История развития органического мира

 

О возникновении жизни на Земле и начальных этапах ее развития можно только строить гипотезы (например, – А. И. Опарина о происхождении жизни). Биологической эволюции предшествовал длительный этап эволюции химической, связанный с появлением в водных бассейнах аминокислот, белков и других органических соединений.

Первичная атмосфера, по-видимому, состояла преимущественно из метана, углекислого газа, водяного пара, водорода; кислород находился в связанном состоянии. На одном из этапов развития сложные органические молекулы приобрели способность создавать себе подобные, т. е. превратились в первичные организмы. Они; по-видимому, состояли из белка и нуклеиновых кислот и обладали способностью к наследственной изменчивости. Под действием естественного отбора выживали более совершенные первичные живые организмы, вначале питавшиеся за счет органических веществ (гетеротрофные организмы). Позднее возникли организмы, способные синтезировать путем хемосинтеза или фотосинтеза из неорганических веществ органические (автотрофные организмы). Побочный продукт фотосинтеза – свободный кислород – накапливался в атмосфере. После возникновения автотрофных организмов появились широкие возможности для эволюции растений и животных.

История жизни восстанавливается по остаткам животных и растений и следам их жизнедеятельности, сохранившимся в осадочных и очень редко в метаморфических горных породах. Ископаемые остатки организмов, некогда населявших Землю, служат своеобразной летописью развития жизни на Земле в течение многих млн. лет. Эта геологическая летопись крайне не совершенна и отличается неполнотой, т. к. большое число организмов, особенно бесскелетных, исчезло бесследно. Огромный по времени докембрийский этап – криптозой (около 3 млрд. лет) – палеонтологически документирован очень слабо.

Наиболее древние следы жизнедеятельности организмов обнаружены в породах архея, возраст которых определяется от 2,6 до 3,5 и более млрд. лет. Они представлены остатками бактерий и сине-зеленых водорослей. Более разнообразны органические остатки, найденные в породах протерозоя, который был временем господства бактерий и водорослей. В нижнем протерозое представлены преимущественно продукты жизнедеятельности водорослей (строматолиты) и бактерий (в частности, железобактерий, образовавших некоторые залежи руд). По-видимому, в протерозое возникли первые многоклеточные животные, т. к. в отложениях конца протерозоя (вендский комплекс и др.) найдены отпечатки и ядра ряда бесскелетных животных – губок, медуз, кораллов, червей и некоторых других организмов неясного систематического положения. По преобладанию остатков медуз конец протерозоя называют «веком медуз». По-видимому, в протерозое существовали и другие организмы, т. к. в отложениях раннего палеозоя найдены остатки и следы жизнедеятельности представителей почти всех типов животного царства, свидетельствующие о том, что возникновение и становление многих типов произошло значительно раньше. Возможно, что все организмы протерозоя еще не имели твердого скелета и поэтому известно о них очень мало. К концу криптозоя произошли крупные палеогеографические изменения, связанные с завершением байкальского тектонического цикла. Вероятно, к этому же времени изменился состав атмосферы в результате широкого развития фотосинтезирующих растений (увеличилось содержание кислорода и соответственно уменьшилось количество углекислого газа) и химический состав морской воды.

Исключительно важным событием в истории развития органического мира было появление на рубеже докембрия и фанерозоя ряда групп организмов, обладавших органическим или минеральным скелетом. Многочисленные органические остатки из отложений фанерозоя позволяют не только восстанавливать историю развития органического мира, но и подразделять ее на определенные этапы (эры, периоды и т. д.), помогают производить палеогеографическую реконструкцию (определять границы морей и континентов, климатических зон, восстанавливать историю морских бассейнов и материков, выяснять образ жизни и условия существования организмов в прошлом).

Эволюция протекала как процесс приспособительный, или адаптивный, и основными его факторами были наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор. Конкретные пути эволюции были различными. Иногда происходили очень крупные качественные преобразования организмов (например, появление теплокровности). Более обычным путем эволюции было формирование приспособлений, не связанных с какими-либо существенными изменениями организации, но способствовавших более широкому расселению организмов и приспособлению к более разнообразным условиям.

Изучение организмов геологического прошлого позволило установить неодинаковую скорость эволюции как в целом, так и в пределах разных типов растений и животных. Эволюция, как правило, шла от простого к более сложному, но иногда в связи с приспособлением к иному образу жизни (малоподвижному, паразитическому). Более сложные формы давали начало более простым. Новые группы обычно возникали из относительно простых, неспециализированных форм. Развитие одних форм всегда сопровождалось вымиранием других, менее приспособленных. Эволюция – процесс необратимый.

Палеозойская эра по характеру органического мира отчетливо разделяется на 2 этапа. Для первого этапа (кембрий, ордовик и силур), совпадающего с каледонским тектоническим циклом, характерны преимущественно морские организмы. Продолжают существовать различные микроорганизмы и сине-зеленые водоросли; появляются фораминиферы (агглютинирующие), радиолярии, археоциаты, губки, мшанки, кишечнополостные, моллюски, членистоногие, иглокожие. Особенно характерны табуляты, трилобиты, плеченогие, граптолиты и др. В ордовике появляются первые позвоночные – бесчелюстные рыбообразные с двухкамерным сердцем и просто устроенным головным мозгом, защищенным впервые возникшей мозговой капсулой.

Дальнейшее развитие морских позвоночных шло по пути усложнения головного мозга (цефализация), кровеносной системы и всех остальных органов. В конце силура и в начале девона, когда на значительной территории Земли морской режим сменяется континентальным (конец каледонского цикла), многие представители названных групп вымирают. В конце силура одновременно появляются первые настоящие рыбы, имеющие челюсти.

Второй этап – поздний палеозой, совпадает с герцинским тектоническим циклом и характеризуется дальнейшей эволюцией органического мира, появлением и широким распространением наземных растений и животных. В начале девона распространилась первая наземная флора – псилофитовидная, в состав которой входили также примитивные плауновидные, членистостебельные и прапапоротники. В начале позднего девона эта флора сменилась археоптерисовой (названа по характерному растению – археоптерису). Появляются первые насекомые и наземные хелицеровые (скорпионы, пауки, клещи). В морях резко сокращается количество трилобитов и граптолитов, но возникает ряд новых групп, в частности аммонитоидеи из головоногих.

Особенно характерно для девона появление и быстрое развитие рыб (панцирных, лучеперых, кистеперых, двоякодышащих), в связи с чем девонский период иногда называют «веком рыб». Существенным преимуществом рыб по сравнению с бесчелюстными было наличие челюстей и более сложного мозга, состоявшего из 5 отделов.

В конце девона от кистеперых произошли первые наземные четвероногие – лабиритнодонты, относимые к земноводным. По-видимому, их размножение, так же как у современных форм, было тесно связано с водой, в которой развивались личинки и проходил дальнейший метаморфоз. Газообмен осуществлялся примитивными легкими и влажной кожей. Передний отдел головного мозга, возможно, был разделен на 2 полушария.

Конец палеозоя (карбон и пермь) был этапом завоевания суши разными группами организмов и в первую очередь растениями. Развилась растительность лесного типа, в которой господство принадлежало споровым растениям – плауновидным, членистостебельным и примитивным голосеменным.

В среднем и позднем карбоне обособились 3 ботанико-географических провинции: Тропическая, с флорой еврамерийского и катазиатского типов, и 2 внетропические – северная (Ангарская) и южная (Гондванская).

В Тропической провинции преобладали древесные плауновидные и сигиллярии), членистостебельные и разнообразные птеридоспермы; в Ангарской – кордаитовые, в Гондванской – глоссоптериевые. С расцветом растительности становятся многочисленными многие наземные беспозвоночные, в первую очередь членистоногие (насекомые). Большого разнообразия достигли земноводные.

В карбоне от них произошли первые пресмыкающиеся, тело которых было покрыто ороговевшей кожей (что предохраняло их от потери влаги). Вероятно, они, как и современные пресмыкающиеся, размножались на суше. Яйца их были защищены известковой скорлупой, дыхание осуществлялось только легкими; более совершенными стали кровеносная и нервная системы.

В середине пермского периода, совпадавшего с завершением герцинского тектонического цикла, размеры морей сократились, значительно увеличилась площадь материков. Все более широкое распространение получили настоящие голосеменные – хвойные, гинкговые, цикадовые и беннеттитовые. Большого разнообразия достигли пресмыкающиеся, ряд групп которых характерен только для перми. В конце пермского периода произошли значительные изменения в морской фауне. Вымерли ругозы, табуляты, многие группы морских лилий, морских ежей, плеченогих, мшанок, последние представители трилобитов, ряд хрящевых рыб, древних лучеперых, ряд кистеперых и двоякодышащих рыб, земноводных и пресмыкающихся.

Для начала мезозойской эры (триасовый период), связанного с началом мезозойского тектонического цикла, характерно существенное обновление морской фауны. Появились новые группы фораминифер, шестилучевых кораллов, более разнообразными стали радиолярии, брюхоногие, двустворчатые и головоногие моллюски. Возникли группы водных пресмыкающихся: черепахи, крокодилы, ихтиозавры и др.; на суше – новые группы насекомых, первые динозавры и примитивные млекопитающие (триконодонты, представленные очень мелкими и редкими формами).

В конце триаса сформировалась флора, в которой преобладали папоротники, цикадовые, беннеттитовые, гинкговые и хвойные.

В юрском периоде в основном продолжалось развитие групп, появившихся в триасе. Из морских беспозвоночных расцвета достигли аммониты и белемниты. Господствующее положение заняли пресмыкающиеся: в морях обитали ихтиозавры, плезиозавры, плиозавры, черепахи и крокодилы; на суше – хищные и растительноядные динозавры; в воздухе – птерозавры.

От пресмыкающихся в конце юры произошли древние птицы (археоптерикс). Наземная флора характеризовалась развитием папоротников и голосеменных; в Умеренной сибирской области наиболее разнообразны и многочисленны были гинкговые и хвойные, в Тропической (индоевропейской) – папоротники, цикадовые и беннеттитовые.

В меловом периоде происходило дальнейшее изменение групп животных и растений, известных в юре. Появились зубастые птицы. Динозавры достигли гигантских размеров. В середине мелового периода на суше на смену голосеменным пришли покрытосеменные. С появлением цветковых растений связано возникновение и развитие многих групп насекомых, птиц и млекопитающих.

В конце мелового периода произошло вымирание или очень сильное изменение ряда групп. Вымерли аммониты, почти все белемниты, многие группы двустворчатых и брюхоногих моллюсков, ряд групп плеченогих, ганоидные рыбы, многие морские пресмыкающиеся, все динозавры и птерозавры.

Начало кайнозойской эры характеризуется появлением новых групп фораминифер, моллюсков, мшанок, иглокожих. Костистые рыбы заселили все пресные и морские водоемы. Особенно важно появление ряда групп птиц и млекопитающих. Последние благодаря дальнейшему усложнению мозга, теплокровности и живорождению оказались жизнеспособнее пресмыкающихся. Они были менее зависимы от изменений внешней среды. Одни из млекопитающих приспособились к разнообразным условиям жизни на суше, другие – к жизни в морях (китообразные, ластоногие), третьи – к полету (летучие мыши).

В начале палеогена преобладали клоачные, сумчатые и примитивные плацентарные млекопитающие.

Отчетливо выделялись: Тропическая и Субтропическая ботанико-географическая область, с преобладанием вечнозеленых двудольных, пальм и древовидных папоротников, и Умеренная – с хвойными и широколиственными лесами.

В конце палеогена и особенно в начале неогена в морях продолжали развиваться все типы ранее известных беспозвоночных, родовой и видовой состав которых становился все ближе к современному. Среди рыб господствовали костистые. Продолжали развиваться земноводные и пресмыкающиеся; расширилась область распространения птиц. Изоляция Австралии привела к сохранению на ней сумчатых и клоачных. На остальных континентах господствующими стали плацентарные млекопитающие.

В начале неогена широкого распространения достигла гиппарионовая фауна, в состав которой входили трехпалые лошади (гиппарионы), носороги, мастадонты, жирафы, олени, хищники (саблезубые тигры, гиены) и разнообразные обезьяны.

В неогене почти вся Сибирь покрылась тайгой. В Европе и Северной Америке появились травянистые равнины.

В течение антропогенового периода, самого короткого в геологической истории, продолжалось формирование современной флоры и фауны. Животный и растительный мир Северного полушария довольно сильно изменился в связи с крупнейшими оледенениями. Появились и вымерли некоторые очень своеобразные формы (мамонт, волосаты носорог).

Важнейшим событием этого периода явилось появление и становление человека.

Историческое развитие органического мира на Земле – исключительно сложный, многогранный процесс, все звенья которого взаимосвязаны и зависят друг от друга. Его основой является рост многообразия органического мира и его приспособленности к разнообразию условий обитания.