Геохронология развития живых организмов
Наиболее распространенная точка зрения в современной науке обосновывает постепенную экспансию жизни на нашей планете. В хронологии развития живых организмов используются данные о последовательности и продолжительности основных этапов истории Земли, учтены последовательные изменения в характере фаун, флор и литогенеза. В табл. 5 приведены сведения о продолжительности и абсолютном возрасте эр и периодов в геологической истории Земли. Верхняя часть геохронологической таблицы (палеозойская, мезозойская и кайнозойская эры) составляет фанерозойский эон, нижняя часть - криптозойский эон (докембрий).
Докембрий. Первые следы деятельности живых организмов относятся к времени около 3,8 млрд лет тому назад. Предполагается, что в число древних живых существ входили фотосинтезирующие клетки типа цианобактерий и бактерий, которые принадлежали к прокариотам, т.е. организмам, не содержавшим клеточного ядра. За архейскую эру жизнь прошла путь от пробионтов к клеточным организмам, а в конце архея появились первые эукариоты, имеющие настоящее ядро (зеленые водоросли). Кроме того, в этот период произошли еще два крупных эволюционных события: появилась половая форма размножения и возникли первые многоклеточные организмы. Половое размножение резко повышает возможность приспособления к условиям среды вследствие создания бесчисленных комбинаций в хромосомах. Предшественниками многоклеточных организмов были колониально-одноклеточные (нитчатые и шаровидные существа), которые в результате дифференцировки клеток колонии дали начало большинству современных организмов.
Таблица 5
Геохронологическая шкала
| Эра | Период | Эпоха | Длительность периода или эры, млн лет | Абсолютный возраст начала периода, млн лет |
| Кайнозойская | Четвертичный | Голоцен Плейстоцен | ||
| Третичный | Плиоцен Миоцен Олигоцен Эоцен Палеоцен | |||
| Мезозойская | Меловой Юрский Триасовый | |||
| Палеозойская | Пермский Каменноугольный Девонский Силурийский Ордовикский Кембрийский | |||
| Протерозойская | ||||
| Архейская |
Уже в архее жизнь разделилась на мир растений (автотрофные организмы) и мир животных (гетеротрофные организмы). Животные появились позже растений, причем остатки их ранних форм сохранились незначительно, так как они не имели скелетов или других частей, которые оставляют отчетливые следы в палеонтологической летописи. Для интервала времени 2,5-3 млрд лет встречаются находки строматолитов - слоистых отложений карбонатов, состоящих из тонких волокнистых пластинок. Строматолиты являются продуктами жизнедеятельности бактерий. К интервалу 2-2,5 млрд лет относятся находки микроископаемых, среди которых, по мнению исследователей, обнаруживаются ранние эукариоты - организмы, клетки которых имели ядра. По-видимому, все (или почти все) организмы докембрия, так же как двух первых периодов палеозойской эры, обитали в гидросфере.
В протерозойскую эру произошло значительное перераспределение площадей суши и моря на планете и развитие многоклеточных организмов. В течение этой эры бактерии и водоросли достигли своего расцвета. Господство эукариот (плавающих в толще воды растений) привело к появлению форм, прикрепленных ко дну. Постепенно тело многоклеточных растений расчленялось на части, выполняющие разные функции (прикрепления, фотосинтеза и т.д.). В этот период сформировались губки, кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, появились первые членистоногие, моллюски, иглокожие.
В течение архея и протерозоя жизнь становится геологическим фактором, меняя состав земной коры, атмосферы, мирового океана.
Кембрий. В кембрийский период климат был умеренным. Животные и растения населяли в основном моря. Среди растений господствовали различные водоросли. Существовали уже все основные типы животных, кроме хордовых. Появляются организмы с минерализованным скелетом. На суше, помимо одноклеточных организмов, появляются первые наземные многоклеточные растения. Заселение суши потребовало дифференциации тела растения на стебель, корень, листья.
Ордовик. Фауна гидросферы пополнилась новыми формами, существовали представители большинства известных классов морских беспозвоночных животных. Шел интенсивный процесс образования рифов коралловыми полипами. Появились и развились первые хордовые. Появление у них хватательного ротового аппарата вызвало их интенсивное развитие.
В ордовике продолжилось развитие наземной флоры, появились первые плауновидные и хвощевидные.
Силур. В морях силура продолжалось бурное развитие низших позвоночных, у примитивных рыб появились парные плавники-конечности. На сушу вышли первые, дышащие воздухом животные – членистоногие.
На суше появились примитивные высшие растения - риниофиты. Накопление органики в первичных почвах привело к развитию грибов.
Девон. Климат девона был резко континентальным, засушливым, с резкими колебаниями температуры в течение суток и по сезонам, появились аридные зоны. Наблюдались и оледенения. В этот период большого расцвета достигли рыбы, заселившие моря и пресные воды. Многие наземные водоемы пересыхали в засушливые периоды года, промерзали в холодные; поэтому появились двоякодышащие рыбы, у которых наряду с жаберным развивалось легочное дыхание. У кистеперых рыб плавники приобрели вид лопастей, которые позволяли им ползать по дну. Кистеперые рыбы дали начало первым земноводным – стегоцефалам, явившимся предками многообразных позвоночных, позднее населивших сушу. Произошло освоение суши пауками, клещами, скорпионами, ракообразными, червями, насекомыми.
На суше в девоне появляются первые леса из гигантских папоротникообразных, хвощевидных и плауновидных; сформировались мохообразные и праголосеменные.
Карбон (каменноугольный период). В этот период произошло заметное потепление и увлажнение климата. В жарких болотистых лесах произрастали высокоствольные (до 40 м) папоротники и хвощи. В течение большей части карбона значительная часть суши находилась в условиях избыточного увлажнения, что делало возможным накопление в болотистой почве и осадочных породах органического вещества карбоновых лесов. Таким образом сформировались каменные угли.
В карбоне развивались голосеменные растения: семенные папоротники, цикадовые, гинкговые и др. Переход к семенному размножению давал этим растениям много преимуществ перед споровыми (защиту зародыша, снабжение его питательными веществами и др.).
Крупные изменения произошли в мире животных, осваивающих сушу. Большого разнообразия достигли земноводные (амфибии). Появились крылатые насекомые, в том числе гигантских форм (тараканы, стрекозы). Проникновение животных в атмосферу было новым шагом в расширении границ биосферы. В конце карбона появились первые пресмыкающиеся. В морях широко распространены фораминиферы, кораллы, пресноводные моллюски.
Пермь. Поднятие суши в пермский период привело к развитию засушливого климата и похолоданию. В начале периода существовало крупное континентальное оледенение, занимавшее значительную часть Южного материка (Гондваны). Такое изменение природных условий оказало глубокое влияние на развитие жизни. Влажные леса смещаются к экватору. Большинство крупных папоротникообразных постепенно вымирает, им на смену приходят голосеменные растения. Обширные районы суши со сравнительно влажным климатом были заняты лесами, состоящими в основном из голосеменных, особенно резко возросло количество хвойных растений (араукариевые, подокарповые, сосновые).
Иссушение климата привело к вымиранию многих земноводных, включая большинство стегоцефалов. Древние пресмыкающиеся (котилозавры, хищные иностранцевии и пермоксинодоны) осваивают наземную среду. Рептилии широко расселяются по суше благодаря приобретению механизма внутреннего оплодотворения, ороговению кожи, усложнению легких и др. Возникают звероподобные рептилии - тероморфы. В морях - вымирание трилобитов, древних иглокожих и головоногих, крупных фораминифер.
Триас. Начало мезозойской эры сопровождалось активным горообразованием, возникли Урал, Тянь-Шань, Алтай. Это сопровождалось дальнейшей аритизацией суши. Вымирает большинство влаголюбивых организмов: земноводные, папоротники, хвощи и плауны. Среди растений господствуют голосеменные, среди животных – пресмыкающиеся.
Животный мир суши включал многообразные группы пресмыкающихся. В середине триаса появились растительноядные и хищные динозавры - группа, достигшая в дальнейшем большого распространения. От одной из сохранившихся групп звероподобных рептилий - териодонтов - произошли млекопитающие. Первые млекопитающие представлены мелкими неспециализированными первозверями и сумчатыми. Вымерли палеозойские акулы и кистеперые рыбы, из амфибий - большинство стегоцефалов. Морская фауна богата двустворчатыми моллюсками, плеченогими, головоногими, морскими лилиями и пр., появились костистые рыбы, в дальнейшем широко распространившиеся. Изобилие рыб и моллюсков позволило рептилиям (ихтиозаврам) освоить водную среду.
Юра. В юрский период на Земле установился теплый климат, близкий к современному тропическому. На суше появились гигантские растительноядные динозавры (до 30 м) и охотившиеся на них хищные динозавры. Разнообразны морские пресмыкающиеся. Рептилии начали осваивать и воздушную среду, появились летающие ящеры – птеродактили. Одновременно с этим появились первые птицы, сумчатые млекопитающие.
Достигают максимального расцвета хвойные растения, появляются все ныне живущие семейства. С мелового периода известны достоверные остатки покрытосеменных растений, предками которых, по-видимому, были какие-то древние малоспециализированные голосеменные. С первыми цветковыми растениями начался процесс эволюции и насекомых-опылителей.
Мел. Для морских отложений мелового периода характерно обилие мела, образовавшегося из раковин простейших животных. Накопление этих отложений привело к уменьшению содержания углекислого кальция в атмосфере.
В этот период получили распространение на суше покрытосеменные растения, в том числе магнолии, дубы, лавры, платаны, которые вытесняли папоротники и некоторые примитивные голосеменные (беннеттитовые, саговниковые, семенные папоротники).
Продолжалось развитие гигантских рептилий, очень больших размеров достигли также летающие ящеры. На протяжении мела увеличивается разнообразие млекопитающих, появились первые плацентарные. Происходила прогрессивная эволюция птиц, которые, однако, были сравнительно немногочисленными. Богатая фауна морских беспозвоночных включала гигантские формы - отдельные виды белемнитов и аммонитов. Быстро возрастало разнообразие костистых рыб. Обитали крупные рептилии - ихтиозавры, плезиозавры, мозазавры.
К концу периода наступает процесс интенсивного горообразования, поднимаются Альпы, Анды, Гималаи, Кавказ. Климат стал резко континентальным и более холодным. Это привело к вымиранию всех крупных форм пресмыкающихся. Большинство выживших рептилий (ящерицы, змеи) были небольших размеров, лишь в экваториальном поясе сохранились довольно крупные - крокодилы. В условиях общего похолодания преимущество получили теплокровные животные – птицы и млекопитающие.
Третичный период. В третичный период устанавливается теплый равномерный климат. В нижнем миоцене тропики и субтропики были сплошь заняты лесами с пальмами, вечнозелеными лаврами, дубами, каштанами, миртами, фикусами, гигантской секвойей, араукарией, болотными кипарисами; в верхнем миоцене они начинают вытесняться саваннами. В плиоцене и плейстоцене утвердились сухие, открытые и мозаичные ландшафты с выраженной сезонностью. В целом отмечается господство покрытосеменных растений.
Развиваются плацентарные млекопитающие и вытесняют сумчатых почти со всех континентов. Наиболее примитивными были насекомоядные млекопитающие, от которых произошли первые хищные и приматы. Древние хищные дали начало копытным. Часть млекопитающих начала завоевание моря – появились ластоногие и китообразные. К концу третичного периода появились все современные группы млекопитающих. Интенсивно развивались различные насекомые, особенно связанные с цветковыми растениями. Произошло формирование многих видов птиц.
Четвертичный период. Для этого периода характерно развитие наземных и морских оледенений, постоянно существовавших в высоких широтах и временами проникающих в средние широты. На место теплолюбивой лесной растительности пришла холодоустойчивая травянистая и кустарниковая, образовались обширные травянистые экосистемы.
В областях, примыкающих к ледниковым щитам, формировалась своеобразная флора и фауна. Растительный покров соединял черты тундры и степи, представлен мхами, травянистыми (злаки, осоки) растениями, кустарниками и низкорослыми деревьями (ивы, березы, ольхи, сосны, лиственницы). Среди животных видное место занимали мамонты и шерстистые носороги, а также овцебыки, северные олени, песцы и другие животные.
Влияние ледниковых эпох на растительный и животный покров выражалось в перемещении географических зон в более низкие широты при наступлении ледников и возвращении этих зон в более высокие широты при их отступлении. Последствия оледенений: миграции фауны с севера на юг и наоборот, обеднение фауны в результате вымирания многих видов, изменение размеров и конфигурации ареалов. Гюнцское оледенение привело к вымиранию в Европе мастодонтов, тапиров и гиппариона. После миндельского оледенения появились гигантский, благородный и северный олени, лось, тур, пещерный лев. В конце рисс-вюрма формируется иная фауна: мамонт, волосатый носорог, заяц-беляк, овцебык и др. Вымирание мамонтовой фауны отчетливо коррелирует с окончанием последнего (вюрмского) оледенения - 10-12 тыс. лет назад. В конце плейстоцена значительно изменилась фауна Америки. Вымерло большинство крупных животных: представители мамонтовой фауны, мастодонты, слоны, все лошади, большинство верблюдов, мегатерии и глиптодонты, носороги. Из крупных млекопитающих сохранились лишь олени и бизоны в Сев. Америке и ламы и тапиры в Юж. Америке. В начале голоцена формировалась современная фауна. Потепление климата привело к колоссальному увеличению численности гнуса и комаров.
В четвертичный период происходила интенсивная эволюция приматов.