на ней не существовало. Этот период носит название катархей (греч. «ниже древнейшего»). В катархее происходило образование земной поверхности, шли активные вулканические и горообразовательные процессы. Жизнь возникла на границе катархея и архейской эры. Об этом свидетельствуют находки следов жизнедеятельности микроорганизмов в горных породах возрастом 3,5-3,8 млрд лет.
Архейская эра длилась 900 млн лет и почти не оставила следов органической жизни. Наличие пород органического происхождения: известняка, мрамора, углекислых веществ указывает на существование в архейскую эру бактерий и цианобактерий, то есть прокариотических организмов (см. Рис. 2). Они обитали в морях, но, возможно, выходили и на сушу. В архей вода насыщается кислородом, а на суше происходят почвообразовательные процессы.
Рис. 1
Рис. 2
Именно в архейскую эру произошло три крупных изменения в развитии живых организмов: возникновение полового процесса, возникновение фотосинтеза и появление многоклеточности ().
Половой процесс возник в результате слияния двух одинаковых клеток у жгутиковых, которые считаются наиболее древними одноклеточными. С появлением фотосинтеза единый ствол жизни разделился на два - растения и животные. А могоклеточность привела к дальнейшему осложнению жизни: дифференциации тканей, возникновении органов и систем органов (см. Рис. 3).
Рис. 3
В протерозойскую эру длительностью 2 млрд лет развиваются водоросли - зеленые, бурые, красные (см. Рис. 4), а также возникают грибы.
Рис. 4
Предками многоклеточных организмов, возможно, были колониальные организмы наподобие современных колониальных жгутиковых (см. Рис. 5). А первые многоклеточные организмы походили на современных губок и кораллов (см. Рис. 6).
Рис. 5
Рис. 6
Животный мир того периода был представлен всеми типами беспозвоночных животных (см. Рис. 7).
Рис. 7
Полагают, что в конце протерозойской эры появились первичные хордовые, подтип бесчерепных, единственным представителем которых в современной фауне является ланцетник (см. Рис. 8).
Рис. 8
Появляются двусторонние симметричные животные, развиваются органы чувств, нервные узлы, усложняется поведение животных (см. Рис. 9).
|
|
Рис. 9
Палеозойская эра началась 570 млн лет назад и характеризовалась важнейшими эволюционными событиями в истории развития органической жизни на Земле (). В начале этой эры произошло формирование значительной части суши Земли, закончилось образование озонового экрана, что дало возможность около 400 млн лет назад выйти на землю первым растениям - риниофитам (см. Рис. 10, 11). Они, в отличие от водорослей, обладали уже проводящими, покровными и механическими тканями; позволяющими существовать в условиях наземно-воздушной среды. От риниофитов затем произошли основные группы высших споровых растений: плауновидные, хвощевидные и папоротниковидные, из которых формировались первичные леса () (см. Рис. 12).
В каменноугольный период произошел крупный эволюционный подъем в развитии наземной растительности.
Рис. 10
Рис. 11
Рис. 12
Этот период отличался теплым, влажным климатом. На Земле образовывались огромные наземные леса, состоящие из гигантских папоротников, древовидных хвощей и плаунов высотой от 15 до 20 м.
Они имели хорошую проводящую систему, корни, листья, но их размножение было еще связано с водой. В этот период произрастали семенные папоротники, у которых вместо спор развивались семена (см. Рис. 13). Появление семенных растений было крупнейшим ароморфозом в истории развития Земли, поскольку размножение семенных растений уже не зависело от воды. Зародыш находится в семени и обеспечен запасом питательных веществ.
Рис. 13
С конца каменноугольного периода в связи с активным горообразовательным процессом влажный климат повсеместно становится сухим. Древовидные папоротники вымирают, остаются только их мелкие формы во влажных местах. Вымирают также и семенные папоротники. Леса каменноугольного периода привели к образованию залежей каменного угля.
Рис. 14
В развитии животного мира в палеозой (см. Рис. 14) тоже происходили важнейшие эволюционные события. В начале эры появились первые позвоночные животные - панцирные рыбы. Они обладали внутренним скелетом, давшим им преимущество в движении по сравнению с беспозвоночными животными. От панцирных рыб затем произошли хрящевые и костные рыбы (см. Рис. 15). Среди костных рыб выделились кистеперые, от которых около 300 млн. лет назад произошли первые наземные позвоночные животные.
Рис. 15
Самыми примитивными наземными позвоночными считаются древние земноводные - стегоцефалы, которые обитали в болотистых местах (см. Рис. 16, 17). Стегоцефалы соединили в себе признаки рыб и земноводных ().
Рис. 16
Рис. 17
Животные этого периода, как и растения, обитали во влажных местах, поэтому не могли распространяться вглубь суши и занимать места, удаленные от водоемов. При наступлении засушливых условий в конце каменноугольного периода крупные земноводные исчезают, сохраняются лишь мелкие формы в сырых местах.
На смену земноводным пришли пресмыкающиеся (см. Рис. 18). Более защищенные и приспособленные к существованиям в условиях сухого климата на суше, все пресмыкающиеся, в отличие от земноводных, имеют кожу, защищенную от высыхания с роговыми чешуями. Их размножение теперь не связано с водой, а яйца защищены плотными оболочками.
Рис. 18
Мезозойская эра началась около 230 млн лет назад. Климатические условия были благоприятны для дальнейшего развития жизни на нашей Земле. На суше в этот момент господствовали голосеменные растения, но около 140 млн лет назад уже возникли первые покрытосеменные, или цветковые растения ().
В морях преобладали головоногие моллюски и костные рыбы (см. Рис. 19). На суше обитали гигантские ящеры - динозавры, а также живородящие ихтиозавры, крокодилы, летающие ящеры (см. Рис. 20, 21).
Рис. 19
Рис. 20
Рис. 21
Но гигантские пресмыкающиеся относительно быстро вымерли. В начале мезозоя около 200 млн. лет назад от группы птицетазовых пресмыкающихся произошли первые птицы (см. Рис. 22), а от группы звероподобных рептилий - первые млекопитающие (см. Рис. 23).
Рис. 22
Рис. 23
Высокий уровень обмена веществ, теплокровность, развитый головной мозг позволили птицам и млекопитающим занять господствующее положение на нашей планете.
Кайнозойская эра началась 67 млн лет назад и продолжается до наших дней. После плеогена и неогена начался третий период эры - антропоген, в котором сейчас и живем мы с вами.
В течение этой эры моря и континенты сформировались в их современном виде. В плеогене покрытосеменные растения распространились по всей суше и в пресноводных водоемах, произошли активные горообразовательные процессы, в результате чего климат стал более холодным. Это привело к смене вечнозеленых лесов лиственными лесами. В антропогене окончательно сформировалась современная флора и фауна, возник человек ().
Палеонтология
Палеонтология - это наука изучающая историю развития жизни на Земле по сохранившимся в осадочных породах останкам, отпечаткам и следам жизнедеятельности древних живых организмов. Научная палеонтология возникла в конце XVIII века. Ее основоположником считают Жоржа Леопольда Кювье (Рис. 24).
Рис. 24
Более чем за 200 лет своего существования палеонтология накопила огромный материал о древних растениях и животных, многие из которых совершенно не похожи на современные формы жизни.
Палеонтологи исследуют не только останки древних растений и животных, но и окаменелости, то есть тела или фрагменты тел древних живых организмов, в которых органические вещества с течением времени заменились минеральными солями. В палеонтологии также используют методы палеоэкологии и палеоклиматологии для того, чтобы воссоздать условия жизни, в которых существовали древние организмы. В последнее время палеонтология получила новое развитие благодаря тому, что ей стали доступны методы компьютерной томографии, цифровой микроскопии, молекулярной биологии. С помощью этих открытий удалось доказать, что жизнь на нашей планете намного древнее, чем это казалось ранее.
Геохронология
Для удобства изучения и описания вся история Земли разделена на определенные промежутки времени. Эти промежутки различаются длительностью, горообразовательными процессами, климатом, флорой и фауной. В геохронологической летописи эти периоды характеризуются различными слоями осадочных пород с сохранившимися в них ископаемыми останками. Чем глубже залегает осадочный слой, тем древнее ископаемое в нем. Самые крупные подразделения геологической летописи - это эоны. Выделяют два эона: криптозой, что в переводе с греческого означает «тайная жизнь», и фанерозой - «явная жизнь». Эоны делятся на эры. В криптозое выделяют две эры: архей и протерозой. А в фанерозое - три эры: палеозой, мезозой и кайнозой. Эры в свою очередь делятся на периоды, которые могут иметь более мелкие подразделения.
Значение фотосинтеза в развитии жизни на Земле
Появление автотрофных организмов на Земле привело к гигантским изменениям в её развитии. Во-первых, появление и жизнедеятельность растений привели к образованию в атмосфере нашей Земли свободного кислорода. Наличие свободного кислорода изменило биохимические процессы, что привело к гибели многих живых организмов, для которых свободный кислород был губительно токсичным. Но, с другой стороны, наличие свободного кислорода в атмосфере позволило живым организмам освоить процесс дыхания, в результате которого в виде молекулы АТФ аккумулируется намного больше энергии. Такой энергетически более выгодный способ дыхания позволил живым организмам впоследствии освоить сушу. Кроме того, под действием ультрафиолета кислород превращался в озон. Благодаря этому процессу образовался защитный озоновый экран, не пропускающий жесткий ультрафиолет на Землю. Это стало еще одной причиной, по которой живые организмы смогли выйти на сушу. Кроме того, сами автотрофы стали более высокоэнергетической пищей для гетеротрофов. Взаимодействие автотрофов и гетеротрофов, их рождение и гибель привели к важнейшему процессу возникновению биологического круговорота веществ. Благодаря этому некогда безжизненная оболочка превратилась в населенную живыми организмами биосферу.
Список литературы
- Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. - М.: Дрофа, 2009.
- Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию. Учебник для 9 кл. 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2002.
- Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 кл. общеобразовательных учреждений / Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. - 2-е изд., перераб. - М.: Вентана-Граф, 2005.
Домашнее задание
- Перечислите последовательность эр развития Земли.
- В какую эру мы живем?
- Мог ли наш вид не занять доминирующее положение на Земле?
- Что произошло с животными и растениями, возникшими в мезозое?
На этапе химической эволюции происходил абиогенный синтез органических мономеров, низкомолекулярных органических соединений .
На втором этапе, этапе предбиологической эволюции формировались биополимеры, которые объединялись в белково-нуклеиново-липоидные комплексы (ученые называли их по-разному: коацерваты, гиперциклы, пробионты, прогеноты и т. д.), у которых в результате отбора сформировался упорядоченный обмен веществ и самовоспроизведение.
На третьем этапе, этапе биологической эволюции первые примитивные живые организмы вступили в биологический естественный отбор и дали начало всему многообразию органической жизни на Земле.
|
|
Следующим этапом было развитие фотосинтеза – комплекса реакций с использованием солнечного света. В результате фотосинтеза в земной атмосфере начал накапливаться кислород. Это явилось предпосылкой для возникновения в ходе эволюции аэробного дыхания. Способность синтезировать при дыхании большее количество АТФ позволила организмам расти и размножаться быстрее, а также усложнять свои структуры и обмен веществ.
Большинство ученых считает, что эукариоты произошли от прокариотических клеток. Существуют две наиболее признанные гипотезы происхождения эукариотических клеток и их органоидов.
Первая гипотеза связывает происхождение эукариотической клетки и ее органоидов с процессом впячивания клеточной мембраны (рис. 88).
Больше сторонников имеет гипотеза симбиотического происхождения эукариотической клетки. Согласно этой гипотезе, митохондрии, пластиды и базальные тельца ресничек и жгутиков эукариотической клетки были когда-то свободноживущими прокариотическими клетками. Органоидами они стали в процессе симбиоза (рис. 89). В пользу этой гипотезы свидетельствует наличие собственных РНК и ДНК в митохондриях и хлоропластах. По строению РНК митохондрии сходны с РНК пурпурных бактерий, а РНК хлоропластов ближе к РНК цианобактерий. Данные, полученные в последние годы в результате изучения строения РНК у различных групп организмов, возможно, заставят пересмотреть устоявшиеся взгляды.
|
Поскольку генетический код во всех трех группах один и тот же, была выдвинута гипотеза, что они имеют общего предка, которого назвали «прогенот» (т. е. прародитель).
Предполагается, что эубактерии и архебактерии могли произойти от прогенота, а современный тип эукариотической клетки, по-видимому, возник в результате симбиоза древнего эукариота с эубактериями (рис. 90).
Письменная работа с карточками:
1. Три этапа развития жизни на Земле.
2. Какую энергию использовали и используют живые организмы Земли?
3. Эволюция клеточных форм жизни.
4. Гипотеза происхождения эукариотической клетки путем симбиогенеза.
Карточка у доски:
1. Что происходило на этапе химической эволюции?
2. Что происходило на этапе предбиологической эволюции?
3. Что происходило на этапе биологической эволюции?
4. Кем по типу питания были первичные живые организмы?
5. Как первичные прокариоты получали энергию?
6. Кем были первые автотрофные прокариоты?
7. К каким следствиям привело появление фотоавтотрофных организмов?
8. Как появились митохондрии согласно гипотезе симбиогенеза?
9. Как появились хлоропласты согласно гипотезе симбиогенеза?
10. Какие организмы появились первыми – бактерии окислители или цианобактерии?
Тестовое задание:
1. Что происходило на этапе химической эволюции:
1. Появились прокариоты.
2. Что происходило на этапе предбиологической эволюции:
1. Появились прокариоты.
2. Происходил абиогенный синтез органических веществ.
3. Образовались биополимеры и объединялись в коацерваты.
4. Появились пробионты с матричным типом наследственности, способные к самовоспроизведению.
3. Что происходило на этапе биологической эволюции:
1. Появились прокариоты.
2. Происходил абиогенный синтез органических веществ.
3. Образовались биополимеры и объединялись в коацерваты.
4. Появились пробионты с матричным типом наследственности, способные к самовоспроизведению.
4. Первые организмы, появившиеся на Земле, по способу питания были:
1. Анаэробными гетеротрофными прокариотами.
2. Аэробными гетеротрофными прокариотами.
3. Анаэробными автотрофными прокариотами.
4. Аэробными автотрофными прокариотами.
5. Как первичные прокариоты получали энергию:
1. За счет кислородного окисления готовых органических веществ, дыхания.
2. За счет бескислородного окисления готовых органических веществ.
3. Использовали энергию света для фотосинтеза.
4. Использовали энергию, которая выделялась при окислении неорганических веществ.
6. Кем были первые автотрофные прокариоты:
1. Фотоавтотрофами.
2. Хемоавтотрофами.
**7. К каким следствиям привело появление фотоавтотрофных организмов:
1. К появлению дыхания.
2. К появлению гликолиза.
3. К появлению в атмосфере свободного кислорода.
4. К появлению растений.
8. Как появились митохондрии согласно гипотезе симбиогенеза:
9. Как появились хлоропласты согласно гипотезе симбиогенеза:
1. В результате симбиоза с бактериями-окислителями.
2. В результате симбиоза с цианобактериями.
3. В результате симбиоза с пурпурными серными бактериями.
4. В результате симбиоза с зелеными серными бактериями.
Архейский эон
Земля - единственная планета Солнечной системы, на которой сформировались условия, благоприятные для возникновения и развития жизни. Жизнь на Земле зародилась на дне теплых мелких морей катархея, где образовались сложные полимеры, способные синтезировать белки, обеспечивающие им достаточно длительное самосохранение. Эволюция этих первичных микроорганизмов породила в них способность синтезирования органических молекул из неорганических. Наиболее эффективным способом оказался фотосинтез - продуцирование органического вещества из углекислоты и воды.
Первыми фотосинтезирующими растениями были, по-видимому, микроскопические синезеленые водоросли и бактерии. Эти организмы отличались отсутствием ядра и получили название прокариоты (Procaryota - доядерные) и особым положением ДНК, которая располагается в клетках свободно, не отделяясь от цитоплазмы ядер-ной мембраной. Все остальные организмы имеют ядро, окруженное мембраной и резкоограниченное от цитоплазмы. Такие организмы называются эукариотами (Eycaryota - ядерные).
Наиболее древние достоверные следы жизнедеятельности организмов, называемых строматолитами, обнаружены в Австралии, их возраст 3,5 млрд лет, а также найдены в кремнистых сланцах серии Фигового дерева системы Свазиленд (Барбетон) в Трансваале, возраст которых 3,1-3,4 млрд лет. Почти столь же древними (более 2,9 млрд лет) являются обызвествленные продукты жизнедеятельности синезеленых водорослей - неприкрепленные округлые образования - онколиты (строматолиты - прикреплены ко дну). Архейский эон - это время прокариотов - бактерий и синезеленых водорослей, единственных следов жизни далекого прошлого. Он начался 4,5 млрд лет и закончился 2,6 млрд лет назад.
Протерозойский эон
Протерозойский эон разделяют рубежом в 1650 млн лет на ранний протерозой и поздний протерозой, который называют рифеем. В раннем протерозое были развиты в основном прокариоты - синезеленые водоросли, следы жизнедеятельности которых в виде строматолитов и онколитов известны уже во многих районах мира. На рубеже в 2 млрд лет, в середине раннего протерозоя, уровень кислорода в атмосфере, по-видимому, приблизился к современному, о чем свидетельствует формирование самых крупных в геологической истории месторождений железа, для образования которого, как известно, понадобился свободный кислород, переводящий закисные формы железа в окисные, что понижало подвижность железа и приводило к массовому выпадению в осадок взвеси гидратов окиси железа в комплекс SiO2 * nН2О, преобразовавшегося затем в железистые кварциты-джеспилиты. Это крупнейшие месторождения железа Криворожского бассейна и Курской магнитной аномалии в России, Верхнего озера в Северной Америке и в Индии.
По данным Р.Э. Фолинсби, заметные качества свободного кислорода появились около 2,2 млрд лет назад. В рифее продуцирование свободного кислорода водорослями все возрастало: обилие водорослевых построек позволяет выделить в нем несколько подразделений.
Эволюция сделала следующий шаг - появились организмы, потребляющие кислород. В породах верхнего и среднего рифея найдены следы роющих животных и трубочки червей. В вендском периоде, верхах верхнего рифея обилие и уровень развития организмов приближает их уже к фанерозою. В отложениях венда обнаружены многочисленные отпечатки разнообразных бесскелетных животных: губки, медузы, кольчатые черви, членистоногие. Их остатки представлены отпечатками мягких тканей.
Фанерозойский эон
Палеозойская эра, охватывающая более половины фанерозоя, длилась более 340 млн лет и подразделяется на два крупных этапа: раннепалеозойский, начавшийся еще в позднем рифее и венде, состоящий из кембрийского ордовикского и силурийского периодов, и позднепалеозойский, включающий девонский, каменноугольный и пермский периоды.
Кембрийский период продолжался 90 млн лет и делится на три эпохи. Его нижняя граница проходит на рубеже 570 млн лет, а верхняя - 480 млн лет (по новым данным). Органический мир кембрия отличается значительным разнообразием: наиболее широко были развиты археоциаты, брахиоподы, трилобиты, граптолиты, губки, конодонты. Особенно быстро эволюционировали трехчленистые формы трилобитов, которые уже обладали известковым панцирем и научились сворачиваться, защищая мягкое брюшко. Возникло большое количество их руководящих форм, что позволило детально расчленять кембрийские отложения. Кембрийские брахиоподы, имевшие хитино-фосфатные раковины, были примитивными, беззамковыми. Важной группой для расчленения и корреляции отложений являются граптолиты. В настоящее время для кембрия известно более 100 видов животных и водорослей.
Ордовикский период продолжался 4 млн лет и делится на три эпохи. В это время морские бассейны занимали наибольшую площадь в фанерозое, поэтому продолжался бурный расцвет морской фауны и флоры. Максимального развития достигают трилобиты и граптолиты. Возникают четырехлучевые кораллы, пелециподы и первые головоногие - эндоцератиты. Среди брахиопод появляются замковые разновидности и количество их родов достигает 200. В это же время появляются стебельчатые иглокожие: морские лилии, бластоидеи, цистоидеи, криноидеи. Важную роль для стратиграфии приобретают конодонты. В ордовике (а возможно, еще в кембрии) появляются так называемые панцирные рыбы - небольшие рыбообразные донные животные без челюстей и плавников, покрытые панцирем из толстых пластинок на голове и чешуй на туловище. В конце ордовика местами на Земле наблюдалось достаточно обширное оледенение.
Силурийский период длился 30 млн лет и разделяется на две эпохи. Моря вновь расширяют свои площади, что возможно связано с окончанием оледенения и таянием ледников. Возникшие ранее группы организмов продолжают развиваться за исключением эндоцератит, вымирающих к началу периода, и цистоидей, исчезающих в его середине. Появились уже настоящие хрящевые рыбы - сначала панцирные, а затем беспанцирные акулы, проживающие и в настоящее время. От огромных хищных жабродышащих (класса ракообразных) гигантостраков произошли первые сухопутные животные, похожие на современных скорпионов, у которых сформировались легкие. В позднем силуре появились первые наземные высшие растения - псилофиты. Таким образом, самым знаменательным событием раннего палеозоя является появление скелетной фауны и «выхода» представителей растительного и животного мира на сушу.
Девонский период длился 55 млн лет и делится на три эпохи. Главное событие этого периода - «выход» на сушу многих представителей животного и растительного мира. В раннем девоне резко сокращается видовое разнообразие трилобитов, исчезают граптолиты, некоторые классы иглокожих. Появляется много руководящих форм замковых брахиопод. С раннего девона широко распространяются аммоноидеи, четырехлучевые кораллы, крупные фораминиферы, прикрепленные иглокожие (морские лилии). Широкое развитие получили уже настоящие костистые рыбы, давшие три различные ветви: лучеперые, двоякодышащие и кистеперые.
С девона начинается рассвет органического мира на суше: появляются крупные скорпионы и первые земноводные животные (амфибии). Их называют стегоцефалами, т. е. панцирноголовыми, так как их голова была покрыта защитными костными пластинками. В среднем девоне возникают многие группы высших растений: членистостебельные, плауновидные, папоротники и голосеменные.
Каменноугольный период длился 65 млн лет и делится на три эпохи. Этот период отличается теплым влажным климатом, обусловившим пышный рассвет растительности, приуроченной к заболоченным участкам суши, в пределах которых образовались огромные массы торфа, постепенно превратившиеся в процессе углефикации в бурые, а затем и в каменные угли. Обширные леса состояли из фомадных деревьев высотой до 50 м - древовидных хвощей, плауновых, папоротников, лепидоденронов, сигиллярий, каламитов. В середине карбона появляются кордаиты, гингковые и хвойные.
В верхнем карбоне возникают первые рептилии - сеймурии и котилозавры, сохранившие сплошную крышку черепа, как и земноводные. Исчезают древние строматопоры, фаптолиты, трилобиты, бесчелюстные рыбообразные, панцирные рыбы, а из растений - псилофиты. В конце позднего карбона начинается оледенение.
Пермский период длился 55 млн лет и делится на две эпохи. Регрессия моря, начавшаяся в карбоне, все более увеличивается, что приводит к господству суши. Оледенение позднего карбона расширяется и охватывает южное полушарие. Климат северного полушария был засушливый, жаркий, в экваториальной зоне - влажный. В этот период тропическая фауна сменяется голосеменными растениями, преимущественно хвойными, появляются первые цикадовые. Все основные группы каменноугольной фауны и флоры продолжают жить в перми, но к концу пермского периода вымирают многие палеозойские организмы: четырехлучевые кораллы, основные виды брахиопод, мшанки, криноидеи, трилобиты, многие виды рыб, амфибии и др.; из растений - кордаиты, древовидные папоротники и плауновые, т. е. на рубеже палеозоя и мезозоя повсеместно происходила смена животного и растительного мира. Таким образом, поздний палеозой характеризуется крупными изменениями в органическом мире, что очерчивает четкую границу конца палеозойской эры.
Мезозойская эра. Триасовый период. Продолжительность мезозойской эры составляет 183 млн лет. Триасовый период продолжался 40 млн лет и делится на три этапа. На границе палеозойской и мезозойской эры произошло обновление органического мира. В раннем триасе господствовали континентальные условия, сменившиеся в среднем триасе обширной морской трансгрессией, которая достигла максимума в начале позднего триаса. Климат триаса был в основном теплым и сухим. Появились новые группы животных - аммониты, белемниты, пелециподы, шестилучевые кораллы. Наряду с беспозвоночными, быстро развиваются рептилии, особенно динозавры, давшие большое разнообразие различных форм; появились первые водные пресмыкающиеся: плезиозавры, плиозавры и ихтиозавры.
На суше в триасе появились первые млекопитающие - мелкие животные размером с крысу. Среди животных суши безраздельно господствовали рептилии, которые отличались огромными размерами и необычными формами (брахиозавры длиной до 24 м, диплодоки, бронтозавры достигали в длину 30 м, масса их составляла 35 т, а некоторых особей - до 80 т). Рептилии уже начинали осваивать и воздушное пространство. В США на западе штата Техас найдены остатки древней птицы, возраст которой составляет 225 млн лет, т. е. жившей в триасовый период.
Юрский период длился 69 млн лет и делится на три эпохи. Начало юрского периода характеризуется распространением континентального режима на древних докембрийских платформах. Co средней юры в результате опускания докембрийских платформ развиваются обширные трансгрессии, которые в позднеюрскую эпоху превратились в одну из величайших трансгрессий на земном шаре за счет формирования Атлантического и Индийского океанов. Климат юры считается теплым.
Среди представителей морской фауны появляются новые виды аммонитов, белемнитов. Продолжают развиваться гигантские динозавры, летающие ящеры и археорнисы, которые были величиной с ворону, имели зубастые челюсти, слабые крылья с когтями на концах и длинные хвосты с многочисленными позвонками, покрытые перьями. Среди богатой растительности были развиты папоротниковые, гинкговые и цикадовые.
Меловой период длился 70 млн лет (самый продолжительный после кембрийского периода) и делится на две эпохи. В начале мелового периода происходит развитие новых трансгрессий после кратковременной регрессии моря в конце юры. Продолжают развиваться все группы юрской фауны: шестилучевые кораллы, двухстворчатые моллюски с толстыми раковинами. Появляются гигантские аммониты, диаметр раковин которых достигает иногда 3 м. Широко развиваются белемниты, морские ежи, костистые рыбы. Появились крупные летающие ящеры с размахом крыльев до 8 м. Отмечено появление первых беззубых птиц.
В самом начале нижнемеловой эпохи еще продолжают существовать юрские формы растений, но в течение всего мелового периода происходят большие изменения в составе флоры. В конце нижнего мела значительную роль начинают играть покрытосеменные. А с самого начала верхнемеловой эпохи они уже занимают господствующее положение. Облик растительности начинает принимать современные формы: появляются ива, береза, платан, дуб, бук и настоящие цветковые растения.
В конце мелового периода происходит коренная перестройка органического мира. В морях исчезают аммониты и основные группы белемнитов, исчезли динозавры на суше, их летающие и плавающие формы. Вымирание динозавров осталось крупнейшим и драматическим событием в истории органического мира, о причинах которого высказано много гипотез.
В конце можно заметить, что изменение органического мира, по-видимому, связано с существенными преобразованиями в распределении континентов и океанов и своеобразием климатических особенностей.
Кайнозойская эра. Палеогеновый период. Продолжительность кайнозойской эры составляет 65 млн лет. Палеогеновый период продолжался 42 млн лет и подразделялся на три эпохи: палеоценовую, эоценовую и олигоценовую. В палеогеновый период очертания материков приближаются к современным. В начале палеоцена в результате нисходящих вертикальных движений начала развиваться трансгрессия моря, достигшая максимума к концу эоцена - началу олигоцена. В конце олигоцена со сменой знака вертикальных движений развивалась регрессия моря, которая привела к осушению платформ. В животном мире наблюдаются большие изменения. Исчезают белемниты, аммониты, наземные и морские рептилии. Среди простейших важную роль играют фораминиферы - нуммулиты, которые достигают крупных размеров. Широко были распространены шестилучевые кораллы, иглокожие. Костистые рыбы приобрели в морях главенствующее положение.
С начала палеогена из пресмыкающихся остались только змеи, черепахи и крокодилы, и началось распространение млекопитающих, сначала примитивных, а потом все более высокоорганизованных: первые парно- и непарнокопытные, хоботные и сумчатые. Появляются обезьяны, принимают современный облик птицы.
Растительность отличалась преобладающим распространением покрытосеменных, развитием флоры тропического климатического пояса в пределах средней Европы - пальм, кипарисов и умеренного климатического пояса с холоднолюбивой флорой - дубом, буком, платаном и хвойными, распространенными севернее.
Неогеновый период продолжался 21 млн лет и делится на две эпохи: миоцен и плиоцен. После установления континентального режима в пределах докембрийских платформ в конце олигоцена он сохранялся в течение всего неогена. В неогене в результате завершения альпийской складчатости образовался протяженный горноскладчатый пояс, который начинался от Гибралтарского пролива и завершился Памиром, Гиндукушем и Гималаями.
Образование высоких протяженных горных цепей способствовало усилению похолодания, начавшегося еще в олигоцене. В плиоцене усиливающееся похолодание вызвало образование сначала горно-долинных, а затем и покровных ледников. Появились ледники в Гренландии, Исландии, Канаде, на островах Арктического архипелага, в Скандинавии, Южной Америке и других местах. Начался период великих четвертичных оледенений, что привело к сокращению ареала теплолюбивой фауны и флоры и изменению их характера.
Появляются животные, приспособленные к условиям холодного климата: мамонты, медведи, волки, большерогие олени. Фауна позвоночных приобретает облик современных животных.
Достигают расцвета плацентарные млекопитающие: настоящие хищники, медведи, мастодонты, быки, а в конце неогена - слоны, гиппопотамы, гиппарионы и настоящие лошади (гиппарионовая фауна).
В связи с тем, что большие пространства были заняты сушей с травянистой растительностью, широкое развитие получили насекомые. Появились человекообразные обезьяны, самые разнообразные птицы. Облик растительности вплотную приблизился к современной, с четким разделением на тепло- и холоднолюбивые флоры.
Четвертичный период начался 1,7 млн лет назад и продолжается до сих пор. Подразделяется этот период на три эпохи: эоплейстоценовую, плейстоценовую и голоценовую. В четвертичном периоде мощное оледенение охватило континенты северного полушария: большую часть Европы, азиатскую часть России и Северной Америки, где ледники покрыли всю северную половину континента, опустившись по долине р. Миссисипи южнее 37° с. ш. Мощность ледникового покрова достигала 4 км, а общая площадь ледников составляла 67 %, в то время как сейчас она составляет 16 % от общей площади суши.
В животном мире этого периода произошли существенные изменения: вымерли типичные представители гиппарионовой фауны и на смену им пришли животные, приспособившиеся к жизни в холодном климате тундровых и лесотундровых пространств, возникших в результате оледенения - волосатые мамонты, шерстистые носороги, зубры, туры, олени и др.
Самым знаменательным событием четвертичного периода стало появление человека. Предком человека, как и обезьян, считают приматов.
Первый предок человека, живший около 12 млн лет назад, - рамапитек. Первый гоминид, который ходил уже на двух ногах, - австралопитек (т. е. южная обезьяна), жил 6,0-1,5 млн лет назад. В 1972 г. на берегу оз. Рудольф обнаружили останки человека умелого (Homohabilis), который мог изготавливать примитивные орудия. Его возраст составляет 2,6 млн лет. Затем около миллиона лет назад появился человек выпрямленный (Homo erectus), который уже научился пользоваться огнем. Затем появляется питекантроп, гейдельбергский человек, синантроп, объединенные под общим названием архантропы.
Около 250 тыс. лет назад в Европе появился ранний человек разумный (Homo sapiens), от которого произошли неандертальцы, вытесненные кроманьонцами 40-35 тыс. лет назад. Это были люди с современным строением тела и черепа, которые являются предками современного человека, появившегося около 10 тыс. лет назад.
Трудно переоценить значение обшей хронологической шкалы, созданной многими поколениями геологов разных стран и континентов и отразившей поэтапно всю геологическую историю нашей планеты.
Заканчивая изложение истории развития органического мира, следует остановиться на генетической концепции, устанавливающей естественные рубежи его эволюции и увязывающей их с этапностью эндогенной активизации земли.
Биотические кризисы - массовые вымирания животных и растений коррелируются определенным образом с ледниковыми периодами и фазами эндогенной активности Земли - дегазацией вещества ядра Земли, активизацией вулканической деятельности и усилением базальтового магматизма.
Первый биотический кризис - вымирание одних животных и растений и появление новых видов - произошел в верхнем протерозое, завершившемся четырьмя катастрофическими оледенениями в интервале 850-600 млн лет назад. Окончание последней, наиболее грандиозной ледниковой эпохи (600 млн лет назад) характеризуется появлением эдиакарской фауны, найденной в Эдиакаре, на юге Австралии, мягкотелые представители которой внезапно исчезли на границе протерозоя и палеозоя, уступив место фауне кембрия - археоциатам, трилобитам, брахиоподам. Примечательна корреляция этого кризиса с образованием глинистых отложений в Китае, обогащенных иридием, медью и халькофильными элементами.
Последующие крупные биотические кризисы произошли на границе палеозоя и мезозоя. Исчезло 90 % всех морских животных. На этом рубеже тоже отмечается образование глин (Италия, Сан-Антонио) с повышенными концентрациями Ir, Cr, Ni, Co, Sc, Ti, иногда Си и халькофильных элементов. Граница триаса и юры отмечена массовым вымиранием животных и образованием глин, обогащенных иридием, фосфором, редкоземельными элементами, а также V, Cr, Ni, Ti, Zn, As и др. Окончание мезозойской эры завершилось массовым вымиранием динозавров, аммонитов, широким распространением черных сланцев, базальтовых покровов и отложений, обогащенных иридием. И последний биотический кризис начала голоцена (около 10 тыс. лет назад) завершился потеплением после оледенения и вымиранием мамонтов.
А.А. Маракушев отмечает, что все границы биотических катастроф отмечены глобальным распространением черных сланцев, образование которых связывается с периодическим усилением спрединга Мирового океана и интенсивной водородной дегазацией жидкого ядра Земли, отмеченного геохимическими аномалиями и аномальным накоплением иридия в осадках. Формации черных сланцев отражают катастрофические преобразования Земли, синхронизируемые с пиками глобальных диастрофизмов (млрд лет).
Периоды дегазации характеризуются проникновением водорода в гидросферу и атмосферу, что вызывает разрушение защитного озонового слоя Земли, сопровождающегося оледенением и последующими биотическими катастрофами.
Еще одним проявлением активизации эндогенной динамики Земли является периодическое появление взрывных кольцевых структур (астроблем) на платформах, также отмечающих рубежи геологических этапов.
Закономерности цикличности геологической истории Земли можно изложить в следующей последовательности. Периодические проявления эндогенной активизации Земли определяются импульсами водородной дегазации жидкого ядра Земли в зоне срединных океанических хребтов и периодическим образованием взрывных кольцевых структур (астроблем) на платформах. Дегазация жидкого ядра сопровождается вулканическими взрывными извержениями, формированием мощных туфогенных толщ, излиянием покровных базальтов, инверсией магнитных полюсов, образованием черных сланцев и появлением геохимических аномалий. Водородная дегазация разрушает защитный озоновый слой, что приводит к периодическим оледенениям с последующим массовым вымиранием животных и растений - биотическим катастрофам.
Большинство современных ученых считают, что Земля сформировалась немногим ранее 4,5 млрд. лет назад. Жизнь на ней возникла относительно быстро. Самые ранние остатки вымерших микроорганизмов найдены в отложениях кремнезема, имеющих возраст 3,8 млрд. лет (см. Жизнь и её происхождение).
Первыми обитателями Земли были прокариоты - организмы без оформленного ядра , похожие на современных бактерий . Они были анаэробами , т. е. не использовали для дыхания свободный кислород , которого еще не было в атмосфере . Источником пищи для них были органические соединения, возникшие еще на безжизненной Земле в результате действия ультрафиолетового солнечного излучения, грозовых разрядов и тепла вулканических извержений. Другим источником энергии для них были восстановленные неорганические вещества (сера , сероводород, железо и т. д.). Сравнительно рано возник и фотосинтез . Первыми фотосинтетиками были также бактерии , но они использовали в качестве источника ионов водорода (протонов) не воду, а сероводород или органические вещества . Жизнь тогда была представлена тонкой бактериальной пленкой на дне водоемов и во влажных местах суши. Эту эру развития жизни называют архейской, древнейшей (от греческого слова ἀρχαῖος - древний).
В конце архея произошло важное эволюционное событие. Около 3,2 млрд. лет назад одна из групп прокариот - цианобактерии выработала современный, оксигенный механизм фотосинтеза с расщеплением воды под действием света. Образующийся при этом водород соединялся с углекислым газом, и получались углеводы , а свободный кислород поступал в атмосферу. Атмосфера Земли постепенно становилась кислородной, окислительной. (Не исключено, что значительная часть кислорода могла выделяться из горных пород, когда формировалось металлическое ядро Земли.)
Все это имело важные последствия для жизни. Кислород в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей превратился в озон. Озоновый экран надежно защитил поверхность Земли от жестокого солнечного излучения. Стало возможным возникновение кислородного дыхания , энергетически более выгодного, чем брожение , гликолиз , а следовательно, и возникновение более крупных и более сложно устроенных эукариотических клеток . Возникли сначала одноклеточные, а затем и многоклеточные организмы. Кислород сыграл и отрицательную роль - все механизмы связывания атмосферного азота подавляются им. Поэтому азот атмосферы связывают до сих пор бактерии -анаэробы и цианобактерии. От них практически зависит жизнь всех остальных организмов на Земле, возникших позже, уже в кислородной атмосфере.
Цианобактерии наряду с бактериями были широко распространены на поверхности Земли в конце архея и последующей эре - протерозойской, эре первичной жизни (от греческих слов πρότερος - более ранний и ζωή - жизнь). Известны образованные ими отложения - строматолиты («ковровые камни»). Как источник углекислоты эти древние фотосинтетики использовали растворимый бикарбонат кальция. При этом нерастворимый карбонат оседал на колонии известковой коркой. Строматолиты во многих местностях образуют целые горы , однако остатки микроорганизмов сохранились лишь в некоторых из них.
Несколько позже симбионтами каких-то первых эукариот стали цианобактерии - предки хлоропластов. Остатки первых несомненных эукариот - простейших и колониальных водорослей - найдены в отложениях протерозойской эры. Они похожи на вольвоксов.
В следующем, девонском периоде (от названия графства в Великобритании), длившемся около 60 млн. лет, разнообразные папоротникообразные вытеснили псилофитов, а рыбы, у которых передняя пара жаберных дуг превратилась в челюсти, - бесчелюстных. В девоне появились уже основные группы рыб - хрящевые , лучеперые и лопастеперые. Некоторые из последних в конце девона вышли на сушу, дав начало большой группе земноводных.
Кайнозой начинается с третичного периода. Ранний третичный, или палеогеновый, период включает эпохи: палеоцен, эоцен и олигоцен, которые длились 40 млн. лет. В это время возникли все ныне живущие отряды млекопитающих и птиц . Наибольшего расцвета новая жизнь достигла в начале неогенового периода, в миоценовую эпоху, наступившую 25 млн. лет назад. Тогда же появились первые человекообразные обезьяны. Сильное похолодание в конце следующей эпохи, плиоцена, привело к вымиранию теплолюбивой флоры и фауны на больших пространствах Евразии и Северной Америки. Около 2 млн. лет назад наступает последний период истории Земли - четвертичный. Это период становления человека, поэтому его чаще называют антропогеном.
