 |
Палеозойская эра (эра древней жизни: 570-240 млн лет назад)
|
|
|
|
Архейская эра (эра древнейшей жизни: 3500 (3800-2600) млн лет назад)
Первые живые организмы на Земле появились по разным данным 3,8-3,2 млрд лет назад. Это были прокариотические гетеротрофные анаэробы (доядерные, питающиеся готовыми органическими веществами, не нуждающиеся в кислороде). Они жили в первичном океане и питались растворенными в его воде органическими веществами, созданными абиогенно из неорганических веществ под действием энергии ультрафиолетовых лучей Солнца и грозовых разрядов.
Атмосфера Земли состояла преимущественно из CO2, CO, H2, N2, водяных паров, небольших количеств NH3, H2S, CH4 и почти не содержала свободного кислорода O2. Отсутствие свободного кислорода обеспечило возможность накопления в океане абиогенно созданных органических веществ, в противном случае они сразу же расщеплялись бы кислородом.
ервые гетеротрофы осуществляли окисление органических веществ анаэробно — без участия кислорода путем брожения. При брожении органические вещества расщепляются не полностью, и энергии образуется немного. По этой причине эволюция на ранних этапах развития жизни шла очень медленно.
С течением времени гетеротрофы сильно размножились и им стало не хватать абиогенно созданного органического вещества. Тогда возникли прокариотические автотрофные анаэробы. Они могли синтезировать органические вещества из неорганических самостоятельно сначала посредством хемосинтеза, а затем — фотосинтеза.
Первым был фотосинтез анаэробный, который не сопровождался выделением кислорода:
6CO2 + 12H2S → C6H12O6 + 12S + 6H2O
Затем появился фотосинтез аэробный:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Аэробный фотосинтез был характерен для существ, похожих на современных цианобактерий.
|
|
|
Выделяющийся при фотосинтезе свободный кислород стал окислять растворенные в воде океана двухвалентное железо, соединения серы и марганца. Эти вещества превращались в нерастворимые формы и оседали на дне океана, где образовали залежи железных, серных и марганцевых руд, которые в настоящее время использует человек.
Окисление растворенных в океане веществ происходило в течение сотен миллионов лет, и только когда их запасы в океане были исчерпаны, кислород стал накапливаться в воде и диффундировать в атмосферу.
Необходимо отметить, что обязательным условием накопления в океане и атмосфере кислорода было погребение некоторой части синтезированного организмами органического вещества на дне океана. В противном случае, если бы вся органика расщеплялась с участием кислорода, его излишков не оставалось бы и кислород не смог бы накапливаться. Неразложившиеся тела организмов оседали на дне океана, где образовали залежи ископаемого топлива — нефти и газа.
Накопление в океане свободного кислорода сделало возможным появление автотрофных и гетеротрофных аэробов. Это произошло, когда концентрация O2 в атмосфере достигла 1% от современного уровня (а он равен 21%).
При аэробном окислении (дыхании) органические вещества расщепляются до конечных продуктов — CO2 и H2O и образуется в 18 раз больше энергии, чем при бескислородном окислении (брожении):
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38АТФ* (см.примечание).
Поскольку при аэробных процессах стало выделяться намного больше энергии, эволюция организмов значительно ускорилась.
В результате симбиоза различных прокариотических клеток появились первые эукариоты (ядерные).
В результате эволюции эукариот возник половой процесс — обмен организмов генетическим материалом — ДНК. Благодаря половому процессу эволюция пошла еще быстрее, поскольку к мутационной изменчивости добавилась комбинативная.
|
|
|
Сначала эукариоты были одноклеточными, а затем появились первые многоклеточные организмы. Переход к многоклеточности у растений, животных и грибов произошел независимо друг от друга.
Многоклеточные организмы получили ряд преимуществ по сравнению с одноклеточными:
1. большую продолжительность онтогенеза, так как в ходе индивидуального развития организма происходит замещение одних клеток другими;
2. многочисленное потомство, поскольку для размножения организма может выделить больше клеток;
3. значительные размеры и разнообразное строение тела, что обеспечивает большую устойчивость к внешним факторам среды за счет стабильности внутренней среды организма.
Ученые не имеют единого мнения по вопросу, когда возникли половой процесс и многоклеточность — в архейскую или протерозойскую эру.
Протерозойская эра (эра первичной жизни: 2600-570 млн лет назад)
Появление многоклеточных еще более ускорило эволюцию и за относительно короткий период (в геологическом масштабе времени) появились различные виды живых организмов, приспособленные к разным условиям существования. Новые формы жизни занимали и формировали все новые экологические ниши в разных областях и глубинах океана. В породах возрастом 580 млн лет уже имеются отпечатки существ с твердыми скелетами и поэтому изучать эволюцию с этого периода гораздо легче. Твердые скелеты служат опорой для тел организмов и способствуют увеличению их размеров.
К концу протерозойской эры (570 млн лет назад) сложилась система продуценты-консументы и сформировался кислородно-углеродный биогеохимический круговорот веществ.
Палеозойская эра (эра древней жизни: 570-240 млн лет назад)
В первый период палеозойской эры — кембрийский (570-505 млн лет назад) — произошел так называемый «эволюционный взрыв»: за короткое время образовались почти все известные в настоящее время типы животных. Все предшествующее этому периоду эволюционное время получило название докембрий, или криптозой («эра скрытой жизни») — это 7/8 истории Земли. Время после кембрия назвали фанерозоем («эрой явной жизни»).
Так как кислорода образовывалось все больше, атмосфера постепенно приобретала окислительные свойства. Когда концентрация O2 в атмосфере достигла 10% от современного уровня (на границе силура и девона), на высоте 20-25 км в атмосфере начал образовываться озоновый слой. Он формировался из молекул O2 под действием энергии ультрафиолетовых лучей Солнца:
|
|
|
O2 → O + O O2 + O → O3
Молекулы озона (O3) обладают способностью отражать ультрафиолетовые лучи. В результате озоновый экран стал защитой живых организмов от губительных для них в больших дозах ультрафиолетовых лучей. До этого защитой служила вода. Теперь жизнь получила возможность выйти из океана на сушу.
Выход живых существ на сушу начался в кембрийском периоде: первыми на нее вышли бактерии, а затем — грибы и низшие растения. В результате на суше образовалась почва и в силурийский период (435-400 млн лет назад) на суше появились первые сосудистые растения — псилофиты. Выход на сушу способствовал появлению у растений тканей (покровных, проводящих, механических и др.) и органов (корня, стебля, листьев). В результате появились высшие растения. Первыми сухопутными животными стали членистоногие, произошедшие от морских ракоскорпионов.
В это время в морской среде эволюционировали хордовые: от беспозвоночных хордовых произошли позвоночные рыбы, а в девоне от кистеперых рыб амфибии. Они господствовали на суше 75 млн лет и были представлены очень крупными формами. В пермский период, когда климат стал холодней и засушливей, превосходство над амфибиями получили рептилии.
|
|
|
