Развитие жизни в архейской эре.
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Развитие жизни в архейской эре. |
| Рубрика (тематическая категория) | Биология |
Задание № 1
Тема 38. Развитие жизни на Земле в архейскую, протерозойскую и палеозойскую эры
Вопросы самоконтроля
1.Какие гипотезы возникновения жизни вам известны?
2.В чем сущность теории панспермии?
3.Кто доказал что ʼʼживое может возникнуть из живогоʼʼ?
4.Каков геологический возраст Земли?
5.Первым этапом на пути возникновения жизни на Земле стало?
6.Кем была предложена кооцерватная теория?
7.Что такое кооцерваты?
8.Возможно ли на современном этапе возникновения жизни на Земле?
1.Прочитайте ниже изложенный учебный материал.
2.Ответьте на вопросы самоконтроля.
Ученые разделяют историю Земли на длительные промежутки времени – эры. Эры подразделяют на периоды, периоды – на эпохи, эпохи – на века.
Разделение на эры не случайно. Окончание одной эры и начало другой знаменовалось существенным преобразованием лика Земли, изменением соотношений суши и моря, интенсивными горообразовательными процессами.
Название эр греческого происхождения, их смысл таков: Архей- древнейший, протерозой – первичная жизнь, палеозой- древняя жизнь, мезозой – средняя жизнь, кайнозой – новая жизнь.
Архей – самая древняя эра, начался более 3,5 млрд. лет назад и продолжался около 1 млрд. лет. О жизни в архее известно немного почти не осталось следов органической жизни: осадочные слои архейского возраста были сильно видоизменены под действием высокой температуры и давления. Наличие пород органического происхождения – известняка, мрамора указывает на существование в архейскую эру бактерий и сине-зеленых водорослей.
В архейскую эру произошли крупные ароморфозы: возникновение клеток с клеточным ядром, полового процесса, фотосинтеза и многоклеточности.
Половой процесс – расширяет возможности естественного отбора, повышает возможность приспособления к условиям среды вследствие создания бесчисленных комбинаций в хромосомах. Новый способ размножения как полезный в сохранении видов был закреплен естественным отбором, и теперь он преобладает в животном и растительном мире.
Возникновение фотосинтеза положило начало разделению единого ствола жизни на два – растения и животные – по способу питания и типу обмена веществ. Насыщение воды кислородом, накопление его в атмосфере и наличие пищи создавали предпосылки для развития животных в воде, защищавшей живые организмы от губительного ультрафиолетового излучения. Со временем в атмосфере стал образовываться озон, поглощающий почти все ультрафиолетовое излучение – защита жизни на поверхности воды и суши.
Возникновение многоклеточного строения повлекло усложнение в организации живых существ: дифференциацию тканей, органов и систем, их функций.
Пути эволюционных преобразований первых многоклеточных были различны.
Некоторые перешли к сидячему образу жизни и превратились в организмы типа губок. Другие стали ползать по субстрату с помощью ресничек - плоские черви. Третьи сохранили плавающий образ жизни. Приобрели рот и дали начало кишечнополостным.
Развитие жизни в протерозойскую эру.
Протерозойская эра – самая длинная в истории Земли. Она продолжалась около 2 млрд. лет. На границе архейской и протерозойской эры произошел первый великий период горообразования. Он привел к значительному перераспределению площадей суши и моря на Земле. Эти изменения лика Земли вынесли не все виды организмов, многие из них вымерли. Было уничтожено и большинство ископаемых останков, благодаря чему так мало известно о жизни в архейскую эру.
В течение этой эры бактерии и водоросли достигают исключительного расцвета. Чрезвычайно интенсивный процесс отложения осадков шел с участием организмов. Известно, что осадочное железо – продукт жизнедеятельности железобактерий. К протерозою относится образование крупнейших залежей железных руд на Земле (курские, криворожские руды, железняки Верхнего озера в США и др.). Господство сине-зеленых сменяется обилием зеленых водорослей, в т.ч. многоклеточных прикрепленных к дну. Это потребовало расчленения тела на части. Важнейшим ароморфозом было возникновение двухсторонней симметрии, которая привела к дифференцировке тела на передний и задний конец, а также на брюшную и спинную стороны. Передний конец является местом, где развиваются органы чувств, нервные узлы, а в дальнейшем и головной мозᴦ. Спинная сторона выполняет защитную функцию, в связи с чем здесь развиваются различные кожные железы, механические образования (щетинки, волоски), покровительственная окраска. Большинство животных протерозоя было представлено многоклеточными. В морях жили не только низшие многоклеточные – губки и радиально симметричные кишечнополостные; появляются и двухсторонне симметричные. Среди последних известны кольчатые черви – от них произошли моллюски и членистоногие. К концу протерозоя в морях появляются древнейшие представители членистоногих – ракоскорпионы.
Накопление кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана в атмосфере. Суша безжизненна, но по берегам водоемов начались почвообразовательные процессы в результате деятельности бактерий и микроскопических водорослей.
Развитие жизни в палеозойскую эру.
Палеозойская эра значительно короче предыдущих, она продолжалась около 340 млн. лет. Суша представляла в конце протерозоя единый суперконтинент, раскололась на отдельные материки, сгруппированные возле экватора. Это привело к созданию большого числа прибрежных районов, пригодных для расселения живых организмов. К началу палеозоя у некоторых животных образовался внешний органический или минеральный скелет. Его остатки сохранились в осадочных породах. Вот почему начиная с первого периода палеозоя- кембрия – палеонтологическая летопись достаточно полна и относительно непрерывны.
Кембрий. (80 20 млн лет)
Климат кембрия был умеренным, материки – низменными. В кембрии животные и растения населяли в основном моря. На суше жили по прежнему бактерии и сине-зеленые водоросли.
Наиболее разнообразно и богато была представлена жизнь в кембрийских морях. Площадь их была больше, чем площадь современных морей. Почти вся Европа была морским дном. В этих морях господствовали зеленые и бурые водоросли, прикрепленные ко дну; в толщах вод плавали диатомовые, золотистые и эвгленовые водоросли.
Среди одноклеточных животных были многочисленны фораминиферы – представители простейших, имевших известковую или склеенную из песчинок раковину. Весьма разнообразны были губки. Наряду с сидячими придонными животными весьма разнообразны были и подвижные организмы. Среди них были двустворчатые, брюхоногие и головоногие моллюски и кольчатые черви, от которых к кембрию уже произошли членистоногие. Древнейшие членистоногие – трилобиты по форме тела напоминали современных ракообразных – мокриц. Тело трилобитов было заключено в хитиновый панцирь и расчленено на 40-50 сегментов. Число сегментов тела у современных ракообразных, как известно, значительно меньше.
Ордовик (5510 млн лет)
В ордовике значительные участки кембрийской суши погружаются, больше всего сокращается площадь суши в Сибири в Северной Америке. На грани кембрия и ордовика происходили интенсивные тектонические движения, продолжавшаяся и до грани ордовика и силура.
В морях ордовика весьма разнообразны эукариоты – сифоновые зеленые, бурые и красные водоросли. Идет интенсивный процесс образования рифов кораллами. В конце ордовика появляются первые наземные растения – псилофиты. Их возникновению предшествовал ароморфоз, возникли ткани: покровная с устьицами, механическая, поддерживающая растение в пространстве, и проводящая . Дальнейшая эволюция растений шла в направлении расчленения тела на вегетативные органы и ткани, совершенствование сосудистой системы (обеспечивающей быстрое передвижение воды на большую высоту). Псилофиты были переходными формами от низших, бессосудистых споровых к высшим, сосудистым (плауновым, хвощовым и папоротниковым). Οʜᴎ были переходными от водных к наземным растениям. Распространение их на суше было уже подготовлено жизнедеятельностью прокариотов, водорослей, грибов, создавших первую почву.
Большое разнообразие наблюдается среди головоногих и брюхоногих моллюсков. Весьма многочисленны трилобиты. Уменьшается разнообразие фораминифер, губок и некоторых двустворчатых моллюсков.
У животных возникает крупный ароморфоз- появление хватательного ротового аппарата͵ который вызвал перестройку всей организации позвоночных . Возможность выбирать пищу способствовала улучшению ориентации в пространстве путем совершенствования органов чувств. Первые челюстноротые не имели плавников и передвигались в воде путем змееподобных движений. При этом данный способ передвижения при крайне важно сти поймать движущуюся добычу оказался малоэффективен. По этой причине для улучшения передвижения в воде имели значение кожные складки, в дальнейшем определенные участки этой складки развиваются дальше и дают начало плавникам, парным и непарным. Появление парных плавников- конечностей- следующий крупный ароморфоз в эволюции позвоночных. Итак, челюстноротые позвоночные приобрели хватательный ротовой аппарат и конечности. В своей эволюции они разделились на хрящевых и костных рыб.
Силур (35 10 млн лет)
На смену теплым мелководным морям ордовика в результате интенсивных тектонических движений приходят значительные площади суши; отмечено большое иссушение климата.
В конце силура наблюдается развитие своеобразных членистоногих - ракоскорпионов. К ордовику и силуру относится расцвет в морях головоногих моллюсков (современные представители этого класса – кальмары, каракатицы, осьминоги). Появляются новые представители беспозвоночных – кораллы (кишечнополостные), которые начинают постепенно вытеснять морских ежей (иглокожие). В силурийских морях появляются первые представители позвоночных животных – так называемые панцирные рыбы. Внутренний скелет у них был хрящевым, а снаружи тело было заключено в костный панцирь, состоящий из щитков. Панцирные рыбы лишь по форме тела напоминали настоящих рыб. Οʜᴎ принадлежали к другому классу позвоночных – бесчелюстным, или круглоротым. У них не было настоящих парных плавников, имелась одна ноздря (современный представитель этого класса – минога).
К концу силура относится начало интенсивного развития наземных растений. Первые наземные растения псилофиты – были лишены настоящих листьев, их строение весьма напоминает строение многоклеточных зеленых водорослей, от которых они и произошли. Развиваются папоротники. Появление на суше высших растений было подготовлено более ранним выходом из воды бактерий и сине-зеленых водорослей, наличием на суше биогенного слоя почвы, откуда могли черпать пищевые ресурсы псилофиты и папоротники. В развитии мхов, папоротников, хвощей, плаунов сохраняется стадия подвижных жгутиковых гамет, для которых необходима водная среда. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, выход на сушу и отрыв от водной среды силурийских растений еще не были окончательными.
Накопление в почве большого числа органических остатков создавало предпосылки для появления на суше гетеротрофных организмов, использующих эти органические вещества. Действительно в силуре появляются бесхлорофилльные гетеротрофные организмы – грибы.
Наличие значительных запасов биомассы растений способствовало выходу на сушу животных. Одними из первых перешли из водной среды представители типа членистоногих – пауки.
К концу силура вновь наступил так называемый каледонский горообразовательный период. Горы, возникшие в данный период, сохранились и поныне - ϶ᴛᴏ Скандинавские горы, хребты Саяно-Байкальской горной дуги. Горы Шотландии и др.
Это горообразование вновь изменило очертания суши и моря, изменило климат и условия существования организмов.
Девон (55 10 млн лет)
В результате поднятия суши и сокращения морей климат девона был более резко континентальный, нежели в силуре. В девоне наблюдались и оледенения в горных районах Южной Африки. В более теплых районах климат изменился в сторону большего иссушения, появились пустынные и полупустынные области.
В морях девона большого расцвета достигают рыбы. Потомки панцирных рыб дают разнообразнейших представителей настоящих рыб. Среди них были хрящевые рыбы (современные представители – акулы), появляются и рыбы с костным скелетом. Среди них в мелководных водоемах жили двоякодышащие рыбы, у которых наряду с жаберным дыханием возникло и легочное (легкое развилось из плавательного пузыря), а также кистеперые рыбы, которые были типично водными животными, но могли дышать атмосферным воздухом с помощью примитивных легких. Чтобы понять дальнейшую эволюцию рыб, крайне важно представить климатические условия в девонском периоде. Большая часть суши была безжизненной пустыней. По берегам пресноводных водоемов в густых зарослях растений обитали кольчатые черви, членистоногие. Климат сухой, с резкими колебаниями температуры в течении суток и по сезонам. Уровень воды в реках и водоемах часто менялся. Многие водоемы полностью высыхали, зимой промерзали. Водная растительность гибла при пересыхании водоемов, накапливались и затем гнили растительные остатки. Все это создавало очень неблагоприятную среду для рыб. В этих условиях их могло спасти только дыхание атмосферным воздухом. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, возникновение легких можно рассматривать как идиоадаптацию к недостатку кислорода в воде. При пересыхании водоемов у животных были два пути спасения: зарывание в ил или миграция в поисках воды. По первому пути пошли двоякодышащие рыбы, строение которых почти не изменилось со времени девона и которые обитают сейчас в мелких пересыхающих водоемах Африки. Эти рыбы переживают засушливое время года, зарываясь в ил и дышат атмосферным воздухом.
Приспособиться к жизни на суше смогли только кистеперые рыбы, в связи со строением парных плавников. До недавнего времени считалось, что кистеперые почти вымерли в конце палеозоя и совсем исчезли к концу мезозоя. Но в 1938, 1952 и в последующие годы у берегов Южной Африки и Мадагаскара были пойманы современные кистеперые рыбы – настоящие ʼʼживые ископаемыеʼʼ, сохранившиеся в мало измененном виде и до наших времен.
В конце девона потомки кистеперых рыб выходят на сушу, образуя первый наземный класс позвоночных – земноводных или амфибий. Древнейшие амфибии - стегоцефалы – были покрыты костным панцирем, одевавшим голову, форма их тела несколько напоминала тритонов и саламандр.
Размещено на реф.рф
Стегоцефалы отличались разнообразием размеров (от нескольких сантиметров до 4 м в длину). Стегоцефалы соединяли признаки рыб, земноводных и пресмыкающихся. Стегоцефал – ʼʼсборнаяʼʼ форма. Размножение стегоцефалов, как и всех других земноводных, происходило в воде. Личинки имели жаберное дыхание и развивались в воде.
На суше появляются первые леса из гигантских папоротников, хвощей и плаунов исчезают псилофиты. Новые группы животных начинают завоевывать сушу. Представители членистоногих, приобретшие воздушное дыхание, дают начало многоножкам и первым насекомым.
Отрыв земноводных от водной среды не был еще окончательным. Οʜᴎ в такой же степени зависели от водной среды, как и папоротникообразные. По этой причине первые наземные высшие растение и животные не могли завоевать внутриконтинентальные массивы суши, расположенные вдали от водоемов.
В конце девона у растений происходит крупный ароморфоз – возникновение семени, покрытого оболочкой, предохраняющей от высыхания, возникает новая группа голосеменные. Сменное размножение дает ряд преимуществ: зародыш защищен от неблагоприятных условий оболочками, обеспечен пищей, стал иметь диплоидное число хромосом. У семенных растений оплодотворение происходит без участия воды.
Карбон (65 10 млн лет)
В каменноугольном периоде, или карбоне, произошло заметное потепление и увлажнение климата. На низменных материках весьма распространились заболоченные низины. В жарких, тропического типа болотистых лесах произрастали громадные (высотой до 40м) папоротники, хвощи и плауны. Помимо этих растений, размножающихся спорами, в карбоне начинают распространяться голосеменные растения, возникшие еще в конце девона. Расцвет древесной растительности в карбоне привел к образованию больших пластов каменного угля. К этому периоду относится возникновение углей Донбасса и подмосковного угольного бассейна.
Во влажных и теплых болотистых лесах исключительного расцвета и разнообразия достигли древнейшие земноводные – стегоцефалы. Появляются первые отряды крылатых насекомых – тараканы, длина тела которых доходила до 10 см, и стрекозы, некоторые виды которых имели размах крыльев до 75 см.
Жизнь в морях карбона существенно не отличалась от девона.
К концу карбона начинается небольшое поднятие суши, неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ иссушение климата и похолодание, создались неблагоприятные условия для земноводных. Способной к дальнейшему завоеванию суши оказалась какая-то группа земноводных, которые претерпели очень большие изменения, полезные в новых условиях. Изменился способ размножения: возникло внутреннее оплодотворение: яйцо имело большой запас желтка, плотную оболочку и внутреннюю полость с жидкостью, что защищало зародыш от высыхания. Развитие зародыша происходило в яйце на суше .
Пермь (50 10 млн лет)
В пермском периоде дальнейшее поднятие суши привело к развитию засушливого климата и похолоданию. Влажные и пышные леса смешаются к экватору, постепенно вымирают папоротникообразные. Им на смену приходят голосеменные растения. В их развитии отсутствуют жгутиковые стадии, для существования которых необходима вода. Именно это приспособление позволило голосеменным растениям успешно выдержать в пермии конкуренцию со споровыми растениями и вытеснить их. Отмирающие леса из древних папоротникообразных образовали каменные угли Кузбасса и Печоро-Воркутинского бассейна.
Иссушение климата способствовало исчезновению земноводных стегоцефалов. Значительная часть крупных земноводных вымерла. Те же, которые могли укрыться в оставшихся болотах и топях, дали начало земноводным малых размеров. Зато значительного разнообразия достигают древнейшие пресмыкающиеся. Еще в карбоне среди стегоцефалов выделилась группа, имевшая хорошо развитые конечности и подвижную систему двух первых позвонков. Представители группы размножались в воде, но уходили по суше дальше амфибий, питались наземными животными, а затем и растениями. Эта группа получила название котилозавров. В дальнейшем от них произошли рептилии и млекопитающие.
Рептилии приобрели свойства, позволившие им окончательно порвать связь с водной средой. Внутреннее оплодотворение и накопление желтка в яйцеклетке сделали возможным размножение на суше. Ороговение кожи и более сложное строение почки способствовали резкому уменьшению потерь воды организмом и широкому расселению. Грудная клетка обеспечила более эффективный тип дыхания – всасывающий. Отсутствие конкуренции вызвало широкое распространение рептилий по суше и возвращение части их в водную среду.
Развитие жизни в архейской эре. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Развитие жизни в архейской эре." 2017, 2018.
Архейская эра (архей)
Архейская эра (Архей) – (по-греч. – начало) – древнейшая эра в геологической истории Земли. С нее начинается современная геохронологическая шкала (таблица). К архейским принято относить отложения возрастом более 2500 млн. лет.
После архейской идет протерозойская эра, означающая время появления, начала жизни. Относительно протерозоя архей, поэтому, может быть определен как дожизненное время. Таким оно и считается с момента создания геохронологической таблицы.
В 1756 г. немецкий геолог (тогда названия «геолог» еще не было) И.Г. Леман в книге «Опыт восстановления истории флёцовых гор» с учетом библейских представлений создания сначала безжизненной Земли и прошедшего затем всемирного потопа отнес граниты, гнейсы и кристаллические сланцы, не содержащие остатков организмов, к жильным породам, созданным Богом до сотворения жизни. Перекрывающие их слоистые (флёцовые) отложения принимались результатом всемирного потопа. Самыми молодыми считались глины и пески равнин.
В 1759 г. итальянский геолог Дж. Ардуино назвал жильные породы первичными, слоистые – вторичными, глины и пески – третичными. В 1829 г. верхняя часть третичных отложений, в которых содержались каменные орудия труда человека, Ж. Денуайе предложил называть четвертичными.
Согласно геохронологической таблице мы сейчас живем в четвертичный период кайнозойской эры – прямое наследие библейской легенды.
В 1845 г. Р. Мурчисон предложил первичные образования, как возникшие до появления жизни, называть азойскими (нежизненными – сформировавшимися до возникновения на Земле жизни). В 1872 г. американский геолог Дж. Дана азой заменил археем.
В начале XX в. В.И. Вернадский (1863-1945) обратил внимание естествоиспытателей на то, что горные породы, независимо от времени образования, одинаковые. В архее, протерозое, палеозое, мезозое и кайнозое распространены граниты, кварциты, песчаники. Вызвано это тем, что условия образования минералов и горных пород на Земле во все известное геологическое время были близкими. Если в палеозое, мезозое и кайнозое условия формирования горных пород были достоверно биогенными (в условиях биосферы), то биогенными они были и в архее и протерозое.
.
Отсюда гениальный вывод В.И. Вернадского: «Биосфера геологически вечна», или все горные породы образовались в условиях биосферы. Дожизненное время неизвестно.
С учетом этого, американский геолог Д. Чедвик в 1930 г. геологическое время предложил разделить на два эона: криптозой (kryptos по-греч. скрытый, тайный и зоикос по-греч. жизнь) – время скрытой жизни, когда организмы не имели скелетов, не оставивших явных следов жизни, и фанерозой (phaneros по-греч. явный) – время явной жизни. Криптозой составили архей и протерозой, а фанерозой – палеозой, мезозой и кайнозой.
Если жизнь в криптозое на Земле существовала, то от архея (дожизненного времени) и протерозоя (времени появления жизни) необходимо было отказаться, как ошибочно выделенных с учетом идеи образования безжизненной Земли с последующем сотворение на ней жизни. Но сделано это не было.
В середине XX в. в самых древних горных породах возраста около 4 млрд. лет – кварцитах Гренландии – под электронным микроскопом были определены остатки нитчатых (многоклеточных) водорослей. Тем самым было получено прямое подтверждение отсутствия дожизненного времени, или ошибочности выделения архея.
Таким образом, выделение криптозоя, нахождения в древнейших породах возраста около 4 млрд. лет остатков водорослей однозначно свидетельствует об отсутствии дожизненного времени, о том, что архей – симулякр в естествознании.
Жизнь зародилась в архейскую эру. Поскольку первые живые организмы еще не имели никаких скелетных образований, от них почти не осталось следов. Однако наличие среди архейских отложений пород органического происхождения - известняков, мрамора, графита и других - указывает на существование в эту эру примитивных живых организмов. Ими были одноклеточные доядерные организмы (прокариоты): бактерии и сине-зеленые водоросли.
Жизнь в воде была возможна благодаря тому, что вода защищала организмы от губительного действия ультрафиолетовых лучей. Именно поэтому море смогло стать колыбелью жизни.
4 крупных события архейской эры
В архейскую эру в эволюции органического мира и развитии жизни произошло четыре крупных события (ароморфоза):
- Появились эукариоты;
- фотосинтез;
- половой процесс;
- многоклеточность.
Появление эукариот связано с образованием клеток, имеющих настоящее ядро (содержащее хромосомы) и митохондрии. Только такие клетки способны делиться митотически, что обеспечило хорошую сохранность и передачу генетического материала. Это явилось предпосылкой к возникновению полового процесса.
Первые обитатели нашей планеты были гетеротрофными и питались за счет органических веществ абиогенного происхождения, растворенных в первородном океане. Прогрессивное развитие первичных живых организмов обеспечило в дальнейшем огромный скачок (ароморфоз) в развитии жизни: возникновение аутотрофов, использующих солнечную энергию для синтеза органических соединений из простейших неорганических.
Разумеется, не сразу возникло такое сложное соединение, как хлорофилл. Первоначально появились более просто устроенные пигменты, способствовавшие усвоению органических веществ. Из этих пигментов развился, по-видимому, хлорофилл.
Со временем в первородном океане стали иссякать органические вещества, накопившиеся в нем абиогенным путем. Появление аутотрофных организмов, в первую очередь зеленых растений способных к фотосинтезу, обеспечило дальнейший непрерывный синтез органических веществ, благодаря использованию солнечной энергии (космическая роль растений), а следовательно, существование и дальнейшее развитие жизни.
С возникновением фотосинтеза произошла дивергенция органического мира на два ствола, отличающиеся способом питания. Благодаря появлению аутотрофных фотосинтезирующих растений, вода и атмосфера стали обогащаться свободным кислородом. Этим была предопределена возможность появления аэробных организмов, способных к более эффективному использованию энергии в процессе жизнедеятельности.
Накопление кислорода в атмосфере привело к образованию в верхних ее слоях озонового экрана, не пропускающего губительных для жизни ультрафиолетовых лучей. Это подготовило возможность выхода жизни на сушу. Появление фотосинтезирующих растений обеспечило возможность существования и прогрессивного развития гетеротрофных организмов.
Появление полового процесса обусловило возникновение комбинативной изменчивости, поддержанной отбором. Наконец, по-видимому, в эту эру от колониальных жгутиковых произошли многоклеточные организмы. Появлением полового процесса и многоклеточности была подготовлена дальнейшая прогрессивная эволюция.
Архейская эра - вторая по продолжительности (900 млн лет) после протерозоя. Ее окончание отстоит от нашего времени более чем на 2,5 млрд лет. В архейской эре возникли первые живые организмы. Они были гетеротрофами и в качестве пиши использовали органические соединения «первичного бульона». Условия на древней Земле изменялись, и абиогенное возникновение органических молекул и неорганических в планетарном масштабе прекратилось. Остались отдельные небольшие локусы, преимущественно на дне океана, где и до сих пор происходит образование простейших органических соединений, но их вклад в обеспечение гетеротрофов питанием практически ничтожен.
Истощение запасов органики в Мировом океане поставило существование жизни на грань катастрофы.
Важнейший этап эволюции жизни на Земле связан с возникновением у древних прокариот фотосинтеза - биогенного синтеза органических молекул из неорганических за счет энергии солнечного света, что обусловило разделение органического мира на растительный и животный. Первыми фотосинтезирующими организмами были прокариотические сине-зеленые - цианеи. Они, перестав зависеть от готовых органических молекул «первичного бульона», начали бурно развиваться. Особенно важно, что они открыли перед жизнью на Земле еще один путь.
Фотосинтез сопровождается выделением побочного продукта - кислорода. На протяжении миллиарда лет он насыщал воду, где обитали первые живые организмы, и выделялся в атмосферу.
Микроскопические цианеи оставили множество следов своего существования. Они, захватывая частички ила, слой за слоем создавали огромные структуры, так называемые строматолиты, которые в заметно уменьшенном варианте существуют и в настоящее время, в частности у берегов Австралии и на побережье Флориды.
Практически остатками строматолитов исчерпывается все, что дошло до нас с тех древнейших времен.
Цианеи и появившиеся затем эукариотические зеленые водоросли выделяли в атмосферу из океана свободный кислород, что содействовало возникновению бактерий, способных жить в аэробной среде. По-видимому, в это же время - на границе архейской и протерозойской эр - произошло еще два крупных эволюционных события: появились половой процесс и многоклеточностъ.
Чтобы яснее представить значение двух последних ароморфозов, остановимся на них подробнее. Гаплоидные организмы (микроорганизмы, сине-зеленые) имеют один набор хромосом. Каждая новая мутация сразу же проявляется в фенотипе. Если мутация полезна, она сохраняется отбором, если вредна, организм, ее несущий, устраняется отбором. Гаплоидные формы непрерывно приспосабливаются к среде, но принципиально новых признаков и свойств у них не возникает.
Половой процесс резко повышает возможность приспособления к условиям среды вследствие создания бесчисленных комбинаций генов в хромосомах. Диплоидность, возникшая одновременно с оформленным ядром, позволяет сохранять мутации в гетерозиготном состоянии и использовать их как резерв наследственной изменчивости для дальнейших эволюционных преобразований. Кроме того, в гетерозиготном состоянии многие мутации часто повышают жизнеспособность особей и, следовательно, увеличивают их шансы в борьбе за существование.
Возникновение диплоидности и генетического разнообразия одноклеточных эукариот, с одной стороны, обусловило неоднородность строения клеток и их объединение в колонии, с другой - возможность «разделения труда» между клетками колонии, т.е. образование многоклеточных организмов. Разделение функций клеток у первых колониальных многоклеточных организмов привело к образованию первичных тканей - эктодермы и энтодермы, дифференцированных по структуре в зависимости от выполняемой функции. Дальнейшая дифференпировка тканей создала разнообразие, необходимое для расширения структурных и функциональных возможностей организма в целом, в результате чего создавались все более сложные органы. Совершенствование взаимодействия между клетками, сначала контактного, а затем опосредованного с помощью нервной и эндокринной систем, обеспечило существование многоклеточного организма как единого целого со сложным и тонким взаимодействием его частей и соответствующим реагированием на окружающую среду.
Пути эволюционных преобразований первых многоклеточных были различны. Некоторые перешли к сидячему образу жизни и превратились в организмы типа губок. Другие стали ползать, перемещаться по субстрату с помощью ресничек. От них произошли плоские черви. Третьи сохранили плавающий образ жизни, приобрели рот и дали начало кишечнополостным.
Опорные точки
- Жизнь возникла на Земле из синтезированных абиогенным путем органических молекул.
- В архейскую эру, на границе с протерозоем, возникновением первых клеток было положено начало биологической эволюции.
Вопросы и задания для повторения
- 1. По какому принципу историю Земли делят на эры и периоды?
- 2. Вспомните материал главы. Расскажите, когда и как возникли первые живые организмы.
- 3. Какими жизненными формами был представлен живой мир в протерозойскую эру?