Эволюция биосферы

Возникновение жизни и биосферы представляет собой крупнейшую проблему современного естествознания, которая ещё ждёт своего разрешения. Даже на такой вопрос, как «Что древнее, жизнь или Земля?» – наука не может сегодня дать определённого ответа. Большинство авторов гипотез о происхождении жизни на нашей планете допускали, что в течение огромного промежутка времени планета после возникновения её 4, 5 млрд лет назад была безжизненной. На её поверхности происходил абиогенный синтез органических соединений, который привёл к появлению первых примитивных организмов. Установилось представление о происходившей на Земле длительной химической эволюции, предшествовавшей биологической и охватившей период до 1 млрд лет.

В последние десятилетия появились и другие представления о необычайной длительности существования жизни. Они были высказаны В.И. Вернадским и другими учёными и подтверждаются современными исследованиями в области палеонтологии и палеогеохимии. В наиболее древних отложениях земной коры обнаружены следы жизни (в Западной Гренландии, комплекс Исуа) – органические соединения в графитовых включениях, окисленное железо. Эти следы указывают на присутствие фототрофных организмов в тот период (4 млрд лет назад и ранее). Появлению автотрофных фотосинтезирующих организмов должен был предшествовать период существования гетеротрофных организмов. Отсюда следует, что начало жизни отодвигается ещё дальше – за пределы 4 млрд лет назад. Таким образом, жизнь на планете, по последним данным, существует примерно столько, сколько существует сама планета.

В свете новых данных неизбежно следует вывод о раннем зарождении жизни в пределах Солнечной системы. Химическая эволюция вещества Земли и всех планет Солнечной системы совершалась ещё в космических условиях в период, предшествовавший их образованию. Некоторые исследователи полагают, что образование основной массы сложных органических веществ как родоначальников жизни совершалось за пределами Земли в период, предшествовавший её образованию. В настоящее время получены космохимические данные, указывающие на возможности возникновения органических веществ в космических условиях. Сложные органические вещества обнаружены в метеоритах, возраст

 

Развитие органического мира

Эра (дли-тельность, млн лет)	Период (длительность, млн лет)	Начало, млн лет назад	Климат и среда (глобальные геологические изменения)
Кайнозойская (новой жизни), 66±3	Антропо-геновый, 1, 5–2, 0	1, 5–2, 0	Характерна неоднократная смена потеплений и похолоданий. Крупные оледенения в средних широтах Северного полушария
Неогеновый (верхне-третичный), 23	25±2	Устанавливается равномерный тёплый климат
Палеогеновый (нижнетре-тичный), 41±2	66±3	Интенсивное горообразование (Крым, Кавказ, Памир, Гималаи, Анды и др.). Движения континентов; обособление морей Каспийского, Средиземного, Чёрного и Аральского
Мезозойская (средней жизни), 165	Меловой, 70	136±5	Похолодание климата во многих районах Земли. Выраженное отступление морей, сменившееся обширным увеличением площади Мирового океана и новым поднятием суши. Интенсивные горообразовательные процессы (Альпы, Анды, Гималаи)
Юрский, 60	190– 195±5	Вначале влажный климат сменяется к концу периода засушливым в области экватора. Движения континентов, формирование Атлантического океана
Триасовый, 30–40	230±10	Ослабление климатической зональности, сглаживание температурных различий. Начало движения материков
Палеозойская (древней жизни) 340±10	Пермский, 50	230±10	Резкая зональность климата. Завершение горообразовательных процессов карбона. Отступление морей и формирование полузамкнутых водоёмов. Рифообразование
Каменно-угольный (карбон) 65±10	345±10	Всемирное распространение лесных болот. Равномерно тёплый влажный климат сменяется в конце периода холодным и сухим. Период завершается обширным оледенением южных континентов. Активное горообразование (Тянь-Шань, Урал, Альпы, Судеты, Кордильеры, Скалистые Альпы)

Таблица 3

 

Развитие органического мира
Мир растений	Мир животных
Растительный мир принимает современный облик, формируются ныне существующие сообщества	Появление и развитие человека. Животный мир принимает современный характер
Господство покрытосеменных растений; сохраняется большое количество групп, возникших в меловом периоде. Состав флоры близок к современному; в конце периода появляются тайга и тундра	В морях большое количество кораллов, моллюсков
Широко распространяются пресноводные костные рыбы, вымирают многие формы головоногих мол-люсков. На суше среди позвоночных: хвостатые и бесхвостые амфибии; крокодилы, ящерицы, змеи и черепахи. Появляются многие отряды млекопита-ющих, в т.ч. приматы. Обособление центра развития растительности и животных в Южной Америке. Широкая дивергенция птиц. Расцвет насекомых
Резкое сокращение численности папоротников и голосеменных. Появление первых покрытосеменных растений	Появление настоящих птиц, плацентарных и сумчатых млекопитающих. В водоёмах преобладание костных рыб. Расцвет насекомых. Вымирание крупных рептилий и примитивных мезозойских млекопитающих
Широкое распространение папоротников и голосеменных. Появление хорошо выраженной ботанико-географической зональности	В океане появление новых групп моллюсков, возникновение головоногих, иглокожих. Господство пресмыкающихся на суше, в океане и в воздухе. В конце периода появление первоптиц – археоптерикса
Распространение папоротниковидных, хвощевидных, плауновидных. Вымирают семенные папоротники	Начало расцвета рептилий – века динозавров, появление крокодилов, черепах и др. Возникновение первых млекопитающих, настоящих костистых рыб
Исчезновение лесов карбона из-за вымирания древовидных папоротников, хвощей и плаунов. Распространение хвойных в Северном полушарии	Быстрое развитие рептилий, возникновение звероподобных пресмыкающихся. Вымирание трилобитов и сокращение числа отрядов других беспозвоночных и позвоночных
На суше – леса с преобла-данием споровых растений, появление первых хвойных. В болотах и прибрежных районах мелких морей накопление большого количества растительных остатков	Широкое распространение фораминифер, кораллов, моллюсков. Расцвет земноводных, появление первых рептилий – котилозавров, летающих насекомых, лёгочных моллюсков. Сокращение численности трилобитов

 

Эра (дли-тельность, млн лет)	Период (длительность, млн лет)	Начало, млн лет назад	Климат и среда (глобальные геологические изменения)
Палеозойская (древней жизни) 340±10	Девонский, 55	400±10	Климат со сменой сухих и дождливых сезонов. Оледенение на территории современных Южной Америки и Южной Африки. Полное освобождение от моря Сибири и европейской части России
Силурийский, 35	435±10	Вначале сухой климат, затем влажный с постепенным потеплением. Интенсивное горообразование (Скандинавские горы, Саяны), возникновение первых коралловых рифов
Ордовикский, 55±10	490±15	Равномерно умеренный влажный климат с постепенным повышением средней температуры. В начале периода большая часть суши занята морем, затем в связи с интенсивным горообразованием освобождение от воды значительных территорий
Кембрийский, 80±20	570±20	Оледенение в начале периода сменяется умеренно влажным, а затем сухим климатом. Активное наступление моря, сменяется в конце периода его отступлением
Протерозойс-кая (ранней жизни), 2000		2600± 100	Поверхность планеты – голая пустыня. Климат холодный, частые оледенения, особенно обширное в середине протерозоя. В конце эры содержание свободного кислорода в атмосфере до 1%. Активное образование осадочных пород
Архейская, 900			Активная вулканическая деятельность. Анаэробные условия жизни в мелководном древнем море. Развитие кислородсодержащей атмосферы

которых 4, 5–4, 6 млрд лет, что совпадает с возрастом Земли и Луны. В органическом веществе метеоритов обнаружены спирты, углеводороды, органические полимеры, аминокислоты, которые входят в состав белков. Но все они не обладают оптической активностью, что свидетельствует об их абиогенном происхождении. Отсюда можно сделать вывод, что образование органических соединений в Солнечной системе на ранних стадиях развития было типичным и массовым явлением. Возникшие в космических условиях органические вещества

Окончание таблицы 3

Развитие органического мира
Мир растений	Мир животных
Развитие, а затем вымирание псило-фитов. Возникновение основных групп споровых растений: плауновид-ных, хвощевидных, папоротниковид-ных, первых примитивных голосемен-ных (семенные папоротники). Появление грибов	Появление рыб всех известных крупных систематических групп. Вымирание значительного количества беспозвоночных и большинства бесчелюстных. Освоение животными суши (пауки, клещи и другие членистоногие), в конце периода первые позвоночные – стегоцефалы
В конце периода – выход растений на сушу – появление псилофитов (риниофиты)	Пышное развитие кораллов и трилобитов. Появление древнейших рыб – акантодов и первых наземных животных, дышащих атмосферным воздухом, – скорпионов. Вымирание некоторых групп кораллов
Исключительное разнообразие водорослей	Появление первых позвоночных – бесчелюстных. Остатки первых коралловых полипов. Господство трилобитов, иглокожих. Возникновение новых классов и вымирание некоторых групп беспозвоночных
Дивергентная эволюция водорослей; возникновение многоклеточных форм	Расцвет морских беспозвоночных, из которых 60% – трилобиты. Появление организмов с минерализованным скелетом
Распространены преимущественно одноклеточные зелёные водоросли	Возникновение всех типов беспозвоночных животных. Широко распространены простейшие, кишечнополостные, губки, предки трилобитов, иглокожих. Предположительно первые представители хордовых – бесчерепные
Возникновение жизни на Земле. Появление первых клеточных форм – начало биологической эволюции. Следы жизни незначительны. Обнаружены остатки анаэробных автотрофных предшественников синезелёных (цианобактерии), зелёных водорослей, бактерий. Первые строматолиты

 

вошли в состав многих тел и попали на Землю, где обеспечили возникновение саморегулирующихся высокомолекулярных систем – предков первых живых организмов.

Предполагают, что первые формы жизни на нашей планете представляли собой биохимически простые неклеточные или одноклеточные структуры в водоёмах, гетеротрофные по способу питания. Важным переломным этапом в эволюции биосферы был переход от гетеротрофного к автотрофному способу существования. Восстановительная гетеротрофная биосфера (протобиосфера) превратилась в автотрофную окислительную. Это было обусловлено возникновением фотосинтезирующих организмов, которыми были сине-зелёные водоросли и их предки.

В соответствии с данными палеонтологии можно предполагать, что на протяжении более двух миллиардов лет биосфера формировалась исключительно деятельностью прокариотов. Сформировав кислородную атмосферу, они связали и перевели в карбонатные породы огромное количество углекислого газа, изменили солевой состав океана и сформировали месторождения железных руд, фосфоритов и других ископаемых. Формирование окислительной атмосферы повлекло за собой бурное развитие эукариотных организмов. В связи с ростом и размножением фотосинтезирующих организмов концентрация кислорода в атмосфере постепенно возрастала, что создало предпосылки для образования озонового экрана и выхода живых организмов из гидросферы в наземную среду. Развитие биосферы в ходе геологического времени носило необратимый характер (табл. 3).