Краткая история развития органического мира. Архейская Эра

Архейская эра - это первая ступень в развитии жизни на земле, захватывающая временной интервал в 1,5 млрд лет. Она берет свое начало 4 млрд лет назад. В период архейской эры начинает зарождаться флора и фауна планеты, отсюда берет начало история динозавров, млекопитающих и человека. Появляются первые залежи естественных богатств природы. Не было горных возвышенностей и мирового океана, кислорода не хватало. Атмосфера была смешана с гидросферой в единое целое - это препятствовало солнечным лучам попадать на землю.

Архейская эра в переводе с древнегреческого означает «древняя». Эта эра делится на 4 периода - эоархей, палеоархей, мезоархей и неоархей.

Первый период архейской эры длился приблизительно 400 млн лет. Данный период характеризуется усиленными метеоритными дождями, формированием вулканических кратеров и земной коры. Начинается активное формирование гидросферы, появляются изолированные друг от друга соленые водоемы с горячей водой. В атмосфере преобладает углекислый газ, температура воздуха доходит до 120 °С. Появляются первые живые организмы - цианобактерии, которые начинают производить кислород при помощи фотосинтеза. Происходит образование Ваальбары - основного земного материка.

Палеоархей

Следующий период эры Архея захватывает промежуток времени в 200 млн лет. Магнитное поле Земли усиливается за счет повышения твердости земного ядра. Это благоприятно сказывается на условиях жизни и развития простейших микроорганизмов. Сутки длятся около 15 часов. Происходит образование мирового океана. Изменения подводных хребтов приводит к медленному повышению объема воды и понижению количества углекислого газа в атмосфере. Продолжается формирование первого земного континента. Горных массивов еще не существует. Вместо них над землей возвышаются действующие вулканы.

Мезоархей

Третий период архейской эры продолжался 400 млн лет. В это время происходит раскол основного континента на 2 части. В результате резкого охлаждения планеты, в котором виноваты постоянные вулканические процессы, формируется Понгольское ледниковое образование. В этот период численность цианобактерий начинает активно расти. Развиваются хемолитотрофные организмы, не нуждающиеся в кислороде и солнечных лучах. Ваальбар полностью сформирован. Размер его приблизительно равен размеру современного Мадагаскара. Начинается образование континента Ур. Из вулканов медленно начинают формироваться крупные острова. В атмосфере, как и прежде, преобладает углекислый газ. Температура воздуха остается высокой.

Последний период архейской эры закончился 2,5 млрд лет назад. На данном этапе завершается формирование земной коры, увеличивается уровень кислорода в атмосфере. Материк Ур становится основой Кенорленда. Большую часть планеты занимают вулканы. Их активная деятельность приводит к повышенному образованию полезных ископаемых. Золото, серебро, граниты, диориты и другие, не менее важные природные богатства, были сформированы в период неоархея. В последние столетия архейской эры появляются первые многоклеточные организмы, которые в дальнейшем разделились на земных и морских обитателей. У бактерий начинается развитие полового процесса размножения. Гаплоидные микроорганизмы имеют один хромосомный набор. Они постоянно адаптируются к изменениям в среде обитания, но при этом другие свойства у них не появляются. Половой процесс позволил происходить приспособлению к жизни с изменениями в наборе хромосом. Это дало возможность для дальнейшей эволюции живых организмов.

Флора и фауна архейской эры

Растительный мир данной эры не может похвастаться разнообразием. Единственным видом растений являются одноклеточные нитчатые водоросли - сфероморфид - ареал обитания бактерий. Когда эти водоросли формируются в колонии, их можно увидеть без специальных приборов. Они могут отправиться в свободное плавание или прикрепиться к поверхности чего-либо. В дальнейшем водоросли сформируют новую форму жизни - лишайники.

Во время архейской эры появились первые прокариоты - одноклеточные организмы, не имеющие ядра. С помощью фотосинтеза прокариоты производят кислород и создают благоприятные условия для появления новых форм жизни. Делятся прокариоты на два домена - бактерии и археи.

Археи

В настоящее время установлено, что имеют особенности, отличающие их от других живых организмов. Поэтому классификация, объединяющая их с бактериями в одну группу, считается устаревшей. Внешне археи схожи с бактериями, но некоторые имеют необычные формы. Эти организмы могут поглощать как солнечный свет, так и углерод. Существовать могут в самых непригодных для жизни условиях. Один из видов архей является пищей для морских обитателей. Несколько видов было обнаружено в кишечнике человека. Они принимают участие в процессах пищеварения. Другие виды используют для очистки сточных рвов и канав.

Существует неподтвержденная фактами теория, что во время архейской эры произошло зарождение и развитие эукариотов - микроорганизмов царства грибов, схожих с дрожжевыми грибами.

О том, что жизнь на земле зародилась в период архейской эры, свидетельствуют найденные окаменелые стромалиты - отходы жизнедеятельности цианобактерий. Первые строматолиты были обнаружены в Канаде, Сибири, Австралии и Африке. Учеными доказано, что именно бактерии оказали огромное влияние на образование кристаллов арагонита, который содержится в раковинах моллюсков и входит в состав кораллов. Благодаря цианобактериям возникли залежи карбонатных и кремневых образований. Колонии древних бактерий похожи на плесень. Располагались они и в области вулканов, и на дне озер, и в прибрежных районах.

Климат Архея

Ученым пока не удалось ничего узнать о климатических поясах данного периода. О существовании зон разного климата в архейской эре позволяют судить древние ледниковые отложения - тиллиты. Остатки оледенений в наши дни найдены в Америке, Африке, Сибири. Их истинные размеры определить пока не представляется возможным. Скорее всего, ледниковые отложения покрывали только горные вершины, ведь обширные материки во времена архейской эры еще не были сформированы. На существование теплого климата в некоторых зонах планеты указывает развитие флоры в океанах.

Гидросфера и атмосфера архейской эры

В ранний период воды на земле было немного. Температура воды в период архейской эры достигала 90°С. Это свидетельствует о насыщенности атмосферы углекислым газом. Азота в ней было очень мало, кислорода на ранних этапах почти не было, остальные газы быстро разрушаются под воздействием солнечных лучей. Температура атмосферы доходит до 120 градусов. Если бы в атмосфере преобладал азот, то и температура была бы не ниже 140 градусов.

В поздний период, после формирования мирового океана, уровень углекислого газа стал заметно снижаться. Температура воды и воздуха так же понизилась. А количество кислорода повысилось. Таким образом, планета постепенно становилась пригодной для жизни различных организмов.

Полезные ископаемые Архея

Именно в архейскую эру происходит наибольшее формирование полезных ископаемых. Этому способствует активная деятельность вулканов. Колоссальные месторождения железных, золотых, урановых и марганцевых руд, алюминия, свинца и цинка, медных, никелевых и кобальтовых руд были заложены этой эпохой жизни земли. На территории Российской Федерации архейские месторождения найдены на Урале и в Сибири.

Более подробно периоды Архейской эры будут рассмотрены в следующих лекциях.

Архейская эра - самый древний, самый ранний период истории земной коры. В архейской эре возникли первые живые организмы. Они были гетеротрофами и в качестве пищи использовали органические соединения. Конец архейской эры - время формирования земного ядра и сильного снижения вулканической активности, что позволило развиваться жизни на планете.

Земная кора Нижний период архейской эры - Эоархей 4 - 3,6 млрд. л.н. Около 4 млрд. л.н. земля сформировалась как планета. Практически вся поверхность была покрыта вулканами и повсюду текли реки лавы. Лава, извергаемая большим количеством, образовывала материки и океанические впадины, горы и плоскогорья. Постоянная вулканическая активность, воздействия высоких температур и высокого давления привели к образованию различных полезных ископаемых: различных руд, строительного камня, меди, алюминия, золота, кобальта, железа, радиоактивных минералов и других. Примерно 3,8 млрд. л.н. на Земле образовались первые достоверно подтверждённые магматические и метаморфические горные породы, такие как гранит, диорит и анортозит. Найдены эти горные породы были в самых разнообразных местах: на острове Гренландия, в пределах Канадского и Балтийского щитов и др.

Следующий период архейской эры - Палеоархей 3,6 - 3,2 млрд. л.н. Является временем образования первого суперконтинента в истории Земли - Вальбару и единого Мирового океана, изменившие структуру гребней океанических хребтов, что привело к процессу увеличения количества воды на Земле, а объем СО2 в атмосфере начал снижаться.

Атмосфера и климат архейской эры В самом начале архейской эры воды на Земле было мало, вместо единого океана существовали лишь мелководные бассейны, которые не были соединены между собой. Атмосфера архейской эры, в основном, состояла из углекислого газа СО2 и плотность ее была гораздо выше нынешней. Благодаря углекислой атмосфере температура воды достигала 80-90°С. Содержание азота было маленьким, порядка 10-15%. Кислорода, метана и других газов почти не было. Температура атмосферы достигала 120°С

Флора и фауна архейской эры Архейская эра это время зарождения первых организмов. Первыми жителями нашей планеты были анаэробные бактерии. Важнейший этап эволюции жизни на Земле связан с возникновением фотосинтеза, что обуславливает разделение органического мира на растительный и животный. Первыми фотосинтезирующими организмами были прокариотические (доядерные) цианобактерии и сине-зеленые водоросли. Появившиеся затем эукариотические зеленые водоросли выделяли в атмосферу из океана свободный кислород, что способствовало возникновению бактерий, способных жить в кислородной среде. В это же время – на границе архейской протерозойской эры произошло еще два крупных эволюционных событий – появились половой процесс и многоклеточность. Гаплоидные организмы (бактерии и сине-зеленые) имеют один набор хромосом. Каждая новая мутация сразу же проявляется у них в фенотипе. Если мутация полезна, она сохраняется отбором, если вредна, устраняется отбором. Гаплоидные организмы 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 в хромосомах

Древнейший период существования земли, охватывающий временной промежуток от 4 до 2,5 млрд лет назад, носит название "архейская эра". Растительный и животный мир еще только начинал зарождаться, кислорода на Земле было очень мало, а из водных объектов на планете имелся лишь один мелкий океан, состоящий из нескольких водоемов с насыщенной соленой водой, горного же ландшафта и впадин вообще не было. Это период начала формирования залежей полезных ископаемых: графита, никеля, серы, железа и золота.

Лучи солнечного света тогда еще не могли проникнуть сквозь смешанные между собой гидросферу и атмосферу, составлявшие единую оболочку из пара и газа. Образовавшийся парниковый эффект не давал солнцу коснуться земли.

Архейская эра была названа так американским ученым Дж. Дана в 1872 г. Термин «архей» с древнегреческого означает «древний». Архей разделен на четыре основные эры, начиная от самого древнего - эоархея и заканчивая неоархеем. Остановимся на них более подробно.

Начало архея - эоархей

Период продолжительностью 400 млн лет начался около 4 млрд лет назад. Для эоархея характерно частое падение метеоритов, образование кратеров. Лава, покрывающая поверхность планеты, постепенно начала уступать место земной коре, которая активно формировалась.

Архейская эра в этот временной отрезок известна закладкой древнейших горных пород, крупнейшие формации из которых были найдены в Гренландии. Их возраст составляет приблизительно 3,8 млрд лет.

Формирование гидросферы только начиналось. И хотя Мировой океан еще не появился, уже были намеки на первые небольшие водные образования. С характерной для них изолированностью друг от друга, с концентрированной соленой и очень горячей водой.

В атмосфере было мало кислорода и азота, значительную часть ее составлял углекислый газ. Температура в воздушной оболочке Земли достигала 120 °С.

Первые организмы архейской эры начали появляться именно тогда. Это были цианобактерии, которые оставили после себя древние строматолиты - продукты жизнедеятельности. Эти микроорганизмы с помощью фотосинтеза вырабатывают кислород, являясь наиболее древней формой жизни на планете.

Наиболее важным моментом в эоархее считается начало формирования первого земного континента - Ваальбары.

Вторая эра - палеоархей

Архейская эра этого периода охватывает временной промежуток в 200 млн лет, начало которого было положено 3,6 млрд лет назад. Тогда сутки имели продолжительность не более 15 часов. Заканчивалось формирование основного континента, появился пока еще мелкий Мировой океан. Земное ядро стало более твердым, что усилило магнитное поле Земли практически до современного уровня.

Именно этот период позволяет утверждать, что уже в те времена появились первые живые организмы. Точно известно, что останки их продуктов жизнедеятельности, найденные в наши дни, датируются именно палеоархеем.

Животные архейской эры - это первые бактерии, организмы, которые способствовали формированию атмосферы Земли посредством фотосинтеза, создавая условия для развития новых форм жизни.

Мезоархей: раскол Ваальбары

Мезоархей - период, длившийся 0.4 млрд лет (начался 3.2 млрд лет назад). Именно тогда произошел раскол Ваальбары, которая разделилась под углом 30° на две отдельные части. А также появился от столкновения с астероидом наиболее известный в наши времена кратер в Гренландии. Возможно, в период мезоархея на Земле произошло и первое оледенение - Понгольское.

Развитие жизни в архейскую эру периода мезоархея характеризовалось ростом количества цианобактерий.

Завершающий этап - неоархей

Неоархей закончился 2,5 млрд лет назад. Для него характерно завершение формирования земной коры, а также выделение большого количества кислорода, что впоследствии привело (в начале следующей эры) к кислородной катастрофе. Именно тогда атмосфера Земли полностью изменилась - в ее составе стал преобладать кислород.

Бурно развивалась вулканическая деятельность, что способствовало образованию пород и драгоценных металлов и камней. Граниты, сиениты, золото, серебро, изумруды, хризобериллы - все это и многое другое появилось несколько миллиардов лет назад, в неоархее.

Чем еще интересна архейская эра? Растительный и животный мир в то время сформировал древнейшие залежи полезных ископаемых, широко используемых и сегодня. Также на на это повлияла нестабильная обстановка на планете. Формируя ландшафты, земная кора и первые горные образования разрушались под действием вод океана и разлива вулканической лавы.

Животный мир

Ученые утверждают, что зарождение жизни началось именно в период Архея. И хотя эти формы были слишком уж малы, они все же представляли собой настоящие живые микроорганизмы, первые бактериологические сообщества, оставившие после себя след на планете в виде окаменелых строматолитов

Установлено, что именно бактерии внесли значительный вклад в формирование нанокристаллов арогонита - минерала на основе карбоната кальция. Арагонит входит в состав поверхностного слоя раковин современных моллюсков, содержится в экзоскелете кораллов.

Цианобактерии стали виновниками возникновения залежей не только карбонатных, но и кремневых осадочных образований.

Архейская эра характеризуется появлением первых прокариотов - доядерных одноклеточных организмов.

Характеристика прокариотов

Живые организмы не имеют сформированного ядра, но они являются полноценной клеткой. Питаясь при помощи фотосинтеза, прокариоты вырабатывают кислород. Информация ДНК (нуклеотид), которую несет в себе клетка, не упакована в белковую оболочку ядра (гистон).

Группа разделена на два домена:

Бактерии.
Археи.

Археи

Археи - древнейшие микроорганизмы, как и прокариоты, не имеющие ядра. Вместе с тем их структура организации жизни отличается от таковой у других видов микробов. По внешнему виду археи схожи с бактериями, но некоторые из них имеют необычную плоскую или квадратную форму.

Разделяют пять видов архей, несмотря на то, что классифицировать их довольно сложно. Вырастить архебактерии в питательных средах невозможно, поэтому все исследования проводятся только на основе проб, взятых с их среды обитания.

В качестве источника энергии эти микроорганизмы могут использовать как солнечный свет, так и углерод, в зависимости от вида. Археи не формируют спор, размножаются бесполым путем. Они не являются патогенными для человека, могут выживать в самых экстремальных условиях: океан, горячие источники, почва, соленые озера. Наиболее многочисленный вид архей составляет значительную часть планктона в океанах, который служит пищей для морских животных.

Некоторые виды даже обитают в кишечнике у человека, помогая осуществлять процессы пищеварения. Археи используются для создания биологического газа, очистки сточных канав, отстойников.

Растения

Как вы могли понять, архейская эра, растительный мир которой был немного богаче животного, не характеризуется наличием позвоночных животных, рыб и даже многоклеточных водорослей. Хотя зачатки жизни уже появились. Что же до флоры, то учеными установлено, что единственными растениями в то время были нитчатые водоросли, в которых, к слову, и обитали бактерии.

А сине-зеленые водоросли, ранее ошибочно считаемые растениями, оказались колониями цианобактерий, использующими одновременно углерод и кислород в качестве ресурса для поддержания жизни и не являющимися частью растительного мира архея.

Нитчатые водоросли

Архейская эра ознаменовалась появлением первых растений. Это одноклеточные нитчатые водоросли, которые являются простейшей формой флоры. Они не имеют определенной формы, структуры, органов и тканей. Образуя колонии, они становятся видимыми невооруженным глазом. Это тина на поверхности воды, фитопланктон в ее глубинах.

Клетки нитчатых водорослей соединены в единую нить, которая может иметь разветвления. Они легко могут как плавать свободно, так и прикрепляться к различной поверхности. Размножение происходит при помощи деления нити на две отдельные. К делению могут быть способны как все нити, так и только крайние, или основные.

Водоросли не имею жгутиков, они связанны между собой посредством микроскопических цитоплазматических мостиков (плазмодесмов).

В ходе эволюции водоросли образовали другую форму жизни - лишайники.

Эра Архея - это первый период, когда практически из ничего появилась биологическая жизнь на Земле. Это переломный момент в истории эволюции планеты, характеризующийся зарождением условий для появления флоры и фауны: формирование земной коры, Мирового океана, атмосферы, пригодных для жизни других более сложных форм растительного и животного мира.

Конец архея положил начало развитию полового процесса размножения у бактерий, появлению первых многоклеточных микроорганизмов, одни из которых впоследствии стали наземными организмами, другие обрели признаки водоплавающих и поселились в океане.

Самые древние остатки организмов и создавшихся при их участии веществ дошли до нас из архейских отложений земной коры.

Отложения эти чрезвычайно мощные (толстые): ясно, что проходили сотни миллионов лет, пока они накоплялись. Наиболее древние, нижние отложения, сдавленные огромной тяжестью вышележащих пластов, сильно изменились: из слоистых они превратились в кристаллические. Помимо давления этому помогло и действие внутренней теплоты земного шара. Остатки организмов, которые могли в них находиться, при этом тоже изменились до неузнаваемости. Мы не знали бы даже, была тогда жизнь или нет, если бы не некоторые вещества, накопленные в архейских пластах; эти вещества, как мы хорошо знаем, могут образовываться в земной коре только при действии организмов. Они действительно образовались из остатков древнейших растений и животных. Но самих этих остатков в кристаллических горных породах архейского времени мы не находим.

Лучше обстоит дело с теми архейскими отложениями, которые дошли до нас в виде слоистых пород, еще не успевших перекристаллизоваться. Это - более молодые слои. В них найдены остатки бактерий, имевших вид микроскопически мелких шариков. Сохранились остатки других бактерий, так называемых железобактерий, родственники которых и сейчас живут на Земле. Железобактерии выполняют огромную химическую работу, принимая участие в создании железных руд. Они живут в тех водах, которые содержат соли (закиси) железа, и окружены тончайшими нитевидными трубочками, возникшими из выделяемой ими слизи; они извлекают соли (закиси) железа из воды, перерабатывают их в своем крошечном тельце и пропитывают ими трубочки (превращая их в соли окиси). Живут эти бактерии колониями. Когда трубочки окажутся целиком пропитанными железом, бактерии покидают их и принимаются строить новые трубочки. В результате их деятельности скопляются соединения железа, которые через сотни тысяч и миллионы лет превращаются в мощные залежи железных руд.

Бактерии играют в жизни Земли огромную роль. Даже Пастер не вполне охватывал ее. Бактерии завоевывают для себя все новые и новые источники питания; они заполнили почву, воду и воздух. В одном грамме лесной почвы содержится около 3 миллиардов бактерий; даже в грамме песчаной почвы их около 1 миллиарда.

В огромном количестве населяют они моря. В глубине Черного моря находятся огромные скопления сероводорода, делающие жизнь здесь невозможной для растений и животных. Этот сероводород, однако, не проникает в поверхностные слои воды, и поэтому до глубины в 200 метров в этих морях процветает жизнь. Куда же девается сероводород? Оказывается, его захватывают серные бактерии, обитающие на глубине 200 метров и перерабатывающие его в соединения серной кислоты. Такая же, примерно, картина наблюдается и в Каспийском море. Сколько же бактерий работает в такой гигантской химической лаборатории? Число их невозможно даже себе представить.

Раз бактерии могут приспособляться к самым различным условиям жизни, то они могли дать начало и другим группам организмов. От них, действительно, получили свое происхождение некоторые водоросли. Переход от бактерий, к водорослям был большим шагом вперед по пути эволюции. Правда, и водоросли в большинстве своем относятся еще к миру микроскопически малых существ, но они обладают более определенной организацией и принадлежат к более сложным существам, наряду с простейшими животными организмами. Подобно бактериям, одноклеточные растения и животные кишат повсюду на земле, и их-то и открыл впервые Левенгук в стоячей воде. В одноклеточных телах этих существ мы находим расчленение на протоплазму и ядро; кроме того, они нередко обладают защитной оболочкой или своего рода скелетом, поражающим иногда тонкостью и изяществом строения.

В теле водорослей, кроме ядра, имеется еще одно важное образование, которое свойственно уже всем типичным растениям. Это - так называемый пигмент , красящее вещество, сосредоточенное в особых зернах (иногда в поверхностных слоях протоплазмы). Пигмент не у всех водорослей одинаков. По его цвету различают несколько групп водорослей: синезеленые, зеленые, багряные, бурые.

Особую группу среди водорослей составляют жгутиковые. Это - одноклеточные организмы, снабженные подвижным жгутиком, благодаря ударам которого по воде они передвигаются. Они стоят на рубеже растительного и животного миров. Одни из них имеют пигментное пятно и причисляются к водорослям, другие лишены пигмента и способны захватывать пищу, которую и переваривают. Это - простейшие животные.

Характерный для растительной клетки зеленый пигмент, так называемый хлорофил, представляет особое вещество, улавливающее энергию солнечных лучей и употребляющее ее на химическую деятельность. Эта деятельность заключается, во-первых, в расщеплении находящегося в воздухе углекислого газа на его составные части - углерод и кислород, а во-вторых, в выполнении созидательной работы: в построении из освобожденного углерода и воды органических соединений - сахара, крахмала, других углеводов, жиров и белковых тел. Все эти сложные химические вещества возникают в растительной клетке из неорганических веществ благодаря деятельности хлорофила. Другая освобожденная составная часть углекислого газа - кислород - уходит в чистом виде снова в воздух. Воздух таким образом все время пополняется кислородом.

Вспомним, что животные питаются только готовыми сложными органическими соединениями-углеводами, жирами и белками. Эти соединения животные сами для себя приготовить не могут. Они их получают из растительного мира. Не будь растений, животные погибли бы с голоду. Стало быть, животные и появиться на Земле могли только после возникновения растений. Растения приготовили для них запас питательных веществ. Кроме того, они создали и другое необходимое для животной жизни условие. Животные нуждаются не только в питании, но и в дыхании. А для этого им нужен кислород. В настоящее время в воздухе, как мы знаем, содержится около 21% кислорода. Его количество постоянно, и это постоянство поддерживается деятельностью растений, непрерывно обогащающих воздух кислородом. Не то было в архейскую эру.

Состав атмосферы в первые времена жизни Земли, как мы уже указывали раньше, по-видимому, резко отличался от теперешнего. Во-первых, в воздухе почти не было кислорода; во-вторых, воздух тогда содержал в себе много углекислого газа. Этот газ делал воздух малопроницаемым для солнечных лучей; поэтому нагревание солнцем было не слишком сильным. Зато присутствие в воздухе этого газа и водяных паров очень задерживало охлаждение воздуха в ночное время. Земля была как бы окутана мало проницаемой для тепла оболочкой, которая сохраняла собственную земную теплоту и повышала среднюю температуру Земли. Один ученый высчитал, что если бы теперь количество углекислого газа увеличилось в воздухе втрое, то средняя температура на Земле повысилась бы почти на 10 градусов. Этого повышения было бы с избытком довольно, чтобы растаяли льды в полярных странах и чтобы сошли снега с высоких горных вершин. Климат Земли должен был бы резко измениться: продолжительные морозы случались бы только изредка, зима сократилась бы, лето стало бы длиннее и жарче; в общем, в наших местах климат установился бы такой, какой мы находим сейчас, например, в нашем Закавказье. А на крайнем севере, где теперь простирается область вечной мерзлоты, установился бы довольно мягкий климат умеренного пояса.

Есть все основания думать, что в архейскую эру климат был еще значительно теплее и благодаря, большому содержанию углекислого газа в воздухе, и благодаря тому, что Земля еще не растратила своей первоначальной теплоты, и, наконец, благодаря тому, что само Солнце блистало ослепительно белым светом и посылало на Землю более горячие лучи. Жизнь расцвела в теплых водах тогдашних морей и океанов. Создавались новые формы растительного мира, а в результате работы растений земная атмосфера стала понемногу очищаться от углекислоты и обогащаться кислородом. Кислород в растворенном виде появился и в море. Так создались условия, при которых стала возможна животная жизнь. Она и возникла вслед за растительной.

Однако относительно животных архейской эры мы знаем еще меньше, чем относительно растений. Кое-где сохранились раковинки одноклеточных животных, так называемых корншожек. По-видимому, животные в те времена играли еще небольшую роль в жизни Земли. Больший интерес представляют другие формы жизни, возникшие в архейскую эру, а может быть, и раньше.

Современная наука больше интересуется мельчайшими организмами, чем крупными. Не слоны и не киты стоят в центре внимания ученых, а мельчайшие, еле видимые или вовсе невидимые живые частицы. Практическая жизнь требует самого подробного исследования именно этих мельчайших организмов. Открытие и изучение их может послужить для разъяснения загадочной природы многих болезней: ведь в основе многих заболеваний лежит нападение на человека микроскопических или ультрамикроскопических организмов. В сельском хозяйстве свойства этих существ связываются с вопросами увеличения урожайности и повышения плодородия почвы. Наука занята исследованием этих ничтожно малых существ и в надежде приблизиться к решению вопроса о первых ступенях эволюции и о начале жизни.

На грани наших знаний находятся организмы, которые так малы, что самые лучшие современные ультрамикроскопы бессильны сделать их видимыми. Они проходят (фильтруются) через самые тонкие фильтры, и их невозможно задержать и отделить от других веществ, чтобы сделать более доступными изучению. Естественно спросить, как же удалось узнать об их существовании, если они ускользают от самых усовершенствованных наших инструментов? Хотя они сами невидимы, но их действия мы можем и видеть и изучать. Самые мелкие из «фильтрующихся существ» называются бактериофагами. Мы узнаем об их присутствии потому, что они пожирают или разрушают живых бактерий. В науке не установлен еще окончательный взгляд на природу этих бактериофагов. Многие ученые считают их самыми простыми из всех живых организмов. Другие более склонны видеть в них не организмы, а химические вещества. Но какова бы ни была их природа, ясно, что здесь мы имеем дело с такими частицами, которые стоят на границе живого и неживого мира.

Несколько крупнее бактериофагов оказываются ультрамикроскопические существа, называемые вирусами (слово «вирус» - латинское и по-русски значит «яд»).

Эти вирусы вызывают целый ряд тяжелых болезней у человека, животных и растений. Копытная болезнь рогатого скота и свиней, собачья чума, оспа, тиф, желтая лихорадка, бешенство, корь и грипп у человека, ряд заболеваний картофеля, табака и других растений - вызываются присутствием вирусов. Хотя они крупнее бактериофагов, они все же так мелки, что свободно проходят через фильтры, за что и получили свое название «фильтрующихся вирусов».

Возможно, что бактериофаги и вирусы - это остатки древнейших организмов. Они тоже изменились в течение истории Земли, приспособившись к существованию в новых условиях. Бактериофаги выработали способность бороться с бактериями, вирусы стали губить растения и животных. Но при всем том они не поднялись даже на такую ступень организации, на какой находятся бактерии. Поэтому в них можно видеть остатки первичных организмов, существовавших в архейскую эру.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.

Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.

Геохронологическая шкала истории развития органического мира Земли включает эры и периоды. Выделяют следующие эры:

архейская (архей) — эра древнейшей жизни,
протерозойская (протерозой) — эра первичной жизни,
палеозойская (палеозой) — эра древней жизни,
мезозойская (мезозой) — эра средней жизни,
кайнозойская (кайнозой) — эра новой жизни.

Названия периодов образованы либо от названий местностей, где впервые были найдены соответствующие отложения (город Пермь, графство Девон), либо от происходивших в то время процессов (в угольный период — карбон — происходила закладка отложений каменного угля, в меловой — мела и т.д.).

Геохронологическая шкала и история развития живых организмов

Период, продолжительность, млн лет	Климат и геологические процессы	Мир животных	Мир растений	Важнейшие ароморфозы
Кайнозойская, 66 млн лет
Антропоген, 1,5	Неоднократные смены потеплений и похолоданий. Крупные оледенения в средних широтах Северного полушария	Современный животный мир. Эволюция и господство человека	Современный растительный мир	Интенсивное развитие коры головного мозга; прямохождение
Неоген, 23,0 Палеоген, 41±2	Равномерный теплый климат. Интенсивное горообразование. Движение материков, обособляются Черное, Каспийское, Средиземное моря	Доминируют млекопитающие, птицы, насекомые; появляются первые приматы (лемуры, долгопяты), позднее парапитеки и дриопитеки; исчезают многие группы пресмыкающихся, головоногих моллюсков	Широко распространяются цветковые растения, особенно травянистые; сокращается флора голосеменных
Мезозойская, 240 млн лет
Меловой (мел), 70	Похолодание климата, увеличение площади Мирового океана	Преобладают костистые рыбы, первоптицы, мелкие млекопитающие; появляются и распространяются плацентарные млекопитающие и современные птицы; вымирают гигантские пресмыкающиеся	Появляются и начинают доминировать покрытосеменные; сокращаются папоротники и голосеменные	Возникновение цветка и плода. Появление матки
Юрский (юра), 60	Вначале влажный климат сменяется засушливым на экваторе	Господствуют гигантские пресмыкающиеся, костистые рыбы, насекомые, головоногие моллюски; появляется археоптерикс; вымирают древние хрящевые рыбы	Господствуют современные голосеменные; вымирают древние голосеменные
Триасовый (триас), 35±5	Ослабление климатической зональности. Начало движения материков	Преобладают земноводные, головоногие моллюски, травоядные и хищные пресмыкающиеся; появляются костистые рыбы, яйцекладущие и сумчатые млекопитающие	Преобладают древние голосеменные; появляются современные голосеменные; вымирают семенные папоротники	Появление четырехкамерного сердца; полное разделение артериального и венозного кровотока; появление теплокровности; появление молочных желез
Палеозойская, 570 млн лет
Пермский (пермь), 50±10	Резкая зональность климата, завершение горообразовательных процессов	Господствуют морские беспозвоночные, акулы; быстро развиваются пресмыкающиеся и насекомые; возникают зверозубые и травоядные пресмыкающиеся; вымирают стегоцефалы и трилобиты	Богатая флора семенных и травянистых папоротников; появляются древние голосеменные; вымирают древовидные хвощи, плауны и папоротники	Образование пыльцевой трубки и семени
Карбонский (карбон), 65±10	Распространение лесных болот. Равномерно влажный теплый климат сменяется в конце периода засушливым	Доминируют земноводные, моллюски, акулы, двоякодышащие рыбы; появляются и быстро развиваются крылатые формы насекомых, пауки, скорпионы; возникают первые пресмыкающиеся; заметно уменьшаются трилобиты и стегоцефалы	Обилие древовидных, папоротникообразных, образующих «каменноугольные леса»; возникают семенные папоротники; исчезают псилофиты	Появление внутреннего оплодотворения; появление плотных оболочек яйца; ороговение кожи
Девонский (девон), 55	Смена сухих и дождливых сезонов, оледенение на территории современных Южной Африки и Америки	Преобладают панцирные, моллюски, трилобиты, кораллы; появляются кистеперые, двоякодышащие и лучеперые рыбы, стегоцефалы	Богатая флора псилофитов; появляются мхи, папоротниковидные, грибы	Расчленение тела растений на органы; преобразование плавников в наземные конечности; появление органов воздушного дыхания
Силурийский (силур), 35	Вначале сухой, затем влажный климат, горообразование	Богатая фауна трилобитов, моллюсков, ракообразных, кораллов; появляются панцирные рыбы, первые наземные беспозвоночные: многоножки, скорпионы, бескрылые насекомые	Обилие водорослей; растения выходят на сушу — появляются псилофиты	Дифференцировка тела растений на ткани; разделение тела животных на отделы; образование челюстей и поясов конечностей у позвоночных
Ордовикский (ордовик), 55±10 Кембрийский (кембрий), 80±20	Оледенение сменяется умеренно влажным, потом сухим климатом. Большая часть суши занята морем, горообразование	Преобладают губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, трилобиты; появляются бесчелюстные позвоночные (щитковые), моллюски	Процветание всех отделов водорослей
Протерозойская, 2600 млн лет
—	Поверхность планеты — голая пустыня. Частые оледенения, активное образование горных пород	Широко распространены простейшие; появляются все типы беспозвоночных, иглокожих; первичные хордовые — подтип Бесчерепные	Широко распространены бактерии, сине-зеленые и зеленые водоросли; появляются красные водоросли	Появление двусторонней симметрии
Архейская, 3500 (3800) млн лет
—	Активная вулканическая деятельность. Анаэробные условия жизни в мелководье	Возникновение жизни: прокариоты (бактерии, сине-зеленые водоросли), эукариоты (зеленые водоросли, простейшие), примитивные многоклеточные		Появление фотосинтеза, аэробного дыхания, эукариотических клеток, полового процесса, многоклеточности

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 CO 2 , CO, H 2 , N 2 , водяных паров, небольших количеств NH 3 , H 2 S, CH 4 и почти не содержала свободного кислорода O 2 . Отсутствие свободного кислорода обеспечило возможность накопления в океане абиогенно созданных органических веществ, в противном случае они сразу же расщеплялись бы кислородом.

Первые 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:

6CO 2 + 12H 2 S → C 6 H 12 O 6 + 12S + 6H 2 O

Затем появился фотосинтез аэробный:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

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 O 2 в атмосфере достигла 1% от современного уровня (а он равен 21%).

При аэробном окислении (дыхании) органические вещества расщепляются до конечных продуктов — CO 2 и H 2 O и образуется в 18 раз больше энергии, чем при бескислородном окислении (брожении):

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38АТФ

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:

большую продолжительность онтогенеза, так как в ходе индивидуального развития организма происходит замещение одних клеток другими;
многочисленное потомство, поскольку для размножения организма может выделить больше клеток;
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 O 2 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 O 2 под действием энергии ультрафиолетовых лучей Солнца:

O 2 → O + O
O 2 + O → O 3

Молекулы озона (O 3) 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.

Мезозойская эра (эра средней жизни: 240-66 млн лет назад)

В мезозойской эре — «эра динозавров» — рептилии достигли своего расцвета (образовались их многочисленные формы) и упадка. В триасе появились крокодилы и черепахи, а от зверозубых рептилий произошел класс Млекопитающие. В течение всей мезозойской эры млекопитающие были мелкими и не были широко распространены. В конце мелового периода наступило похолодание и произошло массовое вымирание рептилий, окончательные причины которого до конца не выяснены. В меловом периоде появились покрытосеменные (цветковые).

Кайнозойская эра (эра новой жизни: 66 млн лет назад — настоящее время)

В кайнозойской эре широко распространились млекопитающие, птицы, членистоногие, цветковые растения. Появился человек.

В настоящее время деятельность человека стала важным фактором развития биосферы.