Развитие жизни в архейской эре - РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Биологическая эволюция продолжается на Земле более 3 млрд лет. С момента возникновения первых клеточных организмов благодаря естественному отбору появилось бесчисленное множество форм живых организмов. В этой главе вы познакомитесь с подразделением истории нашей планеты на эры и периоды; узнаете, когда и как возникли те или иные группы животных и растений.

Историю Земли принято делить на промежутки времени, границами которых являются крупные геологические события: горообразовательные процессы, поднятия и опускания суши, изменения очертаний материков, уровня океанов. Движения и разломы земной коры сопровождались усиленной вулканической деятельностью, выбросом в атмосферу громадного количества газов и пепла. Понижение прозрачности атмосферы уменьшало количество солнечной радиации, падавшей на Землю, и было одной из причин развития оледенения. Не случайно оледенения сопровождали горообразовательные процессы. Грандиозные ледниковые щиты, покрывавшие поверхность Земли, значительно изменяли климатические условия и тем самым оказывали глубокое влияние на растительный и животный мир. Одни группы организмов вымирали, другие сохранялись и в межледниковые эпохи достигали расцвета.

В таблице 22.1 приведена геохронологическая шкала с указанием групп животных и растений, существовавших в разные геологические эпохи. Давайте совершим путешествие вглубь веков и познакомимся с обитателями давно ушедших эпох.

Таблица 22.1

Геохронологическая шкала и история развития живых организмов

Эра	Период	Продолжительность, млн лет	Группы животных	Группы растений
Кайнозойская	Антропоген	1,5	Современный животный мир. Эволюция и господство человека.	Современный растительный мир.
				Широкое распространение цветковых растений, особенно травянистых; сокращение флоры голосеменных
	Неоген	23,5	Господство млекопитающих, птиц, насекомых.
	Палеоген	42	Появление первых приматов (лемуров, долгопятов), позднее парапитеков и дриопитеков. Исчезают многие группы пресмыкающихся, головоногих моллюсков
Мезозойская	Мел	70	Преобладают костистые рыбы, первоптицы, мелкие млекопитающие; появляются и распространяются плацентарные млекопитающие и современные птицы; вымирают гигантские пресмыкающиеся.	Доминируют современные покрытосеменные; сокращаются флоры папоротников и голосеменных. Господствуют современные голосеменные; появляются первые покрытосеменные; вымирают древние голосеменные. Преобладают древние голосеменные, появляются современные голосеменные, вымирают семенные папоротники
	Юра	58	Господствуют гигантские пресмыкающиеся, костистые рыбы, насекомые, головоногие моллюски; появляется археоптерикс; вымирают древние хрящевые рыбы.
	Триас	35	Преобладают земноводные, головоногие моллюски, травоядные и хищные пресмыкающиеся; появляются костистые рыбы, яйцекладущие и сумчатые млекопитающие
Палеозойская	Пермь Карбон Девон Силур Ордовик Кембрий	55 75-65 60 30 60 70	Господство морских беспозвоночных, акул; быстрое развитие пресмыкающихся и насекомых; возникновение зверозубых и травоядных пресмыкающихся; вымирание стегоцефалов и трилобитов. Доминируют земноводные, моллюски, акулы, двоякодышащие рыбы; появляются и быстро развиваются крылатые формы насекомых, пауки, скорпионы; возникают первые пресмыкающиеся; заметно уменьшаются фауны трилобитов и стегоцефалов. Преобладают панцирные, моллюски, трилобиты, кораллы; появляются кистеперые, двоякодышащие и лучеперые рыбы, стегоцефалы. Богатая фауна трилобитов, моллюсков, ракообразных, кораллов; появление панцирных рыб, первых наземных беспозвоночных (многоножек, скорпионов, бескрылых насекомых). Преобладают губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, трилобиты, появляются бесчелюстные позвоночные (щитковые), моллюски	Богатая флора голосеменных, семенных и травянистых папоротников; появляются древние голосеменные; вымирают древовидные папоротникобразные. Обилие древовидных папоротников, образующих “каменноугольные леса”; возникают семенные папоротники; исчезают псилофиты. Богатая флора псилофитов; появляются мхи, папоротники, грибы. Обилие водорослей; выход растений на сушу — появление псилофитов. Процветание всех отделов водорослей
Протерозойская		2 600	Широко распространены простейшие; появляются все типы беспозвоночных, иглокожих; появляются первичные хордовые — подтип бесчерепные	Широко распространены бактерии, цианобактерии, зеленые водоросли; появляются красные водоросли
Архейская		3 500 4 600	Возникновение жизни: прокариоты (бактерии, цианобактерии), эукариоты (простейшие), примитивные многоклеточные. Образование Земли

22.1. Развитие жизни в архейской эре

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 пищи 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 раз-

виваться. 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 многоклеточность.

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 дифференцировка 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?