Планета Земля насчитывает миллиарды лет истории, наполненной бурными событиями. Жизнь, которая зародилась в глубинах древних океанов, прошла через невероятные эволюционные этапы, чтобы в итоге дать нам невероятное разнообразие живых организмов. Как это всё так получилось?
Давайте кратко изучим этот вопрос и узнаем, как развивалась жизнь на нашей планете, что помогло ей преодолеть жестокие катаклизмы, и какие удивительные формы она принимала.
Архейская эра (более 3500 млн лет назад)
Архейская эра стала отправной точкой для жизни. Тогда Земля была совсем иной: бескрайние океаны покрывали планету, атмосфера была насыщена углекислым газом, а кислорода практически не было. Однако именно в таких экстремальных условиях началась удивительная история.
Первыми появились прокариоты — одноклеточные организмы без ядра. Они обитали в горячих от вулканов и минерализованных водах соленых лагун. Большое количество сероводорода, железа, аммиака запустили химические реакции, сдвинувшие развитие с мертвой точки.
Роль цианобактерий и появление кислорода
Особая группа прокариот — цианобактерии (синезелёные водоросли) — совершила настоящий переворот в истории планеты. Для производства себе пищи они начали использовать солнечный свет, а в конце этого производства в атмосферу выделялся кислород, как побочный продукт. На протяжении миллионов лет кислород накапливался в океанах, связываясь с железом и образуя осадочные породы.
Основа всей жизни заключается в формировании более стабильных и цельных структур. В итоге так вышло, что живущие на мелководье цианобактерии начали формировать огромные колонии. Они выделяли слизь, которая удерживала частицы песка и карбоновых веществ, накапливавшиеся в виде слоёв. С течением времени эти слои затвердевали, образуя куполообразные структуры - строматолиты. С помощью определенных подсчетов этих слоев, ученые могут понять примерный возраст этих образований. Самые древние строматолиты, обнаруженные учеными, датируются возрастом около 3,5 млрд лет.
Протерозойская эра (2500 млн лет назад)
Протерозой стал настоящим “взрывом кислорода”. Благодаря фотосинтезу цианобактерий атмосфера стала насыщаться этим газом, что в корне изменило условия на планете. Это был переломный момент. Первоначально весь кислород вступал в реакцию с растворённым железом в морях, образуя обширные залежи железистых пород (так называемые железисто-кремнистые формации).
Однако к 2,4 млрд лет назад океаны стали насыщаться кислородом, и он начал выходить в атмосферу. Для многих анаэробных организмов, которые привыкли жить в безкислородной среде, кислород оказался ядовитым.
Это привело к массовому вымиранию таких организмов, которые либо исчезли, либо были вынуждены переселиться в экстремальные среды, где кислород оставался на низком уровне (например, в глубоководные слои океанов).
Появление эукариот
Около 1,5 млрд лет назад возникли первые клетки с ядром. Этот важнейший шаг открыл путь к появлению сложных организмов.
Около 1,8–1,5 млрд лет назад на смену прокариотам пришли первые эукариоты — клетки с ядром. Как это произошло?
Теория симбиогенеза предполагает, что эукариотические клетки возникли в результате слияния разных прокариот. В какой-то момент бактерия не смогла переварить съеденную клетку, более того, получилось так, что съеденная бактерия стала намного полезнее обычного "перекуса". Например:
Бактерии, которые могли преобразовывать кислород в энергию, стали прототипами митохондрий. Фотосинтезирующие цианобактерии стали предками хлоропластов.
В итоге эукариотические клетки стали больше, сложнее, улучшилась жизнеспособность, а также стали образовывать многоклеточные структуры.
Вендский период (Эдиакарий)
К концу протерозоя, примерно 650 млн лет назад, началась эволюция многоклеточных организмов.
Многоклеточные водоросли:
Самые ранние многоклеточные водоросли были, например, красные и зелёные, имея огромное преимущество на другими в фотосинтезе благодаря хлоропластам. Они смогли размножиться в огромные организмы (некоторые могут вырастать до 10 метров) и полностью занять океанские просторы.
Животные:
Примерно 600 млн лет назад возникли первые мягкотелые животные. Это были организмы, напоминающие современных медуз. Также были обнаружены следы ползанья на морском дне, что может указывать на существование в то время примитивных червеобразных существ.
Строматолиты продолжали существовать, но вендская фауна начала “теснить” эти микробные колонии, демонстрируя огромное доминирование.
Палеозойская эра
Палеозойская эра (около 330 млн лет) стала временем значительных изменений, когда жизнь на Земле пережила один из самых драматичных этапов своей истории. Это был период формирования современных экосистем и появления первых сложных форм жизни на суше. Кратко рассмотрим ключевые события каждого периода палеозоя, начиная с раннего “кембрийского взрыва” и заканчивая массовым вымиранием в конце пермского периода.
Кембрийский период (542–488 млн лет назад)
Кембрий был временем грандиозных изменений, известным как кембрийский взрыв. Это был момент, когда на Земле появилось огромное количество новых форм жизни, включая почти все основные типы животных, существующих до сих пор.
Атмосфера Земли в кембрийский период содержала уже достаточно кислорода, что способствовало эволюции более активных животных с высокоорганизованными тканями. Океаны стали богатым источником пищи для развивающихся существ. Появились первые позвоночные - бесчелюстные (Agnatha).
Одним из самых важных изменений было появление твердых скелетов. Множество беспозвоночных, такие как трилобиты, моллюски, иглокожие, развили жесткие внешние скелеты, которые позволяли им защищаться от хищников и активно перемещаться по морскому дну.
Ордовикский период (488–443 млн лет назад)
Ордовик стал временем расцвета морской жизни, и это был период, когда жизнь на Земле продолжала активно развиваться.
Ордовикские океаны были заполнены головоногими моллюсками (такими как аммониты), морскими лилиями и другими организмами, которые процветали благодаря разнообразию экологических ниш. В это время начали формироваться первые коралловые рифы, которые стали не только домом для тысяч морских видов, но и важными структурными элементами экосистем.
Также были найдены остатки ракоскорпионов (Eurypterida), жившие 470-248 миллионов лет назад. Данный отряд привел к дальнейшему развитию современных мечехвостых.
Силурийский период (443–416 млн лет назад)
Растения начали активно осваивать сушу, что стало важным шагом в изменении состава атмосферы и грунта. Появление первых папоротниковидных растений способствовало улучшению качества почвы и увеличению кислорода в атмосфере, что позже окажет влияние на развитие наземных экосистем.
Появление сосудистых растений: Это был важный шаг в эволюции, поскольку появление сосудистых растений означало, что растения теперь могли переносить воду и питательные вещества по всей своей структуре, что открыло возможность для их распространения в более сухие участки Земли. Эти растения стали основой будущих экосистем на суше.
Рыбы начали доминировать в морских экосистемах, а жизнь на суше становилась всё более разнообразной. Развитие челюстных рыб стало важным шагом в эволюции позвоночных. Этот период стал временем появления таких видов, как акулы, которые были более специализированы в поиске пищи.
Девонский период (416–359 млн лет назад)
На суше появились первые скорпионы и клещи, которые стали предками современных наземных беспозвоночных. Эти животные могли существовать на суше благодаря особым адаптациям, включая защитные экзоскелеты и системы дыхания, способные работать в условиях низкого содержания кислорода. В конце девона амфибии впервые начали осваивать сушу. Эти животные могли выходить из воды, но оставались связаны с ней для размножения. В дальнейшем это приведет к большим адаптациям жизни вне воды.
На суше начали распространяться папоротники, а также возникли первые деревья, что ознаменовало начало формирования лесов.
Карбон (359–299 млн лет назад)
Карбон был тем временем, когда Земля была покрыта густыми лесами. Миллионами лет старые деревья отмирали, оставляя потомство и таким образом откладывалось большое количество углеродной породы. Её было настолько много, что до сих пор человечество его использует в качестве топлива. В этот период также произошла эволюция насекомых. Большое количество кислорода, образованного растениями, побудило их увеличиваться до очень больших размеров. Рахмах крыльев стрекозы мог превышать 75 см!
Важное развитие также произошло в организме позвоночных. Появилась новая клада, называемая Амниоты, отличимая от остальных специальным новым водным слоем - амнион, который позволяет откладывать яйца не в воду. Данная концепция, да и не только она, а еще и другие преобразования организма, позволили амфибиям не находиться постоянно возле воды и занимать засушливые территории. Так появились рептилии.
Началось постепенное вымирание трилобитов из-за все того же теснения другими организмами.
Пермь (299–251 млн лет назад)
Пермь стала финальным аккордом палеозойской эры, а её завершение ознаменовалось крупнейшим массовым вымиранием в истории Земли.В это время климат становился более засушливым, температура была в среднем 60 градусов по Цельсию, что привело к изменениям в растительности. Большинство лесов вымерло, уступив место более засушливым ландшафтам. Для животных ситуация была не лучше. Климат уничтожил около 90% морских и 70% наземных видов. Это событие стало важным рубежом, после которого началась эволюция новых форм жизни, включая первых динозавров и новых групп семенных растений, включая Хвойных. Начинается новая эра.
Мезозойская эра: Эпоха динозавров и расцвет рептилий
Мезозойская эра (около 180 миллионов лет назад) была временем доминирования рептилий и появления новых групп животных, которые значительно изменили облик Земли. В эту эру произошли три крупных геологических периода: Триас, Юра и Мел. Все они ознаменовались важными эволюционными шагами, в том числе расцветом динозавров, появлением птиц и млекопитающих, в том числе приматов.
Триас (251–201 млн лет назад)
После масштабного вымирания в конце пермского периода, Триас стал временем возрождения жизни и появления новых форм. Это был период, когда начали доминировать рептилии и появились первые млекопитающие.
Одним из важных событий этого периода стало появление костистых рыб — одной из самых многочисленных групп рыб, которые оставили значительный след в эволюции морской фауны. Эти рыбы имели полностью костный скелет, что позволяло им быть более подвижными и защищёнными от хищников.
Рептилии начали активно осваивать сушу, где появилась огромная разнообразие форм — от мелких динозавров до более крупных видов.
Появились первые млекопитающие. Маленькие, скорее всего, жившие ночью и питающиеся насекомыми. Эти животные начали развиваться в небольших группах, но их численность была невелика, так как они не доминировали в экосистемах.
Юра (201–145 млн лет назад)
Юрский период стал одним из наиболее значимых в истории Земли. Это было время, когда динозавры достигли своего пика в эволюционном развитии, а также началась эволюция птиц — одного из самых выдающихся достижений природы.
Рептилии, включая динозавров и других групп, полностью освоили различные среды обитания и стали ведущими животными своего времени. На суше доминировали динозавры, как травоядные, так и хищные. Огромные брахиозавры и диплодоки (травоядные динозавры) паслись в густых лесах, а хищные динозавры, такие как аллозавры, преследовали их. Эти гигантские создания достигали размеров, которые не имели аналогов в предыдущие эры.
Морские рептилии, такие как ихтиозавры и плезиозавры, освоили водную среду. Их тело было идеально адаптировано для жизни в воде — ихтиозавры напоминали современных дельфинов, с гладким телом и мощными хвостами для быстрого плавания, а плезиозавры имели длинные шеи и могли охотиться в разных слоях воды.
Птерозавры стали первым классом животных, освоившим полет. Эти рептилии, с крыльями, похожими на летучих мышей, имели удивительные размеры — от маленьких существ до гигантских, с размахом крыльев более 10 метров. Их способность летать позволяла им занимать уникальную экологическую нишу, охотясь за рыбой или же поднимаясь в небеса для других целей.
К концу Юры на Земле появилось одно из самых революционных живых существ — птицы. Самым известным представителем переходной формы между динозаврами и птицами стал Археоптерикс. Археоптерикс имел перья и крылья, как настоящие птицы, но также обладал чертами динозавров, такими как зубы и хвост. Это животное не могло летать, как современные представители, но, скорее всего, использовало свои крылья для планирования с деревьев или коротких полетов.
Мел (145–66 млн лет назад)
Меловой период стал временем, когда начался процесс исчезновения динозавров. В это время происходят важнейшие изменения в флоре и фауне Земли.
В начале Мела на Земле происходят масштабные вымирания, которые затронули многие группы животных, в том числе морских беспозвоночных и птерозавров, а также ихтиозавров. Это были первые сигналы того, что экосистема Земли снова изменяется. Причины вымираний остаются до сих пор предметом исследований, но считается, что такие факторы, как вулканическая активность и падение астероидов, сыграли свою роль. К концу периода исчезли все крупные динозавры, и на Земле оставались только их мелкие потомки и другие группы животных, в том числе птицы, которые смогли адаптироваться к условиям.
Цветковые растения (покрытосеменные) начинают доминировать в экосистемах Мела. Эти растения привлекали разнообразных насекомых и способствовали развитию экосистем. Цветковые растения стали важным источником пищи для насекомых и птиц. Эти растения также начали изменять состав атмосферы и грунта, поддерживая жизнь и увеличивая количество кислорода.
Цветковые растения быстро распространились по Земле, что привело к изменению облика флоры планеты. Этот процесс продолжался в течение всего Мела и до сих пор оказывает влияние на экосистемы.
В меловом периоде произошло разделение на два крупных отряда млекопитающих: сумчатые и плацентарные. Сумчатые (предки современных кенгуру, опоссумов и коал) начали распространяться, но оставались относительно малыми. Плацентарные (предки большинства современных млекопитающих, включая приматов, копытных и хищников) стали особенно успешной группой, поскольку их потомство развивалось дольше в утробе, что давало ему больше шансов на выживание.
К концу мела появились ранние формы приматоподобных млекопитающих. Эти животные, вероятно, были небольшими древесными существами, ведущими ночной образ жизни. Они обладали более развитыми мозгами, хватательными конечностями и, возможно, зачатками стереоскопического зрения, что в будущем стало основой для успешного развития приматов в кайнозое.
Палеоген (66–23 млн лет назад)
В палеогене планета восстанавливалась после удара астероида, уничтожившего динозавров. Климат оставался тёплым и влажным, а растительность была представлена пышными тропическими лесами.
После исчезновения крупных рептилий стали доминировать млекопитающие и быстро увеличили своё разнообразие. Появились предки современных хищников, копытных, грызунов, китообразных и приматов. Появились травянистые цветковые растения, что привело к развитию степей и саванн. Это изменило экосистемы и способствовало появлению животных, приспособленных к бегу. Некоторые млекопитающие начали адаптироваться к жизни в воде, дав начало предкам современных китов.
Многие птицы заняли экологические ниши, оставленные птерозаврами. Появились современные хищные, водоплавающие, воробьиные отряды птиц.
Неоген (23–2,6 млн лет назад)
В неогене Земля постепенно приближалась к современному климату и биосфере. Началось похолодание, возникли ледники в Антарктиде, что привело к уменьшению тропических лесов и распространению степей и саванн.
Леса сократились, а степи, саванны и пустыни заняли огромные территории. Это способствовало развитию копытных животных (лошадей, антилоп, слонов) и хищников (кошачьих, псовых, медведей). Морские млекопитающие продолжали развиваться, давая начало современным видам китов, дельфинов, морских котиков.
В это время появились человекообразные обезьяны – предки человека. Они научились передвигаться на двух ногах, что в конечном итоге привело к появлению первых предков людей.
Антропоген (2,6 млн лет назад – настоящее время)
Антропоген – это период, в котором появился человек и начал активно изменять окружающую среду. Уже тогда первые представители рода Homo приспособились изготавливать орудия труда. Они заселили все континенты, научились охотиться и строить жилища. Началось антропогенное воздействие на биосферу - изменения климата, природы и ландшафта, что привело к развитию нашей огромной цивилизации.