Развитие жизни на Земле в протейскую эру

План 1. Введение. А.Предисловие Б. МасштабыГеологического Времени В.Основные Подразделения Геологической Истории Земли 2. Развитие жизни в криптозое. А. Предисловие Б. Отложения Криптозоя В. Резкое Увеличение Богатства Ископаемой Фауны 3. Заключение. Введение. Эволюционное развитие организмов исследуется целым рядом наук, рассматривающих разные аспекты этой фундаментальной проблемыестествознания.Ископаемые остатки животных и растенийсуществовавших на Земле в прошедшиегеологические эпохи, изучает палеонтология, которую и следует поставить на первое место среди наук,непосредственно связанных с исследованием эволюции органического мира. Изучая остатки древних форм и сопоставляяих с ныне живущими организмами, палеонтологи реконструируютоблик, образ жизни и родственныесвязи вымерших животных и растений, определяют время их существования и на этойоснове воссоздают филогенез истори ческую преемственность разныхгрупп организмов, их эволюционную историю.

Однако в решении этих сложных проблемпалеонтология должна опираться на данные и выводы многих других наук, относящихсяк кругу биологических, геологических и географических дисциплин сама палеонтология,изучая ископаемые остатки организмов, нахо дится как бы на стыке биологии и геологии . Для понимания условий жизни древних организмов, определения времени их существованияи закономерностей перехода их остатков в ископаемое состояние палеонтология использует данные таких наук, как историческаягеология, стратиграфия,палеогеография, палеоклиматологияи др. С другой стороны, для анализа строения, физиологии, образа жизни и эволюциивымерших форм необходимо опираться на детальное зна ниесоответствующих сторон организации и биологии ныне существую щих организмов. Такоезнание дают прежде всего работы в области сравнительной анатомии.

Одной из основных задач сравнительной анатомии явля ется установление гомологии органов и структур у разных видов.

Под гомологией понимается сходство, основанное на родстве нали чие гомологичныхорганов доказывает прямые родственные связи об ладающихими организмов как предков и потомков или как потомков общих предков . Гомологичные органы состоят из сходных элемен тов, развиваютсяиз сходных эмбриональных зачатков и занимают сходное положение в организме.

Развивающаяся нынефункциональная анатомия, а также срав нительная физиологиядают возможность подойти к пониманию функционированля органов у вымерших животных.В анализе строе ния, жизнедеятельности и условий существованиявымерших орга низмов ученые опираются на принцип актуализма,выдвинутый гео логом Д. Геттономи глубоко разработанный одним из крупнейших геологов XIX в. Ч. Лайелем.

Согласнопринципу актуализма, закономерности и взаимосвязи, наблюдаемые в явлениях и объектах неорганического и органическогомира в дате время, действовали и в прошлом а отсюда настоящееесть ключ к познанию прошлого . Конечно, этот принципявляется допущением, но, вероятно, он верен в большинствеслучаев хотя всегда нужно принимать во внимание возможность какого-то своеобразияв протекании тех или иных процессов в прошлом по сравнениюс современ ностью . Палеонтологическая летопись, представленная ископаемыми ос таткамивымерших организмов, имеет пробелы, иногда очень круп ные,обусловленные специфичностью условий захоронения остатков организмов и крайней редкостьюсовпадения всех необходимых для этого факторов.

Длявоссоздания филогенеза организмов во всей полноте, для реконструкции многочисленных недостающих звеньев па родословном древе графическом изображе нии филогенеза чисто палеонтологические данныеи методы оказы ваются вомногих случаях недостаточными.

Здесь приходит на помощь так называемый метод тройногопараллелизма, введенный в науку известным немецким ученымЭ. Геккелем иоснованный на сопоставлении палеонтологических, сравнительно-анатомических и эмбриологическихданных.Геккель исходил изсформулированного им основного биогенетического закона , гласящего, что онтогенез индивидуальное развитие организма есть сжатое и сокращенное повторение филогенеза.Следовательно, изучение индивидуального развития современных организмов позволяетв какой-то мере судить о ходе эволюционных преобразованийих далеких предков, в том числе и не сохранившихся впалеонтологической летописи.

Позднее А. Н. Северцов в своей теории филэмбриогенезов показал, что соотношение онтогенеза и филогенеза гораздо сложнее, чем считалЭ. Геккель.В действительности не филогенез творит индивидуальное развитие новые эволюционные приобретенияудлиняют онтогенез, прибавляяновые стадии , как полагал Геккель, а, наоборот, наследственные изменения хода онтогенеза приводят к эволюционным перестройкам филогенез есть эволюция онтогенеза . Лишь в некоторых частных случаях, когда эволюционнаяперестрой ка какого-либо органа происходит посредствомизменения поздних стадий его индивидуального развития, т.е. новые признаки формируютсяв конце онтогенеза такой способ эволюционной перестройкионтогенеза Северцов назвал анаболией , действительно наблюдается такое соотношениемежду онтогенезом и филогенезом, которое описы вается биогенетическим закономГеккеля. Только в этих случаях можно привлекать эмбриологическиеданные для анализа филогенеза.

Сам А. Н. Северцов далинтересные примеры реконструкции гипо тетических недостающих звеньев в филогенетическом древе.

Изучение онтогенезов современныхорганизмов имеет еще и другое, не менее важное для анализа хода филогенеза значение оно позволяет выяснить, какие изменения онтогенеза, творящие эволюцию , возможны, а какие нет, что дает ключ к пониманию конкретных эволюционныхперестроек. Для понимания сущности эволюционного процесса, для причинного анализа хода филогенеза самое первостепенноезначение имеют выводы эволюционистики науки, называемойтакже теорией эво люцииили дарвинизмом, по имени великого создателя теорииестественного отбора Ч. Дарвина.Эволюционистика, изучающая сущность, механизмы, общиезакономерности и направления эволюционного процесса,является теоретической базой всей современной биологии.

По сути дела, эволюция организмовпредставляет собой форму суще ствования живой материи во времени, и все современныепроявления жизни, на любом уровне организации живойматерии, могут быть поняты лишь с учетом эволюционной предыстории.

Тем в большеймере важны основные положения теории эволюции для изученияфило генеза организмов.Перечисленные науки отнюдь не исчерпывают перечень научных дисциплин, причастныхк изучению и анализу развития жизни на Земле в прошедшие геологические эпохи.

Для понимания видо вой принадлежности ископаемых остатков и преобразований видов организмов во временичрезвычайно важны выводы систематики для анализа смены фаун и флор в геологическом прошлом данные биогеографии.Особое место занимают вопросы происхождениячеловека и эволюции его ближайших предков, имеющей некоторые специфические особенности по сравнению с эволюцией других высших животных, благодаряразвитию трудовой деятельности и социальности.

Масштабы Геологического Времени Изучая эволюцию организмов, необходимоиметь представление о ее ходе во времени, о продолжительности тех или иных ее этапов.Историческая последовательность образования осадочных по род, т. е. их относительныйвозраст, в данном районе устанавлива ется сравнительно просто породы, возникшиепозднее, отлагались поверх более ранних пластов.Соответствие относительного возраста пластов осадочных пород в разных регионахможно определить, сопоставляя сохранившиеся в них ископаемые организмы палеонто логическийметод, основы которого были заложены в концеXVIII начале XIX в. работами английскогогеолога У. Смита . Обычно среди ископаемых организмов, характерных для каждой эпохи,удается выделить несколько наиболее обычных, многочисленных и широко распространенныхвидов - такие виды получили название руководящих ископаемых.

Как правило, абсолютный возраст осадочных пород, т. е. проме жуток времени,прошедший со времени их образования, непосредственно установить нельзя.

Информациядля определения абсолютного возраста содержится в изверженных вулканических породах,которые возникают из остывающей магмы. Абсолютный возраст изверженных пород можно определить по содержанию в нихрадиоактивных элементов и продуктов их распада.Радиоактивный распад начинаетсяв изверженных породах с момента их кристаллизации из расплавов магмы и продолжаетсяс постоянной скоростью до тех пор, пока все запасы радиоактивных элементов не будутисчерпаны.

Поэтому, определив содержание в горной породе того или иного радиоактивногоэлемента и продуктов его распада и, зная скорость распада, можно достаточно точно с воз можностью ошибки около 5 вычислитьабсолютный возраст дан ной породы. Для осадочных пород приходится принимать приблизительныйвозраст по отношению к абсолютному возрасту слоев вулканических пород.Длительное и кропотливое изучение относительногои абсолютного возраста горных пород в разных регионах земного шара, потре-бовавшеенапряженной работы нескольких поколений геологов и палеонтологов, позволило наметитьосновные вехи геологической истории Земли. Границы между этими подразделениями соответствуютразного рода изменениям геологического и биологи ческого палеонтологического характера.Это могут быть изменения режима осадконакопления в водоемах, приводящие к формированиюиных типов осадочных пород, усиление вулканизма и горообразова тельные процессы,вторжение моря морская трансгрессия благодаря опусканию значительных участковконтинентальной коры или повышению уровня океана, существенные изменения фауны ифлоры. Поскольку подобные события происходили в истории Земли нерегу лярно, продолжительностьразличных эпох, периодов и эр различна.

Обращает на себя внимание огромная длительностьдревнейших гео логических эр археозойской и протерозойской , которыек тому же не разделены на меньшие временные промежутки во всяком случае, нет ещеобщепринятого подразделения . Это обусловлено в первую очередь самим фактором времени древностью отложений археозоя и протерозоя, подвергшихсяза свою длительную историю значительному метаморфизму и разрушению, стершим существовавшиекогда-то вехи развития Земли и жизни.

Отложения архейской и протерозойской эр содержатчрезвычайно мало ископаемых остатков организмов по этому признаку археозой и протерозойобъединяют под названием криптозой этап скрытой жизни противопоставляя объединениютрех последующих эр фанерозой этап явной,наблюдаемой жизни . Возраст Земли определяется различными учеными по-разному, номожно указать на приближенную цифру 5 млрд. лет.Развитие жизни в криптозое.Эры, относящиесяк криптозою, археозойская и протерозой ская вместепродолжались более 3,4 млрд. лет т. о. криптозой составляет не менее 7 8 всей геологической истории.

Однако в отложенияхкриптозоя сохранилось чрезвычай но мало ископаемых остатков орга низмов, поэтомупредставле ния ученых о первых этапах развития жиз ни в течение этих огромных промежутков времени в значительной сте пени гипотетичны.

ОтложенияКриптозояДревнейшиеостатки организмов были найдены в осадочных толщах Ро дезии, имеющих возраст 2,9 3,2 млрд. лет. Там обнаруже ны сле ды жизнедеятельностиводорослей вероятно, сине-зеленых , что убедительно свидетельст вует, что около 3 млрд. лет назад на Земле уже существовали фотосинтезирующие организмы водоросли.

Очевидно, появление жизни на Зем ле должно было произойти значи тельнораньше, может быть, 3,5 4 млрд. лет назад.

Наиболее из вестна среднепротерозойскаяфлора нитчатые формы длиной до несколь ких сотен микрометров и толщиной 0,6 16 мкм, имеющие различное строение, одноклеточныемикроорганизмы Рис.1 , диаметром 1 16 мкм,также различного строения , остатки которойбыли обнаружены в Канаде в кремнистых сланцахна северном бе регу озера Верхнего.Возраст этих отложений составляет около 1,9 млрд. лет.Рис. 1Пример найденных ископаемых останков простейшихВ осадочныхпородах, образовавшихся в промежутке времени между 2 и 1 млрд. лет назад, частовстречаются строматолиты, что говорит о широком распространении и активной фотосинтезирующейи рифостроительной деятельности сине-зеленых водорослей в этот период.Следующийважнейший рубеж в эволюции жизни документируется рядом находок ископаемых остатковв отложениях, имеющих возраст 0,9 1,3 млрд.лет, среди которых найдены прекрасной сохран ности остатки одноклеточных организмовразмером 8 12 мкм, в ко торых удалось различитьвнутриклеточную структуру, похожую на ядро обнаружены также стадии деления одного из видов этих одноклеточных организмов, напо минающиестадии митоза способа деления эукариотических т. е. имеющих ядро клеток.

Если интерпретацияописанных ископаемых остатков правильна, это означает, что около 1,6 1,35 млрд. лет назад эволюция организ мов прошлаважнейший рубеж был достигнут уровень организацииэукариот.

Первыеследы жизнедеятельности червеобразных многоклеточных животныхизвестны из позднерифейских отложений. В вендское время 650 570 млн. лет назад существовали уже разнообразныеживот ные,вероятно, принадлежавшие к различным типам.Немногочисленныеотпечатки мягкотелых вендских животных известны из разных районов земногошара.

Ряд интерес ных находок был сделан в позднепротерозойских отложениях на тер ритории бывшего СССР.Наиболее известна богатая позднепротерозойская ископаемая фауна, обнаруженная Р. Сприггом в 1947г. в Центральной Австралии.Исследовавший эту уникальную фауну М. Глесснер считает,что она включает примерно три десятка видов оченьразнообразных многоклеточных животных, относящихся к разным типам Рис.2 .Рис. 2. Реконструкция фауны Эдиакары 1 10 кишечно-полостные 11 14 плоские икольчатые черви 15 16 членистоногие 17 иглокожие 18 шарообразные студенистые организмы.

Большинство формпринадле жит, вероятно, к кишечно-полостным.Это медузоподобные организмы, вероятно парившие в толще воды, и прикрепленные к морскому дну полипоидные формы, одиночные или колониальные,напоминающие современных альционарий, или морские перья.

Замечательно, что всеони, каки другие животные эдиакарской фауны, лишены твердого скелета.Кромекишечно-полостных, в кварцитах Паунд, вмещающихэдиакарскуюфауну, найдены останки червеобразных животных, причисляемых к плоским и кольчатымчервям. Некоторые виды организмов интерпре тируются как возможные предкичленистоногих. Наконец, имеется це лый ряд ископаемых остатков неизвестной таксономическойпринад лежности.Это указывает на огромное распространение фау ны многоклеточных мягкотелыхживотных в вендское время,Посколькувендская фауна столь разнообразна и включает довольновысокоорганизованныхживотных, очевидно, что до ее возник новения эволюция продолжаласьуже достаточно долго.

Вероятно, многоклеточныеживотные появились значительно рань ше где-то в промежутке 700 900млн. лет назад.Резкое Увеличение Богатства ИскопаемойФауныГраница между протерозойской и палеозойской эрами т. е. меж ду криптозоем и фанерозоем отмечается поразительным измене нием в составе и богатстве ископаемой фауны.

Внезапно другогослова здесь, пожалуй,и не подберешь после толщ верхнего протерозоя, почти лишенных следов жизни,в осадочных породахкембрия первого периода палеозойской эры , начиная с самых нижних горизонтов,появляетсяогромное разнообразие и обилие остатков ископаемых организмов. Среди них остатки губок,плеченогих,моллюсков, представителейвымершего типа археоциат,членистоногих идругих групп.К концу кембрия появляются почти все известныети пы многоклеточных животных.

Этот внезапный взрыв формообразо вания на границепротерозоя и палеозоя одно из самых загадоч ных,до сих пор полностью не разгаданных, событий в истории жизни на Земле. Благодаряэтому начало кембрийскогопериода является столь заметной вехой, что нередко все предшествующее время в геологическойистории т. е.весь криптозой именуют докембрием.Вероятно,обособление всех основных типов животных произошло в верхнемпротерозое, в промежутке времени 600 800 млн.лет назад.

Примитивные представители всех групп многоклеточныхживотныхбыли небольшими лишенными скелета организмами.Продолжавшееся накопление кислородав атмосфере и увеличение мощности озонового экрана к концу протерозоя позволили животным, какуказано выше, увеличитьразмеры тела и приобрести скелет. Организмы получили возможность широко расселитьсяна малых глубинахразличныхводоемов, что повело к значительному повышению разнообразияформ жизни.Список литературы.1. БерналД. Возникновение жизни, М 1969. 2. Борисяк А. А. Из истории палеонтологии идея эволюции . М. Л 1966. 3. БруксМ. Климаты прошлого. 1952. 4. ВарсанофьеваВ. А. Развитие жизни на Земле. 1988. 5. ГоленкинМ. И. Победители в борьбе за существование, М 1959. 6. ЛивановН. А. Пути эволюции животного мира. 1955.7 Иорданский Н. Н. Развитие жизни на Земле 1989.