описание этапов развития жизни
Этапы развития жизни на Земле
Наша планета образовалась около 4,5 млрд. лет назад. Поверхность Земли была в то время очень горячей, и никакой жизни на ней не существовало. Самым древним остаткам живых организмов, которые чем-то походили на современных бактерий, предположительно 3,5 млрд. лет. Заглянуть в прошлое Земли, проследить этапы развития жизни помогает палеонтология — наука о вымерших растениях и животных, чьи окаменевшие остатки сохранились в толщах осадочных пород.
Геологические эры
Палеонтология развивалась рука об руку с геохронологией, изучающей геологическую историю Земли. Изучая строение, условия возникновения и напластования осадочных пород и научившись определять их абсолютный возраст, ученые создали геохронологическую шкалу, разделив геологическую историю Земли на ряд периодов. Продолжительность этих периодов измеряется миллионами лет, все они разделены на 5 эр: архей, протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой. Архей — самая древняя эра, а в кайнозое мы живем.
Зарождение жизни
На заре своего существования Земля представляла собой раскаленный безжизненный шар, и только 3,5 млрд. лет назад она остыла настолько, что на ее поверхности образовалась твердая земная кора. Пары воды, содержавшиеся в первичной атмосфере, сконденсировались и стали выпадать в виде дождей, образовав древний океан, над которым возвышался единственный материк, впоследствии расколовшийся на части. В земной коре происходили постоянные изменения, сопровождавшиеся грандиозными климатическими колебаниями. Именно в океане появились первые живые организмы, напоминавшие бактерий, а потом и одноклеточные водоросли.
В древнейшей атмосфере Земли не было кислорода, однако водоросли были способны использовать энергию солнечного света для производства питательных веществ. При этом они выделяли кислород, который стал накапливаться в воздухе, создав условия для возникновения более сложно устроенных организмов.
Появление кислорода оказалось губительным для организмов, привыкших к бескислородной среде, так произошло первое на Земле вымирание. Прошло немало времени, прежде чем в океане появились первые многоклеточные организмы. Это были губки, медузы и организмы, напоминающие червей. Их остатки обнаружены в породах, возраст которых насчитывает около 600 млн. лет.
Развитие жизни на Земле было тесно связано с передвижением материков, которое влекло за собой изменения климата и уровня Мирового океана.
Французский ученый Жорж Кювье (1769—1832) — основоположник сравнительно-анатомического метода в биологии. Он применил его и к ископаемым остаткам, заложив основы палеонтологии. Согласно принципу последовательного напластования осадочных и вулканических пород, каждый нижележащий пласт старше вышележащего (если их последовательность не была нарушена). Сравнивая окаменелости из различных пластов осадочных пород, Кювье первым попытался выявить в геологической истории Земли ряд этапов с характерным для каждого из них составом животных и растений.
Палеозой
Примерно 580-570 млн. лет назад начался кембрийский период, продолжавшийся 70 млн. лет. Наступила очень важная эпоха развития органической жизни, ознаменовавшаяся возникновением и развитием новых форм животных, имеющих скелет из соединений кальция и кремнезема. За сравнительно короткий период времени (около 100 млн. лет) появились представители большинства основных групп животных, известных современной науке (одноклеточные радиолярии и фораминиферы, брюхоногие моллюски, плеченогие, иглокожие и др.). Широко распространились трилобиты, которые стали предками всех нынешних членистоногих. Животные освоили
морское дно и толщу воды, прибойную полосу океана.
Девонский период был временем величайших катаклизмов и активного движения материков. В этот период толщу морей уже бороздили акулы и скаты, кистеперые и лучеперые рыбы. Настоящими хозяевами морей стали головоногие моллюски аммониты, тело которых было спрятано в спирально закрученную раковину, разделенную множеством перегородок. На суше распространились папоротники и плауновые, появились первые голосеменные растения, ее начали осваивать первые клещи, пауки, примитивные насекомые, а вслед за ними на сушу потянулись и первые земноводные.
В каменноугольном периоде (карбоне) поймы рек и заболоченные пространства покрывали настоящие леса, состоящие из гигантских плаунов, хвощей, древовидных папоротников и голосеменных растений. Очень разнообразны были насекомые, среди них появилось множество летающих форм. Карбон стал эпохой расцвета земноводных, среди которых были и мелкие насекомоядные животные, и хищники размером с крокодила. В пермском периоде хвойные растения заселили внутриматериковые области.
Пресмыкающиеся активно осваивали сушу, среди них были и мелкие виды, и огромные травоядные формы самого причудливого облика. А в лесах уже появились предки современных млекопитающих. Конец пермского периода ознаменовался грандиозными геологическими катаклизмами: сталкивались материки, появлялись горные хребты. Не все животные смогли приспособиться к быстро изменяющимся условиям, и около половины их семейств вымерло.
Мезозой
В триасовом периоде основной группой животных на Земле становятся динозавры, освоившие разнообразнейшие места обитания. Появились лягушки, черепахи, крокодилы, первые млекопитающие. В морях возросла доля моллюсков — двустворчатых, брюхоногих, головоногих. Господство динозавров продолжалось и в юрский период, среди отложений этого времени найдены остатки первого пернатого животного — археоптерикса.
В меловом периоде пейзажи уже напоминали современные, в лесах уже росли сосны и кедры, дубы и березы, с цветка на цветок перелетали бабочки, щебетали птицы, шныряли ящерицы и насекомоядные млекопитающие. К концу мелового периода заметно похолодало, что привело к вымиранию многих групп морских животных. В это же время исчезли динозавры.
Кайнозой
65 млн. лет назад началась кайнозойская эра, которая делится на третичный и четвертичный периоды (в котором мы живем). На суше господствующее положение заняли млекопитающие, в морях — костные рыбы, в растительном мире преобладали покрытосеменные растения. На Земле прошла череда оледенений. Несколько миллионов лет назад из животного царства выделились прямоходячие приматы (гоминиды), эволюция которых в итоге привела к возникновению Homo sapiens (человека разумного).
Этапы развития жизни на Земле
Возраст Земли составляет более 4.5 миллиардов лет, или более 4500 миллионов лет. За это время планета сильно менялась. Весь этот период, от возникновения планеты до нашего времени, подразделяют на отрезки. При этом в более крупных выделяют более мелкие. В основе подразделения лежат важные события в истории Земли, которые приводили к ее геологическому и климатическому изменению, массовому вымиранию живых форм, расцвету новых типов и классов живых организмов.
В некоторых учебниках, в более старом или упрощенном изложении, выделяют шесть эр в истории планеты – Катархей, Архей, Протерозой, Палеозой, Мезозой и Кайнозой. Говорят, архейская эра, палеозойская эра и т. п. Однако при более новом или глубоком подходе Катархей, Архей и Протерозой считают эонами, а палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эру объединяют в эон Фанерозой.
На схеме показаны не все эры и периоды. Первый период Фанерозоя и одновременно палеозойской эры – это Кембрий. Поэтому все время до него называют Докембрием. Важность такого деления связана с так называемым кембрийским взрывом, когда примерно 540 миллионов лет назад началось активное образование видов, имеющих внешний или внутренний скелет и являющихся предками ныне существующих типов животных. Это тот момент, с которого палеонтологическая летопись становится более полной и достоверной.
Период не является мельчайшей единицей времени при описании этапов развития жизни на Земле. Отдельные периоды подразделяют на эпохи, а эпохи на ярусы. Чем ближе к нашему времени, тем мельче подразделение, так как у ученых больше материала для фиксации важных изменений, происходящих в истории развития жизни на Земле.
Важно отметить два нюанса. С одной стороны, Фанерозой – самый короткий эон – длится всего около 500 миллионов лет. Однако именно в это время появляются почти все сложные формы жизни. С другой стороны, несмотря на примитивность жизни в более ранние эоны, именно в них были «изобретены» все основные химические процессы и свойства, характерные для всего живого. А также все клеточные органеллы.
Поэтому, можно было бы сказать, что жизнь долго разгонялась, тестировала в процессе эволюции разные варианты, пока не нашла наилучший. После чего стала развиваться на полной скорости. Однако кембрийскому взрыву предшествовало накопление кислорода в атмосфере. И вероятно именно это сыграло ключевую роль в ускорении темпов эволюции.
Первые следы жизни на Земле датируются возрастом в 3.5 миллиарда лет назад. Однако вероятно жизнь могла возникнуть раньше, на границе между Катархеем и Археем, – около 3.8 млрд лет назад. Конец Катархея связывают с последней метеоритной бомбардировкой и последующим охлаждением Земли.
К катархею относят период времени, когда Земля уже сформировалась как планета за счет гравитационного притяжения окружающей материи, но ее поверхность еще не остыла, она подвергалась частым бомбардировкам космических тел. Катархей начался примерно 4.6 миллиарда лет назад, закончился около 4 миллиардов лет назад. Жизни в катархее скорее всего не было, хотя некоторые гипотезы допускают ее возникновение.
В архее происходят следующие этапы эволюции жизни в указанной последовательности:
Хемосинтез – добыча энергии окислением неорганических веществ.
Гликолиз – добыча энергии бескислородным окислением органических веществ.
Разделение на бактерий и архей.
Появление у прокариот фотосинтеза, при котором кислород не выделяется.
Появление цианобактерий, у которых в процессе фотосинтеза кислород выделяется.
Поскольку большинство прокариот анаэробы, накапливающийся в конце архея начале протерозоя кислород вызывает их гибель.
Архей закончился 2.5 миллиарда лет назад. Следующий эон – Протерозой – самый длинный, длился около 2 млрд лет, с 2.5 млрд лет назад до 0.54 млрд. За это время происходят такие этапы развития жизни на Земле:
Смена анаэробных сообществ на аэробные.
Появление прокариотических колоний похожих на многоклеточные водоросли.
Появление эукариот около 1.7 млрд лет назад.
Появление многоклеточных организмов около 1.2 млрд лет назад.
Впервые возникло половое размножение у красных водорослей.
У животных появилось половое размножение и пищеварительный тракт.
Ближе к фанерозою развивается эдиокарская биота – относительно сложные организмы, в основном придонные, малоподвижные и сплюснутые. Вероятно они не являются предками современных типов.
Формирование озонового слоя и вылазки организмов на сушу.
Палеозой – первая эра фанерозойского эона – начался 540 млн лет назад и закончился примерно 250 млн лет назад. Палеозой включает периоды – Кембрий, Ордовик, Силур, Девон, Карбон, Пермь. За это время в эволюции жизни на Земле произошли следующие важные события:
Быстрое развитие многих типов животных, представители которых дожили до нашего времени. В том числе появляются примитивные хордовые и членистоногие.
485 млн лет назад появляются первые позвоночные.
Через несколько миллионов лет появляются сухопутные членистоногие.
Около 400 млн лет назад появляются первые древесные растения.
Около 350 млн лет назад уже были земноводные, семенные папоротники.
330 млн лет назад появляются пресмыкающиеся, чуть позже от них отделяются будущие предки млекопитающих.
Появляются жуки, голосеменные растения.
Палеозой заканчивается 252 млн лет назад массовым пермским вымиранием, в результате которого исчезает около 90% морских видов и около 70% сухопутных. Из наиболее вероятных причин указываются вулканическая активность или столкновение с крупным астероидом.
Мезозойская эра (252 – 66 млн лет назад) включает периоды Триас, Юра, Мел в течение которых произошли следующие этапы развития жизни на Земле:
Появляются динозавры (225 млн лет назад) и костистые рыбы.
Доминирование голосеменных растений.
Появление черепах и двукрылых насекомых.
К концу триаса уже появились первые млекопитающие (215 млн лет назад).
В начале юрского периода появляются первые летающие и водоплавающие динозавры.
К концу юрского периода появляются плацентарные млекопитающие (160 млн лет назад).
Появляются птицы (150 млн лет назад) и покрытосеменные растения (130 млн лет назад. Позже появляются общественные насекомые (пчелы, муравьи).
Последняя, кайнозойская эра началась 66 миллионов лет назад с очередной катастрофы в истории Земли, предположительно падения астероида, повлекшего экологическую катастрофу. Вымерли многие группы животных, в том числе динозавры. В кайнозое выделяют палеогеновый, неогеновый и четвертичный периоды.
В палеогене млекопитающие становятся доминирующим классом, среди прочих появляется отряд приматов. Повышается разнообразие птиц. Позже среди млекопитающих появляются крупные и гигантские формы, которые не могли существовать в эпоху динозавров.
Неоген начался примерно 25 млн лет назад. В это время появляются морские и летающие млекопитающие. Сумчатые сохраняются только на изолированных территориях.
В четвертичном, или антропогеновом, периоде, который начался 2.5 млн лет назад, появляется род Homo (человек).
Геологическая эволюция
На настоящий момент установлено, что жизнь на Земле возникла около 3-3,5 млрд. лет назад. За это время на планете произошли существенные изменения: менялся климат, двигались материки, активно шли горообразовательные процессы. Вода то затапливала гигантские пространства на миллионы лет, то отступала под натиском испепеляющего солнца и жары.
Об этих процессах мы можем только догадываться, изучая осадочные породы, которые за это время пластами накладывались друг на друга. Химический анализ позволяет определить их возраст, а также сделать вывод о климате того периода. В определение возраста окаменелостей помогает радиоуглеродный анализ.
Наиболее ранняя эра Земли, начавшаяся около 3-3,5 млрд. лет назад и продлившаяся 900 млн. лет. Самые древние живые организмы были найдены в этот промежуток времени: они были гетеротрофами, заселявшими дно теплых морей. Кислород отсутствовал, был возможен только анаэробный тип дыхания.
В архейский период отмечалась активная вулканическая деятельность, происходили значительные колебание температуры. На поверхности Земли жизнь была невозможна из-за губительных УФ (ультрафиолетовых) лучей. Именно поэтому жизнь «спряталась» на дне океана, где не так выражены перепады температур и рассеивается УФ излучение.
К концу архея животные разделились на про- и эукариотические организмы.
Протерозойская эра (от греч. proteros — первый из двух + zoe — жизнь)
Протерозойская эра продолжалась около 2000 млн. лет. Поверхность планеты напоминала ледяную пустыню, климат соответственно был холодный.
Холодный климат меняется на умеренно влажный, а затем на теплый сухой. Тают оледенения суши, в результате чего огромные пространства заполняются водой.
Большая часть суши подверглась сильнейшему затоплению, наземные животные почти не встречались. В толще океана обитали фораминиферы и радиолярии.
Это период господства рыб в морях. Возникают активно плавающие хрящевые рыбы, у которых имеются челюсти для захвата пищи. Появляются все известные на настоящее время систематические группы рыб.
Некоторые рыбы, обитающие в бедных кислородом (пересыхающих) водоемах, используя плавники, приобрели способность переползать из одного водоема в другой и дышать атмосферным воздухом. Так появляются двоякодышащие и кистеперые рыбы.
К концу девона на сушу выходят первые земноводные: ихтиостеги и стегоцефалы, произошедшие от кистеперых рыб. Возникают древовидные леса, состоящие из хвощей, плаунов и папоротников.
В карбоне материки еще более опускаются, часть суши оказывается заболоченной. Поначалу теплый и влажный климат сменяется к концу периода холодным и сухим.
Бурно развиваются древовидные леса из папоротников, которые достигали в высоту 40 метров. Массовое отмирание папоротникообразных в этом периоде привело к образованию обширных залежей каменного угля, в честь которого период и получил свое название.
Размножение семенных растений, появившихся в карбоне, более не связано с наличием воды, благодаря чему они расселяются вглубь материков.
В морях все также распространены фораминиферы, радиолярии, кораллы и моллюски. Возникают первые насекомые: тараканы, стрекозы, жесткокрылые. Под конец периода появляются пресмыкающиеся, размножение которых не связано с наличием воды, что позволяет им заселить сухие, ранее незаселенные территории.
В перми активируется вулканическая деятельность, происходит крупнейшее отступление моря, вследствие которого образуются большие пространства суши. Климат также меняется: он становится резко континентальным.
К таким серьезным изменениям не приспособлены многие виды животных и растений: полностью вымирают трилобиты, многие моллюски, крупные рыбы и насекомые, значительная часть амфибий, исчезают древовидные папоротники, хвощи и плауны.
В природе не бывает пустого места: приспособленные особи выживают, размножаются и занимают освобожденные другими видами ниши. Бурно развиваются пресмыкающиеся, появляются звероподобные ящеры, примерно в это же время возникают первые млекопитающие.
Чтобы легко запомнить периоды палеозойской эры, рекомендую взять на вооружение мнемоническое правило: «Каждый Отличный Студент Должен Курить Папиросы». Если вы обратите внимание на первые буквы этих слов, то поймете, что они совпадают с первыми буквами периодов палеозоя и расположены в нужном порядке.
Мезозойская эра (греч. mesos — средний + zoe — жизнь)
Мезозойская эра продлилась 186 млн. лет. Если бы мы сейчас перенеслись в то далекое время, то внешне заметили бы сходство мезозойского мира с нынешним, однако более детальное изучение показало бы нам, что его составляют совершенно иные растения и животные.
Климат становится более сухим, что приводит к пересыханию внутренних морей. Активно идут горообразовательные процессы, начавшиеся в перми. Начинается движение материков, образуются пустынные пространства.
В царстве растений господствуют голосеменные, размножение которых не зависит от воды. Среди голосеменных активно заселяют территории саговниковые, хвойные, гинкговые растения.
Большинство амфибий окончательно вымирает. В животном мире господствуют пресмыкающиеся, среди которых встречаются черепахи, ихтиозавры, птицетазовые и ящеротазовые динозавры, клювоголовые, крокодилы и чешуйчатые. Часть рептилий дает начало млекопитающим, близким к однопроходным животным.
Климат становится более теплым и влажным, несколько увеличивается площадь морей. В глубине материков образовались многочисленные озера и болота.
В царстве растений господство остается за голосеменными растениями, наибольший расцвет среди которых переживают беннеттитовые, гнетовые, саговниковые.
Крупные моллюски и рептилии вымирают, эра динозавров заканчивается. На первый план выходят млекопитающие, ароморфозы которых, теплокровность и живорождение, позволяют занять господствующее положение. Появляются сумчатые и плацентарные млекопитающие.
Отправной точкой кайнозойской эры служит образование Альп, в это же время возникли и другие высочайшие горные системы. Я искренне рад быть вашим современником, и сообщаю, что мы с вами живем в кайнозойскую эру, которая длится уже 67 млн. лет. За это время произошло несколько материковых оледенений, возникновение человека.
В начале палеогена устанавливается теплый тропический и субтропический климат. Широко распространяются леса и редколесья. Большая часть животных представлена лесными обитателями.
Сумчатые и плацентарные млекопитающие эволюционируют параллельно. Возникают приматы, хищные и копытные животные, широкого разнообразия достигает мир птиц.
К концу палеогена климат становится континентальным, в Арктике и Антарктике появляются первые ледяные шапки. Леса преобразуются в саванны и заросли кустарников.
Климат в неогене был влажным и теплым. Расселившиеся в палеоген кустарники сменяются саванной и степной растительностью, образуются полупустыни и пустыни.
По берегам рек и озер растут березы, можжевельник, сосны, ивы, тополя. Среди животных расцвет происходит у обитателей открытых пространств: гиппарионов (примитивных лошадей), быков, слонов, жирафов, антилоп. Среди разнообразного и многочисленного класса птиц нередко встречаются хищные гигантские бегающие птицы.
Пангея и удивительная Австралия
Особого внимания требует Австралия. Этот материк отделился раньше всех, вследствие чего флора и фауна на нем формировались изолированно от остальных континентов.
Именно по этой причине в Австралии можно обнаружить виды растений и животных, которые более нигде не встречаются: сумчатые животные (кенгуру, куница, коала), подземные орхидеи, банксии и многие другие удивительные виды.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Основные этапы развития жизни на Земле
Всего получено оценок: 887.
Всего получено оценок: 887.
Кости динозавров и удивительных вымерших животных находили в разные эпохи истории Земли. В отсутствии науки по найденным костям складывали легенды о великанах или драконах. Изучить по палеонтологическим находкам основные этапы развития жизни на Земле смогли только учёные. Наука, изучающая ископаемые остатки жизни, называется палеонтология.
Образование Земли
Наша планета сформировалась около 4,5 млрд. лет назад из звёздной пыли и газа. Со временем верхний слой планеты уплотнился и стал остывать. Горячая мантия поддерживает тепло до сих пор, не давая Земле превратиться в глыбу льда.
Долгое время планета находилась в безжизненном состоянии. Атмосфера была наполнена различными газами и не содержала кислорода. Благодаря выбросу большого количества пара из недр Земли и гравитации стали образовываться плотные облака. Интенсивные дожди способствовали возникновению Мирового океана, в котором зародилась жизнь.
Кислород появился в атмосфере с появлением первых фотосинтезирующих организмов – цианобактерий.
Этапы развития
Жизнь на Земле связана с геологическими эонам и эрами. Эон – это крупный отрезок геологической истории, объединяющий несколько эр. В свою очередь эры подразделяются на периоды. Для каждой эры и периода характерно индивидуальное развитие животного и растительного мира, которое часто зависело от климата, состояния земной коры, подземной деятельности.
Рис. 2. Эры геологической истории Земли.
Более детальное описание временных промежутков представлено в таблице основных этапов развития жизни на Земле.