Краткая история развития жизни на Земле


Планета Земля сформировалась, по данным расчетов, сделанных на основании как космологических, так и палеогеологических данных, 4,8-5,0 млрд. лет назад. Современные данные свидетельствуют, что жизнь на Земле суще­ствовала уже 3,9 млрд. лет тому назад.

Архейская эра, исчисляющаяся с момента возникно­вения Земли, продолжалась около 2 млрд. лет. С появле­нием жизни возникла первичная биосфера, экосистемы которой, состоявшие из единственного уровня консументов, потреблявших первичное органическое вещество абиогенного происхождения, были предельно просты. Атмосфера и водная среда сохраняли восстановительный характер, свободный кислород практически отсутство­вал. До обнаружения микроископаемых считалось, что архейские отложения лишены следов жизни, что и от­личает их от отложений следующей, протерозойской эры, которая началась примерно 2,6 млрд. лет назад и продолжалась также 2 млрд. лет. В начале протерозоя, примерно 2,2-2,3 млрд. лет назад, возник фотосинтез, что подтверждается находками окаменелостей, опреде­ляемых как сине-зеленые «водоросли», и признаками появления свободного кислорода, о чем говорят палеогеохимические данные.

Существует гипотеза неорганического происхожде­ния свободного кислорода в атмосфере Земли. Согласно этой гипотезе, существование в верхних слоях атмосфе­ры процесса разложения молекул воды на водород и ки­слород под действием жестких космических излучений должно иметь следствием постепенную утечку легкого, подвижного водорода в космическое пространство и на­копление в атмосфере свободного кислорода, что без вся­кого участия жизни должно восстановительную первич­ную атмосферу планеты превратить в окислительную. По расчетам, этот процесс мог за 1-1,2 млрд. лет создать на Земле окислительную атмосферу. Но он неизбежно идет и на других планетах Солнечной системы, причем в течение всего времени их существования, а это при­мерно 4,5 млрд. лет. Тем не менее, ни на одной планете нашей системы, кроме Земли и, с несравненно меньшим содержанием кислорода, Марса, практически нет свобод­ного кислорода и до сих пор их атмосферы сохраняют восстановительные свойства. Очевидно, и на Земле этот процесс мог повысить содержание оксидов углерода и азо­та в атмосфере, но не настолько, чтобы сделать ее окисли­тельной. Так что наиболее правдоподобной остается гипо­теза органического происхождения свободного кислорода, связывающая его наличие на Земле с деятельностью фотосинтезирующих организмов.

С появлением фотосинтетиков-продуцентов сформи­ровались более сложные, двухуровневые экосистемы. Уровень редуцентов – микроорганизмов, завершающих распад органического вещества, можно считать входя­щим в уровень консументов, так как они используют в качестве пищи готовые органические вещества. К концу протерозойской эры появились многочисленные формы животных, имеющих скелеты. Если это действительно означало появление хищничества как способа питания, то можно считать, что с наступлением палеозойской эры, 600 млн. лет назад, стала складываться биосфера современного типа, состоящая из многоуровневых эко­систем наибольшей сложности.

В течение первых двух периодов этой эры – кембрийского, длительностью 70 млн. лет, и ордовика, длитель­ностью около 60 млн. лет, жизнь развивалась в море, по­степенно проникая в пресные воды. В ордовике появился и высший тип животных – позвоночные, которые были представлены дальними родственниками современных круглоротых – миног и миксин – панцирными бесчелюстными. К концу ордовика в результате газообмена между атмосферой и богатым жизнью океаном в верхних слоях атмосферы накопилось достаточно кислорода, чтобы об­разовался озоновый экран. В следующем, силурийском периоде (начало – 425 млн. лет назад, продолжитель­ность – 30 млн. лет) в морях и пресных водах появились челюстноротые позвоночные – хрящевые (их современные представители – акулы и скаты) и костные рыбы, среди которых было много активных хищников. Но глав­ным событием силура стал выход жизни на сушу.

По-видимому, вначале одноклеточные водоросли, по­селившись на влажных грунтах у берегов водоемов, яви­лись основой возникновения первичной почвы. Очень скоро она оказалась населена мелкими роющими беспо­звоночными, для которых переход от жизни в толще ила к жизни во влажной почве не требовал накопления мно­жества новых признаков, поскольку физико-химические свойства новой среды мало отличались от прежних, и не был поэтому слишком труден. На первичной почве смог­ли закрепиться первые наземные многоклеточные расте­ния, в частности псилофиты, происходившие от каких-то высших водорослей, которые были приспособлены к суровой жизни в приливно-отливной зоне. Эволюция морских животных продолжалась, но поскольку суша была новой для жизни средой, наиболее интересные и яркие события, начиная с девонского периода, продол­жавшегося 60 млн. лет, происходили отныне именно на суше.

В это время на огромных пространствах прежде без­жизненной суши появились заросли древних плаунов и папоротников, создававшие огромные запасы органиче­ского вещества. Этот новый источник пищи стимулиро­вал образование новых видов животных, осваивавших не только наземную, но и воздушную среду. Появившиеся в девоне насекомые к началу следующего, каменноуголь­ного периода, или карбона, продолжавшегося 70 млн. лет, дали уже множество крылатых форм. В карбоне огром­ные площади суши были покрыты лесами древовидных папоротников, хвощей и плаунов, эволюция которых привела к появлению семенных папоротников, а затем и голосеменных растений, в частности хвойных.

Появившиеся еще в девоне первые наземные позвоночные, земноводные, в карбоне достигли своего расцвета, дав наибольшее за всю историю этого класса число видов са­мой разной специализации. Наименее специализирован­ные виды оттеснялись в маловодные, неблагоприятные для жизни амфибий места. Их эволюция пошла по пути выра­ботки приспособлений к перенесению сухости воздуха и размножению в условиях недостатка или отсутствия воды, что привело в конце карбона к появлению пресмыкающих­ся. Наиболее важными их отличиями от земноводных ста­ли экономный водообмен и сухая, мало испаряющая воду кожа, а также размножение крупными яйцами, в которых эмбрион развивался в «собственном море», созданном зародышевыми оболочками.

В следующем, пермском, периоде, продолжавшемся 55 млн. лет, произошла биосферная катастрофа. В это время активизация горообразователь­ных процессов привела к существенным изменениям климата, который стал более контрастным. Климат перм­ского периода был близок к современному.

Площади вечно влажных и теплых лесов карбона неумо­лимо сокращались, появились обширные холодные зоны, которые зарастали хвойными, и образовались большие за­сушливые и пустынные территории, в освоении которых рептилиям не оказалось равных. На смену царству папоротникообразных и амфибий пришло царство голосе­менных и рептилий. И те, и другие не нуждались в капельно-жидкой воде для размножения, что и позволило им освоить засушливые территории пермского периода, заселив обширные пространства, освободившиеся от прежних «владык мира».

Следующая, мезозойская, эра началась 230 млн. лет назад и продолжалась около 160 млн. лет. Три ее почти равных по длительности периода, триасовый, юрский и меловой, были временем расцвета рептилий, давших очень много форм, включая царивших на суше, в море и в воздухе динозавров, плезиозавров, ихтиозавров, пте­розавров. Они достигли очень высокого уров­ня специализации, и это обрекало их на исчезновение при изменении условий жизни. Менее удачливая на пер­вых порах линия эволюции, которая в перми дала группу зверозубых рептилий, в течение мезозоя эволюциониро­вала «в тени» царивших в мире динозавров и, совершен­ствуя приспособления к неблагоприятным условиям, необычайно развила обоняние и слух, ценой потери цвет­ного зрения повысила его остроту. Перейдя преимущест­венно на ночной образ жизни, эти животные выработали биохимические и физиологические механизмы поддержа­ния постоянной температуры тела, чему способствовало появление шерстного покрова, перешли к живорож­дению и выкармливанию детенышей молоком. Так еще в конце триасового периода появились млекопитающие.

Их час настал, когда биосферная катастрофа мелового периода, сопровождавшаяся широким распространением появившихся еще в юре цветковых растений и массовым вымиранием динозавров, расчистила жизненную сцену. Последняя, кайнозойская, эра, начавшаяся чуть больше 60 млн. лет назад, стала царством покрытосеменных (цветковых) растений, млекопитающих и птиц, кото­рые возникли в юрском периоде мезозоя.

Конечно, не все группы растений и животных столь драматично сменяли друг друга на поверхности суши и тем более в океане, где условия жизни более стабильны. Например, насекомые, возникнув в конце девона, около 350 млн. лет назад, как класс успешно пережили все био­сферные катастрофы, хотя на уровне отрядов и семейств имеют не менее бурную историю, чем позвоночные на уровне классов. В океанских водах, где при почти любых изменениях климата Земли практически всегда остают­ся значительные акватории, в которых режимы темпе­ратуры, солености, освещенности остаются достаточно стабильными, многие группы живых организмов сохра­няют свои позиции в экосистемах в течение сотен мил­лионов лет. Так, например, водоросли по числу видов, по-видимому, почти не изменяли своего разнообразия не только в течение всех 600 млн. лет фанерозоя, но и в последние сотни млн. лет криптозоя, или докембрия. Хорошо сохраняющиеся в отложениях ра­ковинки простейших – фораминифер и радиолярий – говорят о том, что эти группы, появившиеся одна в на­чале, другая – в конце кембрия, в течение 500-600 млн. лет практически не уменьшали своего разнообразия, а брюхоногие моллюски, появившись в самом начале кем­брия или еще в конце протерозоя, в течение всего време­ни своего существования его устойчиво повышали.

Примеров быстрого эволюционного развития, сме­няющегося угасанием или полным исчезновением той или иной группы, как и примеров удивительного «дол­голетия» других, в истории эволюции жизни на Земле более чем достаточно.

В экосистемах даже очень высокого уровня сложности все­гда находятся экологические ниши, устойчиво сохраняю­щиеся при всех преобразованиях экосистем. А удовле­творительно «подогнанная» к данной экологической нише группа организмов имеет перед эволюционно мо­лодыми конкурентами преимущество более совершенной приспособленности в силу хотя бы длительной специа­лизации. Поэтому эволюция видов и эволюция экоси­стем не являются простым отражением друг друга. Раз­вивающаяся экосистема включает и виды, занимающие стабильные экологические ниши, и виды, с большим или меньшим успехом осваивающие новые ниши, создавая их своей эволюцией и тем самым меняя состояние эко­системы. При этом могут меняться преимущественные направления эволюции отдельных групп или видов, так называемые «векторы эволюции», почему многие авто­ры видят в экосистемах «машины эволюции». Процесс эволюционного совершенствования экосистем развива­ется тем более успешно, чем выше уровень биологиче­ского разнообразия, которое само возрастает при этом за счет эволюции видов – вот что составляет, по-види­мому, основное содержание эволюции форм живого ве­щества и биосферы в целом.