12.3 Биологические эры в истории Земли

Самая древняя эра земли – архейская, «эра первобытной жизни». Продолжалась она полтора миллиарда лет. Высокая температура, высокое давление, смещение горных пород оставили мало следов от существовавших в те времена организмов. Следы жизни возрастом 3,1-3,4 млрд. лет обнаружены в Трансваале в виде микроскопических палочек длинной 0,5-0,7 микрон, диаметром 0,18-0,32 микрон. В течение протерозойской эры организмы очень изменились. Появились более сложноустроенные животные – беспозвоночные (иглокожие, членистоногие), первичные хордовые. Многоклеточные животные с двусторонне- симметричным строением тела (плоские черви), что сопровождалось повышением уровня организации, и было крупным событием ароморфоза. Широко распространились одноклеточные организмы – бактерии, сине- зеленые водоросли, жгутиковые. Следы рифейской жизни обнаруженны в Удокане за Байкалом, в виде червей длинной до 2,5 см и толщиной до 4 мм.

Дальнейшего развития животные и многоклеточные водоросли с расчлененным телом достигли в палеозойскую эру. Ее подразделяют на шесть периодов: кембрийский, ордвик, силурийский, девонский, каменноугольный, пермский. В кембрийский период растения и животные еще обитали в воде, суша была бесплодна и пустынна. Растения начали заселять сушу, появились животные, дышащие кислородом. В воде появились древние членистоногие – трилобиты, процветали медузы, плеченогие. В силурийском периоде органический мир стал богаче и разнообразнее. Большого развития достигли низшие позвоночные животные – щитковые, сходные с современными миногами. Наряду с этими представителями в отложениях силура найдены остатки губок, иглокожих, моллюсков, членистоногих, хордовых и др. Первыми наземными животными, использующими для дыхания атмосферный воздух, паукообразные. Выход растений на сушу – важное событие в истории Земли. Этот процесс был связан с изменившимися климатическими условиями, с продолжавшимися горообразовательными процессами. В условиях высыхания и обмеления водоемов некоторые растительные формы могли приспособиться к жизни на суше. Для защиты от испарения и обезвоживания у них появилась покровная ткань. Первыми выходцами из воды на сушу были псилофиты («голые», или «лысые», растения, жившие сравнительно недолго и вымершие к концу следующего, девонского, периода. Новые условия привели к дифференциации тела на ткани и органы, выполнявшие определенную функцию: стебель, простейшие корни, зачатки листьев. Эти приспособительные изменения носили характер ароморфоза и вели растения к морфофизиологическому прогрессу.

В таблице 2 представлены эры и эпохи в истории Земли и развитие жизни

В девонский период появились более высокоорганизованные споровые растения – хвощи, папоротники, плауны. В морях господствовали рыбы: челюстные панцирные акулы, кистеперые, двоякодышащие. Этот период можно назвать «временем рыб».

В каменноугольный период произошло опускание материков. Огромные пространства оказались заболоченными. Они покрылись величественными лесами из папоротников, хвощей и плаунов. Остатки этих древовидных папоротников при отмирании образовывали мощные залежи каменного угля. Растения каменноугольного периода, хотя и имели более совершенное строение (у них были настоящие органы – стебель, листья, корни), для размножения все ещё нуждались в воде. В дальнейшем при высыхании болот и водоемов многие приспособленные к воде растительные формы вымерли.

В пермском периоде исчезают древовидные папоротникообразные, семенные папоротники. Развитие растительного мира идет по пути создания наиболее приспособленных к изменяющимся условиям среды организмов, а именно семенных растений. Семенные растения (голосеменные и позже появившиеся покрытосеменные) обладали преимуществом перед споровыми: они лучше противостояли колебаниям температуры, влажности и другим неблагоприятным факторам. Мощная и богатая наземная растительность изменила состав атмосферы и почвы. Воздух обогатился кислородом, выделяемым растениями при фотосинтезе, что сделало возможным постепенный выход на сушу животных. Первыми наземными позвоночными были земноводные, которые могли жить на суше, но размножались в воде. Начало земноводным дали вымершие к концу палеозоя кистеперые рыбы, только отдельные их представители дожили до настоящего времени. Первыми земноводными были стегоцефалы (щитоголовые), от них произошли современные земноводные и пресмыкающиеся. Приспособление земноводных к жизни на суше было идиоадаптацией.

Пермский период характеризовался непостоянным климатом и недостатком воды. Это вызвало вымирание не приспособленных к сухому климату земноводных животных. Очень немногие мелкие животные сохранились до наших дней (лягушки, тритоны, жабы). Появившиеся позже пресмыкающиеся были более приспособлены к изменившимся условиям жизни (идиоадаптация). Они размножались яйцами, защищенными скорлупой и имевшими запас питательных веществ. Кожа пресмыкающихся была покрыта роговым слоем, что предохраняло их от высыхания. Усовершенствовались органы кровообращения и дыхания, животные стали вести более активный образ жизни. Все это способствовало устойчивому сохранению пресмыкающихся и дало возможность господствовать им в течение следующей мезозойской эры, которая стала «веком пресмыкающихся». В мезозое появилось много новых видов пресмыкающихся, завоевавших воду, воздух, сушу. Некоторые из них (ящеры-динозавры) достигали гигантских размеров. Например, ихтиозавр (рыбоящер) имел длину 10-12 метров. Игуандины на 3-х палых задних ногах достигали высоты 5-9 м. Четвероногие стегозавры длинной до 10 м с двумя рядами метровых треугольных пластин на спине. Бронтозавры длинной до 20 м и весом до 30 т. Самые большие сухопутные животные –брахиазавры длинной до 25 м и весом до 50 т. Крупнейший наземный хищник тиранозавр, длинной до 15 м. Многие ящеры были уже теплокровными животными и вели активный образ жизни при разных температурах.

Ровесниками ящеров юрского периода являются и крупнейшие хищники моря акулы и земноводные крокодилы. Белая акула кархардона имеет в длину до 11 м, а в палеоцене были до 30 м. Это крупнейшие хищники планеты. Крупнейшие животные на Земле голубые киты, длинной до 30 м и весом до 150 т. Однако в целом, гиганты хуже приспособлены и не живут долго. Вышеперечисленные обитатели моря являются исключением.

Гигантские ящеры вымерли, не дав начало новым формам животных. Однако некоторые виды пресмыкающихся, изменяясь, явились предками млекопитающих и птиц. Найдены отпечатки первоптицы, которая имела признаки пресмыкающегося (зубы, хвост из 20 позвонков, недоразвитые воздушные полости) и птицы (строение черепа, конечностей, оперение). Дальнейшая эволюция животного мира шла по линии все большего приспособления к изменяющимся условиям среды обитания. Так, от зверозубых ящеров произошли первые млекопитающие, отличавшиеся от других животных теплокровностью. Их зародыши развивались в утробе самки, детеныши в раннем возрасте вскармливались молоком. Все это обеспечило их лучшее выживание и победу в борьбе за существование. В этот период и далее с нарастающей силой стали действовать законы эволюции Ч. Дарвина – наследственность, изменчивость, приспособление к окружающей среде и борьба за существование.

Затем появились настоящие птицы, отличавшиеся от первоптиц тем, что у них вместо роговых чешуек были уже настоящие перья, увеличилась грудина, на ней образовался киль, развилась мускулатура, приводящая в движение крылья. Эти приспособительные изменения имели большое значение в происхождении млекопитающих и птиц. В мезозойскую эру широко распространились голосеменные растения. В конце этой эры произошло важное событие – в результате ароморфоза появились покрытосеменные растения. Они имели ряд преимуществ перед своими предками голосеменными: положение семяпочек в завязи, приспособление к опылению (идиоадаптация), хорошо развитые стебель, корень, листья. Наряду с покрытосеменными сохраняются голосеменные, хвощи, плауны, папоротники, мхи. Растительный мир стал разнообразнее и богаче, начал приобретать почти современные черты.

В кайнозойскую эру происходило дальнейшее расселение покрытосеменных растений, освоение ими различных мест обитания. Происходили изменения в видовом составе животных организмов. Большого разнообразия достигли насекомые, отличавшиеся от других беспозвоночных целесообразными приспособлениями типа ароморфоза: развитой нервной и трахейной системой, твердым покровом, появлением условных и безусловных рефлексов и др. Кайнозойская эра – время расцвета высших позвоночных животных – птиц и млекопитающих. В трудных условиях великих обледенения эти животные смогли выжить и завоевать господство на Земле благодаря поступательному эволюционному процессу. У птиц и особенно у млекопитающих все более и более совершенствуется нервная система, в том числе и головной мозг Это способствовало лучшей ориентации в пространстве, добыванию пищи, выживанию в различных условиях.

Наиболее просто устроенными млекопитающими были яйцекладущие (их потомки – утконос, ехидна) и сумчатые (кенгуру) животные, сохранившиеся в настоящее время в Австралии. Развившиеся несколько позже более высокоорганизованные, так называемые плацентарные, млекопитающие, рождавшие живых детенышей, дали начало всем современным видам млекопитающих. В палиогене появились первые приматы от насекомоядных, похожие на белку тупайи. За ними широконосые обезьяны Америки и узконосые Евроазии. В ноогене появились Африканские орангутаны и дриапитеки, от которых произошли гориллы, шимпанзе, и человек.

Во всех эпохах появлялись новые классы, отряды и семейства и отмирали старые. Природа вела биологический эксперимент с живыми существами широким фронтом, с множеством разнообразных признаков, сталкивая их в борьбе за существование. Наибольшее число семейств до 550, наблюдалось в меловой период, затем в палеоцене оно стабилизировалось на уровне 400 семейств. Наибольшая биомасса растений, в 2-3 раза больше современной была в девоне и карбоне. Затем в перми стабилизировалось на современном уровне. Биомасса наземных животных достигла современных размеров в палеоцене.

Вышеописанная эволюция жизни не вызывает сомнений с научной точки зрения. Однако она еще плохо изучена и тут много темных мест, вызывающих сомнения в ее правильности и спекулятивные гипотезы. Главная трудность состоит в отсутствии в слоях Земли переходных форм от одного класса к другому. Их должно быть множество, но они не обнаруживаются. Не понятны причины быстрого вымирания одних видов рождения новых. Как будто это происходит не эволюционно, а внезапно, как в известной до настоящего времени теории катастроф Кювье. Катастрофические изменения видов живых существ произошли между силуром и девоном, между пермью и триасом, мелом и палеозоем. Много неувязок заметили в этой картине развития жизни и генетики. Эта фундаментальная проблема еще ждет множество будущих талантливых исследователей, но лучшей теории мы пока не имеем!