Первые организмы нашей планеты


Возникновение жизни на Земле — одна из самых впечатляющих загадок, которая будоражит умы человечества в течение всей нашей разумной истории. Сегодня мы хорошо знаем, когда появилась первая жизнь на нашей планете.

Это произошло около 4 млрд. тому назад, тогда как Cambrian explosion, т.е. период бурного появления многоклеточных организмов, соответствует времени 540 миллионов лет тому назад. С тех пор жизнь на Земле совершенствовалась в течение длительного времени, вследствие Дарвиновской эволюции. Огромные изменения, которые произошли в жизни человечества и во Вселенной, показывают, что наша эволюция даже ускоряется. Наша технология и сама жизнь становятся всё более и более совершенными. Мы движемся вперёд с огромным ускорением, и мы не знаем сегодня, что может стать результатом этих ускорений.

Первые организмы нашей планеты


Как же возникла первая жизнь на Земле? В Книге Бытия утверждается, что жизнь, включая самого человека, была создана богом из земной пыли (“The God formed man of dust of the ground”, Genesis). Любопытно, что, в общем, это соответствует действительности, хотя естественно и не объясняется как же это произошло на самом деле. Ответ на этот вопрос может быть найден с помощью науки, задачей которой является объяснение естественных процессов внутри нашей Вселенной. Наука не оперирует не доказанными утверждениями. Цель науки не только проследить все этапы возникновения жизни на Земле, но и воспроизвести эти этапы в лабораторных условиях, как, например, физики не только объяснили механизмы термоядерных реакций внутри Солнца, высвобождающие гигантскую энергию, но и создали водородную бомбу, работающую на основе тех же принципов. Физики называют её маленькое Солнце на Земле. Немецкий учёный Г. Бете стал лауреатом Нобелевской премии за объяснение термоядерных процессов внутри Солнца.

Сегодня учёными доказано, что живые организмы возникли из неживой материи в длинной цепочке превращений от простых молекул до первой жизни — бактерии. Бактерия — это одноклеточный организм, тогда как сложные живые структуры являются многоклеточными. Например, человек состоит из триллиона клеток, в то время как бактерия лишь из одной. Более того, используя эти цепочки, учёные пытаются создать в лабораторных условиях полностью самовоспроизводящие искусственные организмы. Эти исследования позволяют проверить: является ли правильным наше понимание сложных процессов, приведших к возникновению первой жизни. В 2009 г. учёные создали в лаборатории первую молекулярную систему, которая копировала себя и могла эволюционировать.


Биологи нашли способ формирования сложных генетических молекул (РНК и ДНК), используя простые молекулы (О, С, N, Р), существовавшие на ранней стадии развития Земли несколько миллиардов лет тому назад. Открытие структуры РНК и ДНК позволяет понять ключевую особенность биологических молекул — копировать себя и эволюционировать. ДНК — это сложная молекула с молекулярной массой в один триллион, тогда как РНК имеет молекулярную массу всего 35000. Напомню, что молекулярная масса воды равна 18, а углерода 12. Основными элементами жизни на Земле являются вода и углерод. Углерод способен вступать в различные химические связи с другими элементами и производить сложные органические молекулы, включая липиды, карбогидраты, протеины и генетические молекулы РНК и ДНК, которые являются основными молекулами жизни. Поэтому жизнь на нашей Земле — это carbon — based life, хотя в других местах Вселенной возможны и другие формы жизни, например, silicon — based life.

Первые организмы нашей планеты

Известно, что основными элементами во Вселенной являются водород и гелий. Внимательный читатель может спросить, каким же образом сложные молекулы или тяжёлые элементы, отличные от водорода и гелия, появились на нашей планете.


о их «принёс» на Землю? Ответ на этот вопрос нам хорошо известен из астрономии: так называемые сверхмассивные звёзды производят в своих недрах многие известные нам химические элементы вследствие различных термоядерных реакций. После гибели таких звёзд они выбрасывают эти элементы внутрь галактики, которые становятся частью межзвёздной пыли и планет. Все тяжёлые элементы на Земле — это результат взрыва сверхновых звёзд, которые в конечном счёте обусловили появление первой жизни на Земле.

Без этих элементов жизнь была бы просто невозможной. Мы можем даже утверждать (возможно, с гордостью!), что являемся частью звёздного вещества (“We are star stuff!”). Например, наличие железа в нашем организме, которое определяет цвет нашей крови, является результатом производства железа внутри звёзд, который высвобождается после гибели звезды. Спекральный анализ вещества внутри звёзд и галактик показывает, что все тела во Вселенной состоят из одинакового набора элементов, составляющих таблицу Менделеева, а все живые организмы, включая растительный мир, имеют единого предка (a common ancestor), т.е. они появились из одного и того же корня дерева жизни. Само дерево жизни состоит из трёх основных частей (eukarya, archaea, bacteria) и лишь две ветки “eukarya” включают в себя весь растительный и животный миры. Жизнь на Земле возникла не сразу, а после почти 10 млрд.


т с момента Big Bang, когда появились все необходимые условия для возникновения первой жизни. Интересно, что наша Вселенная также произошла в результате гигантского взрыва из одной «точки». Эта «точка», которую физики называют “singularity”, имела чрезвычайно маленький размер и почти бесконечную плотность. Вследствие инфляции (быстрое расширение) и ускорений наша Вселенная стала сегодня гигантской. Свет может пересечь Вселенную лишь за 14 млрд. лет, хотя и покрывает расстояние от Земли до Солнца всего за восемь минут.

Вернёмся однако к основному вопросу этой статьи — как возникла первая жизнь на Земле. Два выдающихся учёных из the University of Chicago L.Miller and H.Urey ещё в 1950-х годах провели интереснейший эксперимент, который продемонстрировал, что жизнь могла быть сформирована естественным путём из набора различных молекул (H2. H2O, CH4, NH3), существовавших на ранней Земле, и серии химических реакций. Эксперимент показал, что основные молекулы жизни — аминокислоты (протеины) и нуклеиновые кислоты (основания РНК и ДНК) — могут быть легко получены из молекул, которые имелись в первичной атмосфере ранней Земли. Они поместили в стеклянную трубку воду, водород, метан и аммоний и пропустили через неё сильный электрический ток, который является аналогом молнии в природе. Через неделю в трубке были обнаружены различные органические молекулы, включая протеины. Последние ответственны за все сложные метаболические функции живой клетки. Однако, подобные эксперименты, хотя и явились первым важным шагом на пути от неживой материи к первой жизни, они не могли объяснить многие другие процессы, включающие переход от аминокислот (протеинов) к первой жизни и, в частности, каким образом примитивная клетка могла воспроизводить себя, эволюционировала, т.е. как она приводила к появлению новой жизни.


Первые организмы нашей планеты

В последнее время учёные сумели объяснить все основные процессы, каким образом первые живые организмы на Земле возникли из неживой материи (например, журнал “Scientific American”, September, 2009). Эти процессы включают формирование нуклеотидов, состоящих из сахаров, фосфатов, оснований цианидов, ацетилена и воды, генетические молекулы РНК и ДНК, а также протоклетки, дающей рост первой жизни. Молекула РНК может быть сформирована из простых молекул имеющихся на ранней Земле до формирования первой жизни. Она была первым генетическим материалом сформировавшим жизнь на Земле вместе с ДНК, явившимся результатом эволюции позже. РНК порождает ДНК, которая в свою очередь порождает протеины. «РНК мир» включает в себя появление первого живого организма — протоклетки с РНК геномом, способной к самокопированию и Дарвиновской эволюции, тогда как «ДНК мир» включает бактериальную клетку с ДНК геномом, протеины и начало дерева жизни с общим предком для всего живого на Земле. Оба РНК и ДНК имеют длинные основания (от 2 до 40 в случае РНК и от 1000 до миллиона в случае типичного гена), которые включают сахара, фосфаты и простые молекулы — цианид, ацетилен, формальдегид и воду, имевшихся в ранней Земле.


клеиновые кислоты (РНК и ДНК) ответственны за генетический код и дают инструкции для всех процессов внутри клетки. Чтобы образовать протеины, нуклеиновые кислоты должны сформировать длинные и сложные цепи. Все молекулы ДНК во всех живых организмах на Земле имеют одинаковую структуру, хотя и разный набор генов, и отличаются друг от друга различным подключением их ДНК.

Итак, на первом этапе простые и органические молекулы, а также различные химические реакции привели к образованию нуклеотидов. Три компоненты нуклеотидов — сахара, фосфаты и нуклеиновые основания — образовались спонтанно из простых молекул. Затем нуклеотиды соединившись дали начало первой генетической молекуле — РНК, а затем, на более поздней стадии развития, молекулу ДНК. Нуклеиновые кислоты, представляющие совокупность нуклеотидов, содержат генетическую информацию. Следующий этап — образование примитивной клетки с РНК геномом, включающая мембрану и способной к самокопированию путём деления. Протоклетка начала эволюционировать. Метаболизм, включающий серию химических реакций, позволил протоклетке получать энергию из окружающей среды. Следующий этап — образование ДНК и появление новой клетки с ДНК геномом, играющей роль первичной генетической молекулы. РНК теперь выполняет промежуточную роль между ДНК и протеином.


зникает первая бактерия с ДНК геномом и мембраной. Она способна к самокопированию и способна эволюционировать. Если раньше РНК была ответственна за образование протеинов, теперь протеины принимают на себя функции РНК в осуществлении самокопирования клетки и метаболических процессов. Интересно, что старый парадокс — что появилось раньше «курица или яйцо» — находит на основе этих процессов простое объяснение: сначала была курица (нуклеиновые кислоты), а затем уже появилось яйцо (протеины). Затем протеины (яйцо) служили началом образования нуклеиновых кислот (курица).

Жизнь — это химическая система способная к самокопированию и Дарвиновской эволюции. Э. Шредингер, один из основателей квантовой механики, в своей книге «Жизнь с Точки Зрения Физика» дал следующее определение жизни: “The living systems is self-assemble against nature’s tendency toward disorder, or entropy”.

Первые организмы нашей планеты

Подведём итоги. Жизнь началась после того как химические молекулы ранней Земли сформировали нуклеотиды, важные элементы РНК. Затем образовалась протоклетка с РНК геномом, на следующем этапе образовалась ДНК и первая бактерия с ДНК геномом. Бактерии оставались без изменений миллиарды лет и начали эволюционировать в более сложные организмы, когда началась эра под названием Cambrian explosion, когда мир животных эволюционировал из маленьких и примитивных организмов в многоклеточные организмы.


это же время на основе Дарвиновской эволюции появилось огромное разнообразие мира животных и около 5 млн. лет тому назад появились первые человекоподобные существа hominids. Недавно был обнаружен hominid Ardi, которому 4.4 млн. лет и который, возможно, является первой фазой в эволюции человека. Современный человек homo sapiens появился примерно 50,000-100,000 лет тому назад на юго-востоке Африки и позднее распространился по всему миру. 5000 лет тому назад были построены Египетские пирамиды. Около двести лет назад мы стали технологической цивилизацией, когда было открыто электричество, появились паровые машины и самолёты. Если это время сравнить с возрастом нашей Вселенной (14 млрд. лет), то оно составляет лишь 0.00001% от этого времени, т.е. мы являемся молодой цивилизацией, хотя и во многом преуспели. Другое сравнение основано на использовании космического календаря. Если принять, что вся история Вселенной равнялась одному году, то первые современные люди появились лишь две минуты назад, 11 секунд назад были построены египетские пирамиды, одну секунду назад Галилей и Кеплер доказали, что солнечной система является гелиоцентрической и лишь полсекунды назад мы стали технологической цивилизацией.

Давайте заглянем в наше будущее и зададим себе вопрос — закончилась ли наша эволюция. Чтобы ответить на этот вопрос нам следует понять, почему происходит эволюция, т.е.


менения в нашем организме во времени, и появляются ли в нашем геноме новые гены. Ответ на второй вопрос найден — да, дополнительные гены появляются и наша эволюция не только продолжается, но и ускоряется во времени. Ева Яблонски, теоретик в области биологии из Тель-авивского университета, опубликовала результаты своих исследований, согласно которым имеется более ста наследственных изменений, которые отсутствовали в последовательности ДНК. Эти изменения охватывают бактерии, грибы, растения, а также животных. Токсические вещества, диета и даже стресс могут быть причиной изменений в геноме. Мутации — причина возникновения новых ген. Сегодня мы изменяемся быстрее, чем за любые предыдущие периоды нашей истории.

Первые организмы нашей планеты

Интересно, что сравнительно недавно было открыто ускорение нашей Вселенной. Нет ли какой-либо взаимосвязи между ускорениями Вселенной и ускорением нашей эволюции? Чтобы объяснить причину ускорения Вселенной, физики предположили существование тёмной энергии, т.е. особой силы отталкивания (a repulsive force), которая обусловливает ускорение Вселенной. Сегодня мы знаем немного о природе этой силы, несмотря на то, что сотни учёных around the world пытаются разгадать её структуру.

Время — самая фундаментальная характеристика Вселенной и оно ответственно за все изменения в нашем мире.


ичина изменений в мире, возможно, состоит в том, что температура космоса сильно изменилась — от 1032К во времена Big Bang (эта температура триллион триллионов раз превышает температуру в центре самых горячих звёзд) до 3К сегодня (-270С) в течение 14 млрд. лет. Эта температура измерена по спектру остаточного излучения космоса, которое заполняет всю нашу Вселенную и которое является ярким доказательством реальности Big Bang и того факта, что было начало мира. Такое резкое уменьшение температуры космоса связано с её расширением (inflation). Разумеется, это расширение и спад температуры не могут не отражаться на скорости всех процессов внутри Вселенной, обусловливая изменения не только Вселенной, но и влияют на темпы нашей эволюции, которая будет продолжаться всегда, пока наша Вселенная существует и изменяется во времени. Если температура космоса упадёт до нуля, наша Вселенная погибнет, что будет означать конец эволюции и самой жизни. Любопытно, что из четырёх сценариев развития нашей Вселенной, которые рассматриваются в астрономии, имеется доказательство, что наша Вселенная в конечном счёте погибнет, вследствие безудержного расширения и спада температуры до абсолютного нуля. Такой вывод основан на анализе данных о взрывах так называемых «белых карликов» (white dwarf supernova explosion).

Тогда другой Big Bang возвестит о начале новой вселенной и нового мира. Эта новая вселенная пройдёт совершенно другой путь развития и в ней будут другие законы физики с другими фундаментальными постоянными, такими как скорость света, масса электрона, гравитационная постоянная и т.д., и, разумеется, другой жизнью. Сегодня учёные обсуждают вероятность существования других вселенных (multiverse), в которых также возможна жизнь, но основанная на других принципах и других законах природы.

Илья Гулькаров, Чикаго

Источник: www.kontinent.org

Эволюция жизни на Земле. Одноклеточные организмы.

Жизнь получила свое начало с появлением простейших форм жизни – одноклеточных организмов. Первыми одноклеточными организмами были прокариоты. Эти организмы появились первыми после того, как Земля стала пригодной для начала жизни. Древняя Земля не позволила бы появиться даже простейшим формам жизни на своей поверхности и в атмосфере. Этим организмом был не обязателен кислород для своего существования. Концентрация кислорода в атмосфере повышалась, что привело к появлению эукариот. Для этих организмов главным для жизни становился кислород, в среде где концентрация кислорода была маленькой, они не выживали.

Прокариоты
Прокариоты
Эукариоты
Эукариоты

Первые организмы, способные к фотосинтезу появились через 1 млрд. лет после появления жизни. Этими фотосинтезирующими организмами были анаэробные бактерии. Жизнь постепенно начала развиваться и после того, как содержание азотистых органических соединений упало появились новые живые организмы, способные использовать азот из атмосферы Земли. Такими существами были сине-зеленые водоросли. Эволюция одноклеточных организмов происходила после ужасных событий в жизни планеты и все стадии эволюции была защищена под магнитным полем земли.

Со временем простейшие организмы стали развиваться и улучшать свой генетический аппарат и развивать способы своего размножения. Затем в жизни одноклеточных организмов произошел переход к разделению их генеративных клеток на мужские и женские.

Эволюция жизни на Земле. Многоклеточные организмы.

После возникновения одноклеточных организмов появились более сложные формы жизни – многоклеточные организмы. Эволюция жизни на планете Земля приобрела более сложные организмы, отличающиеся более сложной структурой и сложных переходных стадий жизни.

Первая стадия жизни – Колониальная одноклеточная стадия. Переход от одноклеточных организмов к многоклеточным, усложняется структура организмов и генетический аппарат. Эта стадия считается самой простой в жизни многоклеточных организмов.

Вторая стадия жизни – Первично-дифференцированная стадия. Более сложная стадия и характеризуется началом принципа “разделения труда” между организмами одной колонии. В этой стадии происходила специализация функций организма на тканевом, органном и системноорганном уровнях. Благодаря этому у простых многоклеточных организмов начала образовываться нервная система. Нервного центра у системы еще не было, но центр координации имеется.

Третья стадия жизни – Централизованно-дифференцированная стадия.  За время этой стадии у организмов усложняется морфофизиологическая структура. Улучшение этой структуры происходит через усиление тканевой специализации.Усложняется пищевая, выделительная, генеративная и другие системы многоклеточных организмов. У нервных систем появляется хорошо выраженный нервный центр. Улучшается способы размножения – из наружного оплодотворения во внутреннее.

Заключением третей стадии жизни многоклеточных организмов является появление человека.

Растительный мир.

Эволюционное дерево простейших эукариот разделилось на несколько ветвей. Появились многоклеточные растения и грибы. Некоторые из таких растений могли свободно плавать по поверхности воды, а другие прикреплялись ко дну.

Псилофиты – растения, которые впервые освоили сушу. Затем возникли и другие группы наземных растений: папоротники, плауны и другие. Эти растения размножались спорами, но предпочитали водную среду обитания.

Большого разнообразия достигли растения в каменноугольный период. Растения развивались и могли достигать в высоту до 30 метров. В этом периоде появились первые голосемянные растения. Наибольшим распространением могли похвастаться плаунообразные и кордаиты. Кордаиты напоминали формой ствола хвойные растения и имели длинные листья. После этого периода поверхность Земли была разнообразна различными растениям, которые достигали 30 метров в высоту. Спустя большое количество времени наша планета стала похожа на ту, которую мы знаем сейчас. Сейчас на планете существует огромное многообразие животных и растений, появился человек. Человек, как существо разумное, после того как встал “на ноги” посвятил свою жизнь изучению нашей прекрасной планеты. Загадки и тайны планеты Земля стали интересовать человека, а так же самое главное – откуда появился человек и для чего он существует. Как вы знаете, ответов на эти вопросы до сих пор не существует, есть только теории, которые противоречат друг другу.

Источник: on-space.ru

Одним из условий возникновения жизни на ранней Земле являлось существование первичной атмосферы, обладавшей восстановительными свойствами. В раннем архее первичная атмосфера Земли состояла из углекислого газа, азота, паров воды, аргона и абиогенного метана. Для зарождения жизни на Земле совершенно необходима вода в жидкой фазе. В архее светимость Солнца была на 25% ниже современной, поэтому положительные температуры могли существовать только на экваторе.

Из газов первичной атмосферы в присутствии катализаторов образовались абиогенным путем первые простейшие органические соединения: метан СН4, формальдегид НСОН, цианистый водород НСN, аммиакNH3. Из этих соединений образуются разновидности рибонуклеиновых кислот (РНК).

В последующем образовалась рибоза как продукт полимеризации формальдегида, а также синтезировался аденин как продукт полимеризации синильной кислоты. Исходные продукты аденин и рибоза послужили материалом для синтеза нуклеотидов (рис. 4.1) и аденозинтрифосфата (АТФ).

Первые организмы нашей планеты

Рис. 4.1. Образование нуклеотида – звена молекулы ДНК
из трех компонентов

В позднем архее (3 млрд лет назад) на дне теплых водоемов из образовавшихся органических соединений возникли коллоидные ассоциаты, отделенные от остальной массы воды липидной оболочкой (мембраной). В дальнейшем благодаря биосимбиозу аминокислот и полупроницаемых мембран эти ассоциаты оформились в мельчайшие примитивные одноклеточные существа – протобионты (прокариоты) – безъядерные клеточные формы бактерий. Источниками энергии этих примитивных форм жизни служили анаэробные хемогенные реакции, которые энергию для дыхания получали путем брожения (хемосинтеза). Брожение – это неэффективный способ энергообеспечения, поэтому эволюция протобионтов не могла пойти дальше одноклеточной формы организации жизни.Например, в настоящее время хемосинтез используются термофильными бактериями в «черных курильщиках» срединно-океанических хребтов.

В позднем архее и раннем протерозое обнаружены формации строматолитов, питательной базой которых служил абиогенный метан. В Якутии обнаружено самое богатое в мире месторождение графита Чебер (1,5 млн т), содержание которого в горных породах превышает 27%. Особенность этого факта в том, что скопления графита обнаружены в кристаллических сланцах архейского комплекса с возрастом около 4 млрд лет.

Первые организмы нашей планеты

Рис. 4.2.Схема распределения микрофоссилий в архее и раннем протерозое: 1 – 4 – нано- и цианобактерии; 5 – 10 – разнообразные микрофоссилии; 11 – 20 – отпечатки крупных морфологически
сложных форм

Выявлено и описано более 2 тыс. микроорганизмов в породах с возрастом до 4 млрд лет (рис. 4.2). Микроорганизмы в древних породах находят в прозрачных тонких шлифах 0,03 мм.В результате потери воды планктонные животные претерпели мумификацию с сохранением прижизненной окраски. Кроме того микроорганизмы претерпевали графитизацию, когда органика превращалась в графит. Высокая концентрация в графитовых гнейсах и рудах микроорганизмов доказывает первичное органогенное происхождение углерода графитовых месторождений, что согласуется с результатами изотопного анализа. Можно сказать, что месторождения графита – это кладбища древнейших микроорганизмов – своеобразной репетиции жизни на Земле.

В древних породах с возрастом до 3,8 млрд лет найдены редкие одноклеточные и многоклеточные организмы. Массовыми находками были карбонатные породы, образованные бактериями и сине-зелеными водорослями, накапливавшими карбонат кальция. Их возраст около 1,5 млрд лет.

Позже в воде появились более сложные органические вещества, способные осуществлять фотосинтез. Включение фотосинтезирующих веществ в состав клеток протобионтов сделало их автотрофными. Количество кислорода в воде стало расти. Вследствие выделения кислорода в атмосферу она из восстановительной превращалась в окислительную.

Первые организмы нашей планеты

Рис. 4.3. Эволюция содержания кислорода в атмосфере
и различных форм жизни

Эукариоты возникли благодаря биосимбиозупрокариотных бактерий. Так в условиях восстановительной атмосферы возникла примитивная жизнь, создавшая в дальнейшем благоприятные условия для развития высокоорганизованной жизни на Земле.

В начале раннего протерозоя произошел резкий рост обилия фотосинтезирующих микроорганизмов – сине-зелёных водорослей. Несколько позже появились фотосинтезирующие одноклеточные организмы типа цианобактерий, способные окислять железо. Возможно, первые фотохимические организмы использовали радиацию ультрафиолетовой части спектра. После появления свободного кислорода (рис. 4.3) и озонового слоя автотрофные фотосинтезирующие организмы начали использовать излучение видимой части солнечного спектра. В то время существовало множество видов водорослей, как свободно плавающих в воде, так и прикрепленных ко дну.

Эволюция биосферы

Эволюцию применительно к живым организмам можно определить так: развитие с течением времени сложных организмов из более простых организмов.

В естествознании существует понятие «точки Пастера» – такой концентрации свободного кислорода, при которой кислородное дыхание становится более эффективным способом использования энергии Солнца, чем анаэробное брожение. Этот критический уровень равен 1% от современного уровня содержания кислорода в атмосфере. Когда концентрация кислорода приблизилась к точке Пастера, победа аэробов над анаэробами стала окончательной. Атмосфера Земли перешла этот рубеж примерно 2,5 млрд лет назад. С этого времени развитие жизни происходило под влиянием оксигенизации атмосферы и множества других условий внешней среды (рис. 4.4).

Дыхание – это процесс, обратный фотосинтезу, который высвобождает энергии в десятки раз больше, чем брожение (ферментация). Эта энергия может использоваться для роста и перемещения организмов. Животные с пользой употребили избыток этой энергии: они научились свободно перемещаться в поисках пищи. Движение требовало координации частей тела и способности принимать сложные решения. Для этого нужен был мозг, отличающий животных от растений. Таким образом, возникновение биосферы начинается с химических процессов, которые позднее приобретают характер биохимических.

Первые организмы нашей планеты

Рис. 4.4. Схема эволюции состава атмосферы и биосферы

Эти события обеспечили быстрое распространение жизни в водной среде и развитие эукариотических клеток. Считается, что первые ядерные клетки появились после того, как содержание кислорода в атмосфере достигло 4% от современного уровня. Случилось это примерно 1 млрд лет назад. Примерно 700 млн лет назад появились многоклеточные организмы.

Переход от протерозоя к фанерозою явился резким геолого-биологическим рубежом, радикально изменившим экологическую обстановку на Земле. С этого момента атмосфера превратилась в окислительную, что позволило биоте перейти на обмен веществ, построенный на реакциях окисления органики, синтезируемой растениями.

Помимо увеличения парциального давления кислорода в атмосфере важными факторами влияния на эволюцию биосферы стали дрейфы континентов, климатические изменения, трансгрессии и регрессии океана. Эти факторы меняли экологические ниши биологических сообществ, усиливали их борьбу за выживание. Например, в силуре и девоне уровень океана поднялся на 250 м, в меловой период глобальная трансгрессия достигала 400 м. В периоды оледенений вода консервировалась в материковых ледниках, что понижало уровень океана на 130 м. Эти процессы существенно изменяли климат Земли. Существенное увеличение поверхности океана и уменьшение площади суши смягчало сезонные и широтные изменения климата. По мере отступления океана возрастала континентальность климата Земли и увеличивались сезонные контрасты температуры.

 

Сильными процессами, влиявшими на климат и его широтную зональность, являлось бактериальное удаление азота из атмосферы и колебания угла прецессии Земли в зависимости от дрейфа континентов и высокоширотных оледенений. Кроме того, изменение взаимного расположения континентов изменяло биологическую продуктивность океанов и циркуляцию океанических течений. Например, после того как к северу от Антарктиды отошла Австралия, возникло южное циркумполярное течение, отрезавшее Антарктиду от теплых омывающих её трёх океанов. Эта система климатической изоляции Антарктиды действует и в настоящее время.

Коренная перестройка метаболизма океанических организмов произошла около 400 млн лет назад, когда в царстве животных появились формы, обладающие лёгкими. Появление этого органа, приспособленного к газообмену в воздушной среде, позволило высокоорганизованной жизни выйти на сушу.

В раннем мелу (около 100 млн лет назад) началась тектоническая активность Земли, приведшая к раздвижке материков и наступлении моря на сушу. Результатом стало увеличение разнообразия животного мира по мере обособления шельфовых провинций материков. Меловая трансгрессия привела к расцвету карбонатпотребляющей фауны и микрофлоры на шельфах, в результате чего сформировались толщи писчего мела. Однако эта трансгрессия вызвала кризисные явления в жизни биоценозов коралловых атоллов океана.

Все главные рубежи геологической истории и соответствующее деление геохронологической шкалы на эры, периоды и эпохи в значительной степени обусловлены такими событиями, как столкновения и расколы материков, возникновение и закрытие экологических ниш, образование, вымирание и консервация отдельных форм жизни. Все эти процессы, в конечном счете, вызваны тектонической активностью Земли. Ярким тому примером могут служить эндемичные формы жизни Австралии и Южной Америки.

В последней фазе Валдайского оледенения (10–12 тыс. лет назад) вымерла большая часть «мамонтовой» фауны: мамонты, гигантские олени, пещерные медведи, саблезубые тигры. Это отчасти произошло по вине человека, а отчасти от того что значительно выросла влажность атмосферы, зимы стали многоснежными, что затруднило травоядным доступ к подножному корму. В результате травоядные погибали от голода, а хищники – от отсутствия травоядных.

Весьма вероятно, что неандертальцы вымерли около 30 тыс лет назад не только из-за конкуренции с кроманьонцами, но и потому, что не выдержали похолодания ледникового периода. Резкие колебания климата определяли миграцию народов и формирование расового состава людей.

Таким образом, эволюция биосферы на протяжении 3,5 мпрд лет развивалась в тесной взаимосвязи с геологической эволюцией планеты. При этом существует и обратная связь – влияние жизни на протекание геологических процессов. В.И. Вернадский писал: «На земной поверхности нет химической силы, более могущественной по своим последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».Большая роль органической жизни отводится в седиментогенезе карбонатов и фосфоритов, угленосных и нефтегазоносных отложений, в процессах выветривания и круговорота земного вещества.

После возрастания в атмосфере концентрации кислорода до уровня 10% от современного озоновый слой стал эффективно защищать живое вещество от жесткого излучения, после чего жизнь стала постепенно выходить на сушу.Сначала на сушу проникли растения, создав там почву, потом проникли представители разных таксонов беспозвоночных и позвоночных животных. Проходили эры и периоды, когда один состав флоры и фауны сменялся другим, более прогрессивным составоми появлением всех существующих форм(рис. 4.5).

Первые организмы нашей планеты

Рис. 4.5. Взрывообразный характер развития жизни на рубеже протерозоя и фанерозоя

После возрастания в атмосфере концентрации кислорода до уровня 10% от современного (2-я точка Пастера) озоновый слой стал эффективно защищать живое вещество от жесткого излучения.

В кембрии произошел эволюционный взрыв новых форм жизни: губки, кораллы, моллюски, морские водоросли и предки семенных растений и позвоночных. В течение последующих периодов палеозойской эры жизнь заполнила Мировой океан и стала выходить на сушу.

Дальнейшее формирование наземных экосистем пошло автономно от эволюции водных экосистем. Зеленая растительность обеспечила большое количество кислорода и пищи для последующей эволюции крупных животных. Одновременно океанический планктон пополнился формами с известковыми и кремниевыми оболочками.

В конце палеозоя на Земле изменился климат. В этот период произошло усилениебиопродуктивности и были созданы огромные запасы ископаемого топлива. Позже (200–150 млн лет назад) содержание кислорода и диоксида углерода стабилизировалось на уровне наших дней.В отдельные периоды происходили изменения климата, что вызывало изменение уровня Мирового океана. Периоды общего похолодания на планете чередовались с периодами потепления с цикличностью около 100 тыс. лет.В среднем плейстоцене (45–60 тыс. лет назад) мощный ледник спустился до 48ос.ш. в Европе и до 37ос.ш. в Северной Америке. Таяли ледники относительно быстро – за 1 тыс. лет.

Существует непреложный закон жизни: любая группа не примитивных живых организмов рано или поздно вымирает.Неоднократно происходили массовые вымирания целых видов животных. Так, 65 млн лет назад исчезли многие рептилии (рис. 4.6). Их последние представители исчезли на границе кайнозоя. Эти вымирания были неодновременными, растянутыми на много лет и не связанными с деятельностью человека. По подсчетам палеонтологов, основная часть (до 98%) когда-либо существовавших на Земле (до 500 млн видов) видов вымерла.

Первые организмы нашей планеты

Рис. 4.6. Расцвет и вымирание рептилий

Эволюционный прогресс не был случаен. Жизнь занимала новые пространства, условия существования на Земле непрерывно менялись, и всему живому приходилось к этому приспосабливаться. Сообщества и экосистемы сменяли друг друга. Возникали более прогрессивные, более подвижные формы, лучше приспособленные к новым условиям жизни.

Биосфера развивается при тесной совместной эволюции организмов. В.И. Вернадский, продолжая опыт предшествующих естествоиспытателей, сформулировал следующий принцип: «Живое происходит только от живого, между живым и неживым существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие».

Такое тесное экологическое взаимодействие больших групп организмов (например, растения и травоядные) называют коэволюцией.Коэволюция шла на Земле миллиарды лет. Антропогенные факторы возникли за очень короткое время, однако по мощности воздействия на биосферу они стали сопоставимы с природными. Природа и биосфера в современном естествознании представляются динамичными системами, проходящими через кризисные состояния, катастрофы и точки бифуркации.

Эволюция биосферы подчиняется следующим трём законам:

закон постоянства эволюционного процесса в биосфере: эволюция живых организмов происходит постоянно, пока существует Земля;

закон необратимости эволюции: при вымирании вида он никогда не возникнет вновь;

закон дивергенции: из предковой формы последовательно образуются новые популяции более высоких систематических категорий.

Около 400 млн лет назад жизнь начала осваивать сушу. Сначала на сушу проникли растения, создав там почву, потом проникли представители разных таксонов беспозвоночных и позвоночные животные. К концу девона вся суша была покрыта растительностью. К концу карбона появляются голосеменные растения, летающие насекомые и первые плотоядные и растительноядные наземные позвоночные. В конце перми происходит великое вымирание (кораллы, аммониты, древние рыбы и др.).

Первые организмы нашей планеты

Рис. 4.7. Фрагмент истории развития форм жизни на Земле
в мезозое и кайнозое

Первые наземные позвоночные дали начало амфибиям, а те – рептилиям. Рептилии получили расцвет в мезозое (рис. 4.7) и дали начало птицам и млекопитающим. В середине юрского периода жили гигантские четвероногие растительноядные динозавры длиной до 30 м и весом от 30 до 80 т. Появились акулы современного типа. Первые звери – предки современных млекопитающих – появились около 200 млн лет назад.

В меловом периоде Южная Америка и Африка удалялись друг от друга. В этот период произошло очередное великое вымирание: исчезают динозавры.После глобального вымирания крупных ящеров млекопитающие заняли ведущие позиции и доминируют в настоящее время. В настоящее время на Земле обитает до 3 млн видов животных.

Шло образование новых видов и вымирание тех форм, которые не выдерживали конкуренции или не приспособились к изменению природной среды. До появления человека вымирание отдельных видов происходило медленно за многие миллионы лет. Установлено, что продолжительность жизни вида птиц в среднем равна 2 млн лет, а млекопитающих 600 тыс. лет.Природная среда менялась многократно. На смену фауны оказывали влияние абиотические факторы. Происходило формирование складчатости и горообразование, менялся климат. Происходило чередование потеплений и оледенений, поднятий и понижений уровня океана, засушливый климат сменялся влажным.

Можно выделить следующие основные этапы эволюции биосферы.

1. Этап прокариотной биосферы, завершившийся 2,5 млрд лет назад, который характеризуется: восстановительной (бескислородной) водной средой обитания и хемосинтезом;появлением первых фотосинтезирующих организмов типа цианобактерий;жизнедеятельностью фотосинтезирующих прокариот до 1-ой точки Пастера.

2. Этап прокариотной биосферы с окислительной водной средой обитания, который завершился около 1,5 млрд лет назад. Этот этап, наступивший после достижения 1-ой точки Пастера характеризуется:появлением у простейших организмов дыхания, которое в 14 раз энергетически более эффективное, чем процессы брожения; возникновением первых эукариотных (имеющих ядро) одноклеточных организмов.

3. Этап одноклеточных и нетканевых организмов продолжительностью до 700 млн лет. Этап закончился около 800 млн лет назад и характеризуется: появлением биоразнообразия простейших организмов, обусловленным симбиогенезом;переходным периодом к возникновению многоклеточности организмов.

4. Этап многоклеточных тканевых организмов. На этом этапе: в девоне (около 350 млн лет назад) появилась наземная растительность;появились млекопитающие около 200 млн лет назад;господствует развитие биоразнообразия растений, грибов и животных.

5. Этап антропогенный – появление в биосфере человека разумного.

 

 

Источник: studopedia.ru

СУХУМ, 21 авг – Sputnik. В статье опубликованной в журнале Nature Ecology and Evolution ученые рассказали, что, известный как «Лука», общий предок всех существующих сегодня организмов, появился на Земле примерно 4,5 миллиарда лет назад, еще до так называемой «поздней тяжелой бомбардировки».

Следы  «Луки» можно обнаружить в ДНК всех когда-либо существовавших и живущих сегодня существ. Утверждается, что «Лука» жил у горячих источников на суше,а не в первичном океане, и был экстремофилом, передает РИА Новости.

«Объединив археологические и генетические данные, мы показали, что «Лука» жил на заре истории Земли. Мы предполагаем, что он появился почти сразу после того, как Тейя, прародительница Луны, столкнулась с нашей планетой. Бактерии и археи разделились гораздо позже, примерно через миллиард лет», —утверждает Давид Пизани (Davide Pisani) из Бристольского университета (Великобритания).

Считается, что живые организмы впервые появились на нашей планете во время архейской эры, однако до сих пор не существует единого мнения насчет того, как и когда зародилась жизнь. Сегодня в руках ученых имеются ископаемые свидетельства того, что старейшим бактериям Земли около 3,4 млрд лет. Однако в среде ученых есть мнение, что жизнь могла зародиться гораздо раньше. В виду отсутствия более ранних окаменелостей бактерий  геологам и биологам остается только догадываться о времени появления первой жизни.

Отсутствие информации о скорости накапливания мутаций в ДНК первых живых организмов на Земле, затрудняет исследование других отличительных черт «Луки», в том числе и его возраста. 

Пизани с коллегами считают, что решением этой проблемы может стать объединение данных археологических раскопок, с той информацией о геноме «Луки», которые сейчас имеются на руках у эволюционистов. К примеру, возраст самых древних ископаемых водорослей оставляет 1,56 миллиарда лет, а эукариот, клеток с обособленным ядром – примерно 1,61 миллиарда лет.

Эти расчеты показали, что «Лука» появился неожиданно рано в истории Земли – он не мог возникнуть позднее, чем 3,9 миллиарда лет назад. Скорее всего, он возник сразу после столкновения зародыша нашей планеты и Тейи, «прабабки» Луны, что случилось 4,52-4,47 миллиарда лет назад. Это означает, что наша планета была обитаемой фактически все время ее существования.

Такая оценка возраста «Луки» особенно важна по той причине, что она означает, что первые микробы появились на нашей планете еще до того, как началась так называемая «поздняя тяжелая бомбардировка». Подобным образом астрономы называют один из эпизодов в жизни Земли и Луны, начавшийся примерно 3,9 миллиарда лет назад, когда их поверхность практически постоянно бомбардировалась крупными астероидами и кометами.

Такие крупные небесные тела большинство исследователей считает главным источником земной воды и «кирпичиков жизни». Таким образом, если «Лука» действительно появился до начала этой бомбардировки, то это означает, что жизнь возникла из «собственных» запасов воды и органики Земли, переживших процесс ее формирования и столкновение с Тейей. Проверить подлинность  этой теории будет практически невозможно без обнаружения значительно более древних окаменелостей,подводят итог авторы.

Источник: sputnik-abkhazia.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.