Развитие жизни на Земле
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).
Палеозойская эра. А. Силурийское море населяли медузы (1), морские лилии (2), губки (3), кораллы (4), трилобиты (5), плеченогне (6), белемниты (7). Б. В девонском периоде воды заселили разнообразные рыбы; в каменноугольном периоде уже существовали все основные их группы. Внизу — амблиптер (8), динихтис (9), акулообразная кладоселяхия {10). В девоне растительность выходит на сушу. На циферблатах условных часов (вверху), отсчитывающих время существования Земли, сектор показывает продолжительность эры (1 час равен 375 млн. лет). Слева направо — архейская эра (показана коричневым цветом), протерозойская (синим), палеозойская (зелёным). Прошедшее время показано черным цветом.
Палеозойская эра. А. Каменноугольный период — эпоха расцвета гигантских папоротников, хвощей, плаунов и других растений; появились примитивные насекомые, среди которых была гигантская стрекоза — меганевра. Б Пермский ландшафт. В конце палеозоя климат на большей части Земли становится суше, получают распространение пресмыкающиеся, в том числе растительноядные ящеры — пеликозавр (1) и мосхопс (2).
Мезозойская эра — время расцвета пресмыкающихся. Среди них были гигантские формы: 1— птеранодон (размах крыльев до 8 м); 2 — бронтозавр (длина до 18 м); 3 — утконосый динозавр (длина до 10 м); 4 — стегозавр (длина до 3—4 м); 5 — морской ящер — ихтиозавр (длина до 12 м).
А. Кайнозойская эра — эпоха птиц и млекопитающих: 1 — гигантский гриф; 2 — гигантский безрогий носорог — индрикотерий; 3 — арсиноитерий; 4 — предок современной лошади мерикгиппус; 5 — хищная нелетающая птица — фороракос. Б. Похолодание в конце кайнозоя привело к гибели большинства третичных животных; 6 — представитель четвертичной фауны — мамонт. Четвертичный период — время становления человека. На условных часах кайнозойская эра длится меньше 12 минут, а ее четвертичный период (антропоген) — меньше 1 минуты.
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.
Неясно, когда появились эукариоты, имеющие клетки с оформленным ядром. Считают, что это произошло 1,5 млрд. лет назад, однако в последние годы в Канаде найдены остатки клеток с темными пятнышками внутри (очевидно, ядрами) в слоях давностью 2 млрд. лет. Есть и данные о находке в Гренландии остатков эукариотных клеток, возраст которых до 3,8 млрд. лет! Однако не все ученые полагают, что эти находки — остатки эукариот. Возникли эукариоты, вероятно, в результате симбиоза их предков с какими-то аэробными бактериями. Так, вероятно, произошли энергетические фабрики эукариотной клетки — митохондрии.
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.
Первые эукариоты — простейшие, одноклеточные водоросли и грибы широко распространились в протерозое. Тогда же появились первые многоклеточные. В конце протерозоя, 1000—600 млн. лет назад, уже существовала довольно богатая фауна, состоявшая из медуз и полипов, плоских червей, моллюсков и иглокожих. Некоторые отпечатки живших тогда организмов с побережья Белого моря или Южной Австралии нельзя отнести ни к одному из существующих ныне видов животных. Не все возникшие в то время типы и классы животных дожили до наших дней.
Все они не имели скелетных образований, а строение их было сходным со строением личинок ныне живущих беспозвоночных животных. Поэтому и редки палеонтологические находки: обычно в отложениях сохраняются кости, раковины, скелеты кораллов.
600—570 млн. лет назад начался новый этап развития жизни — кембрийский период, первый период новой эры — палеозойской, эры древней жизни (от греческих слов πᾰλαιός — древний и ζωή — жизнь). Суша и пресные воды в кембрии были практически безжизненными, но море кишело беспозвоночными — губками и ныне вымершими археоциатами, а также иглокожими и моллюсками, плеченогими, членистоногими, плоскими и многощетинковыми червями. В конце кембрия, длившегося около 70 млн. лет, очевидно, уже появились первые хордовые, похожие на современных ланцетников. Во всяком случае, в следующих за кембрием периодах — ордовике (60 млн. лет) и силуре (30 млн. лет) в морях и пресных водах появились странные бесчелюстные «рыбы» — без челюстей и парных плавников. До наших дней дожили лишь немногие их родственники — круглоротые — миноги и миксины. В это же время на суше появились первые растения — сначала примитивные псилофиты, а затем мхи и папоротникообразные.
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.
Первые земноводные — стегоцефалы иногда были несравненно крупнее наших современных тритонов и лягушек, имели сложно устроенные зубы и мощный панцирь, прикрывавший переднюю часть тела. Девон — Это время десанта водных форм на сушу. Именно тогда широкое распространение получили паукообразные (скорпионы, пауки, клещи), многоножки и насекомые.
Разнообразная флора и фауна развилась на суше в следующем периоде — каменноугольном, или карбоне (55—75 млн. лет). Это был период гигантских хвощей (каламитов) и плаунов (лепидодендронов), древовидных папоротников и загадочных семенных папоротников. Угольные залежи Донбасса образовались за счет этих лесов. В карбоне были многочисленны стегоцефалы. В конце этого периода появились первые голосеменные растения — кордаиты и первые пресмыкающиеся, которые достигли расцвета в следующем периоде — пермском, длившемся около 45 млн. лет, вытесняя более древние формы. Названия периодам даются обычно по названиям мест, где их отложения были впервые описаны: пермский получил свое название от бывшей Пермской губернии в России.
<addc>G</addc>
В пермском периоде (перми) стегоцефалы немногочисленны, хотя еще встречались у водоемов, во влажных местах. Более сухие места занимали пресмыкающиеся — причудливые пеликозавры с гребнем-радиатором на спине, служившим для теплообмена, а также предки основных групп, процветавших в следующей, мезозойской эре, эре средней жизни (от греческих слов μέσος — средний и ζωή — жизнь).
В мезозойской эре, длившейся около 175 млн. лет (45 млн. лет — триасовый, 60 — юрский и 70 — меловой периоды), эволюция внезапно делает зигзаг. Уже в пермском периоде, в конце палеозоя, существовали звероподобные ящеры — предки млекопитающих, и казалось бы, стегоцефалам должны наследовать высокоорганизованные млекопитающие. Да и предки птиц возникли, по-видимому, уже в триасе. А на самом деле мезозой — эра господства разнообразных пресмыкающихся. Первые млекопитающие, близкие к насекомоядным, и первые зубатые птицы в мезозое были на вторых ролях — море, сушу, пресные воды и воздух занимали всевозможные ящеры — динозавры, обитатели морей — ихтиозавры, летающие ящеры. Среди динозавров были и мелкие, величиной с курицу или кошку, и гигантские, до 30—35 м длины и 50 т веса; двуногие и четвероногие; хищники и растительноядные. В конце мезозоя большинство их вымерло. На Земле осталась лишь ничтожная часть пресмыкающихся той эпохи: ящерицы и змеи, новозеландская гаттерия, крокодилы и черепахи.
О причинах великого вымирания динозавров в конце мелового периода ученые спорят до сих пор. Скорее всего, оно было связано с переменами климата и не было катастрофично быстрым. Самые поздние из известных нам динозавров найдены на юге Франции. Их остаткам 62—63 млн. лет, значит, они жили уже в кайнозойской эре, эре новой жизни (от греческих слов καινός — новый и ζωή — жизнь). В этой эре, в которой живем и мы, изменилась и растительность. В мезозое господствовали голосеменные. Но уже в мелу (меловой период) появились покрытосеменные — цветковые растения, быстро завоевавшие Землю. Вместе с ними бурно развивались млекопитающие и птицы.
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.
