В осадочных породах архейской эры встречается не так много следов органической жизни. В то же время наличие продуктов органического происхождения (известняка, мрамора и углистых веществ) свидетельствует о существовании в этот период истории Земли бактерий и сине-зеленых водорослей. В настоящее время большинство ученых придерживаются мнения, что вскоре после возникновения жизни на нашей планете сформировалось три так называемых надцарства – архебактерии, эубактерии и эукариоты.«Эукариоты – организмы, клетки которых имеют окруженное мембраной ядро и хромосомы, содержащие ДНК. К эукариотам относятся все животные, растения, грибы и простейшие. Их клетки имеют цитоплазму сложного состава, с эндоплазматической сетью, большинство из них имеет также митохондрии.
Архебактерии обитали в бескислородной среде, в концентрированных солевых растворах или горячих вулканических источниках. Эубактерии и сегодня достаточно широко представлены в биосфере. Бактерии не дали образоваться каким-либо новым группам живых существ и остались вплоть до нашего времени обособленными.У первых живых организмов, населявших нашу планету в архейскую эру, не было раковин, панциря или твердого скелета. В тот период, возможно, возникли первые эукариоты из царства грибов, морфологически сходные с дрожжевыми грибами. Сообщества живых организмов располагались на дне водоемов или в их прибрежной зоне.
Но оазисами жизни могли служить и некоторые вулканические области, где на поверхность Земли из глубины поступали водород, сера и сероводород.Изучение древних пород архея и протерозоя помогло кое-что прояснить в облике самых первых организмов на Земле. В частности, в архейских породах западной Австралии были обнаружены строматолиты – особые формы структур, появившиеся в процессе деятельности сине-зеленых водорослей.
Строматолиты – плотные слоистые образования в толщах известняков и доломитов, возникающие в результате жизнедеятельности колоний сине-зеленых и других водорослей. Сине-зеленые водоросли и бактерии, по всей видимости, достаточно быстро распространились и к концу архея (2,7 млрд лет назад) стали полноправными хозяевами планеты. Экспериментальные исследования показали, что эти организмы развиваются даже в бескислородной среде и существуют в условиях, совершенно противопоказанных каким-либо другим растениям или животным.
На существование в архее растений также указывает тот факт, что среди древнейших окаменелостей встречаются молекулы щелочного изопренового ряда, которые могут представлять собой фрагменты молекул хлорофилла.Общая схема фотосинтеза у современных высших растений та же, что и у древних организмов: углекислый газ и вода с помощью энергии Солнца превращаются в глюкозу, в качестве отхода производства выступает кислород. В конце архейской эры произошли поистине знаменательные события в истории эволюции живых организмов – появление полового процесса, фотосинтеза и многоклеточности.
Половой процесс, скорее всего, возник в форме слияния двух одинаковых клеток у жгутиковых, которые считаются наиболее древними из одноклеточных. Именно появление полового процесса резко повысило возможность живых организмов приспосабливаться к условиям окружающей среды благодаря созданию бесчисленных комбинаций в хромосомах. Возникновение фотосинтеза способствовало разделению всего органического мира на растительный и животный. Первыми фотосинтезирующими организмами были прокариотические циа-нобактерии и все те же сине-зеленые водоросли.
Появившиеся затем более сложные эукариотические зеленые водоросли стали выделять в атмосферу из океана свободный кислород, что привело к возникновению бактерий, способных жить уже в кислородной среде.Что касается многоклеточности, то она обеспечила дальнейшее усложнение организации живых организмов, включая дифференциацию тканей, органов, систем и их функций.Таким образом, в архейскую эру не только зародились первые простейшие живые организмы из «первичного бульона», но и произошли крупные эволюционные события, имевшие огромное значение для развития жизни на нашей планете.
В архейской эре возникли первые живые организмы. Они были гетеротрофами и в качестве пищи использовали органические соединения «первичного «бульона». 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 события – появились половой процесс и многоклеточность .
Чтобы яснее представить значение двух последних ароморфозов, остановимся на них подробнее.Гаплоидные организмы (микроорганизмы, 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 гетерозиготном состоянии и использовать их как резерв наследственной изменчивости для дальнейших эволюционных преобразований. Кроме того, в гетерозиготном состоянии многие мутации часто повышают жизнеспособность особей и, следовательно, увеличивают их шансы в борьбе за существование.
Возникновение диплоидности и генетического разнообразия одноклеточных эукариот, с одной стороны, обусловили неоднородность строения клеток и их объединение в колонии, с другой – возможность «разделения труда» между клетками колонии, т.е. образование многоклеточных организмов. Разделение функций клеток у первых колониальных многоклеточных организмов привело к образованию первичных тканей – эктодермы и энтодермы, 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 . Другие стали ползать с помощью ресничек. От них произошли плоские черви. Третьи сохранили плавающий образ жизни, приобрели рот и дали начало кишечнополостным.
3.История Земли, со времени появления на ней органической жизни и до появления на ней человека, разделяется на три больших периода - эры, резко отличающиеся одна от другой, и носящих названия: Палеозой - древняя жизнь, Мезозой - средняя, Неозой - новая жизнь.
Из них самый большой по времени - палеозой, он иногда разделяется на две части: ранний палеозой и поздний, так как астрономические, геологические, климатические и флористические условия позднего резко отличаются от раннего. В первый входят: кембрийский, силурийский и девонский периоды, во второй - каменноугольный и пермский.
До палеозоя была архейская эра, но тогда еще не было жизни. Первая жизнь на Земле - это водоросли и вообще растения. Первые водоросли зародились в воде: так представляется современной науке возникновение первой органической жизни, и только позже появляются моллюски, питающиеся водорослями.
Водоросли переходят в наземную траву, гигантские травы переходят в травовидные деревья палеозоя.
В девонский период на Земле появляется буйная растительность, а в воде -жизнь в виде ее мелких представителей: простейших, трилобитов и т.д. Теплый климат - на всем земном шаре, ибо нет еще современного неба с его солнцем, луной и звездами; все было покрыто густым, слабопроницаемым, мощным туманом из водяных паров, еще в колоссальном количестве окружающих землю, и только часть осела в водные бассейны океанов. Земля несется в холодном мировом пространстве, но тогда она была одета в теплую, непроницаемую оболочку. Вследствие парникового (оранжерейного) эффекта весь ранний палеозой, включая даже и каменноугольный период, имеет тепловодную флору и фауну по всей земле: и на Шпицбергене, и в Антарктике - всюду залежи каменного угля, являющегося продуктом тропического леса, всюду была тепловодная морская фауна. Тогда лучи солнца не проникали непосредственно на землю, но преломлялись под известным углом через пары и освещали ее тогда иначе, чем сейчас: ночь была не такой темной и не такой длинной, а день не таким ярким. Сутки были короче нынешних. Не было ни зимы, ни лета, нет еще астрономических и геофизических причин для этого. Залежи каменного угля состоят из деревьев, не имеющих годичных колец, их структура трубчатая, как у травы, а не кольцевая. Значит, времен года не было. Не было и климатических поясов, тоже из-за парникового эффекта.
Современная палеонтология уже достаточно изучила все виды живых организмов кембрийского периода: около тысячи различных видов моллюсков, но есть основания полагать, что все же первая растительность и даже первые моллюски появились в конце архейской эры.
В следующий, силурийский период, количество моллюсков увеличивается до 10000 разновидностей, а в девонский период появляются двоякодышащие рыбы, то есть рыбы, не имеющие позвоночника, но покрытые панцирем, как переходная форма от моллюсков к рыбам. Они дышали и жабрами, и легкими. Они делают попытку превратиться в обитателей суши, но не им приходится осуществить это. Переход из моря на сушу выполнят амфибии, из класса позвоночных типа земноводных ящеров.
Первый представитель ящеров - археозавр - появляется в конце палеозоя, развитие получает в начале мезозойской эры, в триасовый период.
Отличительные свойства палеозоя: свет не был отделен от тьмы, промежуточное состояние, среднее между светом и тьмой, между днем и ночью, частично продлевается до начала карбона. На небе не было видно светил. Не было времен года и климатических поясов.
Доказательства: отсутствие годичных колец на деревьях палеозоя, кроме последнего, пермского периода, когда они впервые появляются исчезновение с этого времени всех травовидных деревьев с трубчатой структурой ствола; распространение тропической растительности по всей поверхности земли, включая полюсы; такая же теплолюбивая фауна по всей земле; образование в гигантских количествах залежей каменного угля, как результат гибели травовидных лесов, не приспособленных к прямым лучам солнца и естественно обуглившихся и погибших от ультрафиолета и солнечной радиации, как обугливается трава в жаркое лето при засухе.
С пермского периода появляются климатические пояса и распределение поздних флоры и фауны, по-разному приспособившихся к климатическим поясам.
Следующему периоду в жизни Земли соответствует вся мезозойская эра, то есть периоды: триасовый, юрский и меловой. Это был самый расцвет животного царства. Самые разнообразные и причудливые формы рептилий населяли Землю. Они были как в морях, так и на суше и в воздухе. Необходимо отметить, что весь класс насекомых появился еще в конце палеозоя, причем они были во много раз крупнее, чем их современные потомки.
Первые птицы появляются в юрский период. Размножались не только количественно, но и в разнообразные виды. У одного вида птиц рождались птенцы со своими особенностями, которые давали начало новому виду птиц, у которых в свою очередь появлялись птенцы, не совсем на них похожие. Так развивался многообразный мир живых существ. В некоторые моменты были совершенно удивительные метаморфозы.
Палеонтологи знают многие экземпляры разных ступеней в развитии птиц и ни одного промежуточного вида между ними: это птеродактили, археоптериксы и совершенно развившиеся птицы.
Птеродактили - это полуптицы, полурептилии. Это ящер, у которого сильно развились пальцы лап и между ними появились пленки, как у летучей мыши. Но следующее поколение, сохранившее тот же длинный позвоночник, по обе стороны от которого выросли перья, резко отличается от предшественников. Туловище и крылья покрылись перьями, но на крыльях остались когти для цепляния за ветви.
Голова археоптерикса - морда зверя, унаследованная от птеродактиля, с острыми крупными зубами и мягкими губами. И только в следующем поколении отпадает позвоночный хвост и голова становится головой птицы с клювом.
Наступает последняя эра - неозойская. Она включает в себя третичный и ледниковый (четвертичный) периоды. Человек появляется к концу ледникового периода. Именно в неозойскую эру появились млекопитающие. Это почти современный нам мир животных. Фауну того времени можно в некоторой степени увидеть в Африке, которой не коснулся ледник.
Самым большим вопросом является для многих вопрос об обезьянах. Большинство ученых склонны считать, что обезьяна никоим образом не может быть предшественником человека; но некоторые говорят, что должен быть какой-то общий предок. Но этого общего предка пока не нашли.
Геохронологическая таблица Земли
| Эры и периоды | Характерные особенности |
| Кайнозойская эра (новой жизни) Антропоген Неоген Палеоген | Появление и развитие человека. Животный и растительный мир принял современный облик. Господство млекопитающих, птиц. Появление хвостатых лемуров, долгопятов, позднее -парапитеков, дриопитеков. Бурный расцвет насекомых. Продолжается вымирание крупных пресмыкающихся. Исчезают многие группы головоногих моллюсков. Господство покрытосеменных растений. |
| Мезозойская эра (средней жизни) Меловой Юрский | Появление высших млекопитающих и настоящих птиц, хотя и зубастые птицы еще не распространены. Преобл. костистые рыбы. Сокращение папоротников и голосе - менных. Появление и распространение покрытосем. Господство пресмыкающихся. Появление археоптерикса. Процветание головоногих моллюсков. Господство голосеменных. |
| Триасовый | Начало расцвета пресмыкающихся. Появление первых млекопитающих, настоящих костистых рыб. |
| Палеозойская эра (древней жизни) Пермский Каменноугольный Девонский Силурийский Ордовийский, Кембрийский | Быстрое развитие пресмыкающихся. Возникновение зверозубых пресмыкающихся. Вымирание трилобитов. Исчезновение каменноугольных лесов. Богатая флора голосеменных. Расцвет земноводных. Возникновение первых пресмыка -ющихся. Появление летающих форм насекомых, пауков, скорпионов. Заметное уменьшение трилобитов. Расцвет папоротникообразных. Появление семенных папоротн. Расцвет щитковых. Появление кистеперых рыб. Появл. стегоцефалов. Распространение на суше споровых. Пышное развитие кораллов, трилобитов. Появление бес -челюстных позвоночных - щитковых. Выход растений на сушу -псилофиты. Широкое распространение водоросл. Процветают морские беспозвоночные. Широкое распространение трилобитов, водорослей. |
| Протерозойская (ранней жизни) | Органические остатки редки и малочисленны, но относятся ко всем типам беспозвоночных. Появление первичных хордовых -подтипа бесчерепных. |
| Архейская (самая древняя в истории Земли) | Следы жизни незначительны. |
Самые первые организмы
Породы архея и раннего протерозоя дошли до нас в сильно измененном состоянии. Высокие давления и температуры преобразовали первоначальный облик породы, уничтожив всякие следы древней жизни. Поэтому изучение древнейшего животного и растительного мира связано с огромными трудностями. Однако за последнее столетие с помощью приборов удалось кое-что прояснить и в облике самых первых организмов на Земле .
Изучая с помощью электронного микроскопа, химических и изотопных анализов сланцы свиты Онвервахт (Родезия), возраст которых превышает 3,2 миллиарда лет, ученые Аризонского университета (США) обнаружили в них тысячи мельчайших образований сферической, нитеобразной и скорлуповидной формы. Размеры частиц не превышали 0,01 мм. Исследования проводились в специально оборудованной лаборатории, исключавшей возможность загрязнения образцов посторонними организмами. Ученые полагают, что найденные образования представляют собой окаменевшие остатки одноклеточных морских водорослей. Однако другие исследователи критически относятся к их выводам, полагая, что эти образования могут иметь небиологическое происхождение.
Похожие остатки водорослей и бактерий в породах с абсолютным возрастом 2,7-3,1 миллиарда лет обнаружены в кремнистых и железистых сланцах Северной Америки, Центральной Африки и Австралии. Эти находки дают основание полагать, что к началу архейской эры закончилась химическая и началась биологическая эволюция.
На основании сделанных находок можно предполагать, что уже в океанах архейского и раннепротерозойского возрастов господствовали простейшие одноклеточные организмы: бактерии, водоросли, грибы, простейшие животные. В архее происходит приспособление первых организмов к различным формам питания. Одни организмы усваивали в процессе фотосинтеза питательные вещества из воды, углекислоты и неорганических солей (автотрофные); другие - жили либо за счет автотрофов (гетеротрофные), либо питались разлагающимися органическими остатками (сапрофаги). Происходило деление органического мира на царство растений и царство животных.
В раннем протерозое , по-видимому, появились первые многоклеточные организмы. Это наиболее примитивные формы без четко дифференцированных тканей. К ним относятся, в частности, представителя типа губок - водные организмы, ведущие придонный прикрепленный образ жизни. Форма губок разнообразна, она может напоминать цилиндр, кубок, бокал, шар. В мягкой ткани животного имеется органический или минеральный скелет, состоящий из спикул. Представители губок до сих пор населяют моря и океаны нашей планеты, однако первые примитивные губки давно вымерли и до нас дошли лишь в ископаемом состоянии.
Несколько позднее появляются представители типа кишечнополостных. У них уже намечается дифференциация тканей и органов. Представители кишечнополостных, так же как и губок, дожили до наших дней и широко расселились в морях, океанах и даже в пресных водоемах, Среди них хорошо известные нам кораллы, медузы, гидры.
Из растений в архее и раннем протерозое активно развиваются сине-зеленые водоросли . Остатки этих водорослей в виде шаровидных, грибовидных и столбообразных известковых тел, характеризующихся тонкой концентрической слоистостью, часто находят в породах протерозоя. Считают, что первыми представителями органической жизни на Земле были именно сине-зеленые водоросли . Опыты, поставленные в МГУ еще в прошлом веке, показали, что они могут существовать в таких условиях, какие «противопоказаны» другим растениям и животным. В герметически запаянном стеклянном шаре эти водоросли жили более 16 лет! Все другие обитатели подобных стеклянных шаров быстро погибли, некоторые бактерии «держались» 12 лет, выжили лишь сине-зеленые. Это доказывает, что они могут развиваться даже в бескислородной среде.
Поразительная приспособляемость этих водорослей видна из того, что сейчас они встречаются в ледяной Арктике, в горячих гейзерах, на дне Мертвого моря, в нефтяных источниках, в горах на высоте более 5000 метров. Это единственные живые организмы, выдержавшие взрывы атомных и водородных бомб. Они обнаружены даже внутри атомных реакторов. Такая удивительная жизнестойкость позволила некоторым ученым высказать предположение о неземном происхождении сине-зеленых водорослей . Как бы то ни было, но это первые организмы, появившиеся не только в древнейших океанах, но и на суше.
Исследование американского профессора Э. Баргхорна показали, что сине-зеленые водоросли первыми стали заимствовать из воды газообразный кислород. В океанах около их колоний создавалась своеобразная «водяная» атмосфера, насыщенная кислородом. Этим кислородом дышали первые морские организмы (кишечнополостные, губки). Постепенно кислород стал выделяться в атмосферу, заполнять ее. Благодаря жизнедеятельности сине-зеленых водорослей на нашей планете начала формироваться кислородная атмосфера .
Первая жизнь
В это трудно поверить, но на планете Земля до сих существуют те самые первые организмы, которые сыграли величайшую роль в дальнейшей эволюции живой природы. Ученые знали о них еще в 18-м веке, но только в 30-х гг. 20-го века приоткрылась завеса происхождения и тайна их образования. Речь идет о строматолитах.
Стромалиты
Строматолит (с греч. stromatos - подстилка, lithos - камень) - это ничто иное, как плотное слоистое образование в толщах известняков и доломитов, возникающее в результате жизнедеятельности колоний сине-зеленых водорослей и других микроорганизмов. Встречаются строматолиты на Земле с протерозоя и на сегодня установлено, что самые древние представители могут похвастаться возрастом примерно в 3,5 млрд. лет. При чем эти самые представители ни капельки не изменились с тех времен.
В 30-х гг. 20 века было совершено одно из самых примечательных событий в классической биологии. На литорали залива ШаркБэй (Австралия) и на атлантическом побережье Багамских островов были найдены небольшие рифовые постройки неизвестного ранее типа. При внимательном изучении это оказались современные строматолиты!
Результат деятельности цианобактерий
Именно тогда стало ясно, что строматолит образуется в результате жизнедеятельности уникального прокариотного существа - цианобактериального мата. Цианобактериальный мат представляет собой многослойный "ковер", толщиной до 2 см. Состоит он из цианобактерий и других микроорганизмов. Но по мимо того, что мат состоит из слоев, они выполняют различные, но строго распределенные, функции. Таким образом, это полноценный живой организм, каждая часть которого выполняет четко свои функции и дальнейшие исследования показали, что цианобактериальный мат является одной из самых сбалансированных экосистем в природе.
Живут строматолиты в экстремальных условиях - в пещерах, очень соленых озерах и долинах, а также в горячих источниках. И это не удивительно, ведь именно такими, экстремальными, были условия жизни на Земле 3,5 млрд. лет назад. И только благодаря фотосинтетирующей работе цианобактерий современная атмосфера богата кислородом. Вот такие вот они удивительные, первые живые организмы!
