Докембрийская Земля
Начинаю серию постов по истории жизни - от появления до динозавров и позже. Текста получилось многовато, но дальше будет меньше, и больше - картинок.
...Следы простейших органических соединений встречаются даже в прилетающих из космоса метеоритах, тем более быстро появились они после образования Земли ок. 4,6 млрд лет назад. Широко распространена теория об изначально горячей планете, постепенно остывшей и освободившей огромные массы воды, до этого существовавшей в виде отдельных молекул или газа. Однако хорошо обоснована сейчас и другая теория – об изначально холодной планете, в первые миллионы лет разогретой до жидкого состояния благодаря радиации, интенсивной метеоритной бомбардировке, сильного гравитационного влияния первоначальной огромной Луны и т.д. Поэтому тут привожу две картинки с видами катархея – первой эпохи истории Земли (4,6 – 4,4 млрд л.н.). В первом случае это холодная планета, поверхность которой завалена реголитом – рыхлой породой, образовавшейся под воздействием неатмосферных факторов (солнечный ветер, радиация, тектонические процессы). В то время вблизи Земли кружилась первая гигантская Луна, позже распавшаяся от удара астероида (или же от столкновения с Землей), вызывавшая вместо приливов катастрофические землетрясения. А ещё было кольцо из метеоритов и пыли, как у Сатурна, причём постоянно часть их падала на поверхность. Земля вращалась вокруг своей оси гораздо быстрее, чем сейчас и сутки длились по 6 часов. Днём светило тусклое Солнце (светило оно на 30% меньше нынешнего), а ночью небо было усеяно немигающими звёздами, видеть которые не мешала разреженная атмосфера. Кстати, благодаря этому и землетрясения были почти не слышны:
При постепенном разогреве планеты и дегазации слагавших её веществ образовалась тяжёлая восстановительная атмосфера, почти лишённая кислорода (металлы в ней не ржавели, в отличие от поздней окислительной атмосферы):
Классическая картина З. Буриана с архейским пейзажем:
Когда планета снова чуть остыла и её залили океаны, в них на базе простейших органических веществ сформировалась первичная жизнь – бактерии и археи (археобактерии). Ок. 4 млрд лет назад началась эпоха архея или археозоя ("древнейшей жизни").
Миллиарды лет именно эти примитивные существа (прокариоты – без клеточного ядра и сложных структур-органелл) были основными обитателями планеты. Они эволюционировали, создавали целые сообщества, от жизнедеятельности которых остались строматолиты – карбонатные образования с характерной структурой слоями, образованными поколениями бактерий. Подробности можно посмотреть в Википедии, а тут я приведу пейзажи археозойской эры, когда формировались древнейшие строматолиты (сейчас такие структуры образуются бактериями на отмелях в Западной Австралии):
Бактерии и археи многообразны, гораздо разнообразнее многоклеточных организмов. Даже их способы питания (получения энергии и органических веществ) различаются очень сильно. Есть среди этих способов и фотосинтез, причём поначалу он протекал на основе серы, железа и других сравнительно редких веществ. Но ещё свыше 3 млрд лет назад в ходе двух мутаций у некоторых бактерий появился иммунитет к кислороду, а потом и фотосинтез на основе воды, которой очень много. Главной фишкой такого фотосинтеза были его отходы – кислород. Многие бактерии и сейчас его не выносят (он вообще очень разрушителен – даже железо в нём окисляется и ржавеет), а тогда он был убийственен для большей части населения Земли. Обзаведшиеся таких фотосинтезом бактерии называются цианобактериями или (неверно) сине-зелёными водорослями:
Обилие воды и солнечного света приводило к их гигантскому размножению в древнем океане, но до отметки ок. 2 – 1,8 млрд лет назад выделяемый им кислород растрачивался на окисление железа, в огромном количестве растворённого в океане (результатом чего были специфические породы – джеспилиты). Но когда железо закончилось, кислород начал накапливаться в воде, а потом и в гидросфере. Атмосфера радикально изменилась. Появился озоновый слой, защищающий поверхность суши от радиации. Так стал возможен выход жизни на сушу:
Тем временем толстые континентальные плиты, дрейфуя по магме, образовывали древнейшие континенты, включая несколько супер-континентов типа Ура (3 млрд лет), Родинии или Колумбии, или Кенорленда.
Континент Ур (3 млрд лет назад):
Континент Кенорленд (2,8-2,5 млрд лет, неоархейская эра):
Континент Колумбия (статерийский период палеопротерозойской эры - 1,8 - 1,5 млрд л.н.):
Ещё один суперконтинент - Родиния (1,1 - 0,7 млрд лет назад):
Более 2 млрд лет назад возникли и более сложные существа – эукариоты. В основной массе они в сотни и тысячи раз крупнее бактерий, имеют ядро с ДНК и органеллы (своеобразный аналог органов) типа хлорофиллов или митохондрий. Эукариоты (как растения, животные и грибы, так и другие многочисленные царства микроорганизмов) – это потомки симбиоза нескольких прокариот. Дело в том, что археи имели способность поглощать других прокариотов (фагоцитоз), в основном для переваривания, но иногда поглощённая клетка сохранялась, и даже приносить архею определённую выгоду. Кратко и понятно: главное отличие клеток растений – присутствие в них хлорофиллов, содержащих хлоропласты, а хлоропласты это потомки цианобактерий, поглощённых каким-то археем миллиарды лет назад. По сути это и есть цианобактерии, сохранившие большую часть своей собственной ДНК и прежнее строение. То же самое – митохондрии, осуществляющие клеточное дыхание, происходящие от других бактерий, способных получать энергию благодаря кислороду. Такие дела. За эти миллиарды лет случались и глобальные оледенения. В том числе такое, из-за которого вся планета оказалась под слоем льда. Как называется в англоязычной науке гипотеза сплошного оледенения, Snowball Earth. Случилось это в криогенийский и эдиакарский периоды неопротерозойской эры (850-540 млн л.н.):
Неоднократно эукариотические организмы порождали колониальные и многоклеточные формы (главное преимущество которых в скорости передвижения, позволяющее быстрее найти жизненные ресурсы и спастись при изменении привычной среды обитания). Например, современные бурые водоросли и остальные многоклеточные растения явно происходят от разных одноклеточных предков. Так и животные, т.е. изначально подвижные существа, не способные к преобразованию неорганических веществ в органические (как растения). Предки современных многоклеточных типов разделились более 1 млрд лет назад, что видно по данным генетики, но их история не отразилась в палеонтологической летописи (кроме единичных находок вроде бы губок, кишечнополостных, оболочников и им подобных). А вот в эдиакарском (или вендском) периоде (с 635 по 541 млн л.н.) в морях на месте будущих Австралии, Африки и Северной Европы существовала фауна многоклеточных животных, радикально отличающихся от нынешних, и, видимо, происходящих от каких-то иных предков – эдиакарская:
Ещё их называют вендобионтами. В отличие от современных многоклеточных животных, они не имели ротового отверстия и питались, всасывая органику поверхностью тела (и у них не было хищничества), они росли полностью пропорционально, т.е. детские и взрослые особи сохраняли одни и те же пропорции (можно сравнить рост современных животных и связанные с этим изменения в длине, ширине частей тела и их соотношений), их тела имели специфическую симметрию «ёлочкой», когда один боковой сегмент тела накладывался на другой, и они образовывали характерную структуру. Среди вендобионтов имелись как сидячие и роющие, так и подвижные виды (это главный показатель того, что они – животные, а не гигантские одноклеточные или грибы, как некоторые предполагают). Последние могли передвигаться с помощью ресничек, или за счёт волнообразных изгибаний боковых краёв тела. Так вот передвигалась ёргия (это видно по сохранившимся окаменелым отпечаткам):
Сидячие эрниетты:
Ещё сидячая Swartpuntia из эдиакарских отложений Намибии:
Колония немиан:
Отпечаток дикинсонии:
Эдиакарский океан:
Сприггина:
Причиной исчезновения вендобионтов, видимо, было распространение многоклеточных животных современного образца, для которых было характерно хищничество (последние первых попросту съели). Случилось это незадолго до кембрийского периода фанерозойского эона – эпохи «явной» жизни (такое название ей дали до открытия явных следов докембрийских форм жизни).
Отличный комментарий!