Архейская эра (архей)

Архейская эра (Архей) – (по-греч. – начало) – древнейшая эра в геологической истории Земли. С нее начинается современная геохронологическая шкала (таблица). К архейским принято относить отложения возрастом более 2500 млн. лет.

После архейской идет протерозойская эра, означающая время появления, начала жизни. Относительно протерозоя архей, поэтому, может быть определен как дожизненное время. Таким оно и считается с момента создания геохронологической таблицы.

В 1756 г. немецкий геолог (тогда названия «геолог» еще не было) И.Г. Леман в книге «Опыт восстановления истории флёцовых гор» с учетом библейских представлений создания сначала безжизненной Земли и прошедшего затем всемирного потопа отнес граниты, гнейсы и кристаллические сланцы, не содержащие остатков организмов, к жильным породам, созданным Богом до сотворения жизни. Перекрывающие их слоистые (флёцовые) отложения принимались результатом всемирного потопа. Самыми молодыми считались глины и пески равнин.

В 1759 г. итальянский геолог Дж. Ардуино назвал жильные породы первичными, слоистые – вторичными, глины и пески – третичными. В 1829 г. верхняя часть третичных отложений, в которых содержались каменные орудия труда человека, Ж. Денуайе предложил называть четвертичными.

Согласно геохронологической таблице мы сейчас живем в четвертичный период кайнозойской эры – прямое наследие библейской легенды.

В 1845 г. Р. Мурчисон предложил первичные образования, как возникшие до появления жизни, называть азойскими (нежизненными – сформировавшимися до возникновения на Земле жизни). В 1872 г. американский геолог Дж. Дана азой заменил археем.

В начале XX в. В.И. Вернадский (1863-1945) обратил внимание естествоиспытателей на то, что горные породы, независимо от времени образования, одинаковые. В архее, протерозое, палеозое, мезозое и кайнозое распространены граниты, кварциты, песчаники. Вызвано это тем, что условия образования минералов и горных пород на Земле во все известное геологическое время были близкими. Если в палеозое, мезозое и кайнозое условия формирования горных пород были достоверно биогенными (в условиях биосферы), то биогенными они были и в архее и протерозое.

.

Отсюда гениальный вывод В.И. Вернадского: «Биосфера геологически вечна», или все горные породы образовались в условиях биосферы. Дожизненное время неизвестно.

С учетом этого, американский геолог Д. Чедвик в 1930 г. геологическое время предложил разделить на два эона: криптозой (kryptos по-греч. скрытый, тайный и зоикос по-греч. жизнь) – время скрытой жизни, когда организмы не имели скелетов, не оставивших явных следов жизни, и фанерозой (phaneros по-греч. явный) – время явной жизни. Криптозой составили архей и протерозой, а фанерозой – палеозой, мезозой и кайнозой.

Если жизнь в криптозое на Земле существовала, то от архея (дожизненного времени) и протерозоя (времени появления жизни) необходимо было отказаться, как ошибочно выделенных с учетом идеи образования безжизненной Земли с последующем сотворение на ней жизни. Но сделано это не было.

В середине XX в. в самых древних горных породах возраста около 4 млрд. лет – кварцитах Гренландии – под электронным микроскопом были определены остатки нитчатых (многоклеточных) водорослей. Тем самым было получено прямое подтверждение отсутствия дожизненного времени, или ошибочности выделения архея.

Таким образом, выделение криптозоя, нахождения в древнейших породах возраста около 4 млрд. лет остатков водорослей однозначно свидетельствует об отсутствии дожизненного времени, о том, что архей – симулякр в естествознании.

Ученые разделяют историю Земли на длительные промежутки времени - эры. Эры подразделяют на периоды, периоды - на эпохи, эпохи - на века.

Разделение на эры не случайно. Окончание одной эры и начало другой знаменовалось существенным преобразованием лика Земли, изменением соотношений суши и моря, интенсивными горообразовательными процессами.

Название эр греческого происхождения, их смысл таков: Архей - древнейший, протерозой - первичная жизнь, палеозой - древняя жизнь, мезозой - средняя жизнь, кайнозой - новая жизнь.

Архей - самая древняя эра, начался более 3,5 млрд. лет назад и продолжался около 1 млрд. лет. О жизни в архее известно немного почти не осталось следов органической жизни: осадочные слои архейского возраста были сильно видоизменены под действием высокой температуры и давления. Наличие пород органического происхождения - известняка, мрамора указывает на существование в архейскую эру бактерий и сине-зеленых водорослей.

В архейскую эру произошли крупные ароморфозы: возникновение клеток с клеточным ядром, полового процесса, фотосинтеза и многоклеточности.

Половой процесс - расширяет возможности естественного отбора, повышает возможность приспособления к условиям среды вследствие создания бесчисленных комбинаций в хромосомах. Новый способ размножения как полезный в сохранении видов был закреплен естественным отбором, и теперь он преобладает в животном и растительном мире.

Возникновение фотосинтеза положило начало разделению единого ствола жизни на два - растения и животные - по способу питания и типу обмена веществ. Насыщение воды кислородом, накопление его в атмосфере и наличие пищи создавали предпосылки для развития животных в воде, защищавшей живые организмы от губительного ультрафиолетового излучения. Со временем в атмосфере стал образовываться озон, поглощающий почти все ультрафиолетовое излучение - защита жизни на поверхности воды и суши.

Возникновение многоклеточного строения повлекло усложнение в организации живых существ: дифференциацию тканей, органов и систем, их функций. Пути эволюционных преобразований первых многоклеточных были различны. Некоторые перешли к сидячему образу жизни и превратились в организмы типа губок. Другие стали ползать по субстрату с помощью ресничек - плоские черви. Третьи сохранили плавающий образ жизни. Приобрели рот и дали начало кишечнополостным.

Развитие жизни в протерозойскую эру.

Протерозойская эра - самая длинная в истории Земли. Она продолжалась около 2 млрд. лет. На границе архейской и протерозойской эры произошел первый великий период горообразования. Он привел к значительному перераспределению площадей суши и моря на Земле. Эти изменения лика Земли вынесли не все виды организмов, многие из них вымерли. Было уничтожено и большинство ископаемых останков, в результате чего так мало известно о жизни в архейскую эру.

В течение этой эры бактерии и водоросли достигают исключительного расцвета. Чрезвычайно интенсивный процесс отложения осадков шел с участием организмов. Известно, что осадочное железо - продукт жизнедеятельности железобактерий. К протерозою относится образование крупнейших залежей железных руд на Земле (курские, криворожские руды, железняки Верхнего озера в США и др.). Господство сине-зеленых сменяется обилием зеленых водорослей, в том числе многоклеточных прикрепленных к дну. Это потребовало расчленения тела на части. Важнейшим ароморфозом было возникновение двухсторонней симметрии, которая привела к дифференцировке тела на передний и задний конец, а также на брюшную и спинную стороны.

Передний конец является местом, где развиваются органы чувств, нервные узлы, а в дальнейшем и головной мозг. Спинная сторона выполняет защитную функцию, в связи с чем здесь развиваются различные кожные железы, механические образования (щетинки, волоски), покровительственная окраска. Большинство животных протерозоя было представлено многоклеточными. В морях жили не только низшие многоклеточные - губки и радиально симметричные кишечнополостные; появляются и двухсторонне симметричные. Среди последних известны кольчатые черви - от них произошли моллюски и членистоногие. К концу протерозоя в морях появляются древнейшие представители членистоногих - ракоскорпионы.

Накопление кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана в атмосфере. Суша безжизненна, но по берегам водоемов начались почвообразовательные процессы в результате деятельности бактерий и микроскопических водорослей.

Развитие жизни в палеозойскую эру.

Палеозойская эра значительно короче предыдущих, она продолжалась около 340 млн. лет. Суша представляла в конце протерозоя единый суперконтинент, раскололась на отдельные материки, сгруппированные возле экватора. Это привело к созданию большого числа прибрежных районов, пригодных для расселения живых организмов. К началу палеозоя у некоторых животных образовался внешний органический или минеральный скелет. Его остатки сохранились в осадочных породах. Вот почему начиная с первого периода палеозоя- кембрия - палеонтологическая летопись достаточно полна и относительно непрерывны.

Периоды :

Кембрий;

Ордовик;

Кембрий (80 20 млн лет)

Климат кембрия был умеренным, материки - низменными. В кембрии животные и растения населяли в основном моря. На суше жили по прежнему бактерии и сине-зеленые водоросли.

Наиболее разнообразно и богато была представлена жизнь в кембрийских морях. Площадь их была больше, чем площадь современных морей. Почти вся Европа была морским дном. В этих морях господствовали зеленые и бурые водоросли, прикрепленные ко дну; в толщах вод плавали диатомовые, золотистые и эвгленовые водоросли.

Среди одноклеточных животных были многочисленны фораминиферы - представители простейших, имевших известковую или склеенную из песчинок раковину. Весьма разнообразны были губки. Наряду с сидячими придонными животными весьма разнообразны были и подвижные организмы. Среди них были двустворчатые, брюхоногие и головоногие моллюски и кольчатые черви, от которых к кембрию уже произошли членистоногие. Древнейшие членистоногие - трилобиты по форме тела напоминали современных ракообразных - мокриц. Тело трилобитов было заключено в хитиновый панцирь и расчленено на 40-50 сегментов. Число сегментов тела у современных ракообразных, как известно, значительно меньше.

Ордовик (5510 млн лет)

В ордовике значительные участки кембрийской суши погружаются, больше всего сокращается площадь суши в Сибири в Северной Америке. На грани кембрия и ордовика происходили интенсивные тектонические движения, продолжавшаяся и до грани ордовика и силура.

В морях ордовика весьма разнообразны эукариоты - сифоновые зеленые, бурые и красные водоросли. Идет интенсивный процесс образования рифов кораллами. В конце ордовика появляются первые наземные растения - псилофиты. Их возникновению предшествовал ароморфоз, возникли ткани: покровная с устьицами, механическая, поддерживающая растение в пространстве, и проводящая .

Дальнейшая эволюция растений шла в направлении расчленения тела на вегетативные органы и ткани, совершенствование сосудистой системы (обеспечивающей быстрое передвижение воды на большую высоту). Псилофиты были переходными формами от низших, бессосудистых споровых к высшим, сосудистым (плауновым, хвощовым и папоротниковым). Они были переходными от водных к наземным растениям. Распространение их на суше было уже подготовлено жизнедеятельностью прокариотов, водорослей, грибов, создавших первую почву.

Значительное разнообразие наблюдается среди головоногих и брюхоногих моллюсков. Весьма многочисленны трилобиты. Уменьшается разнообразие фораминифер, губок и некоторых двустворчатых моллюсков.

У животных возникает крупный ароморфоз - появление хватательного ротового аппарата, который вызвал перестройку всей организации позвоночных . Возможность выбирать пищу способствовала улучшению ориентации в пространстве путем совершенствования органов чувств. Первые челюстноротые не имели плавников и передвигались в воде путем змееподобных движений. Однако этот способ передвижения при необходимости поймать движущуюся добычу оказался малоэффективен.

Поэтому для улучшения передвижения в воде имели значение кожные складки, в дальнейшем определенные участки этой складки развиваются дальше и дают начало плавникам, парным и непарным. Появление парных плавников - конечностей - следующий крупный ароморфоз в эволюции позвоночных. Итак, челюстноротые позвоночные приобрели хватательный ротовой аппарат и конечности. В своей эволюции они разделились на хрящевых и костных рыб.

Силур (35 10 млн лет)

На смену теплым мелководным морям ордовика в результате интенсивных тектонических движений приходят значительные площади суши; отмечено большое иссушение климата.

В конце силура наблюдается развитие своеобразных членистоногих - ракоскорпионов. К ордовику и силуру относится расцвет в морях головоногих моллюсков (современные представители этого класса - кальмары, каракатицы, осьминоги). Появляются новые представители беспозвоночных - кораллы (кишечнополостные), которые начинают постепенно вытеснять морских ежей (иглокожие).

В силурийских морях появляются первые представители позвоночных животных - так называемые панцирные рыбы. Внутренний скелет у них был хрящевым, а снаружи тело было заключено в костный панцирь, состоящий из щитков. Панцирные рыбы лишь по форме тела напоминали настоящих рыб. Они принадлежали к другому классу позвоночных - бесчелюстным, или круглоротым. У них не было настоящих парных плавников, имелась одна ноздря (современный представитель этого класса - минога).

К концу силура относится начало интенсивного развития наземных растений. Первые наземные растения псилофиты - были лишены настоящих листьев, их строение весьма напоминает строение многоклеточных зеленых водорослей, от которых они и произошли. Развиваются папоротники.

Появление на суше высших растений было подготовлено более ранним выходом из воды бактерий и сине-зеленых водорослей, наличием на суше биогенного слоя почвы, откуда могли черпать пищевые ресурсы псилофиты и папоротники. В развитии мхов, папоротников, хвощей, плаунов сохраняется стадия подвижных жгутиковых гамет, для которых необходима водная среда. Таким образом, выход на сушу и отрыв от водной среды силурийских растений еще не были окончательными.

Накопление в почве большого числа органических остатков создавало предпосылки для появления на суше гетеротрофных организмов, использующих эти органические вещества. Действительно в силуре появляются бесхлорофилльные гетеротрофные организмы - грибы.

Наличие значительных запасов биомассы растений способствовало выходу на сушу животных. Одними из первых перешли из водной среды представители типа членистоногих - пауки.

К концу силура вновь наступил так называемый каледонский горообразовательный период. Горы, возникшие в этот период, сохранились и поныне - это Скандинавские горы, хребты Саяно-Байкальской горной дуги. Горы Шотландии и др.

Это горообразование вновь изменило очертания суши и моря, изменило климат и условия существования организмов.

Девон (55 10 млн лет)

В результате поднятия суши и сокращения морей климат девона был более резко континентальный, нежели в силуре. В девоне наблюдались и оледенения в горных районах Южной Африки. В более теплых районах климат изменился в сторону большего иссушения, появились пустынные и полупустынные области.

В морях девона большого расцвета достигают рыбы. Потомки панцирных рыб дают разнообразнейших представителей настоящих рыб. Среди них были хрящевые рыбы (современные представители - акулы), появляются и рыбы с костным скелетом. Среди них в мелководных водоемах жили двоякодышащие рыбы, у которых наряду с жаберным дыханием возникло и легочное (легкое развилось из плавательного пузыря), а также кистеперые рыбы, которые были типично водными животными, но могли дышать атмосферным воздухом с помощью примитивных легких.

Чтобы понять дальнейшую эволюцию рыб, необходимо представить климатические условия в девонском периоде. Большая часть суши была безжизненной пустыней. По берегам пресноводных водоемов в густых зарослях растений обитали кольчатые черви, членистоногие. Климат сухой, с резкими колебаниями температуры в течении суток и по сезонам. Уровень воды в реках и водоемах часто менялся. Многие водоемы полностью высыхали, зимой промерзали. Водная растительность гибла при пересыхании водоемов, накапливались и затем гнили растительные остатки. Все это создавало очень неблагоприятную среду для рыб.

В этих условиях их могло спасти только дыхание атмосферным воздухом. Таким образом, возникновение легких можно рассматривать как идиоадаптацию к недостатку кислорода в воде. При пересыхании водоемов у животных были два пути спасения: зарывание в ил или миграция в поисках воды. По первому пути пошли двоякодышащие рыбы, строение которых почти не изменилось со времени девона и которые обитают сейчас в мелких пересыхающих водоемах Африки. Эти рыбы переживают засушливое время года, зарываясь в ил и дышат атмосферным воздухом.

Приспособиться к жизни на суше смогли только кистеперые рыбы, в связи со строением парных плавников. До недавнего времени считалось, что кистеперые почти вымерли в конце палеозоя и совсем исчезли к концу мезозоя. Но в 1938, 1952 и в последующие годы у берегов Южной Африки и Мадагаскара были пойманы современные кистеперые рыбы - настоящие «живые ископаемые», сохранившиеся в мало измененном виде и до наших времен.

В конце девона потомки кистеперых рыб выходят на сушу, образуя первый наземный класс позвоночных - земноводных или амфибий. Древнейшие амфибии - стегоцефалы - были покрыты костным панцирем, одевавшим голову, форма их тела несколько напоминала тритонов и саламандр. Стегоцефалы отличались разнообразием размеров (от нескольких сантиметров до 4 м в длину). Стегоцефалы соединяли признаки рыб, земноводных и пресмыкающихся. Стегоцефал - «сборная» форма. Размножение стегоцефалов, как и всех других земноводных, происходило в воде. Личинки имели жаберное дыхание и развивались в воде.

На суше появляются первые леса из гигантских папоротников, хвощей и плаунов исчезают псилофиты. Новые группы животных начинают завоевывать сушу. Представители членистоногих, приобретшие воздушное дыхание, дают начало многоножкам и первым насекомым.

Отрыв земноводных от водной среды не был еще окончательным. Они в такой же степени зависели от водной среды, как и папоротникообразные. Поэтому первые наземные высшие растение и животные не могли завоевать внутриконтинентальные массивы суши, расположенные вдали от водоемов.

В конце девона у растений происходит крупный ароморфоз - возникновение семени, покрытого оболочкой, предохраняющей от высыхания, возникает новая группа голосеменные. Сменное размножение дает ряд преимуществ: зародыш защищен от неблагоприятных условий оболочками, обеспечен пищей, стал иметь диплоидное число хромосом. У семенных растений оплодотворение происходит без участия воды.

Карбон (65 10 млн лет)

В каменноугольном периоде, или карбоне, произошло заметное потепление и увлажнение климата. На низменных материках весьма распространились заболоченные низины. В жарких, тропического типа болотистых лесах произрастали громадные (высотой до 40м) папоротники, хвощи и плауны. Помимо этих растений, размножающихся спорами, в карбоне начинают распространяться голосеменные растения, возникшие еще в конце девона. Расцвет древесной растительности в карбоне привел к образованию больших пластов каменного угля. К этому периоду относится возникновение углей Донбасса и подмосковного угольного бассейна.

Во влажных и теплых болотистых лесах исключительного расцвета и разнообразия достигли древнейшие земноводные - стегоцефалы. Появляются первые отряды крылатых насекомых - тараканы, длина тела которых доходила до 10 см, и стрекозы, некоторые виды которых имели размах крыльев до 75 см.

Жизнь в морях карбона существенно не отличалась от девона.

К концу карбона начинается небольшое поднятие суши, некоторое иссушение климата и похолодание, создались неблагоприятные условия для земноводных. Способной к дальнейшему завоеванию суши оказалась какая-то группа земноводных, которые претерпели очень большие изменения, полезные в новых условиях. Изменился способ размножения: возникло внутреннее оплодотворение: яйцо имело большой запас желтка, плотную оболочку и внутреннюю полость с жидкостью, что защищало зародыш от высыхания. Развитие зародыша происходило в яйце на суше .

Пермь (50 10 млн лет)

В пермском периоде дальнейшее поднятие суши привело к развитию засушливого климата и похолоданию. Влажные и пышные леса смешаются к экватору, постепенно вымирают папоротникообразные. Им на смену приходят голосеменные растения. В их развитии отсутствуют жгутиковые стадии, для существования которых необходима вода. Именно это приспособление позволило голосеменным растениям успешно выдержать в пермии конкуренцию со споровыми растениями и вытеснить их. Отмирающие леса из древних папоротникообразных образовали каменные угли Кузбасса и Печоро-Воркутинского бассейна.

Иссушение климата способствовало исчезновению земноводных стегоцефалов. Значительная часть крупных земноводных вымерла. Те же, которые могли укрыться в оставшихся болотах и топях, дали начало земноводным малых размеров. Зато значительного разнообразия достигают древнейшие пресмыкающиеся. Еще в карбоне среди стегоцефалов выделилась группа, имевшая хорошо развитые конечности и подвижную систему двух первых позвонков. Представители группы размножались в воде, но уходили по суше дальше амфибий, питались наземными животными, а затем и растениями. Эта группа получила название котилозавров. В дальнейшем от них произошли рептилии и млекопитающие.

Рептилии приобрели свойства, позволившие им окончательно порвать связь с водной средой. Внутреннее оплодотворение и накопление желтка в яйцеклетке сделали возможным размножение на суше. Ороговение кожи и более сложное строение почки способствовали резкому уменьшению потерь воды организмом и широкому расселению. Грудная клетка обеспечила более эффективный тип дыхания - всасывающий. Отсутствие конкуренции вызвало широкое распространение рептилий по суше и возвращение части их в водную среду.

Вопросы самоконтроля

1. Какие гипотезы возникновения жизни вам известны?

2. В чем сущность теории панспермии?

3. Кто доказал что «живое может возникнуть из живого»?

4. Каков геологический возраст Земли?

5. Первым этапом на пути возникновения жизни на Земле стало?

6. Кем была предложена кооцерватная теория?

7. Что такое кооцерваты?

8. Возможно ли на современном этапе возникновения жизни на Земле?

9. Прочитайте ниже изложенный учебный материал.

10. Ответьте на вопросы самоконтроля.

Архейская эра ведет свое начало со времени, когда Земля сформировалась как планета – около 4 млрд. лет назад. Ее продолжительность составляет 1 млрд. лет.

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.

Архейская эра разделяется на 4 периода: Эоархей, Палеоархей, Мезоархей, Неоархей.

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.

За палеоархеем следует Мезоархей 3,2 - 2,8 млрд. л.н.
Примерно 2,8 млрд. лет назад первый в истории Земли суперконтинент начал раскалываться.

Неоархей 2,8 - 2,5 млрд л.н.- последний период архейской эры, закончившийся 2,5 млрд. лет назад, является временем формирования основной массы континентальной земной коры, что свидетельствует об исключительной древности континентов Земли.

К концу раннего архея уже существовал, хотя. возможно и не повсеместно, гранитогнейсовый слой земной коры, который уже 3,0-3,3 млрд. лет назад подвергался раскалыванию с формированием зеленокаменных и гранулитовых поясов. Следы еще более ранней стадии развития практически исчезли.
Естественно, что для архейского времени не приходится говорить о каких-либо типах тектонических структур, напоминавших фанерозойские. Какие-то морские бассейны, по-видимому, могли существовать. Однако попробуем все-таки восстановить «ландшафт» того времени.

Итак, первичная кора, образовавшаяся в результате охлаждения Земли, беспрерывно разрушалась паром и газом, которые выделяло раскаленное вещество. Извергаемая миллионами вулканов лава застывала на поверхности, образуя первичные горы и плоскогорья, материки и океанические впадины.
Мощная, плотная атмосфера также охлаждалась, в результате чего выпадали обильные дожди. На горячей земной поверхности они мгновенно превращались в пар. Сплошные облака обволакивали Землю, препятствуя прохождению солнечных лучей, согревающих ее поверхность. Твердая кора охладилась, океанические впадины заполнились водой.

Первичный океан, реки, атмосфера разрушали первичные горы и материки, образуя первые осадочные породы. На протяжении многих миллионов лет истории Земли эти породы, неоднократно подвергаясь воздействию раскаленного вещества, громадного давления и высокой температуры, сильно изменились. Ныне они твердые и плотные. С ними связано образование многих полезных ископаемых: строительного камня, слюды, никелевой руды, каолина, золота, молибдена, меди, кобальта, радиоактивных минералов, железа.

Строматолит. Фото: Shiny Things

В архейскую эру в теплых водах первичного океана протекали различные химические реакции между солями, щелочами и кислотами. Им благоприятствовали солнечная радиация, плотная атмосфера, ионизация воды, вызываемая разрядами огромных молний.
В конце архейской эры в морях появляются комочки белкового вещества, положившие начало всему живому на Земле. Основой синтеза первичных белковых веществ, несомненно, являлись аминокислоты. Но как же возникли сами аминокислоты?
Результаты радиоастрономических исследований убедительно свидетельствуют о том, что в космосе имеется множество химических веществ, в состав которых входят элементы – органогены (водород, углерод, азот, сера, фосфор), производные мочевины и других органических соединений. Таким образом, сложные и разнообразные соединения углерода Земля, по определению академика А. И. Опарина, “получила в наследство от космоса”.

Абиогенные органические соединения характерны также для земной коры. Они образуют карбосферу, существующую и в современных условиях (например, в жерлах вулканов).
Битумы и многие другие органические вещества были обнаружены в газожидкостных включениях древних минералов магматического происхождения.
Существование карбосферы земной коры, органические соединения космоса, солнечные лучи, радиация в конце концов послужили причиной образования первичных аминокислот.
Чрезвычайно благоприятствовала возникновению и развитию жизни на Земле относительно постоянная на протяжении последних 3 млрд. лет температура ее поверхности.

В архейской эре возникли первые живые организмы. Они были гетеротрофами и в качестве пищи использовали органические соединения «первичного «бульона». (В осадочных породах древностью 3.5 млрд. лет обнаружены биопалимеры). 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 синезеленые 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 синезеленые) 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. Диплоидность, возникшая одновременно с оформленным ядром, позволяет сохранить мутации в гетероготном состоянии и использовать их как резерв наследственной изменчивости для дальнейших эволюционных преобразований.

Возникновение диплоидности и генетического разнообразия одноклеточных эукариот, с одной стороны, обусловили неоднородность строения клеток и их объединение в колонии, с другой – возможность «разделения труда» между клетками колонии, т.е. образование многочисленных организмов. Разделение функций клеток у первых колониальных многоклеточных организмов привело к образованию первичных тканей – эктодермы и энтодермы, что в дальнейшем дало возможность для возникновения сложных органов и систем органов. Совершенствование взаимодействия между клетками сначала контактного, а затем с помощью нервной и эндокринной систем обеспечило существование многоклеточного организма как единого целого.

Пути эволюционных преобразований первых многоклеточных были различны. Некоторые перешли к сидячему образу жизни и превратились в организмы типа губок. От них произошли плоские черви. Третьи сохранили плавающий образ жизни, приобрели рот и дали начало кишечнополостным.



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:

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 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.

Жизнь зародилась в архейскую эру. Поскольку первые живые организмы еще не имели никаких скелетных образований, от них почти не осталось следов. Однако наличие среди архейских отложений пород органического происхождения - известняков, мрамора, графита и других - указывает на существование в эту эру примитивных живых организмов. Ими были одноклеточные доядерные организмы (прокариоты): бактерии и сине-зеленые водоросли.

Жизнь в воде была возможна благодаря тому, что вода защищала организмы от губительного действия ультрафиолетовых лучей. Именно поэтому море смогло стать колыбелью жизни.

4 крупных события архейской эры

В архейскую эру в эволюции органического мира и развитии жизни произошло четыре крупных события (ароморфоза):

• Появились эукариоты;
• фотосинтез;
• половой процесс;
• многоклеточность.

Появление эукариот связано с образованием клеток, имеющих настоящее ядро (содержащее хромосомы) и митохондрии. Только такие клетки способны делиться митотически, что обеспечило хорошую сохранность и передачу генетического материала. Это явилось предпосылкой к возникновению полового процесса.

Первые обитатели нашей планеты были гетеротрофными и питались за счет органических веществ абиогенного происхождения, растворенных в первородном океане. Прогрессивное развитие первичных живых организмов обеспечило в дальнейшем огромный скачок (ароморфоз) в развитии жизни: возникновение аутотрофов, использующих солнечную энергию для синтеза органических соединений из простейших неорганических.

Разумеется, не сразу возникло такое сложное соединение, как хлорофилл. Первоначально появились более просто устроенные пигменты, способствовавшие усвоению органических веществ. Из этих пигментов развился, по-видимому, хлорофилл.

Со временем в первородном океане стали иссякать органические вещества, накопившиеся в нем абиогенным путем. Появление аутотрофных организмов, в первую очередь зеленых растений способных к фотосинтезу, обеспечило дальнейший непрерывный синтез органических веществ, благодаря использованию солнечной энергии (космическая роль растений), а следовательно, существование и дальнейшее развитие жизни.

С возникновением фотосинтеза произошла дивергенция органического мира на два ствола, отличающиеся способом питания. Благодаря появлению аутотрофных фотосинтезирующих растений, вода и атмосфера стали обогащаться свободным кислородом. Этим была предопределена возможность появления аэробных организмов, способных к более эффективному использованию энергии в процессе жизнедеятельности.

Накопление кислорода в атмосфере привело к образованию в верхних ее слоях озонового экрана, не пропускающего губительных для жизни ультрафиолетовых лучей. Это подготовило возможность выхода жизни на сушу. Появление фотосинтезирующих растений обеспечило возможность существования и прогрессивного развития гетеротрофных организмов.

Появление полового процесса обусловило возникновение комбинативной изменчивости, поддержанной отбором. Наконец, по-видимому, в эту эру от колониальных жгутиковых произошли многоклеточные организмы. Появлением полового процесса и многоклеточности была подготовлена дальнейшая прогрессивная эволюция.