Основные этапы эволюции жизни

История развития жизни на Земле насчитывает по современным данным около 3,8 млрд лет и подразделяется на геологические эры, выделяемые в зависимости от преобладающих типов живых организмов и уровня организации биосферы, характерного для той или иной эпохи. Переход от одной эры к другой сопровождался крупными ароморфозами и коренной перестройкой всей биосферы (табл. 6.1)

Таблица 6.1

Основные этапы эволюции жизни на Земле

Первый ароморфоз, следы которого доступны для наблюдения - образование прокариотных клеток. Древнейшие достоверные окаменелости, имеющие возраст около 3,8 млрд лет, содержат остатки микроорганизмов с клеточной оболочкой. Известны и осадочные породы возрастом более 3,5 млрд лет, представляющие собой результаты жизнедеятельности бактерий. Таким образом, примерно через 0,7 млрд лет после формирования нашей планеты на ней уже существовала биосфера. Проследить историю предшествовавших событий затруднительно, поскольку само формирование сплошной твердой земной коры к этому времени только успело завершиться и более древние породы переплавлялись в недрах молодой планеты.

Предполагается, что первичные организмы были гетеротрофами, так как использовали в качестве пищи готовые органические вещества первичного «бульона». Они существовали в бескислородных условиях, т.е. являлись анаэробными. Постепенное исчерпание исходных пищевых ресурсов стало стимулом для поисков нового источника органических соединений. У ряда видов бактерий возникает способность использовать энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений (Н₂, Н₂S, NH₃ и пр.) для синтеза органических веществ. Такой процесс – хемосинтез, являющийся одним из типов автотрофного питания, сохранился вплоть до настоящего времени и играет важную роль в биогеохимических циклах химических элементов в биосфере. Однако энергетически более выгодным оказался другой тип автотрофного питания – фотосинтез, осуществляющийся за счет энергии солнечного света.

Возникновение фотосинтеза является вторым важнейшим ароморфозом. С его помощью стало возможным получать ресурсы (углекислый газ) для синтеза органических соединений непосредственно из атмосферного воздуха, отдавая взамен молекулярный кислород. Постепенное изменение химического состава атмосферы способствовало ускорению биологического круговорота веществ и ускорению процесса эволюции в целом. Около 2 млрд лет назад концентрация кислорода в атмосфере достигла 1% современной (точка Пастера), что привело к целому ряду важных последствий:

дыхание становится эффективным способом обеспечения организмов энергией.

в верхних слоях атмосферы образуется озон О₃, защищающий поверхность Земли от ультрафиолетового излучения Солнца.

накопление свободного кислорода вызвало экологический кризис (первый в истории Земли) и соответствующий естественный отбор, в результате которого возникают аэробные организмы, способные существовать только в условиях атмосферы, содержащей кислород.

Следующим крупным эволюционным шагом (ароморфозом) было возникновение эукариот, особенностью которых является своего рода «разделение труда» между ядром и органоидами клетки. Около 1 млрд лет назад возникло половое размножение, способствующее комбинированию генов различных особей. Повышается гибкость реагирования популяции и вида в целом на изменение условий жизни, и возрастает скорость эволюционного процесса. В процессе эволюции биосферы определилась ее «двухслойная» структура – бактериальное основание и эукариотная «надстройка». «Основание» неизмеримо более устойчиво, и даже в настоящее время мы обнаруживаем точно такие же микробные сообщества, какие были характерны для ранних этапов развития биосферы.

Дальнейший ароморфоз – многоклеточность, точные механизмы возникновения которой остаются до сих пор неизвестными. Возникновение многоклеточных организмов сопровождалось повышением устойчивости экосистем и открыло возможности для их эволюции в разных направлениях.

Около 600 млн лет назад в истории Земли произошло событие, получившее название «большого взрыва эволюции животных». В течение примерно 70 млн лет возникают почти все известные ныне планы строения тела, почти все из существующих и вымерших типов животных. В течение последующих 100 млн лет эволюция шла в основном по пути усовершенствования и специализации форм, возникших в данный период. Здесь основной ароморфоз – формирование жесткого скелета (наружного – у трилобитов и, позже, внутреннего – у рыб). Примерно 500 млн лет назад начинается выход на сушу растений (псилофитов – близких родственников зеленых водорослей). В результате адаптации к наземной среде формируются специализированные органы: жесткий стебель, корневая система, покровная ткань. Возникновение наземных растений позволило фотосинтезирующим структурам биосферы располагаться в трехмерном пространстве, что резко интенсифицировало весь процесс фотосинтеза. Развитие наземной растительности привело к существенному усложнению наземных экосистем (формирование почвы, накопление больших запасов биомассы) и повышению содержания кислорода в атмосфере до современного уровня – 21%.

440-410 млн лет назад возникают первые позвоночные животные - панцирные рыбы, характеризующиеся наличием внутреннего скелета с черепной коробкой, парными конечностями и развитой мускулатурой. Некоторые виды рыб (акулы) мало изменились за последние сотни миллионов лет. Однако дальнейшая эволюция оказалось связанной с группой кистеперых рыб. Их короткие и мясистые плавники позволяли хорошо ползать по дну, что способствовало выживанию в пересыхающих водоемах. В результате около 320 млн лет назад появляются первые представители наземных позвоночных животных – земноводные (родственные современным жабам, лягушкам, тритонам и пр.), характеризующиеся гладкой кожей, пятипалыми конечностями, легочным дыханием и увеличенным размером головного мозга.

Постепенное понижение температуры и влажности воздуха способствовало росту давления естественного отбора в сторону большей независимости живых организмов от водной среды. У растений возникают семена, снабженные защитной оболочкой, – появляются голосеменные (хвойные) деревья и кустарники. У позвоночных животных возникают внутреннее оплодотворение и яйцо – миниатюрный индивидуальный водоем для эмбриона. Эти два ароморфоза стали главными признаками нового класса животных – рептилий (пресмыкающихся). Уровень их общей организации был настолько высок и открывал столь широкие возможности для разнообразных адаптаций, что рептилии оставались в определенном смысле полновластными хозяевами Земли на протяжении 220 млн лет. Они были представлены широким спектром самых разнообразных видов (динозавры, крокодилы, змеи, черепахи, птеранодоны, ихтиозавры и пр.).

Первые теплокровные животные, млекопитающие (звери) появились одновременно с динозаврами, однако в течение 150 млн лет оставались малочисленной и не играющей существенной роли в биосфере группой. В процессе глобальных климатических изменений теплокровность становилась значительным преимуществом. Примерно 65 млн лет назад подавляющее большинство видов пресмыкающихся вымирает, и опустевшие экологические ниши заполняют млекопитающие и птицы. Помимо особенностей, связанных с регуляцией температуры тела, млекопитающие отличаются приспособлениями, способствующими высокоорганизованной нервно-психической деятельности: развитый головной мозг, длительный период воспитания и обучения детенышей. Характерное практически для всех млекопитающих живорождение обеспечивает более высокую выживаемость потомства.

Таким образом, можно констатировать, что в процессе развития жизни на нашей планете происходило постепенное усложнение экосистем, сопровождающееся возрастанием видового разнообразия, экспансией жизни, охватывающей в настоящее время всю поверхность планеты, усиливающейся дифференциацией биосферы на локальные экосистемы. Результатом миллиардов лет эволюции экосистем является современная биосфера Земли, включающая около 10 млн ныне существующих видов, из которых лишь один – Homo sapiens - оказался способным осуществлять сознательное преобразование биосферы в процессе разумной трудовой деятельности.

Поиск по сайту: