Більшість сучасних вчених вважають, що Земля сформувалася трохи раніше 4,5 млрд. Років тому. Життя на ній виникла відносно швидко. Найбільш ранні залишки вимерлих мікроорганізмів знайдені у відкладеннях кремнезему, що мають вік 3,8 млрд. Років (див. Життя і її походження).

Першими мешканцями Землі були прокаріоти - організми без оформленого ядра, схожі на сучасних бактерій. Вони були анаеробами, т. Е. Не використали для дихання вільний кисень, якого ще не було в атмосфері. Джерелом їжі для них були органічні сполуки, що виникли ще на млявої Землі в результаті дії ультрафіолетового сонячного випромінювання, грозових розрядів і тепла вулканічних вивержень. Іншим джерелом енергії для них були відновлені неорганічні речовини (сірка, сірководень, залізо і т. Д.). Порівняно рано виник і фотосинтез. Першими фотосинтетиками були також бактерії, але вони використовували в якості джерела іонів водню (протонів) не воду, а сірководень або органічні речовини. Життя тоді була представлена ​​тонкою бактеріальної плівкою на дні водойм і у вологих місцях суші. Цю еру розвитку життя називають архейської, найдавнішої (від грецького слова ἀρχαῖος - древній).

В кінці архею відбулася важлива еволюційне подія. Близько 3,2 млрд. Років тому одна з груп прокаріот - ціанобактерії виробила сучасний, оксигенів механізм фотосинтезу з розщепленням води під дією світла. Утворений при цьому водень з'єднувався з вуглекислим газом, і виходили вуглеводи, а вільний кисень надходив в атмосферу. Атмосфера Землі поступово ставала кисневої, окисної. (Не виключено, що значна частина кисню могла виділятися з гірських порід, коли формувалося металеве ядро ​​Землі.)

Все це мало важливі наслідки для життя. Кисень в верхніх шарах атмосфери під дією ультрафіолетових променів перетворився в озон. Озоновий екран надійно захистив поверхню Землі від жорстокого сонячного випромінювання. Стало можливим виникнення кисневого дихання, енергетично більш вигідного, ніж бродіння, гліколіз, а отже, і виникнення більш великих і більш складно влаштованих еукаріотів. Виникли спочатку одноклітинні, а потім і багатоклітинні організми. Кисень зіграв і негативну роль - все механізми зв'язування атмосферного азоту придушуються ім. Тому азот атмосфери пов'язують досі бактерії -анаероби і ціанобактерії. Від них практично залежить життя всіх інших організмів на Землі, що виникли пізніше, вже в кисневій атмосфері.

Ціанобактерії поряд з бактеріями були широко поширені на поверхні Землі в кінці архею і подальшої ері - протерозойської, ері первинної життя (від грецьких слів πρότερος - більш ранній і ζωή - життя). Відомі утворені ними відкладення - строматоліти ( «килимові камені»). Як джерело вуглекислоти ці стародавні фотосинтетики використовували розчинний бікарбонат кальцію. При цьому нерозчинний карбонат осідав на колонії вапняної кіркою. Строматоліти в багатьох місцевостях утворюють цілі гори, однак залишки мікроорганізмів збереглися лише в деяких з них.

Трохи пізніше симбионтами якісь перші еукаріот стали ціанобактерії - предки хлоропластів. Залишки перших безсумнівних еукаріот - найпростіших і колоніальних водоростей - знайдені у відкладеннях протерозойської ери. Вони схожі на вольвокс.

У наступному, девонського періоду (від назви графства у Великобританії), який тривав близько 60 млн. Років, різноманітні папоротеподібні витіснили псилофітів, а риби, у яких передня пара зябрових дуг перетворилася в щелепи, - біґосів. У девоні з'явилися вже основні групи риб - хрящові, Променепері і Лопастепірі. Деякі з останніх в кінці девону вийшли на сушу, давши початок великій групі земноводних.

Кайнозой починається з третинного періоду. Ранній третинний, або палеогенових, період включає епохи: палеоцен, еоцен і олігоцен, які тривали 40 млн. Років. В цей час виникли всі наші сучасники загони ссавців і птахів. Найбільшого розквіту нове життя досягла на початку неогенового періоду, в міоценову епоху, що настала 25 млн. Років тому. Тоді ж з'явилися перші людиноподібні мавпи. Сильне похолодання в кінці наступної епохи, пліоцену, призвело до вимирання теплолюбивой флори і фауни на великих просторах Євразії та Північної Америки. Близько 2 млн. Років тому настає останній період історії Землі - четвертинний. Це період становлення людини, тому його частіше називають антропогенними.

архейський еон

Земля - ​​єдина планета Сонячної системи, на якій сформувалися умови, сприятливі для виникнення і розвитку життя. Життя на Землі зародилося на дні теплих дрібних морів катархея, де утворилися складні полімери, здатні синтезувати білки, що забезпечують їм досить тривалий самозбереження. Еволюція цих первинних мікроорганізмів породила в них здатність синтезування органічних молекул з неорганічних. Найбільш ефективним способом виявився фотосинтез - продукування органічної речовини з вуглекислоти та води.

Першими фотосинтезуючими рослинами були, мабуть, мікроскопічні синьо-зелені водорості і бактерії. Ці організми відрізнялися відсутністю ядра і отримали назву прокаріоти (Procaryota - доядерние) і особливим становищем ДНК, яка розташовується в клітинах вільно, не відділяючись від цитоплазми ядер-ної мембраною. Всі інші організми мають ядро, оточене мембраною і резкоограніченное від цитоплазми. Такі організми називаються еукаріотамі (Eycaryota - ядерні).

Найбільш древні достовірні сліди життєдіяльності організмів, званих строматолітами, виявлені в Австралії, їх вік 3,5 млрд років, а також знайдені в кременистих сланцях серії фіговим дерева системи Свазіленд (Барбетон) в Трансваалі, вік яких 3,1-3,4 млрд років . Майже настільки ж древніми (більш 2,9 млрд років) є обвапнені продукти життєдіяльності синьо-зелених водоростей - ненатягнуті округлі освіти - онколіти (строматоліти - прикріплені до дна). Архейський еон - це час прокариотов - бактерій і синьо-зелених водоростей, єдиних слідів життя далекого минулого. Він почався 4,5 млрд років і закінчився 2,6 млрд років тому.

протерозойський еон

Протерозойський еон поділяють кордоном в 1650 мільйонів років на ранній протерозой і пізній протерозой, який називають рифі. У ранньому протерозої були розвинені в основному прокаріоти - синьо-зелені водорості, сліди життєдіяльності яких у вигляді строматолитов і онколітів відомі вже в багатьох районах світу. На рубежі в 2 млрд років, в середині раннього протерозою, рівень кисню в атмосфері, мабуть, наблизився до сучасного, про що свідчить формування найбільших в геологічній історії родовищ заліза, для утворення якого, як відомо, знадобився вільний кисень, що переводить закісние форми заліза в окисні, що знижувало рухливість заліза і призводило до масового випадання в осад суспензії гідратів окису заліза в комплекс SiO2 * nН2О, перетворений потім в залізисті кварцити-джеспіліти. Це найбільші родовища заліза Криворізького басейну і Курської магнітної аномалії в Росії, Верхнього озера в Північній Америці і в Індії.

За даними Р.Е. Фолінсбі, помітні якості вільного кисню з'явилися близько 2,2 млрд років тому. У рифее продукування вільного кисню водоростями все зростала: велика кількість водорослевих будівель дозволяє виділити в ньому кілька підрозділів.

Еволюція зробила наступний крок - з'явилися організми, які споживають кисень. У породах верхнього і середнього рифея знайдені сліди риють тварин і трубочки черв'яків. У вендском періоді, верхах верхнього рифі різноманітність і рівень розвитку організмів наближає їх вже до фанерозой. У відкладеннях венда виявлені численні відбитки різноманітних бесскелетних тварин: губки, медузи, кільчасті черви, членистоногі. Їх залишки представлені відбитками м'яких тканин.

Фанерозойський еон

Палеозойська ера, що охоплює більше половини фанерозою, тривала понад 340 млн років і поділяється на два великих етапи: раннепалеозойских, що почався ще в пізньому рифее і венде, що складається з кембрійського ордовикского і силурійського періодів, і Пізньопалеозойський, що включає девонський, кам'яновугільний і пермський періоди.

Кембрійський період тривав 90 млн років і ділиться на три епохи. Його нижня межа проходить на рубежі 570 млн років, а верхня - 480 млн років (за новими даними). Органічний світ кембрію відрізняється значною різноманітністю: найбільш широко були розвинені археоціати, брахиоподи, трилобіти, граптоліти, губки, конодонти. Особливо швидко еволюціонували трьох членистих форми трилобітів, які вже мали вапняним панциром і навчилися згортатися, захищаючи м'яке черевце. Виникла велика кількість їх керівних форм, що дозволило детально розчленовувати кембрійські відкладення. Кембрійські брахиоподи, що мали хітин-фосфатні раковини, були примітивними, беззамкових. Важливою групою для розчленування та кореляції відкладів є граптоліти. В даний час для кембрію відомо більше 100 видів тварин і водоростей.

Ордовикский період тривав 4 млн років і ділиться на три епохи. В цей час морські басейни займали найбільшу площу в фанерозое, тому тривав бурхливий розквіт морської фауни і флори. Максимального розвитку досягають трилобіти і граптоліти. Виникають чотирипромінні корали, пелециподи і перші головоногі - ендоцератіти. Серед брахіопод з'являються замкові різновиди і кількість їх пологів досягає 200. У цей же час з'являються стебельчатие голкошкірі: морські лілії, бластоїдеї, цистоидеи, криноидеи. Важливу роль для стратиграфії набувають конодонти. У ордовике (а можливо, ще в кембрії) з'являються так звані панцирні риби - невеликі рибообразние донні тварини без щелеп і плавників, покриті панциром з товстих пластинок на голові і лусок на тулуб. В кінці ордовика місцями на Землі спостерігалося досить велике заледеніння.

Силурийский період тривав 30 млн років і поділяється на дві епохи. Моря знову розширюють свої площі, що можливо пов'язано із закінченням зледеніння і таненням льодовиків. Виниклі раніше групи організмів продовжують розвиватися за винятком ендоцератіт, вимираючих до початку періоду, і цистоидеи, зникаючих в його середині. З'явилися вже справжні хрящові риби - спочатку панцирні, а потім безпанцирні акули, які проживають і в даний час. Від величезних хижих жабродишащіх (класу ракоподібних) гігантостраков відбулися перші сухопутні тварини, схожі на сучасних скорпіонів, у яких сформувалися легені. У пізньому силурі з'явилися перші наземні вищі рослини - псилофіти. Таким чином, самим знаменною подією раннього палеозою є поява скелетної фауни і «виходу» представників рослинного і тваринного світу на сушу.

Девонський період тривав 55 млн років і ділиться на три епохи. Головна подія цього періоду - «вихід» на сушу багатьох представників тваринного і рослинного світу. У ранньому девоні різко скорочується видове різноманіття трилобітів, зникають граптоліти, деякі класи голкошкірих. З'являється багато керівних форм замкових брахіопод. З раннього девону широко поширюються аммоноидеи, чотирипромінні корали, великі форамініфери, прикріплені голкошкірі (морські лілії). Широкий розвиток отримали вже справжні костисті риби, що дали три різні гілки: Променепері, дводишні і кістеперие.

З девону починається світанок органічного світу на суші: з'являються великі скорпіони і перші земноводні тварини (амфібії). Їх називають стегоцефалам, т. Е. Панцірноголовим, так як їх голова була покрита захисними кістковими пластинками. В середньому девоні виникають багато груп вищих рослин: членістостебельние, плауновидні, папороті і голонасінні.

Кам'яновугільний період тривав 65 млн років і ділиться на три епохи. Цей період відрізняється теплим вологим кліматом, який зумовив пишний світанок рослинності, приуроченої до заболочених ділянках суші, в межах яких утворилися величезні маси торфу, поступово перетворилися в процесі вуглефікації в бурі, а потім і в кам'яне вугілля. Великі ліси складалися з фомадних дерев висотою до 50 м - деревовидних хвощів, плаунових, папоротей, лепідоденронов, сигиллярии, каламітів. В середині карбону з'являються кордаїти, гінгковие і хвойні.

У верхньому карбоні виникають перші рептилії - Сеймур і котилозаври, зберегли суцільну кришку черепа, як і земноводні. Зникають стародавні строматопори, фаптоліти, трилобіти, безщелепні рибообразние, панцирні риби, а з рослин - псилофіти. В кінці пізнього карбону починається заледеніння.

Пермський період тривав 55 млн років і ділиться на дві епохи. Регресія моря, що почалася в карбоні, все більше збільшується, що призводить до панування суші. Заледеніння пізнього карбону розширюється і охоплює південну півкулю. Клімат північної півкулі був посушливий, жаркий, в екваторіальній зоні - вологий. У цей період тропічна фауна змінюється голосеменнимі рослинами, переважно хвойними, з'являються перші цикадові. Всі основні групи кам'яновугільної фауни і флори продовжують жити в пермі, але до кінця пермського періоду вимирають багато палеозойские організми: чотирипромінні корали, основні види брахіопод, мшанки, криноидеи, трилобіти, багато видів риб, амфібії та ін .; з рослин - кордаїти, деревовидні папороті і плаунові, т. е. на рубежі палеозою і мезозою повсюдно відбувалася зміна тваринного і рослинного світу. Таким чином, пізній палеозой характеризується великими змінами в органічному світі, що окреслює чітку межу кінця палеозойської ери.

Мезозойська ера. Тріасовий період. Тривалість мезозойської ери становить 183 млн років. Тріасовий період тривав 40 млн років і ділиться на три етапи. На кордоні палеозойської і мезозойської ери відбулося оновлення органічного світу. У ранньому тріасі панували континентальні умови, що змінилися в середньому тріасі великої морської трансгресії, яка досягла максимуму на початку пізнього тріасу. Клімат тріасу був в основному теплим і сухим. З'явилися нові групи тварин - амоніти, белемніти, пелециподи, шестипроменеві корали. Поряд з безхребетними, швидко розвиваються рептилії, особливо динозаври, що дали велику різноманітність різних форм; з'явилися перші водні плазуни: плезіозаври, пліозаври і іхтіозаври.

На суші в тріасі з'явилися перші ссавці - дрібні тварини розміром з щура. Серед тварин суші неподільно панували рептилії, які відрізнялися величезними розмірами і незвичайними формами (брахіозаври довжиною до 24 м, диплодоки, бронтозаври досягали в довжину 30 м, маса їх становила 35 т, а деяких особин - до 80 т). Рептилії вже починали освоювати і повітряний простір. У США на заході штату Техас знайдені залишки древнього птаха, вік якої становить 225 млн років, т. Е. Жила в тріасовий період.

Юрський період тривав 69 млн років і ділиться на три епохи. Початок юрського періоду характеризується поширенням континентального режиму на древніх докембрійських платформах. Co середньої юри в результаті опускання докембрійських платформ розвиваються великі трансгресії, які в позднеюрских епоху перетворилися в одну з найбільших трансгрессий на земній кулі за рахунок формування Атлантичного і Індійського океанів. Клімат юри вважається теплим.

Серед представників морської фауни з'являються нові види амонітів, белемнітів. Продовжують розвиватися гігантські динозаври, літаючі ящери і археорніси, які були завбільшки з ворону, мали зубасті щелепи, слабкі крила з кігтями на кінцях і довгі хвости з численними хребцями, вкриті пір'ям. Серед багатої рослинності були розвинені папоротеві, гінкгові і цикадові.

Крейдяний період тривав 70 млн років (найтриваліший після кембрійського періоду) і ділиться на дві епохи. На початку крейдяного періоду відбувається розвиток нових трансгрессий після короткочасної регресії моря в кінці юри. Продовжують розвиватися все групи юрської фауни: шестипроменеві корали, двостулкові молюски з товстими раковинами. З'являються гігантські амоніти, діаметр раковин яких досягає іноді 3 м. Широко розвиваються белемніти, морські їжаки, костисті риби. З'явилися великі літаючі ящери з розмахом крил до 8 м. Відзначено появу перших беззубих птахів.

На самому початку нижнемеловой епохи ще продовжують існувати юрські форми рослин, але протягом всього крейдяного періоду відбуваються великі зміни в складі флори. В кінці нижньої крейди значну роль починають грати покритонасінні. А з самого початку верхнемеловой епохи вони вже займають панівне становище. Зовнішність рослинності починає приймати сучасні форми: з'являються верба, береза, платан, дуб, бук і справжні квіткові рослини.

В кінці крейдяного періоду відбувається корінна перебудова органічного світу. У морях зникають амоніти і основні групи белемнитов, зникли динозаври на суші, їх літаючі і плаваючі форми. Вимирання динозаврів залишилося найбільшим і драматичним подією в історії органічного світу, про причини якого висловлено багато гіпотез.

В кінці можна помітити, що зміна органічного світу, мабуть, пов'язано з істотними перетвореннями в розподілі континентів і океанів і своєрідністю кліматичних особливостей.

Кайнозойської ера. Палеоген. Тривалість кайнозойської ери становить 65 млн років. Палеоген тривав 42 млн років і поділявся на три епохи: палеоценову, еоценову і олігоценову. У Палеоген обриси материків наближаються до сучасних. На початку палеоцену в результаті низхідних вертикальних рухів почала розвиватися трансгресія моря, досягла максимуму до кінця еоцену - початку олігоцену. В кінці олігоцену зі зміною знака вертикальних рухів розвивалася регресія моря, яка привела до осушенню платформ. У тваринному світі спостерігаються великі зміни. Зникають белемніти, амоніти, наземні і морські рептилії. Серед найпростіших важливу роль відіграють форамініфери - нуммуліти, які досягають великих розмірів. Широко були поширені шестипроменеві корали, голкошкірі. Костисті риби придбали в морях чільне місце.

З початку палеогену з плазунів залишилися тільки змії, черепахи та крокодили, і почалося поширення ссавців, спочатку примітивних, а потім все більш високоорганізованих: перші парно- і непарнокопиті, хоботні і сумчасті. З'являються мавпи, приймають сучасний вигляд птиці.

Рослинність відрізнялася переважаючим поширенням покритонасінних, розвитком флори тропічного кліматичного поясу в межах середньої Європи - пальм, кипарисів і помірного кліматичного поясу з холоднолюбівой флорою - дубом, буком, платаном і хвойними, поширеними на північ від.

Неогеновий період тривав 21 млн років і ділиться на дві епохи: міоцен і пліоцен. Після встановлення континентального режиму в межах докембрійських платформ в кінці олігоцену він зберігався протягом усього неогену. У неогені в результаті завершення альпійської складчастості утворився протяжний горноскладчатий пояс, який починався від Гібралтарської протоки і завершився Памиром, Гіндукушем і Гімалаями.

Освіта високих протяжних гірських ланцюгів сприяло посиленню похолодання, що почалося ще в олігоцені. У пліоцені посилюється похолодання викликало утворення спочатку гірничо-долинних, а потім і покривних льодовиків. З'явилися льодовики в Гренландії, Ісландії, Канаді, на островах Арктичного архіпелагу, в Скандинавії, Південній Америці та інших місцях. Почався період великих четвертинних зледенінь, що призвело до скорочення ареалу теплолюбивой фауни і флори і зміни їх характеру.

З'являються тварини, пристосовані до умов холодного клімату: мамонти, ведмеді, вовки, большерогие олені. Фауна хребетних набуває вигляд сучасних тварин.

Досягають розквіту плацентарні ссавці: справжні хижаки, ведмеді, мастодонти, бики, а в кінці неогену - слони, гіпопотами, гіппаріона і справжні коні (гіппаріоновая фауна).

У зв'язку з тим, що великі простори були зайняті сушею з трав'янистою рослинністю, широкий розвиток отримали комахи. З'явилися людиноподібні мавпи, найрізноманітніші птиці. Зовнішність рослинності впритул наблизився до сучасної, з чітким поділом на тепло- і холоднолюбівие флори.

Четвертинний період почався 1,7 млн ​​років тому і триває досі. Підрозділяється цей період на три епохи: еоплейстоценовую, плейстоценовую і голоценових. У четвертинному періоді потужне заледеніння охопило континенти північної півкулі: більшу частину Європи, азіатську частину Росії і Північної Америки, де льодовики вкрили всю північну половину континенту, опустившись по долині р. Міссісіпі на південь від 37 ° с. ш. Потужність льодовикового покриву досягала 4 км, а загальна площа льодовиків становила 67%, в той час як зараз вона становить 16% від загальної площі суші.

У тваринному світі цього періоду відбулися суттєві зміни: вимерли типові представники гіппаріоновой фауни і на зміну їм прийшли тварини, що пристосувалися до життя в холодному кліматі тундрових і лісотундрових просторів, що виникли в результаті заледеніння - волохаті мамонти, шерстисті носороги, зубри, тури, олені та ін .

Самим знаменною подією четвертинного періоду стала поява людини. Предком людини, як і мавп, вважають приматів.

Перший предок людини, що жив близько 12 млн років тому, - рамапітек. Перший гомінідів, який ходив уже на двох ногах, - австралопітек (т. Е. Південна мавпа), жив 6,0-1,5 млн років тому. У 1972 р на березі оз. Рудольф виявили останки людини вмілого (Homohabilis), який міг виготовляти примітивні знаряддя. Його вік становить 2,6 млн років. Потім близько мільйона років тому з'явилася людина випрямлений (Homo erectus), який вже навчився користуватися вогнем. Потім з'являється пітекантроп, гейдельбергский людина, синантроп, об'єднані під загальною назвою архантропи.

Близько 250 тис. Років тому в Європі з'явився ранній людина розумна (Homo sapiens), від якого відбулися неандертальці, витіснення кроманьонцами 40-35 тис. Років тому. Це були люди з сучасним будовою тіла і черепа, які є предками сучасної людини, що з'явився близько 10 тис. Років тому.

Важко переоцінити значення загальної хронологічній шкали, створеної багатьма поколіннями геологів різних країн і континентів і відбила поетапно всю геологічну історію нашої планети.

Закінчуючи виклад історії розвитку органічного світу, слід зупинитися на генетичної концепції, яка встановлює природні рубежі його еволюції і погоджує їх з етапністю ендогенної активізації землі.

Біотичні кризи - масові вимирання тварин і рослин корелюються певним чином з льодовиковими періодами і фазами ендогенної активності Землі - дегазацією речовини ядра Землі, активізацією вулканічної діяльності і посиленням базальтового магматизму.

Перший биотический криза - вимирання одних тварин і рослин і поява нових видів - стався в верхньому протерозої, що завершився чотирма катастрофічними заледеніннями в інтервалі 850-600 млн років тому. Закінчення останньої, найбільш грандіозної льодовикової епохи (600 млн років тому) характеризується появою едиакарской фауни, знайденої в едиакария, на півдні Австралії, м'якотілі представники якої раптово зникли на кордоні протерозою і палеозою, поступившись місцем фауні кембрію - археоциат, трилобіту, брахиоподам. Примітна кореляція цієї кризи з утворенням глинистих відкладень в Китаї, збагачених іридію, міддю і халькофільнимі елементами.

Наступні великі біотичні кризи відбулися на кордоні палеозою і мезозою. Зникло 90% всіх морських тварин. На цьому рубежі теж відзначається утворення глин (Італія, Сан-Антоніо) з підвищеними концентраціями Ir, Cr, Ni, Co, Sc, Ti, іноді Сі і халькофільних елементів. Кордон тріасу і юри відзначена масовим вимиранням тварин і утворенням глин, збагачених іридію, фосфором, рідкоземельними елементами, а також V, Cr, Ni, Ti, Zn, As і ін. Закінчення мезозойської ери завершилося масовим вимиранням динозаврів, амонітів, широким поширенням чорних сланців , базальтових покривів і відкладень, збагачених іридію. І останній биотический криза початку голоцену (близько 10 тис. Років тому) завершився потеплінням після заледеніння і вимиранням мамонтів.

А.А. Маракушев зазначає, що всі межі біотичних катастроф відзначені глобальним поширенням чорних сланців, освіту яких пов'язується з періодичним посиленням спрединга Світового океану та інтенсивної водневої дегазацією рідкого ядра Землі, зазначеного геохімічними аномаліями і аномальним накопиченням іридію в опадах. Формації чорних сланців відображають катастрофічні перетворення Землі, що синхронізуються з піками глобальних діастрофізмов (млрд років).

Періоди дегазації характеризуються проникненням водню в гідросферу і атмосферу, що викликає руйнування захисного озонового шару Землі, що супроводжується заледенінням і подальшими биотическими катастрофами.

Ще одним проявом активізації ендогенної динаміки Землі є періодична поява вибухових кільцевих структур (астроблем) на платформах, також відзначають рубежі геологічних етапів.

Закономірність циклічності геологічної історії Землі можна викласти в такій послідовності. Періодичні прояви ендогенної активізації Землі визначаються імпульсами водневої дегазації рідкого ядра Землі в зоні серединних океанічних хребтів і періодичним утворенням вибухових кільцевих структур (астроблем) на платформах. Дегазація рідкого ядра супроводжується вулканічними вибуховими виверженнями, формуванням потужних туфогенних товщ, виливом покривних базальтів, інверсією магнітних полюсів, освітою чорних сланців і появою геохімічних аномалій. Воднева дегазація руйнує захисний озоновий шар, що призводить до періодичних заледенінь з подальшим масовим вимиранням тварин і рослин - біотичних катастроф.

Історію розвитку життя вивчають за даними геологіїі палеонтології, Оскільки в структурі земної кори збереглося багато викопних останків, вироблених живими організмами. На місці колишніх морів утворилися осадові породи, що містять величезні пласти крейди, пісковиків та інших мінералів, що представляють донні опади вапняних раковин і кремнієвих скелетів древніх організмів. Є і надійні методи визначення віку земних порід, що містять органіку. Зазвичай використовується радіоізотопний метод, заснований на вимірюванні вмісту радіоактивних ізотопів у складі урану, вуглецю та ін., Яке закономірно змінюється в часі.

Відразу відзначимо, що розвиток форм життя на Землі йшло паралельно з геологічної перебудовою структури і рельєфу земної кори, зі зміною кордонів материків і світового океану, складу атмосфери, температури земної поверхні та інших геологічних чинників. Ці зміни і обумовлювали в вирішальною мірою напрямок і динаміку біологічної еволюції.

Перші сліди життя на Землі датуються віком приблизно 3,6-3,8 млрд років. Таким чином, життя виникло незабаром після утворення земної кори. Відповідно до найбільш значними подіями геобиологической еволюції в історії Землі виділяють великі інтервали часу - ери, всередині них - періоди, в межах періодів - епохи і т.д. Для більшої наочності зобразимо календар життя у вигляді умовного річного циклу, в якому один місяць відповідає 300 млн років реального часу (рис. 6.2). Тоді весь період розвитку життя на Землі як раз і складе один умовний рік нашого календаря - від "1 січня" (3600 мільйонів років тому), коли утворилися перші протоклітини, до "31 грудня" (нуль років), коли живемо ми з вами . Як бачимо, відлік геологічного часу прийнято вести в зворотному порядку.

(1) Архей

архейської ера(Ера найдавнішої життя) -від 3600 до 2600 млн років тому, протяжність 1 млрд років - приблизно чверть всієї історії життя (на нашому умовному календарі це "січень", "лютий", "март" і кілька днів "квітня").

Первісна життя існувало в водах світового океану в формі примітивних протоклеток. В атмосфері Землі ще не було кисню, але в воді були вільні органічні речовини, тому перші бактеріоподобние організми харчувалися гетеротрофно: поглинали готову органіку і за рахунок бродіння отримували енергію. У гарячих джерелах, багатих виділеннями сірководню та інших газів, при температурах до 120 ° С могли жити аутотрофний хемосинтезирующие бактерії або їх нові форми - археї. У міру виснаження первинних запасів органічної речовини виникали аутотрофний фотосинтезирующие клітини. У прибережних зонах відбувався вихід бактерій на сушу, і почалося утворення грунту.

З появою у воді і атмосфері вільного кисню (від фотосинтезуючих бактерій) і накопиченням вуглекислого газу створюються можливості для розвитку більш продуктивних бактерій, а за ними і перших еукаріотних клітин до цього ядром і органоидами. Від них згодом розвивалися різноманітні Найпростіші (одноклітинні найпростіші організми) і далі рослини, гриби, тварини.

Таким чином, в архейську еру в світовому океані виникли про- і еукаріотні клітини з різним типом харчування і енергетичного забезпечення. Склалися передумови для переходу до багатоклітинних організмів.

(2) Протерозой

протерозойская ера(Ера раннього життя), від 2600 до 570 млн років тому, - найдовша ера, що охоплює близько 2 млрд років, тобто більше половини всієї історії життя.

Мал. 6.2.Ери і періоди розвитку життя на Землі

Інтенсивні процеси горотворення змінили співвідношення океану і суші. Існує припущення, що на початку протерозою Земля зазнала Перше зледеніння, викликане зміною складу атмосфери і її прозорості для сонячного тепла. Багато піонерні групи організмів, зробивши свою справу, вимирали, на їх зміну приходили нові. Але в цілому біологічні перетворення здійснювалися дуже повільно і поступово.

Перша половина протерозою проходила при повному розквіті і домінуванні прокаріотів - бактерій і архей. В цей час железобактерии світового океану, осідаючи покоління за поколінням на дно, формують величезні поклади осадових залізних руд. Найбільші з них відомі під Курськом і Кривим Рогом. Еукаріоти були представлені в основному водоростями. Багатоклітинні організми були нечисленні і досить примітивні.

Близько 1000 мільйонів років тому в результаті фотосинтетичної діяльності водоростей темп накопичення кисню швидко зростає. Цьому сприяє також завершення окислення заліза земної кори, яке до сих пір поглинало основну масу кисню. В результаті починається бурхливий розвиток найпростіших і багатоклітинних тварин. Остання чверть протерозою відома як "вік медуз", так як ці та їм подібні кишковопорожнинні тварини складають домінуючу і найбільш прогресивну на той час форму життя.

Близько 700 млн років тому наша планета і її мешканці переживають другий льодовиковий період, після якого прогресивний розвиток життя набуває все більш динамічний характер. У так званий вендські період закладається кілька нових груп багатоклітинних тварин, але життя все ще сконцентрована в морях.

В кінці протерозою відбувається накопичення в атмосфері трехатомного кисню О3. Це озон, який поглинає ультрафіолетові промені сонячного світла. Озоновий екран знизив рівень мутагенності сонячного випромінювання. Подальші новоутворення були численні і різноманітні, але вони носили все менш радикальний характер - в межах уже сформованих біологічних царств (бактерій, архей, протистов, рослин, грибів, тварин) і основних типів.

Отже, протягом протерозойської ери панування прокаріот змінилося пануванням еукаріот, стався радикальний перехід від одноклітинності до многоклеточности, сформувалися основні типи тваринного царства. Але ці складні форми життя існували виключно в морях.

Земна суша в цей час представляла один великий континент; геологи дали йому назву Палеопангея. Надалі глобальна тектоніка плит земної кори і відповідний дрейф материків будуть відігравати велику роль в еволюції наземних форм життя. Поки ж, в протерозої, кам'яниста поверхня берегових областей повільно покривалася грунтом, в сирих низинах селилися бактерії, нижчі водорості, найпростіші одноклітинні тварини, які як і раніше прекрасно існували в своїх екологічних нішах. Суша ще чекала своїх завойовників. А на нашому історичному календарі вже був початок "листопада". До "Нового року", до наших з вами днів, залишалося менше "двох місяців", всього 570 млн років.

(3) Палеозой

Палеозойська ера(Ера давнього життя) - від 570 до 230 млн років тому, загальна протяжність 340 млн років.

Черговий період інтенсивного гороутворення привів до зміни рельєфу земної поверхні. Палеопангея розділилася на гігантський материк Південної півкулі Гондвану і кілька невеликих материків Північної півкулі. Колишні ділянки суші опинилися під водою. Деякі групи вимерли, але інші пристосовувалися і освоювали нові місця існування.

Загальний хід еволюції, починаючи з палеозою, відображений на рис. 6.3. Зверніть увагу на те, що більшість напрямків еволюції організмів, що зародилися в кінці протерозою, продовжують співіснувати з знову з'являються молодими групами, хоча багато скорочують свій об'ем.Прірода розлучається з тими, хто не відповідає мінливих умов, але максимально зберігає вдалі варіанти, відбирає і розвиває з них найбільш пристосовані і, крім того, створює нові форми, серед них і хордові тварини. З'являються вищі рослини - завойовники суші. Їх тіло розділене на корінь і стебло, що дозволяє добре закріплюватися на грунті і діставати з неї вологу і мінеральні речовини.

Мал. 6.3.Еволюційний розвиток живого світу від кінця протерозою до нашого часу

Площа морів то збільшується, то зменшується. В кінці ордовика в результаті зниження рівня світового океану і загального похолодання відбулося швидке і масове вимирання багатьох груп організмів, як в морях, так і на суші. У силурі материки Північної півкулі з'єднуються в суперконтинент Лавразию, який розділений з Південним континентом Гондваною. Клімат стає більш сухим, м'яким і теплим. У морях з'являються панцирні "риби", на сушу виходять перші членисті тварини. З новим підняттям суші і скороченням морів в девоні клімат стає більш контрастним. На землі з'являються мохи, папороті, гриби, формуються перші ліси, що складаються з гігантських папоротей, хвощів і плаунів. Серед тварин виникають перші земноводні, або амфібії. У карбоні широко поширені болотисті ліси з величезних (до 40 м) деревовидних папоротей. Саме ці ліси залишили нам поклади кам'яного вугілля ( "кам'яновугільні лісу"). В кінці карбону йде підняття суші і похолодання, з'являються перші плазуни, остаточно звільнилися від водної залежності. У пермському періоді чергове підняття суші призвело до об'єднання Гондвани з Лавразию. Знову утворився єдиний материк Пангея. В результаті чергового похолодання полярні області Землі піддаються оледенению. Вимирають деревовидні хвощі, плавуни, папороті, багато стародавніх групи безхребетних і хребетних тварин. Всього до кінця пермського періоду вимерло до 95% морських видів і близько 70% наземних. Зате швидко прогресують плазуни (рептилії) і нові комахи: їх яйця захищені від висихання щільними оболонками, шкіра покрита лускою або хітином.

Загальний підсумок палеозою - заселення суші рослинами, грибами і тваринами. При цьому і ті, й інші, і треті в процесі своєї еволюції ускладнюються анатомічно, набувають нові структурні та функціональні пристосування для розмноження, дихання, харчування, що сприяють освоєнню нового середовища існування.

Завершується палеозой, коли на нашому календарі "7 грудня". Природа "поспішає", темп еволюції в групах високий, стискаються терміни перетворень, але на сцену тільки виходять перші плазуни, а час птахів і ссавців ще далеко попереду.

(4) Мезозой

Мезозойська ера(Ера середнього життя) - від 230 до 67 млн ​​років тому, загальна протяжність 163 млн років.

Підняття суші, що почалося в попередньому періоді, триває. Спочатку існує єдиний материк Пангея. Його загальна площа значно більше, ніж площа суші в даний час. Центральна частина континенту покрита пустелями і горами, вже сформовані Урал, Алтай і інші гірські масиви. Клімат стає все більш посушливим. Лише долини річок і приморські низовини заселені одноманітною рослинністю з примітивних папоротей, цикадових і голонасінних.

У тріасі Пангея поступово розпадається на північний і південний континенти. Серед тварин на суші починають своє "тріумфальний хід" травоїдні і хижі плазуни, в тому числі динозаври. Серед них є вже і сучасні види: черепахи і крокодили. У морях і раніше живуть земноводні, різноманітні головоногі молюски, з'являються костисті риби цілком сучасного вигляду. Це велика кількість їжі привертає в море хижих плазунів, відділяється їх спеціалізована галузь - іхтіозаври. Від якихось ранніх плазунів відокремилися невеликі групи, що дали початок птахам і ссавцям тваринам. Вони вже мають важливу особливість - теплокровность, яка дасть великі переваги в подальшій боротьбі за існування. Але їх час ще попереду, а поки земні простору продовжують освоювати динозаври.

У юрському періоді з'явилися перші квіткові рослини, а серед тварин панують гігантські плазуни, які вже витратили всі місця існування. У теплих морях крім морських плазунів процвітають костисті риби і різноманітні головоногі молюски, схожі на сучасних кальмарів і восьминогів. Триває розкол і дрейф материків з генеральним напрямом до їх сучасного стану. Це створює умови для ізоляцій і відносно незалежного розвитку фауни і флори на різних материках і острівних системах.

У крейдяному періоді крім яйцекладущих і сумчастих ссавців з'являються плацентарні, які тривалий час виношують дитинчат в материнській утробі в контакті з кров'ю через плаценту. Комахи починають використовувати квіти як джерело харчування, одночасно сприяючи їх запиленню. Така кооперація принесла вигоду і комах, і квітковим рослинам. Кінець крейдяного періоду був ознаменований зниженням рівня океану, новим загальним похолоданням і масовим вимиранням багатьох груп тварин, в тому числі динозаврів. Вважають, що на суші залишилося 10-15% колишнього видового різноманіття.

Є різні версії цих драматичних подій кінця мезозою. Найбільш популярний сценарій глобальної катастрофи, викликаної падінням на Землю гігантського метеорита або астероїда і призвела до швидкого руйнування біосферного рівноваги (ударна хвиля, запилення атмосфери, потужні хвилі цунамі тощо.). Однак все могло бути і набагато прозаїчніше. Поступова перебудова материків і зміна клімату могли привести до руйнування сформованих харчових ланцюгів, побудованих на обмеженому колі продуцентів. Спочатку в похололі морях вимерли деякі безхребетні тварини, в тому числі великі головоногі молюски. Природно, це призвело до вимирання морських ящерів, для яких головоногі були основною їжею. На суші відбувалося скорочення зони зростання і біомаси м'якою соковитою рослинності, що призвело до вимирання гігантських рослиноїдних, а за ними і хижих динозаврів. Скоротилася кормова база і для великих комах, а за ними стали зникати літаючі ящери. У підсумку за кілька мільйонів років основні групи динозаврів вимерли. Треба мати на увазі й ту обставину, що плазуни були холоднокровними тваринами і виявилися не пристосованими для існування в новому, значно більш суворому кліматі. У цих умовах вижили і отримали подальший розвиток дрібні плазуни - ящірки, змії; а відносно великі, такі як крокодили, черепахи, гаттерия, збереглися лише в тропіках, де залишалися необхідна кормова база і м'який клімат.

Таким чином, мезозойська ера повноправно називається ерою плазунів. За 160 млн років вони пережили свій розквіт, найширшу дивергенцію по всьому середах проживання і вимерли в боротьбі з неминучою стихією. На тлі цих подій величезні переваги отримали теплокровні організми - ссавці і птиці, які перейшли до освоєння звільнених екологічних ніш.Але це вже була нова ера. До "Нового року" залишалося "7 днів".

(5) Кайнозой

кайнозойської ера(Ера нового життя) - від 67 млн ​​років тому до теперішнього часу. Це ера квіткових рослин, комах, птахів і ссавців. В цю еру з'явився і чоловік.

На початку кайнозою розташування материків вже близько до сучасного, однак є широкі мости між Азією і Північною Америкою, остання пов'язана через Гренландію з Європою, а Європа відділена від Азії протокою. На кілька десятків мільйонів років виявилася в ізоляції Південна Америка. Індія теж ізольована, хоча і просувається поступово на північ, назустріч Азіатському континенті. Австралія, яка ще на початку кайнозою була пов'язана з Антарктидою і Південною Америкою, близько 55 млн років тому повністю відокремлюється і поступово просувається на північ. На ізольованих материках створюються особливі напрямки і темпи еволюції флори і фауни. Наприклад, в Австралії відсутність хижаків дозволило зберегтися древнім сумчастих і яйцекладущи ссавцям, давно вимерлим на інших континентах. Геологічні перебудови сприяли появі все більшого біорізноманіття, так як створювали великі варіації умов життя рослин і тварин.

Близько 50 млн років тому на території Північної Америки і Європи в класі ссавців з'являється загін приматів, що дав згодом мавп і людини. Перші люди з'явилися близько 3 млн років тому (за "7 годин» до "Нового року"), по-видимому, в східному Середземномор'ї. При цьому клімат ставав все більш прохолодним, наступав черговий (четвертий, вважаючи з раннього протерозою) льодовиковий період. У північній півкулі за останній мільйон років відбувається чотири періодичних заледеніння (як фази льодовикового періоду, що чергуються з тимчасовими потеплінням). За цей час вимерли мамонти, багато великих звірі, копитні тварини. Велику роль в цьому зіграли люди, які активно займалися полюванням і землеробством. Людина сучасного виду сформувався всього лише близько 100 тисяч років тому (після "23 годин 45 хвилин 31 грудня" нашого умовного року життя; ми існуємо в цьому році всього-то його останні чверть години!).

На закінчення ще раз підкреслимо, що рушійні сили біологічної еволюції треба бачити в двох взаємопов'язаних площинах - геологічної і власне біологічної. Кожна чергова великомасштабна перебудова земної поверхні спричиняла неминучі перетворення в живому світі. Кожне нове похолодання призводило до масового вимирання погано пристосованих видів. Дрейф материків визначив відмінність темпів і напрямків еволюції в великих изолятах. З іншого боку, прогресивний розвиток і розмноження бактерій, рослин, грибів і тварин позначалося і на самій геологічної еволюції. В результаті руйнування мінеральної основи Землі і її збагачення продуктами обміну речовин мікроорганізмів виникала і постійно перебудовувалася грунт. Накопичення кисню в кінці протерозою призвело до утворення озонового екрану. Багато продуктів життєдіяльності залишалися назавжди в земних надрах, перетворюючи їх необоротно. Це і органогенні залізні руди, і поклади сірки, крейди, кам'яного вугілля, і багато іншого. Живе, породжене з неживої матерії, еволюціонує разом з нею, в єдиному біогеохімічному потоці речовини і енергії. Що ж стосується внутрішньої сутності і безпосередніх факторів біологічної еволюції, ми розглянемо їх в спеціальному розділі (див. 6.5).

Таблиця 1

Перша ера - архейської, тривалістю 900 млн. Років, майже не залишила слідів органічного життя. Наявність порід органічного походження - вапняку, мармуру, вуглистих речовин - вказує на існування в архейскую еру бактерій і синьо-зелених водоростей (ціанобактерій) - клітинних пред'ядерних організмів. Вони мешкають в морях, але виходять і на сушу.

Вода насичується киснем, а на суші відбуваються грунтоутворювального процеси. Бактерії не дали початку утворення нових угруповань і залишилися до нашого часу відокремленими. Саме в архейскую еру відбулися три значні зміни в розвитку живих організмів: виникнення статевого процесу, фотосинтезу і многоклеточности. Статевий процес виник у формі злиття двох однакових клітин у джгутикових, що вважаються найбільш древніми одноклітинними.

Пізніше статевий процес відбувався вже за допомогою спеціальних статевих клітин - чоловічої і жіночої, які при злитті утворюють зиготу. З неї розвивається організм, що містить генотип батька і матері, що дає комбінації різних ознак в потомстві, розширюючи можливості дії природного відбору. З появою фотосинтезу єдиний стовбур життя розділився на два - рослини і тварини - за рахунок дивергенції. Многоклеточность викликала подальше ускладнення організації живих організмів: диференціацію тканин, органів, систем і їх функцій.

У протерозойскую еру (тривалість 2 000 млн. Років) розвиваються зелені водорості, в тому числі і багатоклітинні. Залишки тваринного світу рідкісні і нечисленні. Предками багатоклітинних організмів, ймовірно, були організми, подібні колоніальним формам одноклітинних джгутикових, а перші багатоклітинні тварини - близькі губкам і кишечнополостним.

Відомі залишки всіх типів безхребетних тварин, в тому числі голкошкірих і членистоногих. Вважають, що в кінці протерозойської ери з'явилися первинні хордові - підтип безчерепних, єдиним представником яких в сучасній фауні є ланцетник. З'являються двустороннесимметрічних тварини, розвиваються органи чуття, нервові вузли, ускладнюється поведінка тварин, зростає рухливість і енергія в процесах життєдіяльності в цілому.

У палеозойську еру, тривалістю 330 млн. Років (стародавня життя), що підрозділяється на кілька періодів, відбувалися подальші еволюційні перетворення органічного світу. У кембрійського періоду (570-490 млн. Років тому), крім бактерій і одноклітинних водоростей, були поширені великі багатоклітинні водорості. Для кембрію і ордовика (490-435 млн. Років назадхарактерно наявність залишків копалин найпростіших, кишковопорожнинних, губок, черв'яків (три типи), голкошкірих, молюсків, членистоногих, хордових.

Силур (435-400 млн. Років тому) багатий залишками копалин трилобітів і особливо плеченогих (в даний час їх залишилося близько 200 видів). Виявлено залишки біґосів хребетних - щиткових (предки міног). Подальший розвиток еволюції тривало по шляху дивергенції типів тваринного світу з заміною нізкоорганізованних примітивних форм більш високоорганізованим. В кінці силурійського періоду частину зелених багатоклітинних водоростей пристосувалася до життя на суші. Можливо, це були псилофіти. Вони вже мали тканини.

З'явилися гриби. З середини девону (400-435 млн. Років тому) поступово зменшуються псилофіти, зникаючи до кінця цього періоду. А на зміну їм з'являються плаунові, хвощевие і папоротеві - спорові рослини. У період девону з'являються Челюстноротих панцирні риби (їх нащадки - сучасні хрящові риби, наприклад, акули і скати), Дводишні. Однак вихід на сушу здійснила інша група риб - кістеперие. Найбільш примітивними наземними хребетними вважаються стародавні земноводні, що беруть початок від однієї з груп кистеперих.

На основі спадкової мінливості в процесі природного відбору плавники перетворилися на кінцівки для пересування по суші. Для дихання на суші розвинулися легкі. Найдавніші земноводні - стегоцефали (панцірноголовие) мешкали в болотистих місцях. Стегоцефали з'єднали в собі ознаки риб, земноводних і плазунів. Тварини девону, як і рослини, жили у вологих місцях, тому не могли поширюватися в глиб суші і займати місця, віддалені від водойм.

У кам'яновугільний період (345-280 млн. Років тому) сталася велика еволюційний підйом у розвитку наземної рослинності. Цей період відзначався теплим вологим кліматом. На Землі утворилися величезні ліси, що складаються з гігантських папоротей, деревовидних хвощових і плаунових - висотою 15-30 м. Вони мали гарну провідну систему, коріння, листя, але їх розмноження ще було пов'язано з водою. Ліси кам'яновугільного періоду утворили родовища кам'яного вугілля.

У цей період виростали і насінні папороті, у яких замість суперечка розвивалися насіння. Насінні папороті (найдавніші голонасінні) ясно вказують на походження насіннєвих рослин від спорових. Поява насінних рослин було великим ароморфозом, що визначив подальшу еволюцію рослин. У насіннєвих рослин запліднення відбувається вже без участі води, а зародок знаходиться в насінні, що має запас поживних речовин.

З кінця кам'яновугільного періоду в зв'язку з посиленим горотворенням вологий клімат майже повсюдно змінився сухим. Деревовидні папороті стали вимирати, лише в окремих сирих місцях збереглися дрібні форми. Вимерли і насінні папороті. Їм на зміну прийшли більш життєздатні голонасінні рослини, які завдяки поширенню насіння освоїли посушливі місця проживання. Поширення і пишне розвиток голонасінних тривало майже до кінця мезозойської ери. У кам'яновугільний період йшов інтенсивний розвиток комах, павуків, скорпіонів, що мають повітряне дихання і відкладають яйця із захисною оболонкою, що захищає від висихання.

Разом з тим почали зникати трилобіти. Существавало багато плеченогих, молюсків, риб (особливо акул), голкошкірих, розвивалися корали. Раніше існували типи і класи дівергіровалі, пристосовувалися до різних місць проживання. При настанні посушливих умов в кінці кам'яновугільного періоду великі земноводні зникають, зберігаються лише дрібні форми в сирих місцях. На зміну земноводним прийшли плазуни, більш захищені і пристосовані до існування в умовах більш сухого клімату на суші.

Поява найдавніших плазунів - новий ароморфоз у розвитку тваринного світу. В основному це були травоїдні тварини, але деякі перейшли до хижого способу життя. З'явилися зверозубие рептилії, від нащадків яких, вважають, відбулися перші ссавці.

Зверозубие ящери - перехідна форма. Таким чином, в палеозойську еру, а саме в пермському періоді (280-230 млн. Років тому), рослини і тварини вже вийшли на сушу: це судинні (спорові і голонасінні) рослини, кістеперие риби, земноводні, плазуни, членистоногі (павуки, як припускають, з'явилися в силурі). Сухий і теплий клімат пермського періоду сприяв їх становленню. Архейська, протерозойская і палеозойська ери дали великий фактичний матеріал, на підставі якого можна судити про основні напрямки еволюції органічного світу.

У тріасовому періоді мезозойської ери в умовах континентального клімату посилився розвиток голонасінних, у яких запліднення відбувалося вже без участі води, що є найбільшим ароморфозом. Для мезозойської ери характерно надзвичайно багате розвиток голонасінних рослин, що тривало до середини крейдяного періоду, коли в зв'язку зі зростаючою посухою і збільшенням яскравості Сонця на перший план виходить недавно виникла група рослин - покритонасінні. Дводольні і однодольні рослини з'явилися вже в кінці мезозою, а в крейдяному періоді вони починають процвітати.

Для покритонасінних рослин характерний великий ароморфоз - поява квітки, пристосованого до запилення. Ідіоадаптаціонние зміни квітки сприяли численним приватним пристосуванням до запилення. Надалі відбувалася идиоадаптация квітки, в результаті якої виробилися пристосування до поширення плодів і насіння, а також до зменшення випаровування води листям. Пишне розвиток покритонасінних рослин одночасно було пов'язано з розвитком вищих форм членистоногих (комах) запилювачів: метеликів, джмелів, бджіл, мух і ін.

Мезозойська ера ( "ера динозаврів"; докладніше розібрана в таблиці 2) характеризується вражаючим розвитком і подальшим дуже швидким вимиранням гігантських плазунів. На суші мешкали гігантські ящери - динозаври, живородні іхтіозаври, крокодили, літаючі ящери. Гігантські плазуни відносно швидко вимерли. Перші дрібні ссавці з'явилися в тріасі, їх розмноження здійснювалося вже шляхом живонародження, дитинчат вони вигодовували молоком. Вони мали постійну температуру і диференційовані зуби.

Предками ссавців були зверозубие ящери. Перші птахи виникли в юрському періоді мезозойської ери - це були зубасті птиці. А в кінці мезозою з'явилися вже перші справжні птиці. Стародавні хрящові риби в тріасі були витіснені справжніми костистими. В результаті дивергенції невпинно збільшувалася видове різноманіття в межах кожної систематичної групи.

Характеристики Мезозойської ери

Таблиця 2

Кайнозойської ера (нове життя) триває, приблизно, 60-70 млн. Років. Перший її період - палеоген, другий - неоген, а третій - антропоген, який триває по теперішній час. Протягом цієї ери сформувалися континенти і моря в їх сучасному вигляді. У палеогені покритонасінні рослини поширилися по всіх материках і прісноводним водоймам. У другій половині цього періоду почалися бурхливі горнообразовательних процеси. Настало похолодання, вічнозелені ліси змінилися листопадними. Відбувалася швидка идиоадаптация форм в різних місцевих умовах.

В кінці неогену - початку антропогену з півночі наступали льодовики, на шляху сповзання льодовиків загинуло все живе, залишилися тільки ті форми, які змогли вціліти і пристосуватися до нових умов середовища. Розвинулася арктична флора. У антропогене відбувається остаточне формування сучасного рослинного світу. У кайнозої поширилися черевоногі і двостулкові молюски, серед членистоногих процвітають комахи.

Великі ароморфозів комах - розвиток трахейной системи дихання, ротового апарату типу, що жує, твердого хітинового покриву, членистих кінцівок і нервової системи забезпечили їх процвітання. Птахи і ссавці зайняли панівне становище в тваринному світі завдяки підвищенню інтенсивності функцій центральної нервової системи (особливо функцій головного мозку), ускладнення будови кровоносної системи (поділ артеріальної і венозної крові), постійній температурі тіла і підвищення рівня обмінних процесів та ін. Швидка идиоадаптация до мінливих умов середовища забезпечила їх процвітання.

Існує кілька гіпотез про походження життя на Землі. Їх можна розділити на

дві групи.

біогенез- походження живого від живого (гіпотеза панспермії, стаціонарного стану).

абіогенез- походження живого від неживого (гіпотеза самозародження, біохімічна еволюція)

гіпотеза стаціонарного стану

Земля і життя на ній ніколи не виникали, а існують вічно.

Види живих організмів можуть вимирати або змінювати свою чисельність, але не можуть змінюватися.

Доведення:з теорії біогенезу як твердження про те, що живі організми можуть відбуватися тільки від інших живих організмів, неминуче випливає єдиний логічний висновок: життя існувало вічно. Іншими словами, якщо простежити ланцюжок породжують один одного живих організмів в минуле, то вона повинна тягнутися нескінченно.

креаціонізм

Різноманіття форм органічного світу є результатом створення їх Богом.

Заперечує зміна видів і їх еволюцію.

Практично всі релігійні вчення стверджують, що людина і всі інші живі істоти створені Богом. Види відразу були досконалими і завжди залишаться такими, якими вони були створені. Ніяких доказів, що це так, не існує. Це питання віри.

Креаціоністами було більшість вчених до XIX в.

Основоположник систематики К. Лінней вважав, що всі види рослин і тварин існують з часу «створення світу» і створені Богом незалежно один від одного.

Французький анатом і палеонтолог Ж. Кюв'є вважав, що протягом історії Землі відбувалися великі катастрофи, або катаклізми, після яких спустошені місця заселялися організмами, котрі пережили катастрофу у віддалених районах (теорія катастроф).

доказ креаціонізму: Доцільність пристрою живих організмів і їх спільнот, хороша пристосованість до умов існування.

Деякі сучасні послідовники креаціонізму використовують існування дуже складних, різноманітних молекулярно-генетичних процесів у живих істот як аргумент на користь невипадковість їх появи. Інші ж згодні з існуванням еволюційного процесу, але вважають, що саме початок еволюції було пов'язано з актом творіння.

гіпотеза панспермії

Життя занесена з космосу

Чи не пропонує вирішення проблеми походження життя у Всесвіті, а пояснює лише поява її на нашій планеті занесенням з космосу.

доказ панспермії: Деякі мікроорганізми, а особливо їх спори, можуть зберігати життєздатність при дуже жорстких впливах (наприклад, дуже низьких температурах).

Однак до теперішнього часу при вивченні метеоритів ніяких форм життя на них не знайдено.

Гіпотеза біохімічної еволюції Опаріна-Холдейна (гіпотеза абиогенеза)

Виникнення життя на нашій планеті відбулося в кілька етапів еволюції:

Абіогенний синтез простих органічних сполук.

Освіта біополімерів.

Встановлення зв'язків між биополимерами - освіту коацерватов.

Виникнення мембран, що відокремлюють перші подоби живих організмів - протобионтов - від навколишнього середовища.

Виникнення обміну речовин і енергії з навколишнім середовищем.

Поява здатності до самовідтворення.

Формування екологічних зв'язків і утворення перших екосистем.

Гіпотеза абиогенеза грунтується на даних сучасної науки про формування Землі приблизно 4,5 мільярда років тому.
Гіпотеза Опаріна-Холдейна сформувалася і отримала перші експериментальні підтвердження в 1950 - 1960-ті рр. В даний час на основі сучасних даних гіпотеза абиогенеза зазнала значних змін, була розширена і доповнена. Зокрема, більшість вчених сьогодні вважають, що виникнення самовідтворення передувало формуванню мембран і повноцінного обміну речовин або відбувалося паралельно з ними. Самовідтворення передбачає збереження властивостей в ряду поколінь організмів, лежить в основі природного відбору (який, безумовно, вже діяв серед цих древніх систем) і еволюції в цілому.

Після появи нашої планети як твердого тіла і її поступового охолодження відбувалася конденсація водяної пари в первинній атмосфері Землі. Дощова вода з розчиненими в ній речовинами накопичувалася в поглибленнях рельєфу.

В первинній атмосфері в значних кількостях присутній вуглекислий газ, сірководень, метан, аміак, пари води і майже повністю був відсутній кисень (отже, не було озонового шару). Земля була схильна до жорсткого ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Середовище в цілому була насичена енергією. Для освіти або розриву хімічних зв'язків важливу роль відігравали такі джерела:

жорстке ультрафіолетове випромінювання;

електричні розряди;

природна радіоактивність;

сонячний вітер;

вулканічна діяльність.

Американські дослідники Стенлі Міллер і Гарольд Юрі в 1953 році в експериментах показали, як в далекому минулому могли з'являтися біологічно важливі хімічні сполуки. Вони підібрали різні гази в співвідношенні, близькому до складу древньої атмосфери, і пропускали через цю суміш іскрові розряди. В результаті виходили такі біологічно важливі сполуки, як мурашина і молочна кислоти, сечовина і амінокислоти (гліцин, аланін, глутамінова кислота, аспарагінова кислота). Наступні експериментатори, варіюючи умови і удосконалюючи методи аналізу, розширили набір продуктів в такому синтезі. Ними були отримані багато амінокислот, пуринові основи - аденін і гуанін (вони виходять, якщо в суміш газів додати синильну кислоту), чотирьох- і пятиуглеродного цукру. У 2008 році досвід повторили і з'ясували, що утворюється 22 різних амінокислоти.
Міллер і Юрі грунтувалися в своїх експериментах на уявленнях 1950-х рр. про можливий склад земної атмосфери. В даний час погляди на це питання змінилися. Зокрема, вважається, що концентрація СО не могла бути такою високою, при цьому було показано, що навіть невеликі зміни умов і складу газової суміші приводять до дуже істотних змін ефективності процесу синтезу органіки. Застосування нових аналітичних методів до найдавніших земних гірських порід дозволило уточнити склад стародавньої атмосфери Землі. Він виявився дуже схожий на сучасні атмосфери Венери і Марса - 98% СО2, 1,5% N2 і малі частки інших газів, в основному аргону і SO2. З такої атмосфери в апараті Міллера не виходить ніякої органіки. Для отримання органіки з CO2 необхідний відновник, і вчені зайнялися його пошуками.

Води на поверхні і безпосередньо під поверхнею Землі насичувалися подібними речовинами ( «Первинний бульйон»). Склад і концентрація органічних речовин залежали від оточуючих умов і, ймовірно, були різними в різних частинах поверхні Землі. Частина утворилися органічних речовин руйнувалася. Однак інша частина могла концентруватися, наприклад, в пористих мінералах, утворюючи полімери. В експериментах показано, що нагрівання суміші амінокислот призводить до утворення досить довгих поліпептидів з випадковою послідовністю мономерів. Деякі з цих поліпептидів мають каталітичну активність.

Жирні кислоти, з'єднуючись із спиртами, могли утворювати ліпідні плівки на поверхні водойм.

Зв'язки між різними биополимерами і іншими речовинами могли утворитися при ізоляції невеликих обсягів біополімерів, наприклад при утворенні бульбашок з ліпідних плівок ( коацерватов) Або з пептидів (мікросфери).

Роль коацерватов досліджувалася Олександром Івановичем Опаріним і його англійським колегою Джоном Холдейном. Мікросфери були присвячені дослідження американського вченого Сіднея Фокса.

проблеми теорії абиогенеза

Проблема складності самовідтворюється системи. Складність живих клітин величезна. Навіть найпростіші бактерії мають геном з понад мільйон нуклеотидів, що кодує понад тисячу білків. Для роботи цього генома потрібні спеціальні молекулярні машини синтезу білка (рибосоми), синтезу ДНК (репликативная вилка), енергопостачання (як мінімум 12 ферментів гліколізу, а зазвичай ще й електрон-транспортна ланцюг на мембрані) і засоби регулювання і управління (транскрипційні фактори та сигнальні білки). Складність такої системи дуже висока, а більш простих самостійно відтворюються систем, ніж клітина, біологія не знає. Віруси не береться до уваги - для їх розмноження потрібна складна жива клітина. Дарвінівський природний відбір може породжувати все більш складні системи, але для цього вони з самого початку повинні бути здатні до реплікації. Якщо природний відбір починається тільки з появою першої клітини, то для її утворення випадковим шляхом потрібно гігантське час - на багато порядків більше віку Всесвіту.

Проблема хіральної чистоти.
Всі живі системи містять тільки певні оптичні ізомери амінокислот і цукрів (L-амінокислоти і D-цукру). Протилежні ізомери зустрічаються, але рідко і в особливих випадках (наприклад, в клітинній стінці бактерій). Неживі ж системи таким властивістю не володіють. Це властивість живих систем називається хіральної чистотою. Вона підтримується за рахунок просторового відповідності молекул біологічних каталізаторів - ферментів - тільки одному з оптичних ізомерів. Більшість хімічних реакцій в неживих системах не є стереоселективного, тобто в них беруть участь обидва оптичних ізомери з однієї і тієї ж ймовірністю. Відомо дуже мало абіогенних процесів, які стереоселективного, тобто в них бере участь переважно один оптичний ізомер, але і вони не дають достатнього збагачення системи потрібними изомерами. Однак в останні роки відкрито безліч процесів, які призводять до збагачення тих чи інших оптичним ізомером - див. Далі в п.3.

Проблема відсутності відновника в первинній атмосфері(Див. Вище про досвід Міллера-Юрі). За новими даними про склад первинної атмосфери, в ній практично не містилося молекулярного водню і CО, і описані Міллером і Юрі синтези йти не могли.
У багатьох сучасних успішні експерименти по абіогенного синтезу органіки беруть в якості вихідної речовини формальдегід. Він дуже реакционноспособен і дає безліч біологічно значущих продуктів.
Звідки міг узятися формальдегід? Він міг утворюватися при відновленні вуглекислого газу на неорганічних каталізаторів. Наприклад, гаряча вулканічна лава, яка містить самородне залізо, при контакті з вологою СО2-атмосферою утворює формальдегід. Водний розчин гідроксиду заліза (II) виробляє ту ж реакцію при освітленні ультрафіолетом.
Сьогодні існують дві детально розроблені теорії абіогенного синтезу органіки, що зв'язують відновлення СО2, енергетичний обмін і особливості змісту іонів металів в живу речовину.
Перша, що припускає походження життя в «залізо-сірчаному світі», на підводних геотермальних джерелах, запропонована німецьким біофізиком Карлом Ваштерхаузером.
Інший сценарій абіогенного синтезу органіки на геотермальних джерелах запропонований Мулкіджаняном. Він випливає з здібності сульфідів цинку і марганцю до відновлення різних речовин на світлі ( «цинковий світ»).
Як відбувався подальший синтез складної биогенной органіки? Вчені проводять безліч експериментів, прагнучи підібрати умови для цих процесів, можливі на древній Землі. Велику роль в сучасних дослідженнях грає реакція Бутлерова,відкрита ще в 1865 році. У цій реакції водний розчин формальдегіду (СH2O) з додаванням Ca (OH) 2 або Mg (OH) 2 при невеликому нагріванні перетворюється в складну суміш цукрів. Ця реакція виявилася автокаталитической, тобто продукти є каталізаторами. Також каталізує реакцію світло. У певних умовах реакція Бутлерова дозволяє вирішити проблему хіральної чистоти, приводячи до появи тільки певних оптичних ізомерів цукрів. Для цього додають силікати або гідроксиапатит (фосфат кальцію) - з'єднання, в яких не бракує в земній корі. Також до синтезу хіральні чистих D-цукрів призводить додавання комплексу амінокислоти L-проліну з іоном цинку.
Великою проблемою вважався довгий час синтез нуклеотидів, так як умови синтезу його окремих компонентів, а також 4 різних нуклеотидів виявилися слабо сумісні. Однак у 2008 році Сандерлендом був здійснений синтез нуклеотидів як цілого, а не у вигляді окремих компонентів, при цьому отримані всі 4 варіанти.

проблема самовідтворення і ГІПОТЕЗА РНК-СВІТУ

Як пробіонти придбали здатність до саморепродукції, тобто здатність до відтворення структури макромолекул? Точно сказати неможливо, проте є гіпотези, що пояснюють формування самовідтворюються систем на основі нуклеїнових кислот.

Сучасні вчені і раніше активно займаються проблемою абіогенного синтезу і досягли значних успіхів. Зокрема, активно вивчається автокаталитический синтез цукрів (реакція Бутлерова), відкритий процес синтезу цілого нуклеотиду (раніше освіту нуклеотидів було неприступною фортецею - все його компоненти отримати в подібних умовах не вдавалося). Отримавши нуклеотиди, легко перейти до складання перших нуклеїнових кислот, а ці молекули вже містять в собі потенціал до самовідтворення. Ймовірно, перші самовідтворюються системи були побудовані на основі РНК.

Відкриття в 1982 р каталітичної активності деяких молекул РНК (рибозимов) дозволяє припускати, що саме молекули РНК були першими биополимерами, в яких здатність до реплікації поєднувалася з ферментативної активністю. Штучно отримані самовідтворюються РНК (правда, невеликої довжини), т. Е. РНК, здатні каталізувати синтез своїх копій. Більш того, саме РНК відіграє важливу роль у всіх основних і, як передбачається, найдавніших процесах в клітці. Так, при біосинтезі білка на рибосомах каталітична роль належить саме Хвороби. Безбелковая рибосома в даний час не існує - білки є невід'ємною частиною цього комплексу, але вона цілком могла існувати в минулому.
Всі ці факти говорять на користь того, що саме РНК колись виконувала всі біологічно значущі функції в перших живих системах, а вже потім частина функцій перейшла до ДНК (зберігання спадкової інформації) і білків (каталіз, структурні функції і ін.). Це припущення називається гіпотезою РНК-світуі користується широкою підтримкою серед сучасних вчених.

Структура самовідтворюється РНК

екологія перших організмів

Можна припускати, що на початкових етапах розвитку життя на Землі з'явилося дуже велика різноманітність протобионтов, але всі вони були анаеробними гетеротрофами, т. Е. Мали безкисневим типом дихання і поглинали готові органічні речовини (первинну органіку). Уже на цьому етапі могло з'явитися хижацтво і інші форми зв'язків між видами, тобто первинні спільноти. На початку біологічної еволюції джерелом живлення, ймовірно, служили запаси органічних речовин, створених абіогенним шляхом. Коли ці запаси вичерпалися, то переваги в розмноженні повинні були отримати ті організми, у яких з'явилися можливості автотрофного харчування, і хижаки, їх поїдають.

Однак слід зазначити, що найдавніші безперечні залишки живих істот належать фотосинтезуючим, тобто автотрофним організмам (компоненти хлорофілу, строматоліти - скам'янілі ціанобактеріальні мати і т. П.). Найдавнішим спільнотою, яка залишила сліди в палеонтологічному літописі, є саме ціанобактеріальних мат. Сучасні мати включають в себе мікробів-фотосинтетиков, хемосинтетиков і гетеротрофів, і є дані, що вказують на наявність цих компонентів і в древніх матах.

Спіл Строматоліти Сучасні строматоліти, Австралія

Поширення пробіонтов, та й просто біологічно важливих полімерів і олігомерів обмежувалося жорстким ультрафіолетовим випромінюванням за відсутності озонового екрану.
Виникнення оксигенів фотосинтезу, тобто фотосинтезу з виділенням кисню, неможливо точно датувати, але існують палеонтологічні свідчення наявності ціанобактерій 3,4 млрд років тому. Спочатку кисень не накопичувався в атмосфері, а витрачався на окислення різних компонентів земної кори, наприклад двовалентного заліза. Потім почалося повільне підвищення концентрації кисню, яке призвело до так званої кисневої революції- зміні характеру всієї атмосфери з відновного на окислювальний. Різке прискорення накопичення кисню в атмосфері датується приблизно 2,3 млрд років тому. Молекулярний кисень є отрутою для анаеробних організмів, а багато мешканців древньої Землі були саме такими. Багато вчених вважають, що оксигенація атмосфери була першою глобальною екологічною катастрофою і привела до вимирання багатьох організмів. Ті, що вижили пристосувалися, виробивши системи захисту від токсичної дії кисню, а деякі навчилися використовувати його для окислення органічних речовин - клітинного дихання, що дозволило отримати додаткову енергію в порівнянні з безкисневим обміном речовин. Тому аероби (істоти, що дихають киснем) отримали конкурентну перевагу в порівнянні з анаеробами. Саме від таких організмів відбулося більшість сучасних видів, в тому числі і еукаріоти, які включають в себе рослини, тварини, гриби і умовну (збірну) групу найпростіших.

Вважається, що виникнення сучасних типів багатоклітинних було неможливо раніше досягнення певної концентрації кисню в середовищі.
Накопичення кисню в атмосфері привело до формування озонового екрану, що дозволило життя вийти на сушу.

Гіпотеза самозародження життя

Виникнення життя абіогенним шляхом в далекому минулому

Гіпотеза існувала паралельно з креаціонізму. Її прихильники вважали, що умови, необхідні для виникнення життя, є і в даний час.

Доведення:поява личинок мух в гниючому м'ясі; мишей з сухарів і ганчірки (досліди Ван Гельмонта).

Експерименти, в яких самозародження не відбувалося після кип'ятіння середовища і запаювання судини, не були переконливими, т. К. Вважалося, що кип'ятіння вбиває «життєву силу».

Через деякий час у відкритому посуді з'явилися личинки мух, т. К. Мухи проникли в посудину і відклали яйця. У закритій посудині «самозародження» не відбулося.

Пізніше, на початку XVIII ст., Лаздзаро Спалланцанивирішив перевірити результати англійського дослідника Джона Нідхема про самозародження мікроорганізмів в баранячої підливі. Він брав склянки з насіннєвим відваром, деякі з яких закривав пробкою. інші ж запаюють на вогні пальника. Одні він кипить по цілій годині, інші ж нагрівав тільки кілька хвилин. Через декілька днів Спалланцани виявив, що в тих склянках, які були щільно запаяні і добре нагріті, ніяких "маленьких тварин немає" - вони з'явилися тільки в тих пляшках, які були нещільно закриті і недостатньо довго прокіпячен, причому найімовірніше, проникли туди з повітря або ж збереглися після кип'ятіння, а зовсім не зародилися самі по собі. Таким чином, Спалланцани не тільки довів неспроможність концепції самозародження, але також виявив існування найдрібніших організмів, здатних переносити нетривалий - протягом декількох хвилин - кип'ятіння. Тим часом, Нідхем об'єднався з графом Бюффоном, і разом вони висунули гіпотезу про виробляє сіле- якомусь животворящому елементі, який міститься в баранячому бульйоні і насіннєвому відварі і здатний створити живі організми з неживої матерії. Спалланцани вбиває яка виробляє силу коли кип'ятить цілими годинами свої склянки, стверджували вони, і цілком природно, що маленькі тваринки не можуть виникнути там, де немає цієї сили. У наступних дослідах Спалланцани вдалося довести неспроможність цих гіпотез.

Вирішальними виявилися експерименти відомого французького біолога і хіміка Луї Пастера. Він приєднав до колби S-образну трубку з вільним кінцем. Спори мікроорганізмів осідали на вигнутій трубці і не могли проникнути в живильне середовище. Добре прокип'ячена живильне середовище залишалася стерильною, в ній не виявлялося зародження життя, незважаючи на те що доступ повітря був забезпечений. В результаті ряду експериментів Пастер довів справедливість теорії біогенезу і остаточно спростував теорію спонтанного зародження.
Саме Пастера медицина зобов'язана народженням антисептики і асептики, які відкрили дорогу сучасної хірургії.

Колба з S-образним шийкою.