Древнейший эон в геологически документальной истории Земли. Начало по абсолютному исчислению 3,5 млрд. лет, конец – 2,6 млрд. лет назад.
Причины возникновения жизни на земле.
Необходимость воды для живой материи именно в свободном виде, а не связанной в гидраты. Наличие воды в телах организмов указывает на её огромное значение для жизненных процессов. В веществе мантии содержится 0,5% воды и это количество во много раз превышает объём мирового океана. Появление, возможно, было обусловлено очень активной вулканической деятельностью. Ещё, одной из возможных предпосылок возникновения жизни, было то, что в вулканическом пепле могут происходить различные реакции с аминокислотами. В начале архея температура на Земле была, примерно, от 96*С до 150*С при такой температуре аминокислоты соединялись с порфиринами (составная часть белка). В этом случае вулканический пепел играл роль катализатора ускоряя химические реакции в тысячи раз. Первичный океан был местом, где зародилась жизнь. Вероятно вода была солёной с самого начала. При дегазации вещества мантии, воды насыщались анионами хлора, брома и других элементов, а так же СО2, Н2S, SО2. Это создавало лёгкий кислотный характер проакеану, который нейтрализовался за счёт щелочных компонентов. Ранняя эволюция гидросферы протекала при отсутствии газообразного кислорода. В этом случае могли и при наличии бес кислородной атмосферы только анаэробные организмы.
Ещё одним фактором возникновения жизни было наличие ультрафиолетового излучения.
В течение первых ста лет существования Земли происходит образование вторичной атмосферы за счёт сильного выделения газов при вулканических извержениях. Примитивная атмосфера состояла из Н2, СО2, Н2О, NН4, редкие инертные газы.
В архее и раннем протерозое образовались осадочные породы, которые содержат наряду с кварцем и другие минералы неустойчивые в кислородной атмосфере, что доказывает существование анаэробов.
Переход к кислородной среде произошёл, вероятно, 2 – 1,8 млрд. лет назад. Предполагается, что в атмосфере в то время содержание О2 в атмосфере достигло 0,01% от современного.
Биохимическая эволюция.
Биохимическая эволюция начинается с момента образования земной коры, то есть 4,5 млрд. лет назад. Биохимическая эволюция продолжалась около 1 млрд., итогом её было образование клетки. Имевшееся количество химических элементов и наличие мощных источников энергии приводит к образованию огромного количества молекул. Путём конденсации (концентрации) этих простых молекул (метан, аммиак, вода и др.) образуются основные биохимические молекулы: аминокислоты, некоторые органические основания, такие, как адентин, которые являются компонентами нуклеиновых кислот; некоторые сахара, например рибоза, и их фосфаты; простые азотосодержащие молекулы.
На следующем этапе происходит укрупнение молекул и образование сложных макромолекул, важнейших компонентов так называемого «первичного бульона», где происходит полимеризация и связывание низкомолекулярных соединений в высокомолекулярные. Такие сложные макромолекулярные соединения, называемые пробионтами, имеют открытую пространственную структуру, что обеспечивает их рост, а так же разделение на дочерние образования под действием механических сил. Вследствие скопления на поверхности воды могут образовываться гнёзда с концентрациями активных органических соединений, в тысячи раз превышающие и содержание в окружающей среде. Такие гнёзда в прибрежной зоне создавали возможности укрупнения молекул и возникновения биополимеров. Процесс концентрации органических веществ может происходить при отливах, испарении воды в лагунах и прибрежной зоне.
Первые организмы в примитивной бес кислородной атмосфере накапливали энергию, для роста, путём ферментации.
В процессе развития пробионтов зародилась способность передачи наследственной информации. Установлено, что способность к самовоспроизведению основана на репликации нуклеиновых кислот, при которой происходит не только образование новых молекул, но их разделение. С появлением передачи наследственной информации происходит переход от химической эволюции к биологической. Палеонтологические данные осадочных пластов свидетельствуют, что дорганизменный этап эволюции продолжался 1,5 млрд. лет после образования планеты Земли. В западной Австралии найдены остатки окремнелых микроорганизмов – прокариот, сферической, овальной, палочковидной и нитевидной формы и первые строматолиты – известковые и окаменелые продукты жизнедеятельности водросле-батериальных сообществ. Строматолиты и окаменелые микроорганизмы известны также из Южной Африки.
На существование в Архее раст6ений указывает то, что среди древнейших окаменелостей встречаются молекулы щелочного изопренового ряда (фитан и пристан), которые, вероятно представляют фрагменты молекул хлорофилла.
Появились первые примитивные организмы, способные к дальнейшей эволюции. Их жизненная активность обеспечивалась автономными биоэнегитическими механизмами. Сине-зелёные водоросли и бактерии быстро распространялись и к концу архея (2,7 млрд. лет назад) стали хозяевами планеты.
Архей был самой главной эрой в геологической истории земли, ведь именно тогда появилась первая клетка, палеонтологические данные свидетельствую, что доорганизменный этап в эволюции продолжался, примерно 1,6 млрд. лет после образования земли как планеты, тогда же появился процесс фотосинтеза, вероятно, он появился у цианобактерий.
Протерозой
Протерозой начался, примерно, 2,6 млрд. лет назад, а закончился 650 млн. лет назад.
На рубеже раннего и среднего рифея. (Около 1,35 млрд. лет назад) появились первые микроорганизмы, имеющие ядро, - эукариоты. В доломитах Биг-Сприн (в Калифорнии) обнаружены одноклеточные эукариотные зелёные водоросли возрастом 1,3 млрд. лет.
До того как атмосфера стала анаэробной, существовали только лишённые ядерных оболочек организмы, генетический материал, которых не организован в сложные хромосомы. Все организмы, жившие на Земле ранее 1,5 млрд. лет назад, были гетеротрофными или автотрофными организмами. Согласно палеонтологическим данным, увеличение концентрации свободного кислорода сопровождалось появлением и распространением эукариотических клеток.
Возникают простейшие колониальные объединения нескольких клеток (1,6 – 1,35 млрд. лет назад). На основании сходства бактерий с митохондриями и хлоропластами эукариотических клеток можно предположить, что митохондрии и хлоропласты произошли от бактерий, которые нашли «убежище» в более крупных гетеротрофных клетках – предшественниках эукариот. Не менее 650 лет назад возникли существа, состоящие из множества эукариотических клеток, объединённых в одно единое тело. Эти примитивные организмы соответствовали ранним стадиям эволюции растений, грибов и животных.
Первые древнейшие ископаемые растений – цианофиты. Возрастом более 2,5 млрд. лет, эти первые примитивнейшие растения населяли океан вместе с другими одноклеточными организмами. Вероятно, позже от них произошли зелёные водоросли.
Эволюция на Земле в фанерозойский эон
Палеозойская эра
Палеозойская эра характеризуется появлением жизни на суше. Уже в кембрие появились животные почти всех нынешних типов. Вообще палеозой является эрой беспозвоночных, в основном моллюсков и трилобитов.
Трилобиты были предками членистоногих, они быстро распространились по большинству морей Земли и достигли расцвета в ордовикском периоде, тогда они составляли более 60% морской фауны. Известно более 10 тыс. видов этих животных.
Граница девона и карбона (350 млн. лет назад) является началом одного из глобальных кризисов жизни. Вымирают псилофиты – завоеватели суши, начинается губительный упадок трилобитов. Этот кризис продолжался до конца палеозоя.
В будущем конкуренцию морским беспозвоночным составят рыбы. Первые позвоночные, вероятно, возникли в кембрийском периоде. Существует множество версий происхождения позвоночных, но, судя по общему плану строения рыбообразных и по биохимическим данным, наиболее вероятная прародительская форма позвоночных была близка к древнейшим представителям иглокожих. Такое допущение основано на сходстве личиночных стадий иглокожих и примитивных позвоночных и на особенностях строения древнейших предков современных морских ежей и морских звёзд. Предки первых позвоночных имели следующее строение: тело их было удлинённой формы не имело плавников и скелета; рот их был бес челюстей, а поглощали они пищу путём всасывания; над удлинённым пищеводом была развита мягкая струна, покрытая упругой оболочкой – это предшественник спинной хорды. От появления примитивных хордовых до появления рыб прошло около 100 мли. лет. Первые хордовые ещё не являлись рыбами, а были их предками, постепенно у них стали появляться челюсти, которые развились из передних жаберных дуг, после чего у них появляются плавники из боковых складок. Эти и другие приспособительные органы давали огромное преимущество рыбам, постепенно рыбы становятся доминирующими животными в воде.
Остатки рыб известны с позднего силура. Вероятно, первые рыбы были пресноводными. Скорей всего, первые рыбы обособились от птераспидоморф. От первичных примитивных челюсторотых произошли две группы: панцирные (панцирные рыбы вымерли к концу девона) и челюстожаберные (челюсти у них развились из передних жаберных дуг). Вероятно, от каких-то примитивных челюстожаберных обособились хрящевые рыбы, а другая их группа дала начало костным рыбам. Одними из первых рыб были акантоды. Возможно, от них могли обособиться хрящевые и костные рыбы.
Кистепёрые рыбы известны с раннего девона. Они подразделяются на две группы: двоякодышащие и рипидистиевые.
Двоякодышащие рыбы делают первые попытки приспособиться к жизни на суше. У них развивается лёгочное дыхание, появляются зачатки второго круга кровообращения, но одних лёгких для жизни на суше не достаточно. Рипидистии обладали вторым необходимым качеством жизни на суше, таким устройством плавников которое позволяло передвигаться по ней. Развивавшиеся у основания верхних дуг сочленовные отростки обеспечили более прочное соединение позвонков друг с другом, сохранив гибкость позвоночного столба. У первых земноводных (ихтростегид), возможно, существовал ротоглоточный механизм нагнетания воздуха в лёгкие. Можно отметить, что ихтеостегид ещё не земноводное, так как он имел много сходств с рыбами, а первое земноводное – ихтеостег.
До настоящего времени дожила одна группа кистепёрых рыб - целеканты. Строение сердца и гипофиза у целикантов оказалось примитивным. В этом нашли своё подтверждение предположения учёных о строении органов у самых ранних позвоночных. Дальнейшие исследования современных двоякодышащих подтвердили также и представления об эволюционном переходе плавников в конечности.
В карбоне – перми появляются первые пресмыкающиеся (котилозавры). Они в отличие от земноводных смогли удалиться от воды их защищали ороговевшие пластинки от высыхания, а яйца теперь необязательно было откладывать в воду, так как они были защищены скорлупой от высыхания, а детёныш теперь развивался полностью в яйце и «рождался» полностью похожим на родителей.