8. Основные этапы развития органического мира прошлого

8. В позднем палеозое произошло чрезвычайно важное событие в эволюции органического мира; "выход" на сушу многих представителей животного и растительного царства, ознаменовавшийся развитием специфической позднепалеозойской фауны и псилофитовой, папоротникообразной, плауновой флоры. Это событие, т.е. переход от раннепалеозойского к позднепалеозойскому органическому миру, приходится на интервал поздний девон - ранний карбон. В раннем девоне резко сокращается видовое разнообразие трилобитов, исчезают граптолиты, некоторые классы иглокожих. Важная роль принадлежит замковым брахиоподам - продуктидам, спириферидам, ринхонелидам, теребратулидам, среди которых очень много руководящих форм. Широкое распространение с раннего девона получают аммоноидеи (гониатиты), колониальные и одиночные четырехлучевые кораллы, крупные фораминиферы из отряда фузулинид, прикрепленные иглокожие (морские лилии). В пресноводных и слабо соленых бассейнах, хотя и медленно, но эволюционировали двустворчатые и брюхоногие моллюски. Колониальные кораллы вместе с мшанками являлись основными рифообразующими организмами в позднем палеозое. К представителям животного мира океанов и морей в девонском периоде относились позвоночные - разнообразные рыбы: костные, хрящевые и панцирные, причем последние, будучи хищниками, обладали челюстью с острыми, зазубренными костными пластинками. Часть тела и голова этих рыб были покрыты толстым костным панцирем. Панцирные рыбы исчезли в конце девонского периода, а в его середине появились хрящевые акулы и скаты. Широко были распространены костные рыбы, давшие три различные ветви: лучеперые, двоякодышащие и кистеперые. Особенности строения кистеперых рыб - в первую очередь мощные плавники, напоминающие конечности земноводных - первых наземных позвоночных, позволяют считать рыб их прямыми потомками. Разнообразные виды рыб чрезвычайно характерны для девонского периода.

9. С позднего палеозоя начинается расцвет органического мира на суше. В девоне появляются насекомые, крупные скорпионы и стегоцефалы - одни из первых четвероногих позвоночных земноводных, достигшие расцвета в каменноугольный период и обитавшие в болотистых местах. В среднем карбоне появляются и первые пресмыкающиеся - рептилии, откладывавшие яйца на суше и имевшие роговой покров на теле, способствовавший сохранению влаги в теле. Часть рептилий была травоядными, часть-хищными. Развитие пресмыкающихся особенно характерно для пермского периода, когда существовали крупные хищники иностранцевии, а также растительноядные парейзавры и морские рептилии - мезозавры. Многочисленные находки скелетов рептилий известны в пермских отложениях в долине р. Северная Двина, на севере Русской плиты.

10. С начала девона появляются псилофиты, занимавшие болотистые места и обладавшие корнями, стеблем и листьями. Псилофиты исчезли в позднем девоне. В среднем девоне начали появляться многие группы высших растений, в том числе членисто-стебельные, плауновидные, папоротники и голосеменные. Особенно характерен для позднего девона папоротник археоптерис, по наименованию которого всю флору этой эпохи называют археоптерисовой. Огромные пространства суши в каменноугольный период были покрыты лесами, состоящими из громадных, до 50 м высотой, древовидных хвощей, плауновых и папоротников, среди которых наиболее типичны лепидодендроны, сигиллярии и каламиты. В середине карбона появляются кордаиты - папоротниковидные голосеменные, гинкговые и хвойные. Колоссальное количество растительности приводило, по мере ее отмирания и захоронения, к накоплению мощных толщ каменного угля.

11. В раннем карбоне флора отличалась теплолюбивым характером, была приурочена к заболоченным участкам суши, в пределах которых сначала формировались огромные массы торфа, постепенно превращавшиеся в бурые, а затем и в каменные угли. В рассматриваемый период четко проявлялась климатическая зональность, отражавшаяся на характере флоры. Если в раннем карбоне растительность несла в себе признаки влаголюбивой, тропической флоры, то в среднем и позднем карбоне появляется флора более умеренного климата (тунгусская флора), а растительность Гондванского континента представлена кордаитовыми, глоссоптериевыми, хвощевидными формами, отражавшими еще более холодный и сухой климат. В пермский период тропическая флора сменилась голосеменными растениями, преимущественно хвойными, появились первые цикадовые, эволюционировали гинкговые и др. На рубеже палеозоя и мезозоя повсеместно происходит смена растительности, но не везде она была одновременной, растягиваясь от середины перми до середины триаса в разных регионах.

12. Таким образом, поздний палеозой - это время кардинальных изменений в животном и растительном мире нашей планеты, ознаменовавшееся приспособлением многих организмов и растений к жизни на суше в воздушной среде; появлением огромного количества растительной биомассы, способствовавшей увеличению содержания кислорода в атмосфере и поглощению углекислоты; появлением пресмыкающихся - рептилий. К концу палеозоя многие группы организмов вымирают, другие - резко сокращают количество форм. Исчезают гониатиты, наутилоидеи, замковые брахиоподы - продуктиды, табуляты, четырехлучевые кораллы, трилобиты, фузулиниды, многие виды рыб, некоторые виды морских ежей и морских лилий, позвоночных и большое количество растений.

13. Рубеж палеозойской и мезозойской эр характеризовался обновлением животного и растительного мира, отражавшим изменения палеогеографической и палеотектонической обстановок.

14. Исчезнувшие или резко сократившие свое разнообразие палеозойские организмы сменились бурно эволюционировавшими группами беспозвоночных - аммоноидеями и белемноидеями, на основе руководящих форм которых производится детальное расчленение мезозойских отложений. Важное значение приобрели гастроподы, двустворки, шестилучевые кораллы, морские ежи. Мезозойские рептилии были самыми крупными животными в истории Земли. В раннем мезозое появились и первые млекопитающие. Среди растительного мира стали преобладать голосеменные, а в меловое время и покрытосеменные.

15. В конце позднего мела органический мир снова претерпел резкие изменения, когда исчезли многие беспозвоночные, динозавры, летающие ящеры, водные пресмыкающиеся, большие группы высших растений. В кайнозое начался расцвет пелеципод, простейших и гастропод. Большую роль играли рыбы, птицы, млекопитающие, земноводные. Среди растений преобладали покрытосеменные. Наконец, появление человека в четвертичном периоде завершило длительную эволюцию приматов, начавшуюся примерно 20 млн. лет назад.

16. В мезозое среди беспозвоночных главенствующее положение занимали головоногие моллюски - аммониты и белемниты, достигшие своего апогея в юре-мелу. Аммониты отличались исключительным разнообразием. В меловом периоде появляются аммониты с развернутой раковиной, а иногда - с почти прямой и очень простой лопастной линией. В маастрихтском веке позднего мела аммониты вымерли. В триасе появились белемниты, широко распространившиеся в юрском и меловом периодах. Начали приобретать большое значение в качестве рифообразующих организмов шестилучевые кораллы, достигшие своего расцвета в поздней юре. Пелециподы - это также очень распространенная в мезозое группа беспозвоночных. Особенно важны для стратиграфии верхнего мела иноцерамы. Широкого развития достигли иглокожие, в частности правильные морские ежи, обладавшие прочным панцирем. Среди морских позвоночных с триаса существовали костистые рыбы, которые в наше время составляют более 95 % всех рыб. Морские пресмыкающиеся мезозойской эры были представлены ихтиозаврами, плезиозаврами и др. На суше среди позвоночных также господствовали рептилии, нередко гигантских размеров.

17. Длина некоторых динозавров (диплодоков, брахиозавров) достигала 30 м, а масса превышала 45-50 т. Рептилии заселяли не только моря и сушу, они преобладали и в воздухе, например летающие ящеры птерозавры. Рептилии были и хищниками, и травоядными; они летали, плавали, ползали, ходили, прыгали. Иными словами, они достигли высокой степени специализации. Недаром мезозойскую эру нередко называют эрой рептилий. Млекопитающие, которые начали появляться с позднего триаса, были еще слишком малочисленны и мелки, не превышая по массе крысу. Эти примитивные животные - пантотерии, сумчатые и первые плацентарные млекопитающие не могли, конечно, составить достойную конкуренцию огромной армии рептилий. В поздней юре впервые появились птицы -археоптерикс, а в мелу эволюционировали уже килегрудые и гладкогрудые птицы, прямые родственники ныне обитающих птиц.

18. Растительный мир триасового периода характеризовался появлением многих важных групп хвойных, гинкговых и цикадовых. Эти голосеменные растения достигли максимального развития в юрский период, а в меловом - сменились нарастающей ролью покрытосеменных растений, завоевавших господство уже в кайнозойскую эру.

19. Рубеж мезозоя и кайнозоя отмечен "великим вымиранием", когда в относительно короткий промежуток времени бесследно исчезли многие важнейшие группы животного и растительного мира мезозойской эры. На рубеже маастрихтского и датского веков (последний относится уже к палеогеновой системе кайнозоя) исчезло примерно 18 % семейств и более 45 % родов разных организмов, что во много раз превышает обычный уровень вымирания, отмечаемый на других геологических границах. Однако следует отметить, что не все таксоны исчезли одновременно. Массовая гибель планктонных организмов могла вызвать в свою очередь исчезновение и других групп организмов. В то же время аммониты, белемниты и рептилии, например динозавры, начали вымирать раньше. Причина этого вымирания до сих пор неясна.

20. Дискутируются по существу две полярные гипотезы, имеющие много вариантов. По одной из них более высоко организованные группы вытесняли и истребляли менее организованных. Важную роль играли при этом изменяющиеся палеогеографические условия, например наступление в кайнозойскую эру геократической эпохи, когда большие пространства континентов превратились в сушу. Вторая гипотеза важную роль отводит катастрофическим процессам в истории Земли, например падению крупных метеоритов. Весомым подкреплением такой идеи служит аномально высокое содержание иридия, обнаруженное на границе Маастрихта и Дания во многих районах земного шара. Подобная иридиевая аномалия наиболее удовлетворительно объясняется столкновением Земли с крупным астероидом типа железных метеоритов.

21. Космическая катастрофа небывалых размеров могла привести к изменению температуры воздуха и воды, могли измениться состав атмосферы, уровень солнечной радиации из-за пыли и т.д. Все это сказалось на составе биоты. Роль космических факторов в истории развития нашей планеты нельзя сбрасывать со счетов при рассмотрении эволюции организмов. Следует отметить, что структура "великого вымирания" в деталях еще не изучена.

22. В кайнозойскую эру исчезают белемниты, аммониты, наземные и морские рептилии. Их место занимают другие организмы. Среди морских беспозвоночных на первое место выдвинулись брюхоногие (гастроподы) и двустворчатые (пелециподы) моллюски. Очень важную роль в кайнозое играли простейшие - фораминиферы. Некоторые из них, такие, как нуммулиты и дискоциклины, достигали крупных размеров и обитали на дне неглубоких хорошо прогревавшихся морей. Широким распространением пользовались шестилучевые кораллы (рифостроящие организмы), иглокожие. Костистые рыбы заняли доминирующее положение в морях.

23. С начала палеогенового периода, когда из пресмыкающихся остались только змеи, черепахи и крокодилы, начали в изобилии распространяться млекопитающие, сначала примитивные (индрикотериевая фауна), а затем все более высоко организованные: кишечные, копытные, хоботные, грызуны, насекомоядные. В неогене появились медведи, носороги, быки, мастодонты, слоны, гиппарионы, в том числе и лошади, человекообразные обезьяны. Современный облик приняли птицы, акуловые рыбы преобладали в палеогене, тогда как позже - костистые рыбы. Млекопитающие - киты, ластоногие - обитали и в морях. Рубеж неогена и антропогена характеризовался развитием животного мира, приспособленного к условиям холодного климата вследствие наступивших великих оледенений. Распространились мамонты, волки, большерогие олени, медведи и др. Фауна позвоночных приобретала облик современных животных. В связи с тем, что огромные пространства были заняты сушей с травянистой растительностью, исключительного развития достигли насекомые. И наконец, появление человека увенчало эволюцию органического мира. Предок человека - дриопитек существовал около 20 млн. лет назад и дал начало рамапитеку, обитавшему примерно 10-12 млн. лет назад. А первый гоминид - австралопитек появился 1,5 млн. лет назад. Это было существо, передвигавшееся на двух ногах. Около 1 млн. лет назад человек уже использовал простейшие орудия в виде ручных рубил, а далее эволюция неандертальцев (40-35 тыс. лет назад) привела к появлению современного человека, владевшего огнем и каменными орудиями.

24. Растительность кайнозоя отличалась преобладающим распространением покрытосеменных, развитием флоры тропического и умеренного климатических поясов. В палеогеновый период тропические вечнозеленые растения - пальмы и кипарисы - произрастали в пределах средней Европы, сменявшиеся севернее более холоднолюбивой флорой - дубом, буком, платанами и хвойными. В неогеновый период благодаря похолоданию флора стала близкой к современной в средних широтах, в которых росли береза, клен, бук, дуб, ольха и др. Четвертичные оледенения резко сократили видовой состав растительности, особенно вблизи ледниковых покровов, где господствовала тундровая растительность.

Вопрос № 9. Породообразующая и рудообразующая роль организмов.

Живая материя, как известно, обладает многократно более высокой химической и энергетической активностью, чем косная материя. Каждая живая клетка вырабатывает определенные белки – ферменты, служащие высокоэффективными катализаторами, ускоряющими химические реакции в млрд. раз по сравнению с небиологическими катализаторами. Благодаря способности живых организмов вырабатывать и использовать высокоэффективные биокатализаторы, преобразование пород земной коры в экзогенной зоне происходит многократно интенсивнее.

Участие микроорганизмов в рудообразовании известно давно. Общепризнанным является биогенное образование месторождений железа Криворожского бассейна, КМА, и др., а также железо-марганцевых концентраций на дне океанов. В железо-марганцевых концентрациях присутствуют относительно высокие содержания Ni, Cо , Cu, Zn , Pb, Mo и др. Их природа тоже биогенная.

В процессе биогенного рудообразования главным является создание металлоорганических соединений, растворимых в воде.

Многие металлы участвуют в таких соединениях и приобретают свободу миграции в водных растворах.

В рудообразовании «работает» симбиоз аэробных и анаэробных микроорганизмов. С приближением к зоне рудообразования увеличиваются количество аэробных микроорганизмов, и увеличивается соотношение ураноорганических и уранилкарбонатных соединений.

Наиболее показательным примером биогенного рудообразования служат месторождения золота. Выводы о биогенном образовании месторождений золота базируются, прежде всего, на фактах присутствия в природе золотоорганических соединений, растворимых в воде. Это сразу решает вопрос об условиях миграции данного химически инертного элемента и помогает определить условия образования месторождений. Если известно, что различные виды бактерий способны извлекать золото из пород и переводить его в водный раствор, а также высаживать его, то нет необходимости предполагать участие в рудообразовании эндогенных или каких либо иных дополнительных процессов.

Металлоорганические комплексы образуются как с золотом, ураном, так и со многими другими рудными элементами. Соответственно, существуют месторождения комплексных либо различных мономинеральных руд.

Биогенными процессами рудообразования логически легко объясняется всякая зональность минерализации и всякая сложность состава руд. Например, трудно объяснимым представляется сложное сочетание золота с различными другими элементами: золото-редкометальное, золото-сурьмяное, золото-серебряное, золото-сурьмяно-серебряное, золото-висмутовое, золото-кварце-вое и др. Характерно многообразное сонахождение не только в рудах в целом, но и в соприкасающихся зернах одноименных минералов с разными соотношениями компонентов. Все подобные минеральные «странности» являются закономерными для биогенного рудообразования, где в составе рудоносных растворов всегда присутствуют не один, а несколько рудных компонентов, высаживающихся совместно.

Таким образом, биогенное рудообразование с созданием водорастворимых металлоорганических комплексов можно считать ведущим в земной коре.

Фактически, без источников металлов даже самые благоприятные "структурно-тектонические элементы" и самые благоприятнейшие по "физико-химическим свойствам породы" не могут вмещать месторождения, и, напротив, при обилии таких источников даже самые неблагоприятные породы и структуры будут содержать промышленные руды.

При объяснении процессов современного экзогенного рудообразования микроорганизмам отводится лишь вспомогательная роль. Учитываются только некоторые их химические продукты метаболизма, поступающие в подземные воды, влияющие на перенос металлов в растворах и их высаживание. Основным же элементом, определяющим локализацию руд, считаются вмещающие породы. Образование рудолокализующих геохимических барьеров на путях циркуляции подземных вод объясняется переходом растворов из окисленных пород, не содержащих активных восстановителей, в неокисленные, богатые минеральными или газовыми восстановителями.

Биогенные рудолокализующие барьеры являются преобладающими, важнейшими. Они многообразны. С ними связано образование подавляющего большинства рудных месторождений.

При поступлении кислородсодержащих рудоносных вод в породы, содержащие органику угольного, битумного или графитового ряда, создается благоприятная среда для жизнедеятельности аэробной микрофлоры. Они преобразовывают органические вещества, присутствующие в породе, образуют органические кислоты, окисляя сульфиды, добавляют серную кислоту; бактерии Pseudomonas fluorescens продуцируют перекись водорода. В результате усиливается окислительная агрессивность растворов. Eh в воде повышается от обычных 150–200 мВ до 500–600 мВ. Ускоряется разложение пород и их выщелачивание. Обеспечивается перевод металлов в растворы. Благодаря обилию органических кислот образуются хорошо растворимые металлоорганические соединения. Вследствие высокой растворимости таких соединений в окислительной зоне биохимического барьера металлы накапливаются в растворах до сотен г\т. Таким экзогенным (биогенным) путем образуются богатые рудоносные растворы. И только из таких растворов образуются экзогенные месторождения.

Вторая, восстановительная, половина биохимического барьера, состоит в том, что, по мере продвижения растворов в неокисленные породы, свободный кислород в растворах полностью поглощается аэробными бактериями, и они вымирают. Но продукты их метаболизма, в том числе и металлоорганические соединения, служат обильной "пищей" для анаэробных бактерий, которые на границе окисленных и неокисленных пород начинают бурно размножаться. Они преобразовывают металлоорганические соединения в менее растворимые формы, продуцируют сероводород, метан, водород, а, главное, резко снижают Eh в растворах: от плюс 500–600 до минус 500–600 мВ. Металлы выпадают в осадок.

Дальнейшее продвижение растворов вглубь неокисленных пород приводит к тому, что анаэробы полностью потребляют тот запас питательных веществ, который им создали аэробы, и тоже вымирают. "Плотность" их резко снижается, а окислительно-восстановительный потенциал в воде повышается до положительных значений, несмотря на наличие там метана, тяжелых углеводородов, водорода и даже сероводорода. Таким образом, восстановительный геохимический барьер такой высокой контрастности, которая необходима для значительного рудонакопления, не может образоваться без окислительного барьера.

В процессе рудообразования микроорганизмы играют важную роль также еще до образования биохимических барьеров в подземных водах. Их жизнедеятельность ускоряет выветривание пород и перевод в растворы различных веществ, в т.ч. рудных элементов. Без участия микроорганизмов можно допустить только образование собственно россыпных месторождений. Но при этом разрушение пород – источников, из которых поступали рудные компоненты в россыпи, тоже происходило с участием микроорганизмов.