История развития жизни в архейскую и протерозойскую эру
Наука палеонтология
Сейчас мы рассмотрим, как протекала эволюция со времен зарождения жизни по наше время.
Эти данные получают с помощью палеонтологии, науки, изучающей ископаемые останки живых существ. Палеонтологи раскапывают фрагменты скелетов, окаменелости, отпечатки и моделируют исходный вид живого существа.
Далее ученые датируют возраст геологического слоя, в котором были обнаружены останки, и узнают таким образом возраст самого существа (см. видео).
Геохронологическая шкала
Историю эволюции на Земле принято представлять в виде геохронологической шкалы, в которой время существования Земли разделено на эры, а эры – на периоды.
Разделение на эры и периоды условно. Каждую эру связывают с каким-то эволюционным этапом. Принято выделять пять эр: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую (рис. 1).
Эры существования Земли
Рис. 1. Эры
Две древнейшие эры, архейскую и протерозойскую, объединяют в эон – криптозой, или эру скрытой жизни (рис. 2).
Это связано с тем, что жизнь в криптозое была представлена самыми примитивными формами и ее следы очень сложно обнаружить.
Рис. 2. Криптозой
Последние три эры объединяют в фанерозой, или эру явной жизни (рис. 3).
Рис. 3. Фанерозой
Эволюционные изменения в криптозое
Сегодня мы рассмотрим, какие важные эволюционные изменения произошли в криптозое.
Первая эра криптозоя – архейская – началась 4,5 миллиарда лет назад, т. е. сразу после формирования Земли.
В архейскую эру зародилась жизнь.
Сперва она была представлена примитивными одноклеточными прокариотами, питавшимися гетеротрофно в анаэробных условиях.
Они размножались делением, жили в Мировом океане (который покрывал тогда большую часть суши) и потребляли готовое органическое вещество. Атмосфера и гидросфера тогда были анаэробными и существенно отличались по составу от нынешних.
В архее происходят первые ароморфозы.
Первый зафиксированный ароморфоз – появление кислородного фотосинтеза, который осуществляли цианобактерии.
Автотрофные цианобактерии и гетеротрофы часто объединялись в цианобактериальные маты – устойчивые сообщества. Цианобактериальные маты существуют по сей день в виде слизистых слоев на отмелях и камнях (см. видео).
Следующим крупным ароморфозом было появление эукариот. У эукариот клеточные процессы протекают в обособленных органеллах, что повышает их эффективность, а ДНК заключена в ядре (рис. 4).
Рис. 4. Клетки эукариот, содержащие множество сложных органоидов, возникли в архее
В архее появляются первые примитивные многоклеточные организмы (рис. 5). Сперва это были просто сферические колонии, у которых внешний и внутренний слой клеток слегка отличались по выполняемым функциям. Со временем эти различия закрепились, и примитивные многоклеточные имели экто- и эндодерму.
Рис. 5. Колониальные организмы, подобные изображенному на рисунке вольвоксу, тоже появились в архее
К концу архейской эры фотосинтез довел содержание кислорода в атмосфере до 1%. Это позволило произойти новому крупному ароморфозу – появлению кислородного дыхания.
2,5 миллиарда лет назад архейская эра заканчивается и начинается протерозойская.
Происходит глобальная кислородная катастрофа, когда тип атмосферы меняется с восстановительной на окислительную.
В протерозое происходит расцвет эукариот и развитие многоклеточных организмов.
Впервые появляется половой процесс. Теперь организмы размножаются не только делением, но и половым способом, что заметно ускорило скорость эволюции.
В протерозойскую эру происходит разделение живых существ на животных, водорослей и грибов. Все они представлены водными формами, но на отмелях органическое вещество уже откладывается в виде примитивных почвенных отложений.
К концу протерозоя появляются губки, кишечнополостные, черви и членистоногие.
Рис. 6. Реконструкция биоценозов протерозоя
Таким образом, среди важнейших ароморфозов архея следует отметить появление фотосинтеза, возникновение эукариотического строения, появление многоклеточности и появление кислородного дыхания (рис. 7).
Рис. 7. Ароморфозы архея
В протерозое возникает половой процесс, и живые существа уже разделяются на царства бактерий, грибов, растений (водорослей) и животных (рис. 8).
Рис. 8. Живые существа протерозоя
Среди животных протерозоя сегодня выделяют типы Протисты, Губки, Черви и Членистоногие.