3. Возникновение и многообразие жизни на Земле

Земля как планета закончила свое формирование примерно 4,6 млрд. лет назад (начало формирования – ~ 7 млрд. л.н. и продолжалось ~ 2,5 млрд. л – космогонический этап). Этой цифрой датируется начало гадейского эона (надэры; 4,6 – 3,9 млрд. л.н.). Геологических доказательств существования в это время живых организмов на Земле нет.

Когда точно жизнь возникла на Земле не известно. Однако известно, что уже в архейском эоне (3,9 – 2,6 млрд. л.н.) существовали различные простейшие организмы.

К этому времени относится возникновение древнейших осадочных пород. Эти породы содержат либо биогенный углерод, связанный в своем происхождении с жизнедеятельностью организмов, либо строматолиты и микрофоссилии.

Строматолиты – кораллоподобные осадочные образования (карбонатные или кремниевые), представляющие собой продукты жизнедеятельности древнейших автотрофов (в основном цианобактерий). Микрофоссилии – микроскопические включения в осадочные породы ископаемых микроорганизмов.

Согласно наиболее разработанной теории (однако и довольно спорной) А.И. Опарина (а также Дж. Холдейна и Г. Меллера), жизнь возникла в «первичном» океане (водный раствор различных неорганических веществ: соединения азота, углерода, серы, фосфора и т.д.) из элементов неживой природы, т.е. абиогенным путем.

В тех условиях (мощные атмосферные электрические разряды, ультрафиоле­товое излучение, внутреннее разогревание Земли) простейшие неорганические соединения постепенно превращались во все более и более сложные органические вещества (аминокислоты, азотистые основания, сахара). С течением времени первобытный океан превратился в раствор органических соединений – «первичный, или питательный бульон» – среду благоприятную для образования новых, более сложных органических молекул (белков и нуклеиновых кислот).

Затем эти полимеры начали объединяться в многомолекулярные системы («коацерватные капли»), которые постепенно усложнялись, совершенство­вались и дали начало первым живым существам – прокариотам – примитивным бактериям (~3,6 млрд. л.н.).

Питались первые бактерии гетеротрофно, т.е. путем поглощения готовых органических и неорганических веществ «первичного бульона». Они быстро размножались и, в конечном итоге, им стало не хватать питательных элементов. Некоторые организмы в этих условиях выработали способность самостоятельно производить органические вещества. Таким образом появились первые автотрофные организмы (прокариоты), которые синтезировали органические вещества путем хемосинтеза – синтеза органических веществ благодаря энергии поступающей в результате окисления некоторых неорганических веществ (Н₂S, NН₃ и т.д.) без выделения О₂ либо в результате фотосинтеза – синтеза органического вещества благодаря солнечной энергии, однако тоже без выделения О₂ (так как донорами электронов в этом процессе выступала не Н₂О, а, например, Н₂S – в результате накапливалась сера):

CO₂ + 2H₂S → (CH₂O) + 2S↓ + H₂O

Таким образом, первые автотрофы были анаэробными организмами.

Древнейшие бактериальные сообщества были похожи на пленки плесени, располагавшиеся на дне водоемов или в их прибрежной зоне. Оазисами жизни часто служили вулканические области, где на поверхность из внутренних слоев Земли поступали H₂, S и H₂S – основные доноры электронов.

В конце Архея – начале Протерозоя (2,6 – 0,6 млрд. л.н.) возникли цианобактерии, которые были способны к фотосинтезу с выделением свободного О₂ (так как донором электронов в процессе являлась Н₂О) – это пер­вые аэробные организмы, благодаря деятельности которых в атмосфере стал на­капливаться свободный О₂ (атмосфера стала окислительной), что явилось предпо­сылкой возникновения в середине Протерозоя (~1,8 млрд. л.н.) первых одноклеточных эукариотов (протистов) – строгих аэробов, имеющих более сложное строение, в клет­ках которых имелось ядро. Предполагают, что это были планктонные организмы.

CO₂ + 2H₂O → (CH₂O) + O₂↑ + H₂O

Длительное время в Протерозое цианобактерии и эукариоты существовали совместно, а затем эукариоты вытеснили цианобактерий и стали преобладать.

В конце Протерозоя (~1 млрд. л.н.) появились многоклеточные организмы. Незадолго до начала четвертого эона – Фанерозоя (начало 570 млн. л.н.) – уже существовала развитая система сообществ, в которых преобладали планктонные (свободноплавающие) и бентосные (донные) водоросли и многоклеточные растительноядные животные.

Породы фанерозоя изобилуют ископаемыми животными и растениями.

В течение трех эр фанерозоя (Палеозой, 570 – 230 млн. л.н.; Мезозой, 230 – 65 млн. л.н.; Кайно­зой, начало 65 млн. л.н.) происходила и до сих пор происходит совместная эволюция живых организмов. Особенность истории развития живых организмов в фанерозое состояла в том, что определенным группам животных соответствовали определенные группы растений.

Древнейшие наземные растения (риниофиты) появились в конце силура палеозойской эры, т.е. ~410 – 420 млн. л.н. назад. В девоне – карбоне возникли все основные группы (таксоны) ныне живущих и вымерших растений, за исключением покрытосеменных. Однако господствующими формами в течение всего палеозоя, начиная с середины девона, были различные споровые: хвощевидные, плауновидные и папоротниковидные, древоивдные формы которых нередко образовывали леса. Среди животных в конце палеозоя господствовали рыбы и земноводные.

В конце палеозоя на Земле появились голосеменные растения. Их господство начинается с конца перми (около 220 млн. л.н.) и продолжалось в течение почти всего мезозоя. В мезозойскую эру появляются рептилии, млекопитающие, птицы.

В конце мезозойской эры (нижний мел, ~120 млн. л.н.) появляются покрытосеменные растения, которые в течение всего кайнозоя вплоть до нашего времени занимают господствующее положение. В кайнозое произошел расцвет млекопитающих и птиц.

Примерно 2 млн. л.н. (начало четвертичного периода кайнозойской эры) состав флоры и фауны приближается к современному.

Сейчас в мире существует около 2 млн. видов организмов и около 500 млн. видов вымерло в предшествующие геологические эпохи.