§ 35 Этапы развития жизни на Земле

Первые живые существа появились на Земле примерно 3500-3900 млн лет назад. Их формирование и развитие происходило в водной среде, которая по насыщенности органическими и неорганическими веществами была подоб­на бульону.

Первые живые организмы были одноклеточными, по строению похожи­ми на ныне живущих бактерий. Они основали особую группу организмов — прокариот. Позднее возникли более сложные одноклеточные формы, давшие начало группе эукариот. Это были водоросли, простейшие и грибы. Эукариоты дали начало многоклеточным организмам, которые в процессе эволюции про­извели огромное разнообразие форм растений, грибов, животных, обитающих не только в воде, но и на суше.

Историю Земли и развитие жизни на ней обычно подразделяют на следу­ющие друг за другом этапы — эры. В эрах выделяют периоды, а в периодах — эпо­хи. Это все очень длительные промежутки времени в истории нашей планеты, обычно выражаемые в миллионах лет.

Обозначение и определение продолжительности исторических этапов проводится на основе изучения ископаемых остатков, а также с опорой на данные геологии, био­географии, систематики и другие свидетельства о крупных изменениях в лике Земли (соотношение моря и суши, интенсивность горообразования, наступление материко­вых оледенений и другие глобальные климатические процессы, содержание продуктов радиоактивного распада в минералах горных пород).

В истории Земли выделяют 6 эр: катархей (ниже древнейшего) — начался около 4500 млн лет назад; архей (древнейший) — начался примерно 3500 млн лет назад; протерозой (первичная жизнь) — начался 2500 млн лет назад; палеозой (древняя жизнь) — начало относят к 534 млн лет назад; мезозой (средняя жизнь) — начался около 248 млн лет назад; кайнозой (новая жизнь) — начался более 65 млн лет назад и продолжается сейчас.

История Земли насчитывает 4000-5000 млн лет. Примерно 3000-4000 млн лет шло формирование самой планеты, а возникновение организмов заняло период около 1000 млн лет. Это событие произошло на границе между катархеем и археем. До середины палеозоя жизнь развивалась только в воде.

Первыми на сушу вышли прокариоты (бактерии и цианобактерии). Как полагают ученые, это произошло еще в архее. С выходом на сушу прокариот начался процесс образования почвы. Спустя много времени на сушу вышли эукариоты — растения и животные. Первые растения поселились на влажных берегах пресных водоемов. Это были теперь уже давно вымершие риниофиты, произошедшие от зеленых многоклеточных водорослей. Данное собы­тие случилось, по-видимому, около 400 млн лет назад. Примерно в то же время на сушу вышли и первые животные — ракоскорпионы из паукообразных. С тех пор эволюция живого мира шла не только в водной, но и в наземно-воздушной среде.

Выход организмов на сушу обусловил появление у них в процессе эволю­ции разнообразных приспособительных свойств к жизни в наземно-воздушной среде.

В условиях сухости наземно-воздушной среды у организмов возникли плотные по­кровы, сохраняющие влагу тела. Для газообмена стали использоваться внутренние поверхности, образовались специальные ткани и органы, осуществляющие дыхание и предотвращающие потерю воды. В связи с низкой плотностью воздушной среды у животных возникли панцири и скелеты, а у растений — механические ткани во всех органах тела. У животных в связи с передвижением в поисках пищи и укрытий сфор­мировались конечности, помогающие бегать, плавать, копать, прыгать, летать и т. д. Растения, ведущие прикрепленный образ жизни, приобрели способность постоянно наращивать свои побеги и корни и тем менять места добывания питательных веществ.

На суше организмы сталкивались с обилием света, его суточными и се­зонными ритмами яркости и продолжительности. Это обусловило появление у организмов ночного или дневного образа жизни. При этом у многих видов выработались совместные, приуроченные друг к другу ритмы развития. Для лучшего улавливания света у растений развились листья и ветвление побегов.

Выход растений и животных на сушу в истории Земли произошел срав­нительно недавно. Но к этому времени в морских водах и в пресных водоемах жизнь уже достигла достаточно высокого уровня развития. За многие миллио­ны лет путем длительной эволюции появились разнообразные бактерии, жи­вотные, растения и грибы. Значительная часть их вымерла, но многие группы древних организмов или производные от них существуют и в наше время. На­пример, среди эукариот это водоросли (зеленые, золотистые, бурые, красные и др.), а также амебы, жгутиконосцы, губки, медузы, кораллы, моллюски, игло­кожие, хрящевые рыбы (акулы, скаты), латимерия (кистеперая рыба), кольча­тые черви, членистоногие и многие другие животные.

Представим кратко эволюцию жизни по эрам.

Катархеи (от 4500 до 3500 млн лет назад) — образование «первичного бу­льона» в водах Мирового океана, процесс коацервации.

Архей (от 3500 до 2500 млн лет назад) — эра прокариот: бактерий и цианобактерий. Осадочные породы подтверждают их наличие в этой эре. Цианобактерии свидетельствуют о фотосинтезе и присутствии активного пигмента хло­рофилла. В архее появляются первые эукариоты — одноклеточные водоросли (зеленые, желтозеленые, золотистые и др.) и простейшие. Среди них — жгути­ковые эукариоты (эвгленовые, вольвоксовые), саркодовые (амебы, фораминиферы, радиолярии) и др. Начался процесс почвообразования. На границе между архейской и протерозойской эрами появились половой процесс и многоклеточность.

Протерозой (от 2500 до 534 млн лет назад) — огромная по продолжитель­ности эра. Расцвет эукариотных организмов, по своему разнообразию намного опережающих прокариот. Появление многоклеточности и дыхания обуслови­ло прогрессивное развитие гетеротрофов и автотрофов. Наряду с плавающи­ми формами (водоросли, простейшие, медузы) появляются прикрепленные (сидячие) ко дну или какому-либо субстрату нитчатые зеленые, пластинчатые бурые и красные водоросли, губки, кораллы, а также ползающие организмы, например кольчатые черви. Последние дали начало моллюскам и членистоно­гим. Появляются симбиотические и паразитические формы организмов.

Палеозой (от 534 до 248 млн лет назад) — эра, которая характеризуется достаточно большими находками ископаемых организмов. Они свидетельству­ют, что в этот период в водной среде (соленых и пресных водоемов) обитали представители почти всех основных типов беспозвоночных животных. Появи­лись позвоночные (кроме птиц и млекопитающих). В пресных водах появи­лись акулы и потомки костистых рыб — двоякодышащие и кистеперые рыбы (от последних произошли наземные позвоночные).

В середине эры растения, животные и грибы вышли на сушу. Началось бурное развитие высших растений. Появились мохообразные. Образовались первые леса из гигантских папоротникообразных растений, но в конце палео­зоя они вымерли, образовав залежи каменного угля. Появились животные, ды­шащие воздухом. По всей Земле распространились рептилии (растительнояд­ные и хищные), появились насекомые.

Мезозой (от 248 до 65 млн лет назад) часто называют эпохой рептилий. Они представлены разнообразными формами: плавающие, летающие, сухопут­ные, водные и околоводные. Достигнув большого расцвета, рептилии почти все вымерли в конце мезозоя. Появились птицы и млекопитающие (яйцекладу­щие и сумчатые). Широко распространились голосеменные растения, особенно хвойные. Появились покрытосеменные растения, но представленные только древесными формами. В морях господствовали костистые рыбы и головоно­гие моллюски.

Кайнозой (от 65 млн лет назад и до настоящего времени) — расцвет покры­тосеменных растений, насекомых, птиц, млекопитающих и появление челове­ка. Уже в середине кайнозоя имелись почти все основные группы представите­лей всех царств живой природы. У покрытосеменных растений образовались такие жизненные формы, как травы и кустарники. Появились степи, луга. Сформировались все основные типы природных биогеоценозов. С появле­нием человека и развитием общества создаются культурные флора и фауна, образуются агроценозы, села и города. Природа стала активно использоваться человеком для удовлетворения его потребностей. Различное воздействие человека на природу произвело в ней существенные изменения. Произошли боль­шие изменения в видовом составе органического мира, в окружающей среде и природе в целом.

История Земли характеризуется уникальным явлением: на основе хими­ческой эволюции в природе возникла живая материя, которая затем с помощью биологической эволюции достигла высокого уровня развития. В этом истори­ческом процессе развития жизни на Земле создалось огромное разнообразие биологических видов и различных биосистем, произошел человек и сформи­ровалась биосфера с глобальным биологическим круговоротом веществ. Эти события происходили на протяжении длительного времени в меняющихся условиях окружающей среды на планете. Процессы развития жизни продолжа­ются и в наше время.

1. Можно ли эры назвать этапами развития жизни на Земле?

2*. Какое явление живого мира обусловило возникновение новых, все более сложных форм организмов?

3. Попытайтесь объяснить, почему прокариоты, раньше других вы­шедшие на сушу, не дали такого большого разнообразия живых форм, как эукариоты.

Краткое содержание главы

Проблема возникновения и разнообразия жизни на Земле с давних пор привлекает внимание философов и натуралистов. До середины XIX в. считали возможным самопроизвольное зарождение организмов из неживых предметов (теории абиогенеза). Опыты Пастера доказали ошибочность и наивность этих суждений. При обсуждении проблемы о возникновении жизни на Земле были выдвинуты разные теории биогенеза.

Согласно современным научным представлениям, жизнь на Земле заро­дилась из неживой материи в процессе формирования и развития самой плане­ты. Впервые эту гипотезу высказал в 1924 г. отечественный ученый А.И. Опарин. Он сформулировал ее как теорию эволюции живой материи. В настоящее вре­мя считают, что жизнь зародилась в результате химической эволюции (абио­генно), а ее развитие до современного состояния разнообразия и сложности произошло путем биологической эволюции (биогенно).

Условия, при которых произошло появление первых живых организмов на Земле, резко отличались от современных. В атмосфере первобытной Земли не было кислорода, но были газообразные вещества, из которых могли путем многочисленных химических преобразований возникнуть органические моле­кулы. Они объединялись в полимеры, а затем и в агрегаты (совокупности), на­званные коацерватами. Последние и послужили основой появления живых клеток. Медленно, на протяжении чрезвычайно длительного времени (около одного миллиарда лет) шел этот процесс. Эволюция химических веществ в окру­жающей среде и преобразование их в коацерватах привели к созданию соеди­нений, способных координировать в первичных клетках ход химических реак­ций, без которых невозможны процессы жизнедеятельности (обмен веществ, рост, воспроизведение себе подобных).

На первых этапах развития жизни ключевыми событиями стали естест­венный отбор; появление автотрофности (и хлорофилла); накопление кислоро­да в атмосфере и создание озонового слоя; появление в клетке оформленного ядра с ДНК (эукариоты); возникновение полового размножения; появление многоклеточности у организмов; выход живых существ на сушу.

Проверьте себя

1. В чем преимущества многоклеточных организмов в сравнении с одноклеточными?

2. В каких условиях произошло возникновение жизни на Земле?

3. Какие условия внешней среды стали причиной выхода организмов на сушу?

4. Какова роль кислорода в эволюции жизни?

Проблемы для обсуждения

1. Как можно объяснить господство в палеозое древних папоротнико­образных и их полное исчезновение в той же эре?

2. В чем сходство и различия идей абиогенеза у древних мыслите­лей (Аристотель, Парацельс) и современных ученых (А.И. Опарин, Дж. Холдейн)?

3. Среди определений жизни есть такое: «Жизнь — это способ сущест­вования белковых тел (живой материи) в пространстве и во време­ни». Выскажите свое отношение к этому утверждению. Попытайтесь дать свое определение жизни.

Основные понятия

Абиогенез. Биогенез. Химическая эволюция. Биологическая эволюция. Коацерваты. Эры.