На Земле

Вспомните!

Что изучает наука палеонтология?

Какие эры и периоды в истории Земли вам известны?

Около 3,5 млрд лет назад на Земле наступила эпоха биологической эволюции, которая продолжается и сейчас. Менялся облик Земли: разрывая единые массивы суши, дрейфовали континенты, вырастали горные цепи, из морских глубин поднимались острова, длинными языками ползли с севера и с юга ледники. Возникали и исчезали многие виды. Чья-то история была скоротечна, а кто-то сохранялся практически в неизменном виде на протяжении миллионов лет. По самым скромным оценкам, сейчас на нашей планете обитает несколько миллионов видов живых организмов, а за всю долгую историю Земля видела примерно в 100 раз больше видов живых существ.

В конце XVIII в. возникла палеонтология – наука, изучающая историю живых организмов по их ископаемым остаткам и следам жизнедеятельности. Чем глубже расположен слой осадочных пород с окаменелостями, следами или отпечатками, пыльцой или спорами, тем древнее эти ископаемые организмы. Сравнение окаменелостей различных пластов горных пород позволило выделить в истории Земли несколько временных периодов, которые отличаются друг от друга особенностями геологических процессов, климатом, появлением и исчезновением определенных групп живых организмов.

Самые крупные промежутки времени, на которые подразделяют биологическую историю Земли, – это зоны: криптозой, или докембрий, и фанерозой. Эоны делят на эры. В криптозое выделяют две эры: архей и протерозой, в фанерозое – три эры: палеозой, мезозой и кайнозой. В свою очередь эры делят на периоды, а в периодах выделяют эпохи, или отделы. Современная палеонтология, используя новейшие методы исследования, воссоздала хронологию основных эволюционных событий, достаточно точно датируя появление и исчезновение тех или иных видов живых существ. Рассмотрим поэтапно становление органического мира на нашей планете.

Криптозой (докембрий). Это самая древняя эпоха, которая длилась около 3 млрд лет (85 % времени биологической эволюции). В начале этого периода жизнь была представлена простейшими прокариотическими организмами. В самых древних известных на Земле осадочных отложениях архейской эры, обнаружены органические вещества, которые, по-видимому, входили в состав древнейших живых организмов. В породах, чей возраст изотопным методом оценивается в 3,5 млрд лет, найдены окаменевшие цианобактерии.

Жизнь в этот период развивалась в водной среде, потому что только вода могла защитить организмы от солнечного и космического излучения. Первыми живыми организмами на нашей планете были анаэробные гетеротрофы, которые усваивали органические вещества из «первичного бульона». Истощение запасов органики способствовало усложнению строения первичных бактерий и появлению альтернативных способов питания – около 3 млрд лет назад возникли автотрофные организмы. Важнейшим событием архейской эры стало появление кислородного фотосинтеза. В атмосфере начал накапливаться кислород.

Протерозойская эра началась около 2,5 млрд лет назад и длилась 2 млрд лет. В этот период, около 2 млрд лет назад, количество кислорода достигло так называемой «точки Пастера» – 1 % от его содержания в современной атмосфере. Ученые считают, что такой концентрации было достаточно для появления аэробных одноклеточных организмов, возник новый тип энергетических процессов – дыхание. В результате сложного симбиоза разных групп прокариот появились и начали активно развиваться эукариоты. Образование ядра повлекло за собой возникновение митоза , а в дальнейшем и мейоза. Примерно 1,5–2 млрд лет назад возникло половое размножение. Важнейшим этапом эволюции живой природы стало появление многоклеточности (около 1,3–1,4 млрд лет назад). Первыми многоклеточными организмами были водоросли. Многоклеточность способствовала резкому увеличению многообразия организмов. Появилась возможность специализации клеток, образования тканей и органов, распределения функций между частями тела, что привело в дальнейшем к усложнению поведения.

В протерозое сформировались все царства живого мира: бактерии, растения, животные и грибы. В последние 100 млн лет протерозойской эры произошел мощный всплеск разнообразия организмов: возникли и достигли высокой степени сложности разные группы беспозвоночных (губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, членистоногие, моллюски). Увеличение количества кислорода в атмосфере привело к формированию озонового слоя, защитившего Землю от излучения, поэтому жизнь могла выходить на сушу. Около 600 млн лет назад, в конце протерозоя, на сушу вышли грибы и водоросли, образовав древнейшие лишайники. На рубеже протерозоя и следующей эры появились первые хордовые организмы.

Фанерозой. Эон, состоящий из трех эр, охватывает около 15 % всего времени существования жизни на нашей планете.

Палеозойская эра началась 570 млн лет назад и продолжалась около 340 млн лет. В это время на планете пели интенсивные горообразовательные процессы, сопровождавшиеся высокой вулканической активностью, сменяли друг друга оледенения, периодически на сушу наступали и отступали моря. В эре древней жизни (греч. palaios – древний) выделяют 6 периодов: кембрийский (кембрий), ордовикский (ордовик), силурийский (силур), девонский (девон), каменноугольный (карбон) и пермский (пермь).

В кембрии и ордовике увеличивается разнообразие животного мира океана, это время расцвета медуз и кораллов. Появляются и достигают огромного разнообразия древние членистоногие – трилобиты. Развиваются хордовые организмы (рис. 139).

В силуре климат становится более сухим, увеличивается площадь суши – единого континента Пангеи. В морях начинается массовое распространение первых настоящих позвоночных – бесчелюстных, от которых в дальнейшем произошли рыбы. Важнейшим событием силура становится выход на сушу споровых растений – псилофитов (рис. 140). Вслед за растениями на сушу выходят древние паукообразные, защищенные от сухого воздуха хитиновым панцирем.

Развитие жизни на Земле" class="img-responsive img-thumbnail">

Рис. 139. Животный мир палеозойской эры

В девоне увеличивается разнообразие древних рыб, господствуют хрящевые (акулы, скаты), но появляются и первые костные рыбы. В мелких пересыхающих водоемах с недостаточным количеством кислорода появляются двоякодышащие рыбы, имеющие помимо жабр органы воздушного дыхания – мешковидные легкие, и кистеперые рыбы, имеющие мускулистые плавники со скелетом, напоминающим скелет пятипалой конечности. От этих групп произошли первые наземные позвоночные – стегоцефалы (земноводные).

В карбоне на суше распространяются леса из древовидных хвощей, плаунов и папоротников, достигавших в высоту 30–40 м (рис. 141). Именно эти растения, падая в тропические болота, не сгнивали во влажном тропическом климате, а постепенно превращались в каменный уголь, который мы используем сейчас в качестве топлива. В этих лесах появились первые крылатые насекомые, напоминающие громадных стрекоз.

Рис. 140. Первые растения суши

Рис. 141. Леса каменноугольного периода

В последний период палеозойской эры – пермский – климат стал более холодным и сухим, поэтому те группы организмов, жизнедеятельность и размножение которых полностью зависели от воды, начали приходить в упадок. Сокращается разнообразие амфибий, чья кожа постоянно требовала увлажнения и личинки которых имели жаберный тип дыхания и развивались в воде. Основными хозяевами суши становятся пресмыкающиеся. Они оказались более приспособленными к новым условиям: переход на легочное дыхание позволил им защитить кожу от высыхания с помощью роговых покровов, а яйца, покрытые плотной оболочкой, могли развиваться на суше и защищали зародыш от воздействия окружающей среды. Образуются и широко распространяются новые виды голосеменных растений, причем некоторые из них дожили до настоящего времени (гинкго, араукарии).

Мезозойская эра началась около 230 млн лет назад, длилась примерно 165 млн лет и включала три периода: триасовый, юрский и меловой. В эту эру продолжалось усложнение организмов и темпы эволюции возрастали. В течение почти всей эры на суше господствовали голосеменные растения и пресмыкающиеся (рис. 142).

Триасовый период – начало расцвета динозавров; появляются крокодилы и черепахи. Важнейшим достижением эволюции является возникновение теплокровности, появляются первые млекопитающие. Резко сокращается видовое разнообразие амфибий и почти полностью вымирают семенные папоротники.

Рис. 142. Животный мир мезозойской эры

Меловой период характеризуется образованием высших млекопитающих и настоящих птиц. Появляются и быстро распространяются покрытосеменные растения, постепенно вытесняющие голосеменные и папоротникообразные. Некоторые покрытосеменные растения, возникшие в меловом периоде, сохранились до наших дней (дубы, ивы, эвкалипты, пальмы). В конце периода происходит массовое вымирание динозавров.

Кайнозойская эра, начавшаяся около 67 млн лет назад, продолжается и в настоящее время. Она подразделяется на три периода: палеогеновый (нижнетретичный) и неогеновый (верхнетретичный), общей продолжительностью 65 млн лет, и антропогеновый, который начался 2 млн лет назад.

Рис. 143. Животный мир кайнозойской эры

Уже в палеогене господствующее положение заняли млекопитающие и птицы. В течение этого периода формируется большинство современных отрядов млекопитающих, появляются первые примитивные приматы. На суше господствуют покрытосеменные растения (тропические леса), параллельно с их эволюцией идет развитие и увеличение многообразия насекомых.

В неогене климат становится более сухой, образуются степи, широко распространяются однодольные травянистые растения. Отступление лесов способствует появлению первых человекообразных обезьян. Формируются виды растений и животных, близкие к современным.

Последний антропогеновый период характеризуется похолоданием климата. Четыре гигантских оледенения привели к появлению млекопитающих, приспособленных к суровому климату (мамонты, шерстистые носороги, овцебыки) (рис. 143). Возникли сухопутные «мосты» между Азией и Северной Америкой, Европой и Британскими островами, что способствовало широкому расселению видов, в том числе и человека. Примерно 35–40 тыс. лет назад, перед последним оледенением, по перешейку на месте нынешнего Берингова пролива люди достигли Северной Америки. В конце периода началось глобальное потепление, вымерли многие виды растений и крупных млекопитающих, сформировались современные флора и фауна. Крупнейшим событием антропогена стало появление человека, чья деятельность стала ведущим фактором дальнейших изменений в животном и растительном мире Земли.

Вопросы для повторения и задания

1. По какому принципу историю Земли делят на эры и периоды?

2. Когда возникли первые живые организмы?

3. Какими организмами был представлен живой мир в криптозое (докембрии)?

4. Почему в пермский период палеозойской эры вымерло большое количество видов амфибий?

5. В каком направлении шла эволюция растений на суше?

6. Охарактеризуйте эволюцию животных в палеозойскую эру.

7. Расскажите об особенностях эволюции в мезозойскую эру.

8. Какое влияние оказывали обширные оледенения на развитие растений и животных в кайнозойскую эру?

9. Как вы можете объяснить сходство фауны и флоры Евразии и Северной Америки?

Каждого из нас порой волнуют такие вопросы, на которые сложно найти ответы. К ним относится понимание смысла своего существования, устройство мира и многое другое. Полагаем, что каждый однажды задумывался по поводу развития жизни на Земле. Эры, которые нам известны, очень сильно отличаются между собой. В этой статье мы подробно разберем, и как именно проходила ее эволюция.

Катархей

Катархей - когда земля была безжизненной. Повсюду были вулканические извержения, ультрафиолетовые излучения и отсутствовал кислород. Эволюция жизни на Земле начала свой отсчет именно с этого периода. За счет взаимодействия химических веществ, которые окутали землю, начинают образовываться свойства, характерные для жизни на Земле. Однако существует и другое мнение. Некоторые историки считают, что Земля никогда не пустовала. По их мнению, планета существует столько же времени, сколько и жизнь на ней.

Эра катархея продолжалась от 5-ти до 3-х миллиардов лет назад. Исследования показали, что в этот период планета не имела ядра и земной коры. Интересен тот факт, что в то время сутки длились всего лишь 6 часов.

Архей

Следующей эрой после катархея, является архей (3,5-2,6 миллиардов лет до н.э.). Он делится на четыре периода:

• неоархей;
• мезоархей;
• палеоархей;
• эоархей.

Именно во время архея зародились первые простейшие микроорганизмы. Мало кому известно, но залежи серы и железа, которые мы добываем сегодня, появились именно в этот период. Археологи нашли остатки нитчатых водорослей, возраст которых позволяет отнести их к периоду архея. В это время эволюция жизни на Земле продолжалась. Появляются гетеротрофные организмы. Образуется грунт.

Протерозой

Протерозой - это один из наиболее длительных периодов развития Земли. Он разделяется на следующие этапы:

• мезопротерозой;
• неопротерозой.

Данный период характеризуется появлением озонового слоя. Также именно в это время, как утверждают историки, полностью сформировался объем мирового океана. Палеопротерозойская эра включала в себя сидерийский период. Именно в нем произошло формирование анаэробных водорослей.

Ученые отмечают, что именно в протерозое произошло глобальное оледенение. Оно длилось на протяжении 300 миллионов лет. Подобной ситуацией характеризуется и ледниковый период, который был гораздо позднее. Во время протерозоя появились Среди них губки и грибы. Именно в этот период сформировались залежи руды и золота. Неопротерозойская эра характеризуется формированием новых континентов. Ученые отмечают, что вся флора и фауна, которая существовала в этот период, не является предком современных животных и растений.

Палеозой

Ученые изучают геологические эры Земли и развитие органического мира достаточно долго. По их мнению, палеозой является одним из наиболее значимых для нашей современной жизни периодом. Он длился около 200 миллионов лет и делится на 6 временных отрезков. Именно в эту эру развития Земли начали формироваться наземные растения. Стоит отметить, что в период палеозоя животные вышли на сушу.

Эру палеозоя исследовали многие известные ученые. Среди них А. Седжвик и Э. Д. Филлипс. Именно они разделили эру на определенные периоды.

Климат палеозоя

Многие ученые проводили исследования, чтобы выяснить Эры, как мы говорили ранее, могли длиться достаточно долго. Именно по этой причине на протяжении одного летоисчисления на определенном участке Земли в разное время может быть абсолютно противоположный климат. Так было и в палеозое. В начале эры климат был более мягкий и теплый. Зональности как таковой не было. Процент кислорода постоянно возрастал. Температура воды составляла от 20 градусов по Цельсию. Со временем начала появляться зональность. Климат стал более жарким и влажным.

К концу палеозоя, как следствие образования растительности, начался активный фотосинтез. Появилась более выраженная зональность. Образовались климатические пояса. Данный этап стал одним из наиболее важных для развития жизни на Земле. Эры палеозоя дали толчок для обогащения планеты флорой и фауной.

Растительный и животный мир эры палеозоя

В начале палеозийского периода жизнь была сосредоточена в водоемах. В середине эры, когда количество кислорода достигло высокого уровня, началось освоение суши. Ее самыми первыми жителями были растения, которые сначала совершали свою жизнедеятельность на мелководье, а потом перебрались и на берег. Первые представители флоры, которые освоили сушу, - псилофиты. Стоит отметить, что они не имели корней. К эре палеозоя также относят процесс формирования голосеменных. Появились также древовидные растения. В связи с появлением на земле флоры, постепенно начали появляться и животные. Ученые предполагают, что первыми возникли растительноядные формы. Достаточно длительное время длился процесс развития жизни на Земле. Эры и живые организмы постоянно видоизменялись. Первые представители фауны - беспозвоночные и пауки. Со временем появились насекомые с крыльями, клещи, моллюски, динозавры, рептилии. В позднем периоде палеозоя произошли значительные климатические изменения. Это привело к вымиранию некоторых видов животных. По предварительным подсчетам погибло около 96% обитателей воды и 70% суши.

Полезные ископаемые эры палеозоя

Именно с палеозойским периодом связано образование многих полезных ископаемых. Начали формироваться залежи каменной соли. Стоит также подчеркнуть, что некоторые нефтяные бассейны берут свое начало именно с Начали формироваться угольные толщи, которые составляют 30% от общего количества. Также именно с палеозойским периодом связано образование ртути.

Мезозой

Следующим после палеозоя, был мезозой. Он длился около 186 миллионов лет. Геологическая история Земли взяла свое начало гораздо раньше. Однако именно мезозой стал эрой активности как климатической, так и эволюционной. Сформировались основные границы материков. Началось горообразование. Произошло деление Евразии и Америки. Считается, что именно в климат был наиболее теплым. Однако в конце эры начался ледниковый период, который существенно изменил флору и фауну земли. Произошел естественный отбор.

Флора и фауна в эру мезозоя

Эра мезозоя характеризуется вымиранием папоротников. Преобладают голосеменные и хвойные. Формируются покрытосеменные растения. Именно в мезозойском периоде наступает расцвет фауны. Наиболее развитыми становятся рептилии. В данном периоде существовало большое количество их подвидов. Появляются летающие рептилии. Их рост продолжается. К концу некоторые представители весят около 50 килограмм.

В мезозое постепенно начинается развитие цветоносных растений. К концу периода наступает похолодание. Снижается количество подвидов околоводных растений. Постепенно вымирают и беспозвоночные. Именно по этой причине появляются птицы и млекопитающие.

По мнению ученых, птицы взяли свое начало от динозавров. Возникновение млекопитающих они связывают с одним из подклассов пресмыкающихся.

Кайнозой

Кайнозой - это именно та эра, в которой мы сегодня живем. Она началась около 66 миллионов лет назад. В начале эры по-прежнему происходило деление континентов. На каждом из них преобладала своя флора, фауна и климат.

Кайнозой отличается большим количеством насекомых, летающих и морских животных. Преобладают млекопитающие и покрытосеменные. Именно в это время все живые организмы сильно эволюционируют и отличаются большим количеством подвидов. Появляются злаковые. Самое главное преобразование - это появление человека разумного.

Эволюция человека. Начальные этапы развития

Точный возраст планеты определить невозможно. Ученые спорят касаемо этой темы на протяжении длительного времени. Одни считают, что возраст Земли составляет 6000 тысяч лет, другие, что более 6 миллионов. Полагаю, что мы никогда не узнаем правды. Самым главным достижением кайнозойской эры является появление человека разумного. Давайте более подробно разберем, как именно это происходило.

Существует большое количество мнений, относительно формирования человечества. Ученые неоднократно сравнивали самые разнообразные наборы ДНК. Они пришли к выводу, что наиболее схожий организм с человеком имеют обезьяны. Доказать данную теорию до конца невозможно. Некоторые ученые утверждают, что организм человека и свиньи также достаточно схож.

Эволюция человека просматривается невооруженным глазом. Сначала для населения были важны биологические факторы, а сегодня - социальные. Неандерталец, кроманьонец, австралопитек и другие - все это через которые прошли наши предки.

Парапитек - это первая ступень развития современного человека. На данном этапе существовали наши предки - обезьяны, а именно шимпанзе, гориллы и орангутанги.

Следующим этапом развития были австралопитеки. Первые найденные остатки находились на территории Африки. По предварительным данным, их возраст составляет около 3 миллионов лет. Ученые исследовали находку и пришли к выводу, что австралопитеки достаточно схожи с современным человеком. Рост представителей был достаточно небольшим, примерно 130 сантиметров. Масса австралопитеков составляла 25-40 килограмм. Орудиями, скорее всего, они не пользовались, поскольку они так и не найдены.

Человек умелый был схож с австралопитеком, но, в отличие от них, пользовался примитивным орудием. Его кисти рук и фаланги пальцев были более развитыми. Считается, что именно человек умелый - прямой наш предок.

Питекантроп

Следующим этапом эволюции был питекантроп - человек прямоходящий. Первые его останки были найдены на острове Ява. По мнению ученых, питекантропы проживали на территории Земли около миллиона лет назад. Позже останки человека прямоходящего были найдены во всех уголках планеты. Исходя из этого, можно сделать вывод, что питекантропы населяли все континенты. Тело прямоходящего человека мало чем отличалось от современного. Однако были незначительные отличия. Питекантроп имел низкий лоб и четко выраженные надбровные дуги. Ученые выяснили, что прямоходящий человек вел активный образ жизни. Питекантропы занимались охотой и изготовляли простые орудия труда. Они жили группами. Так питекантропам было легче охотиться и защищаться от врага. Находки в Китае позволяют сделать вывод, что они также умели пользоваться огнем. У питекантропов появилось абстрактное мышление и речь.

Неандерталец

Жили неандертальцы около 350 тысяч лет назад. Найдено около 100 остатков их жизнедеятельности. Череп неандертальцев был куполообразным. Их рост составлял около 170 сантиметров. Они имели достаточно крупное телосложение, развитую мускулатуру и хорошую физическую силу. Им пришлось жить в ледниковый период. Именно благодаря этому неандертальцы научились шить одежду из кожи и постоянно поддерживать огонь. Существует мнение, что неандертальцы жили только на территории Евразии. Стоит также отметить, что они достаточно тщательно обрабатывали камень для будущего орудия. Неандертальцы часто использовали дерево. С него они создавали орудие труда и элементы для жилищ. Однако стоит отметить, что они были достаточно примитивные.

Кроманьонец

Кроманьонцы имели высокий рост, который составлял около 180 сантиметров. Они имели все признаки современного человека. За последние 40 тысяч лет их вид абсолютно не изменился. Проанализировав останки человека, ученые сделали вывод, что средний возраст кроманьонцев составлял около 30-50 лет. Стоит отметить, что они создавали более сложные виды оружий. Среди них ножи и гарпуны. Кроманьонцы ловили рыбу и поэтому, помимо стандартного набора оружия, они создавали и новое для комфортной рыбалки. Среди них иглы и многое другое. Из этого можно сделать вывод, что кроманьонцы обладали хорошо развитым мозгом и логикой.

Свое жилище человек разумный строил из камня или вырывал его в земле. Кочующие население для большего удобства создавало временные шалаши. Стоит также отметить, что кроманьонцы приручили волка, превратив его со временем в сторожевого пса.

Кроманьонцы и искусство

Мало кому известно, что именно кроманьонцы сформировали концепцию, которая сейчас нам известна, как понятие творчества. На стенах большого количества пещер были найдены наскальные рисунки, сделанные кроманьонцами. Стоит подчеркнуть, что кроманьонцы всегда оставляли свои рисунки в труднодоступных местах. Возможно, они выполняли какую-то магическую роль.

Техника нанесения рисунков у кроманьонцев была разнообразная. Одни четко прорисовывали изображения, а другие выцарапывали их. Кроманьонцы использовали цветные краски. Преимущественно красный, желтый, коричневый и черный. Со временем они даже начали вытачивать фигурки людей. Все найденные экспонаты вы можете с легкостью найти практически в любом археологическом музее. Ученые отмечают, что кроманьонцы были достаточно развитыми и образованными. Они любили носить украшения из костей убитых ими животных.

Существует достаточно интересное мнение. Раньше считалось, что кроманьонцы вытеснили неандертальцев в неравной борьбе. Сегодня ученые предполагают иначе. Они считают, что на протяжении определенного количества времени неандертальцы и кроманьонцы жили бок о бок, но более слабые погибли от резкого похолодания.

Подведем итоги

Геологическая история Земли взяло свое начало много миллионов лет назад. Каждая эра внесла свою лепту в нашу современную жизнь. Мы часто не задумываемся о том, как развивалась наша планета. Изучая информацию о том, как формировалась наша Земля, остановиться невозможно. История эволюции планеты способна заворожить каждого. Настоятельно рекомендуем беречь нашу Землю, хотя бы для того, чтобы спустя еще миллионы лет историю нашего существования было кому изучать.

Учебник для 10-11 классов

Глава XIII. Развитие жизни на Земле

Историю живых организмов на Земле изучают по сохранившимся в осадочных горных породах остаткам, отпечаткам и другим следам их жизнедеятельности. Этим занимается наука палеонтология. Для удобства изучения и описания вся история Земли разделена на отрезки времени, имеющие различную длительность и отличающиеся друг от друга климатом, интенсивностью геологических процессов, появлением одних и исчезновением других групп организмов и т. д. В геологической летописи эти отрезки времени соответствуют разным слоям осадочных пород с включенными в них ископаемыми остатками. Чем глубже расположен слой осадочных пород (если, конечно, слои не перевернуты в результате тектонической деятельности), тем древнее находящиеся там ископаемые. Такое определение возраста находок является относительным. Кроме того, нужно помнить, что зарождение той или другой группы организмов происходит раньше, чем она появляется в геологической летописи. Группа должна стать достаточно многочисленной, чтобы через сотни миллионов лет мы могли обнаружить ее представителей при раскопках.

Рис. 71. История развития жизни на Земле и формирование современной атмосферы

Названия этих отрезков времени греческого происхождения. Самые крупные такие подразделения - зоны, их два - криптозой (скрытая жизнь) и фанерозой (явная жизнь). Зоны делятся на эры (рис. 71). В криптозое две эры - архей (древнейший) и протерозой (первичная жизнь). Фанерозой включает в себя три эры - палеозой (древняя жизнь), мезозой (средняя жизнь) и кайнозой (новая жизнь). В свою очередь, эры разделены на периоды, периоды иногда делят на более мелкие части. Для того чтобы выяснить, какие реальные промежутки времени соответствуют эрам и периодам, определяют содержание изотопов различных химических элементов в горных породах и остатках организмов. Поскольку скорость распада изотопов строго постоянная и хорошо известная величина, можно определить абсолютный возраст найденных ископаемых. Чем дальше от нас отстоит тот или другой период времени, тем с меньшей точностью определяется его возраст.

§ 55. Развитие жизни в криптозое

По мнению ученых, планета Земля формировалась 4,5-7 млрд лет назад. Около 4 млрд лет назад стала остывать и затвердела земная кора, на Земле возникли условия, позволившие развиваться живым организмам. Эти первые организмы были одноклеточными, не имели твердых оболочек, поэтому обнаружить следы их жизнедеятельности очень трудно. Неудивительно, что ученые долгое время считали, что Земля значительную часть времени своего существования была безжизненной пустыней. Хотя на криптозой приходится около 7/8 всей истории Земли, интенсивное изучение этого зона началось только в середине XX в. Применение современных методов исследования, таких, как электронная микроскопия, компьютерная томография, методов молекулярной биологии позволило установить, что жизнь на Земле намного древнее, чем представлялось ранее. В настоящее время науке неизвестны такие осадочные породы, в которых бы не было следов жизнедеятельности. В самых древних известных на Земле осадочных породах, возраст которых 3,8 млрд лет, обнаружены вещества, входившие, по-видимому, в состав живых организмов.

Архей. Архей - самая древняя эра, начался более 3,5 млрд лет назад и продолжался около 1 млрд лет. В это время на Земле были уже довольно многочисленны цианобактерии, окаменевшие продукты жизнедеятельности которых - строматолиты - найдены в значительных количествах. Австралийскими и американскими исследователями были найдены и сами окаменевшие цианобактерии. Таким образом, в архее уже существовала своеобразная «прокариотическая биосфера». Цианобактериям обычно для жизнедеятельности нужен кислород. Кислорода в атмосфере еще не было, однако им, по-видимому, хватало кислорода, который выделялся при химических реакциях, протекавших в земной коре. Очевидно, биосфера, состоящая из анаэробных прокариот, существовала еще раньше. Важнейшим событием архея явилось возникновение фотосинтеза. Нам неизвестно, какие именно организмы явились первыми фотосинтетиками. Самым ранним свидетельством существования фотосинтеза являются содержащие углерод минералы с таким соотношением изотопов, которое характерно именно для углерода, прошедшего через процесс фотосинтеза. Эти минералы имеют возраст более 3 млрд лет. Возникновение фотосинтеза имело огромное значение для дальнейшего развития жизни на Земле. Биосфера получила неиссякаемый источник энергии, а в атмосфере начал накапливаться кислород (см. рис. 71). Содержание кислорода в атмосфере еще долго оставалось низким, однако появились предпосылки бурного развития аэробных организмов в дальнейшем.

Протерозой. Протерозойская эра - самая длинная в истории Земли. Она продолжалась около 2 млрд лет. Примерно через 600 млн лет после начала протерозоя, около 2 млрд лет назад, содержание кислорода достигло так называемой «точки Пастера» - около 1% от его содержания в атмосфере, современной нам. Ученые считают, что такая концентрация кислорода достаточна для того, чтобы обеспечить устойчивую жизнедеятельность одноклеточных аэробных организмов. Медленное, но постоянное увеличение содержания кислорода в атмосфере способствовало совершенствованию клеточного дыхания, возникновению окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование, будучи значительно более эффективным способом утилизации энергии углеводов, чем анаэробный гликолиз, в свою очередь, вело к процветанию аэробных организмов. Накопление кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана в стратосфере, что сделало принципиально возможной жизнь на суше, защитив ее от смертоносного жесткого ультрафиолета. Прокариоты - бактерии и одноклеточные водоросли - жили, по-видимому, и на суше, в пленках воды между минеральными частицами в зонах частичного затопления вблизи водоемов. Результатом их жизнедеятельности стало образование почвы.

Рис. 72. Флора и фауна позднего протерозоя.
1 - многоклеточная водоросль; 2 - губка; 3 - медуза; 4 - ползающий кольчатый червь; 5 - сидячий кольчатый червь; 6 - восьмилучевой коралл; 7 - примитивные членистоногие неясного систематического положения

Не менее важным событием было и возникновение эукариот. Когда оно произошло, неизвестно, так как зафиксировать его очень трудно. Исследования на молекулярном уровне дали основание некоторым ученым предположить, что эукариоты могут быть столь же древними, как и прокариоты. В геологической же летописи признаки деятельности эукариот появились примерно 1,8-2 млрд лет назад. Первые эукариоты были одноклеточными организмами. По-видимо-му, уже у них сформировались такие фундаментальные признаки эукариот, как митоз и наличие мембранных органелл. Ко времени 1,5-2 млрд лет назад относят возникновение одного из самых важных ароморфозов - полового размножения.

Важнейшим этапом в развитии жизни явилось возникновение многоклеточности. Это событие дало мощный толчок увеличению разнообразия живых организмов, их эволюции. Многоклеточность делает возможными специализацию клеток в пределах одного организма, возникновение тканей и органов, в том числе органов чувств, активное добывание пищи, передвижение. Эти преимущества способствовали широкому расселению организмов, освоению всех возможных экологических ниш и в конечном итоге формированию современной биосферы, пришедшей на смену «прокариотической». Первые многоклеточные организмы появились в протерозое не менее 1,5 млрд лет назад. Однако некоторые ученые считают, что это произошло гораздо раньше - около 2 млрд лет назад. Это были, по-видимому, водоросли.

Вспышка разнообразия животных. Конец протерозоя, примерно 680 млн лет назад, ознаменовался мощной вспышкой разнообразия многоклеточных организмов и появлением животных (рис. 72). До этого периода находки многоклеточных редки и представлены растениями и, возможно, грибами. Возникшая в конце протерозоя фауна получила название эдиакарской по местности в Южной Австралии, где в середине XX в. в слоях возрастом 650-700 млн лет были обнаружены первые отпечатки животных. Впоследствии похожие находки были сделаны и на других материках. Эти находки послужили причиной выделения в протерозое особого периода, получившего название венд (по названию одного из славянских племен, живших на берегу Белого моря, где обнаружено множество ископаемых остатков представителей этой фауны). Венд продолжался примерно 110 млн лет. За это короткое по сравнению с предыдущими эпохами время возникло и достигло значительного разнообразия большое количество видов многоклеточных животных, относящихся к типам кишечнополостных, червей, членистоногих. Некоторые из этих животных имели до 1 м в длину, по-видимому, они были студенистыми, как медузы. Отличительная особенность животных вендо-эдиакарской фауны - отсутствие какого бы то ни было скелета. Вероятно, тогда еще не было хищников, от которых надо было защищаться.

С чем же связана такая вспышка разнообразия? Ученые предполагают, что в конце протерозоя наша планета претерпевала значительные потрясения. Была очень высокой гидротермальная активность, шло горообразование, оледенения сменялись потеплением климата. В атмосфере увеличилось содержание кислорода. Повышение содержания кислорода до 5-6% от современного уровня, по-видимому, было необходимым для успешного существования многоклеточных животных довольно крупных размеров. Эти изменения в среде обитания, очевидно, и привели к появлению новых типов и их бурному развитию. Кончался криптозой, эон «скрытой жизни», охватывающий более 85% всего времени существования жизни на Земле, начинался новый этап - фанерозой.

1. Как определяется относительный и абсолютный возраст палеонтологических находок?
2. Какие основные ароморфозы можно выделить в эволюции одноклеточных организмов?
3. Как жизнедеятельность живых организмов повлияла на изменение геологических оболочек Земли?
4. 4. Чем можно объяснить возникновение большого разнообразия многоклеточных животных в конце протерозоя?

Историю развития жизни изучают по данным геологии и палеонтологии , поскольку в структуре земной коры сохранилось много иско­паемых останков, произведенных живыми организмами. На месте бывших морей образовались осадочные породы, содержащие огромные пласты мела, пес­чаников и других минералов, представляющих донные осадки известко­вых раковин и крем­­ниевых скелетов древних организмов. Имеются и надежные методы опре­де­ления возраста земных пород, содержащих органику. Обычно используется радиоизотопный метод, основанный на измерении содер­жа­ния радиоактивных изотопов в сос­таве урана, углерода и др., которое закономерно изменяется во времени.

Сразу отметим, что развитие форм жизни на Земле шло параллельно с геологической перестройкой структуры и рельефа земной коры, с изменением границ материков и мирового океана, соста­ва атмосферы, температуры земной поверхности и других геологических факторов. Эти изменения и обусловливали в решающей степени направление и динамику биологической эволюции.

Первые следы жизни на Земле дати­руются возрастом примерно 3,6–3,8 млрд лет. Таким образом, жизнь возникла вскоре после образования земной коры. В соответствии с наиболее значительными событиями геобиоло­ги­чес­­кой эволюции в истории Земли выделяют крупные интервалы вре­ме­ни – эры, внутри них – периоды, в пределах периодов – эпохи и т.д. Для большей наглядности изобразим кален­дарь жизни в виде условного годового цикла, в котором один месяц соответствует 300 млн лет реального времени (рис. 6.2). Тогда весь период развития жизни на Земле как раз и составит один условный год нашего календаря – от “1 января” (3600 млн лет тому назад), когда обра­зо­вались первые протоклетки, до “31 декабря” (ноль лет), когда живем мы с вами. Как видим, отсчет геологического времени принято вести в обратном порядке.

(1) Архей

Архейская эра (эра древнейшей жизни) –от 3600 до 2600 млн лет назад, протяженность 1 млрд лет – примерно четверть всей истории жизни (на нашем условном календаре это “январь”, “февраль”, “март” и несколько дней “апреля”).

Первобытная жизнь существовала в водах мирового океана в форме примитивных протоклеток. В атмос­фере Земли еще не было кислорода, но в воде были свободные органические вещества, поэтому первые бактериоподобные организмы питались гетеротрофно: поглощали готовую органику и за счет брожения получали энергию. В горячих источниках, богатых выделениями сероводорода и других газов, при температурах до 120°С могли жить аутотрофные хемосинтезирующие бакте­рии или их новые формы – археи. По мере истощения первичных запасов органического ве­щес­тва возникали аутотрофные фотосинтезирующие клетки. В прибрежных зонах происходил выход бактерий на сушу, и нача­лось образование почвы.

С появлением в воде и атмосфере свободного кислорода (от фотосинтезирующих бактерий) и накоп­лением углекислого газа создаются возможности для развития более продуктивных бактерий, а за ними и первых эукариотных клеток с настоящим ядром и органоидами. От них впоследствии развивались разнообразные протисты (одноклеточные простейшие организмы) и далее растения, грибы, жи­вот­ные.

Таким образом, в архейскую эру в мировом океане возникли про- и эукариотные клетки с разным типом питания и энергетического обеспечения. Сложились предпосылки для перехода к многоклеточным организмам .

(2) Протерозой

Протерозойская эра (эра ранней жизни), от 2600 до 570 млн лет назад, – самая протяженная эра, охватывающая около 2 млрд лет, то есть более половины всей истории жизни.

Рис. 6.2. Эры и периоды развития жизни на Земле

Интенсивные процессы горо­образования изменили соотношение океана и суши. Существует предположение, что в начале протерозоя Земля претерпела первое оледенение, вызванное изменением состава атмосферы и ее прозрачности для солнечного тепла. Многие пионерные группы организмов, сделав свое дело, вымирали, на их смену приходили новые. Но в целом биологические преобразования совершались очень медленно и постепенно.

Первая половина протерозоя проходила при полном расцвете и доминировании прокариот – бактерий и архей. В это время железобактерии мирового океана, осаж­даясь поколение за поколением на дно, формируют огромные залежи осадочных железных руд. Крупнейшие из них известны под Курском и Кривым Рогом. Эукариоты были представ­лены в основном водорослями. Многоклеточные организмы были малочисленны и весьма примитивны.

Около 1000 млн лет назад в результате фотосинтетической деятельности водорослей темп накопления кислорода быстро возрастает. Этому способствует также завершение окисления железа земной коры, которое до сих пор поглощало основную массу кислорода. В результате начинается бурное разви­тие простейших и многоклеточных живот­ных. Последняя четверть протерозоя известна как “век медуз”, так как эти и им подобные кишечнополостные животные составляют доминирующую и наиболее прогрессивную на то время форму жизни.

Около 700 млн лет тому назад наша планета и ее обитатели переживают второй ледниковый период, после которого прогрессивное развитие жизни приобретает все более динамичный характер. В так называемый вендский период закладывается несколько новых групп многоклеточных животных, но жизнь все еще сконцентрирована в морях.

В конце протерозоя происходит накопление в атмосфере трехатомного кислорода О 3 . Это озон, поглощающий ультрафиолетовые лучи солнеч­ного света. Озоновый экран снизил уро­вень мутагенности солнеч­ного излучения. Дальнейшие новообразования были многочисленны и разнообразны, но они носили все менее радикальный характер – в пределах уже сформированных биологических царств (бактерий, архей, протистов, рас­те­ний, грибов, животных) и основных типов.

Итак, в течение протерозойской эры господство прокариот сме­ни­лось господством эукариот, произошел радикальный переход от одноклеточности к многоклеточности, сформировались основные типы жи­вотного царства. Но эти сложные формы жизни существовали исклю­чи­тельно в морях.

Земная суша в это время представляла один большой континент; геологи дали ему название Палеопангея. В дальнейшем глобальная тектоника плит земной коры и соответствующий дрейф материков будут играть большую роль в эволюции наземных форм жизни. Пока же, в протерозое, каменистая поверхность береговых областей медленно покрывалась почвой, в сырых низинах селились бактерии, низшие водоросли, простейшие однокле­точные животные, которые по-прежнему прекрасно существовали в своих экологических нишах. Суша еще ждала своих завоевателей. А на нашем историческом календаре уже было начало “ноября”. До “Нового года”, до наших с вами дней, оставалось меньше “двух месяцев”, всего 570 млн лет.

(3) Палеозой

Палеозойская эра (эра древней жизни) – от 570 до 230 млн лет назад, общая про­тя­женность 340 млн лет.

Очередной период интенсивного горообра­зования при­вел к изменению рельефа земной поверхности. Палеопангея разделилась на гигантский материк Южного полушария Гондвану и несколько небольших материков Северного полушария. Бывшие участки суши оказались под водой. Некоторые группы вымерли, но другие приспосабливались и осваивали новые среды обитания.

Общий ход эволюции, начиная с палеозоя, отражен на рис. 6.3. Обратите внимание на то, что большинство направлений эволюции организмов, зародившихся в конце протерозоя, продолжают сосуществовать с вновь появляющимися молодыми группами, хотя мно­гие сокращают свой объем.Природа расстается с теми, кто не соответствует меняющимся условиям, но максимально сохраняет удачные варианты, отбирает и развивает из них наиболее приспособленные и, кроме того, создает новые формы, среди них и хордовые животные. Появляются высшие растения – завоеватели суши. Их тело разделено на корень и стебель, что позволяет хорошо закреп­ляться на почве и доставать из нее влагу и минеральные вещества.

Рис. 6.3. Эволюционное развитие живого мира от конца протерозоя до нашего времени

Площадь морей то увеличивается, то уменьшается. В конце ордовика в результате понижения уровня мирового океана и общего похолодания произошло быстрое и массовое вымирание многих групп организмов, как в морях, так и на суше. В силуре материки Северного полушария соединяются в суперконтинент Лавразию, который разделен с Южным континентом Гондваной. Климат становится более сухим, мягким и теплым. В морях появляются панцирные “рыбы”, на сушу выхо­дят первые членистые животные. С новым поднятием суши и сокра­щением морей в девоне климат становится более контрастным. На земле появляются мхи, папоротники, грибы, формируются первые леса, состоящие из гигантских папоротников, хвощей и плаунов. Среди животных возникают первые земноводные, или амфибии. В карбоне широко распространены болотистые леса из громадных (до 40 м) древовидных папоротников. Именно эти леса оставили нам залежи каменного угля (“ка­мен­ноугольные леса”). В конце карбона идет поднятие суши и похолодание, появляются первые пресмыкающиеся животные, окончательно осво­бодившиеся от водной зависимости. В пермском периоде очередное поднятие суши привело к объединению Гондваны с Лавразией. Снова образовался единый материк Пангея. В результате очередного похолодания полярные области Земли подвергаются оледенению. Вымирают древовидные хвощи, плауны, папоротники, многие древние группы беспозвоночных и позвоночных животных. Всего к концу пермского периода вымерло до 95% морских видов и около 70% наземных. Зато быстро прогрессируют пресмыкающиеся (рептилии) и новые насекомые: их яйца защищены от высыхания плотными оболочками, кожа покрыта чешуей или хитином.

Общий итог палеозоя – заселение суши растениями, грибами и животными . При этом и те, и другие, и третьи в процессе своей эволюции усложняются анатомически, приобретают новые структурные и функциональные приспособления для размножения, дыхания, питания, спо­собствующие освоению новой среды обитания.

Завершается палеозой, когда на нашем календаре “7 декабря”. Природа “торопится”, темп эволюции в группах высок, сжимаются сроки преобразований, но на сцену только выходят первые пресмыкающиеся, а время птиц и млекопитающих еще далеко впереди.

(4) Мезозой

Мезозойская эра (эра средней жизни) – от 230 до 67 млн лет назад, общая протяженность 163 млн лет.

Поднятие суши, начавшееся в предыдущем периоде, продолжается. Вначале существует единый материк Пангея. Его общая площадь значительно больше, чем площадь суши в настоящее вре­мя. Центральная часть континента покрыта пустынями и горами, уже сформированы Урал, Алтай и дру­гие горные массивы. Климат становится все более засушливым. Лишь долины рек и приморские низменности заселены однообразной растительностью из примитивных папоротников, цикадовых и голосеменных.

В триасе Пангея постепенно распадается на северный и южный континенты. Среди животных на суше начинают свое “триумфальное шествие” травоядные и хищные пресмыкающиеся, в том числе динозавры. Среди них есть уже и современные виды: черепахи и крокодилы. В морях по-прежнему живут земноводные, разнообразные головоногие мол­люс­­ки, появляются костистые рыбы вполне современного вида. Это оби­­лие пищи привлекает в море хищных пресмыкающихся, отделяется их специализированная ветвь – ихтиозавры. От каких-то ранних пресмыкающихся обособились небольшие группы, давшие начало птицам и млекопитающим животным. Они уже имеют важную особенность – теплокровность, которая даст большие преимущества в дальнейшей борьбе за существование. Но их время еще впереди, а пока зем­ные пространства продолжают осваивать динозавры.

В юрском периоде появились первые цветковые растения, а среди животных господствуют гигантские пресмыкающиеся, освоившие все среды обитания. В теплых морях кроме морских прес­мыкающихся процветают костистые рыбы и разнообразные головоногие моллюски, похожие на совре­мен­ных кальмаров и осьминогов. Продолжается раскол и дрейф материков с генеральным направлением к их современному состоянию. Это создает условия для изоляций и относительно независимого раз­вития фауны и флоры на разных материках и островных системах.

В меловом периоде кроме яйцекладущих и сумчатых млекопитающих появляются плацентарные, длительно вынашивающие дете­ны­шей в материнской утробе в контакте с кровью через плаценту. Насекомые начинают использовать цветы как источник питания, одновременно способствуя их опылению. Такая кооперация принесла выгоду и насекомым, и цвет­ковым растениям. Конец мелового периода был ознаменован понижением уровня океана, новым общим похолоданием и массовым вымиранием многих групп животных, в том числе динозавров. Полагают, что на суше осталось 10–15% прежнего видового разнообразия.

Есть разные версии этих драматических событий конца мезозоя. Наиболее популярен сценарий глобальной катастрофы, вызванной падением на Землю гигантского метеорита или астероида и приведшей к быстрому разрушению биосферного равновесия (ударная волна, запыление атмосферы, мощные волны цунами и пр.). Однако все могло быть и гораздо прозаичнее. Постепенная перестройка материков и изменение климата могли привести к разрушению сложившихся пище­вых цепей, построенных на ограниченном круге продуцентов. Сначала в похолодевших морях вымерли некоторые беспозвоночные животные, в том числе крупные головоногие моллюски. Естественно, это привело к вымиранию морских ящеров, для которых головоногие были основной пищей. На суше происходило сокращение зоны произрастания и биомассы мягкой сочной растительности, что привело к вымиранию гигантских растительноядных, а за ними и хищных динозавров. Сократилась кор­мо­вая база и для крупных насекомых, а за ними стали исчезать летаю­щие ящеры. В итоге за несколько миллионов лет основные группы динозавров вымерли. Надо иметь в виду и то обстоятельство, что пресмыкающиеся были холодно­кровными животными и оказались не приспособленными к существованию в новом, значительно более суровом климате. В этих условиях выжили и получили дальнейшее развитие мелкие пресмыкающиеся – ящерицы, змеи; а относительно крупные, такие как крокодилы, черепахи, гаттерия, сохранились лишь в тропиках, где оставались необходимая кормовая база и мягкий климат.

Таким образом, мезозойская эра полноправно называется эрой пресмыкающихся. За 160 млн лет они пережили свой расцвет, широчайшую дивергенцию по всем средам обитания и вымерли в борьбе с неиз­бежной стихией. На фоне этих событий огромные преимущества получили теплокровные организмы – млекопитающие и птицы, перешедшие к освоению освобожденных экологических ниш. Но это уже была новая эра. До “Нового года” оставалось “7 дней”.

(5) Кайнозой

Кайнозойская эра (эра новой жизни) – от 67 млн лет назад до настоящего времени. Это эра цветковых растений, насекомых, птиц и млекопитающих. В эту эру появился и человек .

В начале кайнозоя расположение материков уже близко к современному, однако имеются широкие мосты между Азией и Северной Америкой, последняя связана через Гренландию с Европой, а Европа отделена от Азии проливом. На несколько десятков миллионов лет оказалась в изоляции Южная Америка. Индия тоже изолирована, хотя и продвигается постепенно на север, навстречу Азиатскому континенту. Австралия, которая еще в начале кайнозоя была связана с Антарктидой и Южной Америкой, около 55 млн лет назад полностью обособляется и постепенно продвигается на север. На изолированных материках создаются осо­­бые направ­ления и темпы эволюции флоры и фауны. Например, в Австралии отсутствие хищников позво­лило сохраниться древним сумчатым и яйцекладущим млекопитающим, давно вымершим на других континентах. Геологические перестройки способствовали появлению все большего биоразнообразия, так как создавали большие вариации условий жизни растений и животных.

Около 50 млн лет назад на территории Северной Америки и Европы в классе млекопитающих появляется отряд приматов, давший впоследствии обезьян и человека. Первые люди появились около 3 млн лет тому назад (за “7 часов” до “Нового года”), по-видимому, в восточном средиземноморье. При этом климат становился все более прохладным, наступал очередной (четвертый, считая с раннего протерозоя) ледниковый период. В северном полушарии за последний миллион лет происходит четыре периодических оледенения (как фазы ледникового периода, чередующиеся с временными потеплениями). За это время вымерли мамонты, многие крупные звери, копытные животные. Большую роль в этом сыграли люди, которые активно занимались охотой и земледелием. Человек современного вида сформировался всего лишь около 100 тысяч лет назад (после “23 часов 45 минут 31 декабря” на­шего условного года жизни; мы существуем в этом году всего-то его последние четверть часа!).

В заключение еще раз подчеркнем, что движущие силы биологической эволюции надо видеть в двух взаимосвязанных плоскостях – геологической и собственно биологической . Каждая очередная крупномасштабная перестройка земной поверхности влекла за собой неизбежные преобразования в живом мире. Каждое новое похолодание приво­дило к массовому вымиранию плохо приспособленных видов. Дрейф материков определил раз­личие темпов и направлений эволюции в крупных изолятах. С дру­гой стороны, прогрессивное развитие и размножение бактерий, растений, грибов и животных сказывалось и на самой геологической эволюции. В результате разрушения минеральной осно­вы Земли и ее обогащения продуктами обмена ве­ществ микроорга­низмов возникала и постоянно перестраивалась поч­ва. Накопление кислорода в конце протерозоя привело к образованию озонового экрана. Многие продук­ты жизнедеятельности оставались навсегда в земных нед­рах, преоб­разуя их необратимо. Это и органогенные железные ру­ды, и залежи серы, мела, каменного угля, и многое другое. Живое, по­рожденное из неживой материи, эволюционирует вместе с ней, в едином биогеохими­ческом потоке вещества и энергии. Что же ка­сается внутренней сущности и непосредственных факторов биоло­гичес­кой эволюции, мы рассмотрим их в специальном разделе (см. 6.5).

По неполным подсчетам ученых, на Земле существует около 1,5 млн. видов животных и не менее 500 тыс. видов растений.

Откуда взялись эти растения и животные? Всегда ли они были такими? Всегда ли Земля была такой, как теперь? Эти вопросы издавна волновали и интересовали людей. Религиозные вымыслы, которые проповедуют церковники, будто Земля и все существующее на ней создано в течение недели сверхъестественным существом - богом, не могут нас удовлетворить. Только наука, опираясь на факты, смогла выяснить подлинную историю Земли и ее обитателей.

Много сделали для изучения развития жизни гениальный английский ученый Чарльз Дарвин - основоположник научной биологии (дарвинизма), француз Кювье - основатель палеонтологии, великие русские ученые - А.О. Ковалевский, И.И. Мечников, В.О. Ковалевский, К.А. Тимирязев, И.П. Павлов и многие другие.

Историю человеческого общества, народов, государств можно изучать, исследуя исторические документы и предметы материальной культуры (остатки одежды, орудий, жилищ и т. п.). Где отсутствуют исторические данные, там нет науки. Исследователь истории жизни на Земле, очевидно, тоже нуждается в документах, но они значительно отличаются от тех, с которыми имеет дело историк. Земные недра - это тот архив, в котором сохранились «документы» прошлого Земли и жизни на ней. В земных пластах находятся остатки древней жизни, которые показывают, какой она была тысячи и миллионы лет назад. В недрах Земли можно найти следы капель дождя и волн, работы ветров и льда; по отложениям горных пород можно восстановить контуры моря, реки, болота, озера и пустыни далекого прошлого. Геологи и палеонтологи, изучающие историю Земли, работают над этими «документами».

Пласты земной коры - это огромный музей истории природы. Он окружает нас всюду: на крутых обрывистых берегах рек и морей, в каменоломнях и шахтах. Лучше всего он открывает перед нами свои сокровища, когда мы ведем специальные раскопки.

Фото: Michael LaMartin

Как дошли до нас остатки организмов прошлого?

Попав в реку, озеро или береговую полосу моря, остатки организмов могут иногда довольно быстро покрываться илом, песком, глиной, пропитываться солями и таким образом навеки «окаменевать». В дельтах рек, прибрежных зонах морей, озерах иногда бывают крупные скопления ископаемых организмов, которые образуют громадные «кладбища». Ископаемые не всегда бывают окаменелыми.

Встречаются остатки растений и животных (особенно недавно живших), которые незначительно изменились. Например, трупы мамонтов, живших несколько тысяч лет назад, находят иногда полностью сохранившимися в вечной мерзлоте. Обычно животные и растения редко сохраняются целиком. Чаще всего остаются их скелеты, отдельные кости, зубы, раковины, стволы деревьев, листья или отпечатки их на камнях.

Российский палеонтолог профессор И.А. Ефремов в последние годы детально разработал учение о захоронении древних организмов. По остаткам организмов можно сказать, какие это были существа, где и как они жили и почему изменились. В окрестностях Москвы можно увидеть известняк с многочисленными остатками кораллов. Какие выводы следуют из этого факта? Можно утверждать, что на территории Подмосковья шумело море, а климат был теплее, чем теперь. Это море было мелководным: ведь кораллы не живут на большой глубине. Море было соленым: в опресненных морях кораллов мало, а здесь их изобилие. Можно сделать и другие заключения, хорошо исследовав строение кораллов. Ученые могут по скелету и другим сохранившимся частям животного (кожа, мускулы, некоторые внутренние органы) восстановить не только его облик, но и образ жизни. Даже по части скелета (челюсти, черепу, костям ног) позвоночного можно сделать научно обоснованное заключение о строении животного, образе его жизни и ближайших родственниках как среди ископаемых, так и среди современных животных. Непрерывность развития организмов на Земле - основной закон биологии, открытый Ч. Дарвином. Чем древнее животные и растения, населявшие Землю, тем они проще устроены. Чем ближе к нашему времени, тем организмы становятся сложнее и все более похожими на современных.

По данным палеонтологии и геологии, история Земли и жизни на ней разделена на пять эр, каждая из них характеризуется определенными организмами, преобладавшими в течение этой эры. Каждая эра разделяется на несколько периодов, а период в свою очередь - на эпохи и века. Ученые установили, какие геологические события и какие изменения в развитии живой природы происходили на протяжении той или иной эры, периода, эпохи. Науке известно несколько способов определения возраста древних пластов, а следовательно, и времени существования тех или иных ископаемых организмов Ученые установили, например, что возраст самых древних пород на Земле, архейской эры (от греческого слова «архайос» - древний), около 3,5 млрд. лет. Разными способами была вычислена длительность теологических эр и периодов. Эра, в которой мы живем, - самая молодая. Называется она кайнозойской эрой новой жизни. Ей предшествовала мезозойская - эра средней жизни. Следующая по старшинству - палеозойская- эра древней жизни. Еще раньше были эры протерозойская и архейская. Вычисление возраста далекого прошлого очень важно для понимания истории нашей планеты, развития жизни на ней, истории человеческого общества, а также для решения практических задач, в том числе научно обоснованных поисков полезных ископаемых. Нужны секунды, чтобы увидеть, как передвинулась минутная стрелка; два-три дня, чтобы убедиться, насколько выросла трава; три-четыре года, чтобы заметить, как юноша становится взрослым. Требуются тысячелетия, чтобы подметить некоторые изменения в очертаниях материков и океанов. Время человеческой жизни - это неощутимое мгновение на грандиозных часах истории Земли, поэтому людям издавна казалось, что очертания океанов и суши постоянны, а животные и растения, окружающие человека, не изменяются. Знание истории и законов развития жизни на Земле необходимо каждому, оно служит фундаментом научного миропонимания и открывает пути покорения сил природы.

Моря и океаны – место зарождения жизни на земле

От начала архейской эры нас отделяет 3,5 млрд. лет. В слоях осадочных горных пород, накопившихся на протяжении этой эры, не обнаружено остатков организмов. Но бесспорно, что живые существа тогда уже были: в отложениях архейской эры найдены скопления известняка и минерала, похожего на антрацит, которые могли образоваться только в результате деятельности живых существ. Кроме того, в слоях следующей, протерозойской эры найдены остатки водорослей и различных морских беспозвоночных животных. Несомненно, что эти растения и животные произошли от более простых представителей живой природы, обитавших на Земле уже в архейскую эру. Какими же могли быть эти древнейшие обитатели Земли, остатки которых не сохранились до наших дней?

Академик А.И. Опарин и другие ученые считают, что первые живые существа на Земле представляли собой капли, комочки живого вещества, не имевшие клеточного строения. Они возникли из неживой природы в результате длительного и сложного процесса развития. Первые организмы не были ни растениями, ни животными. Тела они имели мягкие, непрочные, быстро разрушавшиеся после смерти. Породы, в которых первые существа могли бы окаменеть, подвергаясь огромному давлению и нагреванию, сильно изменялись. По этой причине ни следов, ни остатков древних организмов не могло сохраниться до наших дней. Проходили миллионы лет. Строение первых доклеточных существ все более усложнялось, совершенствовалось. Организмы приспосабливались к постоянно изменяющимся условиям существования. На одной из ступеней развития живые существа приобрели клеточное строение. Подобные примитивные мельчайшие организмы - микробы - и теперь широко распространены на Земле. В процессе развития у некоторых древних одноклеточных выработалась способность поглощать световую энергию, за счет которой они разлагали углекислоту и использовали освобождающийся углерод для построения своего тела.

Так возникли простейшие растения - сине-зеленые водоросли, остатки которых обнаружены в древнейших осадочных отложениях. В теплых водах лагун обитали бесчисленные одноклеточные организмы - жгутиковые. Они совмещали растительные и животные способы питания. Их представитель - зеленая эвглена, - вероятно, вам известен. От жгутиковых возникли различные типы настоящих растительных организмов: многоклеточные водоросли - красные, бурые и зеленые, а также грибы. Другие первобытные существа с течением времени приобрели способность питаться органическими веществами, созданными растениями, и дали начало животному миру. Родоначальниками всех животных считают одноклеточных, похожих на амеб. От них возникли фораминиферы, радиолярии с кремневыми ажурными скелетами микроскопических размеров и инфузории. Происхождение многоклеточных организмов до сих пор остается загадкой. Они могли произойти из колоний одноклеточных животных, благодаря тому что их клетки стали выполнять различные функции: питания, движения, размножения, защитные (покров), выделительные и др. Но переходных стадий не найдено. Появление многоклеточных организмов - это исключительный по значению этап в истории развития живых существ. Только благодаря ему стал возможен дальнейший прогресс: возникновение крупных и сложных организмов. Изменение и развитие древних многоклеточных организмов происходили по-разному в зависимости от условий среды: одни стали малоподвижными, осели на дно и прикрепились к нему, другие сохранили и совершенствовали способность двигаться и вели подвижный образ жизни. Первыми наиболее просто устроенными многоклеточными организмами были губки, археоциаты (похожие на губок, но более сложные организмы), кишечнополостные. Среди групп кишечнополостных животных - гребневиков, похожих на вытянутых медуз, находились будущие родоначальники обширной группы червей. Какая-то часть гребневиков постепенно перешла от плавания к ползанию по дну. Эта перемена образа жизни отразилась на их строении: тело сплющилось, появились различия между спинной и брюшной сторонами, начал обосабливаться головной отдел, развился двигательный аппарат в виде кожно-мускульного мешка, образовались органы дыхания, сформировались двигательная, выделительная и кровеносная системы. Интересно, что у большинства животных и даже у человека кровь имеет соленость, близкую по составу к солености морской воды. Ведь моря и океаны были родиной древних животных.