Возникновение жизни на Земле

Гипотеза А. И. Опарина.

Гипотеза А. И. Опарина. Наиболее существенная черта ги­потезы А. И. Опарина — постепенное усложнение химической структуры и морфологического облика предшественников жиз­ни (пробионтов) на пути к живым организмам.

Большое количество данных говорит о том, что средой воз­никновения жизни могли быть прибрежные районы морей и океанов. Здесь, на стыке моря, суши и воздуха, создавались бла­гоприятные условия для образования сложных органических со­единений. Например, растворы некоторых органических веществ (сахаров, спиртов) обладают большой устойчивостью и могут су­ществовать неограниченно долгое время. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки, подобные сгусткам желатина в водных растворах. Та­кие сгустки называют коацерватными каплями или коацерватами (рис. 66). Коацерваты способны адсорбировать различные вещества. Из раствора в них поступают химические соединения, которые преобразуются в результате реакций, происходящих в коацерватных каплях, и выделяются в окружающую среду.

Коацерваты — это еще не живые существа. Они проявляют лишь внешнее сходство с такими признаками живых организ­мов, как рост и обмен веществ с окружающей средой. Поэтому возникновение коацерватов рассматривают как стадию развития преджизни.

Развитие жизни на Земле.

Историю живых организмов на Земле изучают по сохранив­шимся в осадочных горных породах остаткам, отпечаткам и дру­гим следам их жизнедеятельности. Этим занимается наука па­леонтология. Для удобства изучения и описания вся история Земли разделена на отрезки времени, имеющие различную дли­тельность и отличающиеся друг от друга климатом, интенсив­ностью геологических процессов, появлением одних и исчезно­вением других групп организмов и т. д.

Названия этих отрезков времени греческого происхождения. Самые крупные такие подразделения — зоны, их два — криптозой (скрытая жизнь) и фанерозой (явная жизнь). Зоны делят­ся на эры (рис. 67). В криптозое две эры — архей (древнейший) и протерозой (первичная жизнь). Фанерозой включает в себя три эры — палеозой (древняя жизнь), мезозой (средняя жизнь) и кайнозой (новая жизнь). В свою очередь, эры разделены на периоды, периоды иногда делят на более мелкие части.

Криптозой.

По мнению ученых, планета Земля формировалась 4,5— 7 млрд. лет назад. Около 4 млрд. лет назад стала остывать и за­твердела земная кора, на Земле возникли условия, позволившие развиваться живым организмам.

Архей.

Архей — самая древняя эра, начался более 3,5 млрд. лет назад и продолжался около 1 млрд. лет. В это время на Зем­ле были уже довольно многочисленны цианобактерии, окаме­невшие продукты жизнедеятельности которых — строматолиты — найдены в значительных количествах. Австралийскими и американскими исследователями были найдены и сами ока­меневшие цианобактерии. Таким образом, в архее уже сущест­вовала своеобразная «прокариотическая биосфера». Цианобактериям обычно для жизнедеятельности нужен кислород. Кисло­рода в атмосфере еще не было, однако им, по-видимому, хвата­ло кислорода, который выделялся при химических реакциях, протекавших в земной коре. Очевидно, биосфера, состоящая ил анаэробных прокариот, существовала еще раньше. Важнейшим событием архея явилось возникновение фотосинтеза. Нам неиз­вестно, какие именно организмы явились первыми фотосинтетиками.

Протерозой.

Протерозойская эра — самая длинная в истории Земли. Она продолжалась около 2 млрд. лет. Примерно через 600 млн. лет после начала протерозоя, около 2 млрд. лет назад, содержание кислорода достигло так называемой «точки Пастера» — около 1% от его содержания в атмосфере, современной нам. Ученые считают, что такая концентрация кислорода дос­таточна для того, чтобы обеспечить устойчивую жизнедеятель­ность одноклеточных аэробных организмов.

Вспышка разнообразия животных. Конец протерозоя, при­мерно 680 млн. лет назад, ознаменовался мощной вспышкой раз­нообразия многоклеточных организмов и появлением животных (рис. 68). До этого периода находки многоклеточных редки и представлены растениями и, возможно, грибами. Возникшая в конце протерозоя фауна получила название эдиакарской по местности в Южной Австралии, где в середине XX в. в слоях возрастом 650—700 млн. лет были обнаружены первые отпечат­ки животных. Впоследствии похожие находки были сделаны и на других материках. Эти находки послужили причиной выделения в протерозое особого периода, получившего название венд (по названию одного из славянских племен, живших на берегу Белого моря, где обнаружены богатые местонахожде­ния представителей этой фауны).

Палеозой.

Палеозойская эра значительно короче предыдущих, она про­должалась около 340 млн лет. Суша, представлявшая в конце протерозоя единый суперконтинент, раскололась на отдельные материки, сгруппированные около экватора. Это привело к созданию большого числа мелких прибрежных районов, пригод­ных для расселения живых организмов.

К началу палеозоя у некоторых животных образовался внеш­ний органический или минеральный скелет.

Кембрий.

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

Кембрийский период ознаменовался быстрым распростране­нием представителей новых типов беспозвоночных животных, многие из которых имели известковый или фосфатный скелет. Ученые связывают это с появлением хищничества. Среди одноклеточных животных были многочисленны фораминиферы — представители простейших, имевших известковую или склеенную из песчинок раковину.

Ордовик.

В ордовике значительно увеличивается площадь мо­рей. В морях ордовика весьма разнообразны зеленые, бурые и красные водоросли. Идет интенсивный процесс образования ри­фов кораллами. Значительное разнообразие наблюдается среди головоногих и брюхоногих моллюсков. В ордовике впервые по­являются хордовые.

Силур.

В конце силура наблюдается развитие своеобразных члени­стоногих — ракоскорпионов. К ордовику и силуру относится расцвет в морях головоногих моллюсков. Появляются новые представители беспозвоночных —    иглокожие.

В силурийских морях начинается массовое распространение первых настоящих позвоночных — панцирных бесчелюстных. В конце силура — начале девона начинается интенсивное развитие наземных растений. Выходят на сушу и животные. Одними из первых перешли из водной среды представители типа членистоногих — пауки, от иссушающего действия атмосферы их защищал хитиновый панцирь.

Девон.

В результате поднятия суши и сокращения морей кли­мат девона был более континентальный, нежели в силуре. В де­воне появились пустынные и полупустынные области.

В морях обитали настоящие рыбы, вытеснившие панцирных бесчелюстных. Среди них были хрящевые рыбы (современные представители — акулы), появились и рыбы с костным скеле­том.

В девоне на суше появляются первые леса из гигантских па­поротников, хвощей и плаунов. Новые группы животных начи­нают завоевывать сушу. Представители членистоногих, вышед­шие на сушу, дают начало многоножкам и первым насекомым. В конце девона потомки рыб выходят на сушу, образуя первый класс наземных позвоночных — земноводных (амфибий).

Карбон.

В каменноугольном периоде, или карбоне, происхо­дит заметное потепление и увлажнение климата. В жарких, тро­пического типа болотистых лесах произрастают громадные (вы­сотой до 40 м) папоротники, хвощи и плауны. Помимо этих рас­тений, размножающихся спорами, в карбоне начинают распро­страняться голосеменные растения, возникшие еще в конце девона. Их семя было покрыто оболочкой, предохранявшей от вы­сыхания. Во влажных и теплых болотистых лесах исключительного расцвета и разнообразия достигли древнейшие земноводные — стегоцефалы. Появляются первые отряды крылатых насеко­мых — тараканы, длина тела которых достигает 10 см, и стре­козы, некоторые виды которых имели размах крыльев до 75 см.

Пермь.

Дальнейшее поднятие суши привело в перми к развитию засушливого климата и похолоданию. Влажные и пышные леса остаются только в районе экватора; постепенно выми­рают папоротникообразные. Им на смену приходят голосемен­ные растения.

Сухость климата способствовала исчезновению земновод­ных — стегоцефалов. Зато значительного разнообразия достига­ют древнейшие пресмыкающиеся, возникшие еще в конце кар­бона.

Мезозой.

Мезозой справедливо называют эрой пресмыкающихся. Их расцвет, широчайшая дивергенция и вымирание происходят именно в эту эру.

Триас.

В триасе сильно сокращаются площади внутриконтинентальных водоемов, развиваются пустынные ландшафты. В условиях засушливого климата вымирает множество сухопут­ных организмов, у которых отдельные этапы жизни связаны с водой. Вымирает большинство земноводных, почти полностью исчезают древовидные папоротники, хвощи и плауны. Вместо них начинают преобладать наземные формы, в жизненном цик­ле которых нет стадий, связанных с водой. Среди растений в триасе сильного развития достигают голосеменные, среди жи­вотных — пресмыкающиеся. Уже в три­асе возникают первые представители теплокровных — мелкие примитивные млекопитающие и птицы.

Юра.

В юре происходит некоторое расширение площадей тепловодных морей. В морях весьма многочисленны головоногие моллюски — аммониты и белемниты.

Весьма разнообразны морские пресмыкающиеся. Помимо их­тиозавров, в морях юры появляются плезиозавры — животные с широким туловищем, длинными ластами и змее­видной   шеей.   Морские   пресмыкающиеся   как   бы   поделили между собой пищевые ресурсы: плезиозавры охотились на мел­ководьях прибрежной зоны, а ихтиозавры — в открытом море. В юре пресмыкающиеся начали осваивать и воздушную сре­ду. Разнообразие летающих насекомых создавало условия для развития насекомоядных летающих ящеров. Мелкими летающи­ми ящерами стали питаться крупные ящеры. Летающие ящеры просуществовали до конца мела.

Мел.

Меловой период (или мел) назван в связи с образова­нием мела в морских отложениях того времени. Он возник из остатков раковинок простейших животных — фораминифер. В этом периоде возникают и чрезвычайно быстро распространяются покрытосеменные растения, вытесняются голосеменные. Широкое распространение насекомых и появление первых по­крытосеменных растений привело со временем к связи между ними. У покрытосеменных возник цветок — орган размноже­ния, привлекающий насекомых окраской, запахом и запасами нектара. Насекомые, питаясь нектаром, стали переносчиками пыльцы. Перенос пыльцы насекомыми по сравнению с ветроопылением приводит к меньшей растрате гамет.

В конце мела климат изменяется в сторону резкой конти-нентальности и общего похолодания. В морях вымирают ам­мониты и белемниты, а вслед за ними и питавшиеся ими мор­ские ящеры — плезиозавры и ихтиозавры. На суше стала сокращаться влаголюбивая растительность, служившая пищей растительноядным динозаврам, что привело к их исчезновению; вымерли и хищные динозавры. Из пресмыкающихся лишь в экваториальных областях сохранились крупные формы - кро­кодилы, черепахи и гаттерии. Большинство выживших пресмы­кающихся (ящерицы, змеи) были небольших размеров.

В условиях резко континентального климата и общего похо­лодания исключительные преимущества получили теплокровные — птицы и млекопитающие, чей расцвет относится к сле­дующей эре — кайнозою.

Кайнозой.

Кайнозойская эра - это расцвет цветковых растений, насе­комых, птиц и млекопитающих.

Она началась около 66 млн. лет назад и продолжается до на­стоящего времени.

Палеоген.

Первый период кайнозоя млекопитаю­щие заменили пресмыкающихся, заняв их экологические ниши на земле, птицы стали господствовать в воздухе. В течение это­го периода формируется большинство современных групп мле­копитающих — насекомоядные, хищные, ластоногие, китооб­разные, копытные. Появились первые примитивные приматы лемуры   а затем и настоящие обезьяны.

Неоген.

В неогене климат стал более холодным и сухим. Тропичес­кие и саванновые леса, росшие некогда в умеренной зоне от со­временной Венгрии до Монголии, сменяются степями. Это при­вело к широкому распространению злаковых растении, которые стали источником пищи для травоядных млекопитающих. Б этом периоде сформировались все современные отряды млеко­питающих, появились первые человекообразные обезь­яны.

Антропоген.

Последний период кайнозоя — антропоген — это тот геоло­гический период, в котором живем и мы. Его название обуслов­лено тем, что именно в этом периоде появился человек. В антропогене выделяют два века (не столетия, а века в геологичес­ком смысле) — плейстоцен и голоцен. В течение плейстоцена наблюдались очень сильные из­менения климата — произошли четыре гигантских оледенения, сменявшихся отступлением ледников.

Отрицательные температуры в зоне оледенения приводили к тому, что пары воды конденсировались в виде снега, а таяние льдов и снегов ежегодно давало меньше воды, чем выпадало сне­га. Накопление гигантских запасов льда на суше привело к существенному понижению уровня Мирового океана (на 60—90 м).

В Старом Свете (за исключением Мадагаскара) человек рас­селился, как минимум, 500 тыс. лет назад, а возможно, значи­тельно раньше. Перед последним оледенением (около 35—40 тыс. лет назад) через сухопутный мост в районе современного Берин­гова пролива древние охотники из Азии перешли в Северную Америку, которую заселили до Огненной Земли. К началу го­лоцена, когда началось глобальное потепление и таяние ледни­ков, вымерли многие крупные млекопитающие — мамонты, шер­стистые носороги, пещерный медведь. По-видимому, это выми­рание было обусловлено не только изменениями климата, но и активной деятельностью человека.

Около 10 тыс. лет назад в умеренно теплых областях Земли (Средиземноморье, Ближний Восток, Индия, Китай, Мексика, Перу и др.) наступила «неолитическая революция», связанная с переходом человека от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству. Началось одомашнивание животных и введение растений в культуру.

Бурная деятельность человека: распашка земель, раскорчев­ка и выжигание лесов, стравливание пастбищ и вытаптывание травостоев домашними животными — привела к вымиранию или сокращению ареалов многих степных животных (тур, тар­пан и др.), к расширению площадей пустынь (Сахара, Караку­мы, Такла-Макан), появлению подвижных песков.

Все это определило тот видовой состав органического мира, который существует в настоящее время, повлияло на современ­ное географическое распространение организмов, создало их современные сообщества. Огромную роль в расселении видов и видообразовании сыграли как сухопутные мосты, так и изоля­ция ледниками. Множество видов и подвидов сформировались в течение плейстоцена и голоцена.