Развитие жизни в архее и протерозое
Жизнь в это время была представлена сообществами, где ведущую роль в звене продуцентов играли цианобактерии (сине-зелёные водоросли), а их мёртвые клетки разлагали многочисленные и разнообразные бактерии «микрофлоры рассеивания». Эти сообщества оставили после себя ископаемые строматолиты. Значительная часть бактерий свиты рассеивания сама была способна к производству органики, получая энергию от химических соединений, порождённых активным вулканизмом. Они тоже оставили доказательства своего существования. Так, бактерии, окисляющие сероводород до серы, создали нынешние залежи самородной серы.Два с лишним миллиарда лет, от раннего архея до позднего протерозоя жизнь темпы биологической эволюции были очень медленными. Ускорение биологической эволюции дали многоклеточные эукариоты, появившиеся, возможно, в позднем архее. Однако протерозойский спурт мог быть обеспечен только появлением достаточного количества кислорода в атмосфере. Теперь обладатели митохондрий, разлагая тот же субстрат, что и раньше, могли получать раз в пять больше энергии. В позднем протерозое была пройдена «точка Пастёра» - такая концентрация кислорода в окружающей среде, выше которой кислородное дыхание становится энергетически выгодным. Появившиеся около миллиарда лет назад многоклеточные красные и зелёные водоросли способствовали переходу атмосферы из восстановительной в окислительную.Бактерии по-прежнему являются ведущей силой в геологических процессах. Теперь железобактерии создают запасы железных руд. Если в прежние времена ржавое железо должно было бы на воздухе превращаться в зелёную закись, то теперь растворимые закисные формы железа энергетически выгоднее переводить в нерастворимый Fe2O3. Этот процесс может происходить как абиогенно, так и в результате деятельности железобактерий. Возможно, важнейшие запасы железных руд Курской магнитной аномалии, Криворожского бассейна и др. сделали те же микроорганизмы, которые и сейчас поселяются на внутренней поверхности железного бака с водой. Переводя железо в нерастворимую форму, железобактерии откладывают его в виде чехлика на наружной поверхности клеток. Потом они отмирают, а эти пустотелые колбаски из ржавчины будут миллиард лет ждать металлургов. В море накапливаются соли серной кислоты - сульфаты. Их окисленная сера - тоже продукт деятельности бактерий.В позднем протерозое (речь идёт о двух последних его периодах – рифее и венде) существовали красные и зелёные водоросли современных отрядов и классов. Тогда же возникли многоклеточные животные практически всех известных нам типов.Как и от кого – пока неизвестно, точнее, неизвестна та группа простейших, которая могла породить многоклеточных животных. Ближайшими нашими родственниками являются истинные грибы – мухоморы, дрожжи, плесени. Губки (паразоа), которые в учебниках зоологии рассматриваются как первые многоклеточные организмы – это параллельная веточка многоклеточных животных, возникшая до разделения предков грибов и собственно многоклеточных животных – метазоа.
Кембрийский парадокс и жизнь в палеозое
Вдруг ленивый шаг биологической эволюции сменяется на бешеный галоп. Это происходит в следующую геологическую эру - палеозойскую. Здесь наблюдается так называемый кембрийский взрыв.570 млн. лет назад, сразу, с четверга на пятницу, со свистом и грохотом, животные начали строить панцири, раковины, зубы, хитиновый наружный скелет – всё то, что сохраняется, где углерод медленно заменяется кремнием, и создаёт окаменелости. Прежнюю убогую картину с маловыразительными сульфатами, строматолитами и самородной серой, ржавыми слепками бактериальной клетки сменяют отпечатки целых животных – членистоногих, моллюсков, губок, кораллов, иглокожих.
Кембрий – первый период палеозойской эры. Когда биолог говорит слово «докембрийский», он подразумевает при этом пустоту и неизвестность. Есть ещё два термина – криптозой - эра скрытой жизни, то же, что и докембрий, и фанерозой – эра явной жизни.Кембрийский парадокс содержит две загадки. Первая – почему это произошло? И почему именно 570 млн. лет назад?Вторая – где предковые формы? В кембрии присутствуют основные типы животных, но откуда они взялись? Биологи любят рисовать филогенетические деревья, отражающие историю животных. Если взять такое дерево, отрезать нижнюю половину, останется то, что содержит фанерозой. Вот вершки, но где корешки?Во второй половине ХХ века была открыта докембрийская фауна, которую называют эдиакарской или вендской. Она представлена желетелыми организмами, совершенно непохожими на всё то, что есть в кембрийских отложениях. Появляется третья загадка – наряду с вершками без корешков появились корешки без вершков, кембрийские вершки и вендские корешки несовместимы…Чем питались животные кембрия? Большинство из них были фильтраторами, т. е. отцеживали микроскопический планктон. Это губки и археоциаты, некоторые кишечнополостные, внешне похожие на двустворчатых моллюсков брахиоподы (плеченогие), многие кольчатые черви и раки, а также первые представители хордовых.Нынешние коралловые полипы живут за счёт симбитических одноклеточных водорослей, обитающих в тканях полипов. Вероятно, так же было и в кембрии. Мелкие водоросли, постоянно поселяющиеся на твёрдом субстрате - безусловно, существовали и в кембрии. Ими питаются соскребатели - улитки из класса брюхоногох, первые представители которых тоже известны из кембрия.Имевшиеся тогда крупные многоклеточные водоросли - красные и зелёные - имеют сравнительно близких ныне живущих родственников, которых и сейчас мало кто способен съесть. Их мёртвые тела покрываются шубой бактерий и становятся достаточно привлекательной пищей для детритофагов (мертвоедов). Эти звенья пищевой цепи - самые многочисленные и разнообразные - занимали трилобиты.И, наконец, появляются хищники - крупные членистоногие, родственные им аналомокарисы и головоногие моллюски.Следующий период палеозоя – ордовикский – характерен увеличением разнообразия жизни. Количество ископаемых видов и родов увеличивается на порядок. Появились бурые водоросли – те самые, которые создают подводные леса в прибрежной части современных морей, известные потребителю в виде морской капусты. От трилобитов отщепляется веточка, развившаяся в подтип хелицеровые (ныне полнее всего представленная паукообразными). Их наиболее древние представители - ордовикские ракоскорпионы - мало отличаются от современных скорпионов. Они первыми вышли на сушу.В кембрийские и ордовикские времена жизнь существовала в основном в море, высшие формы жизни – исключительно в море. Следующий период – силурийский – характеризуется выходом на сушу многоклеточных растений и животных - прежде всего паукообразных и многоножек. Покинуть водную среду они смогли только после накопления в атмосфере достаточного количества кислорода, и, как следствие, появления озонового экрана, защитившего поверхность планеты от «кварцевания» жёстким ультрафиолетом солнечного излучения.Сколько-нибудь знакомых нам сосудистых растений нет. В прибрежной зоне, в местах с высокой влажностью селятся псилофиты (правильнее - риниофиты) - сосудистые растения без листьев и корней, ползучий стебель, от которого вверх на несколько десятков сантиметров поднимаются редко ветвящиеся зелёные палочки. Их отдалённые потомки дожили до наших дней (3 вида). Собственно рыб нет («панцирные рыбы» силура – не рыбы, а нечто чуть повыше ланцетника) животных ещё нет, континенты заселены паукообразными, насекомыми, многоножками.В следующем, девонском периоде в океане появляются рыбы – хрящевые и костные, а в самом конце девона примитивные костные выходят на сушу и превращаются в земноводных. Природа изобретает листья - источник питания для новых животных. Листья легче всего разрушаются с образованием гумуса (перегноя). Так растения превращают грунт в почву и в этом им помогают беспозвоночные. Под слоем листового опада благоденствуют новые формы членистоногих. Помимо почвенных клещей - представителей класса паукообразные - возникают неведомо от кого произошедшие трахейнодышащие: несколько классов многоножек и первый класс насекомых - скрыточелюстные. Все они - почвенные животные, питающиеся мёртвой растительностью, детритофаги или хищники, пожирающие детритофагов.
На суше появляются леса. Листья дают тень. Чтобы избежать затенения, нужно подняться выше конкурентов.
Четыре новых отдела (= типа) истинных сосудистых растений появились в девоне - плауны, хвощи, папоротники и голосеменные - и каждая новая ветвь дала древовидные формы.
Каменноугольный период (карбон). Леса были не только папаротниковыми, но также хвощевыми и плауновыми, а кроме того, семенные папортники в карбоне дали начало другим классам голосеменных - дожившим до нас хвойным, гинкговым и саговниковым (цикадопситам). Старые стволы падали в болото и там превращались в уголь.Появляются первые крылатые насекомые. В течение каменноугольного периода возникают, вероятно, все основные отряды насекомых.И вдруг вода в этом мире исчезает. Заканчивается тектонический период с одной конвективной ячейкой. Материки сползаются в один суперконтинент – Пангею, на котором воцаряется суперконтинентальный климат.
Начало этого процесса положено в следующий и последний период палеозоя – пермский. Будущие хозяева суши – пресмыкающиеся и голосеменные - быстро развиваются. Самые примитивные представители рептилий появляются в позднем карбоне, в перми пресмыкающиеся достигают значительного разнообразия. Появляется новый класс голосеменных - беннетитовые, от которых произошли современные хвойниковые (гентовые).
Мезозой