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.

1. Продолжало формироваться ядро планеты. Его окружала мантия, на поверхности которой находились расплавленные породы – магма. В последующем ее остывание приводило к образованию земной коры.
2. В начале катархея температура была высокой из-за активных геологических процессов, падения астероидов и радиоактивного распада.
3. Падение тела, из которого в последствии образовалась Луна, привело к частичному плавлению мантии Земли, увеличению количества магмы и выбросу в атмосферу большого количества веществ.
4. Многие вещества осели, но в атмосфере остались пары воды, углекислый газ и водород.
5. Тяжелая атмосфера создавала большое давление. Поэтому, несмотря на высокую температуру, вода стала конденсироваться в жидкость. Появились океаны.
6. Вода поглощала углекислый газ, уменьшая парниковый эффект. Это понижало температуру. Она падала также из-за снижения активности процессов внутри Земли.
7. В конце катархея температура упала ниже 100 градусов.

В архее происходят следующие этапы эволюции жизни в указанной последовательности:

1. Хемосинтез – добыча энергии окислением неорганических веществ.

2. Гликолиз – добыча энергии бескислородным окислением органических веществ.

3. Разделение на бактерий и архей.

4. Появление у прокариот фотосинтеза, при котором кислород не выделяется.

5. Появление цианобактерий, у которых в процессе фотосинтеза кислород выделяется.

6. 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:

1. Смена анаэробных сообществ на аэробные.

2. Появление прокариотических колоний похожих на многоклеточные водоросли.

3. Появление эукариот около 1.7 млрд лет назад.

4. Появление многоклеточных организмов около 1.2 млрд лет назад.

5. Впервые возникло половое размножение у красных водорослей.

6. Появление грибов.

7. У животных появилось половое размножение и пищеварительный тракт.

8. Ближе к фанерозою развивается эдиокарская биота – относительно сложные организмы, в основном придонные, малоподвижные и сплюснутые. Вероятно они не являются предками современных типов.

9. 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:

1. Быстрое развитие многих типов животных, представители которых дожили до нашего времени. В том числе появляются примитивные хордовые и членистоногие.

2. 485 млн лет назад появляются первые позвоночные.

3. 435 млн лет назад растения и грибы выходят на сушу.

4. Через несколько миллионов лет появляются сухопутные членистоногие.

5. Около 400 млн лет назад появляются первые древесные растения.

6. Около 350 млн лет назад уже были земноводные, семенные папоротники.

7. 330 млн лет назад появляются пресмыкающиеся, чуть позже от них отделяются будущие предки млекопитающих.

8. 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:

1. Появляются динозавры (225 млн лет назад) и костистые рыбы.

2. Доминирование голосеменных растений.

3. Появление черепах и двукрылых насекомых.

4. К концу триаса уже появились первые млекопитающие (215 млн лет назад).

5. В начале юрского периода появляются первые летающие и водоплавающие динозавры.

6. К концу юрского периода появляются плацентарные млекопитающие (160 млн лет назад).

7. 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).