Архей и протерозой: древнейшие эры жизни
Внимая интересу читателей, законспектировал одну из своих видеопередач "Эволюция". К сожалению, ноутбук, на котором хранились тексты к роликам, безнадёжно сломался, поэтому пришлось потратить время. Поговорим о том, что происходило на Земле в самые древние, из известных палеонтологам, эпохи.
Период развития жизни на Земле с архея по протерозой (до вендского периода протерозойской эры), как правило, упоминается в обзорах вскользь, однако именно на этот период приходятся основные ароморфозы (адаптации, повышающие общий уровень организации живых организмов). В этой заметке рассмотрим промежуток времени: 4 млрд. лет назад - 635 млн. лет назад (до начала вендского периода, о котором - моя предыдущая статья).
Что за мир представляла собой планета Земля в архейскую эру? Нет ещё ни глубоких впадин, ни высоких гор. Рельеф - относительно ровный. Мировой океан - мелкий, представляет собой крепкий и кислый солевой раствор. Атмосфера - парогазовая (углекислый газ, аммиак, метан и сероводород), отчего на Земле царил сумрак. Углекислый газ и метан - парниковые газы, поэтому стояла сильная жара. Сероводород имеет запах тухлых яиц. Океан населяли организмы, являющиеся прокариотами (одноклеточные организмы без ядра в клетке), гетеротрофами (не умели производить органическое вещество из неорганического самостоятельно, как растения, но вынужденные питаться органическим веществом, как животные) и анаэробами (высвобождали энергию из органики не за счёт кислородного дыхания, а за счёт гниения и брожения). Речь идёт о мире, населённом бактериями. Проще говоря, гнил и бродил тот самый первичный бульон, в котором зародилась жизнь. Можете себе представить, какой смрад царил в этом царстве Аида.
В этом мире ещё нет полового размножения, отчего скорость эволюционных процессов низка: нет перекомбинации генотипов. Не применимы к этому миру понятия старения и естественной смерти. Зато широко распространён горизонтальный перенос генов, о котором я писал ранее. Это тот механизм, который, будучи воспроизведённым искусственно, используется при производстве генномодифицированных организмов. Таксономически далёкие друг от друга группы бактерий обменивались генами, и в этом смысле биосфера в целом была много более едина, чем сейчас.
Поговорим теперь об архейских ароморфозах. В первую очередь это - возникновение автотрофности (способности производить органическое вещество из неорганического). Первые автотрофы, вероятно, были хемосинтетиками, т.е. извлекали энергию не из солнечного света, как растения, а путём окисления неорганических соединений, как глубоководные сообщества чёрных курильщиков в наши дни. Следующий этап - возникновение бесхлорофилльного фотосинтеза (без поглощения углекислого газа). Далее появляется аноксигенный (без выделения кислорода) хлорофилльный фотосинтез. И, наконец, возникают синезелёные водоросли (цианобактерии) - то, чем обычно цветёт в августе-сентябре, к примеру, Волга, и вместе сними - оксигенный фотосинтез.
Здесь мы подходим к важному моменту. Кислород для архейской биоты - смертельный яд, и оксифильные организмы ютились в этом мире изолированными островками-оазисами. Палеонтологам хорошо известны строматолиты - останки цианобактериальных матов того периода.
Так выглядят современные строматолиты в Австралии.
Считается, что в архее появляется кислородное дыхание, более прогрессивное и эффективное, в сравнении с бескислородным. Дышащие кислородом организмы жили на цианобактериальных матах - островки современного мира в могильной атмосфере первобытной Земли.
2,5 млрд. лет назад завершается архей и начинается протерозой. Начало протерозоя знаменует т.н. кислородная катастрофа (или революция, кому как нравится называть): кислорода в атмосфере становится много, количество переходит в новое качество, и кислородный мир вырывается из оазисов наружу, загоняя архейский мир в эдакие заповедники, какие вы можете встретить на кладбище. Вам не померещилось: на кладбище. Умирая, для прокариотической биоты, человек становится тем самым набором аминокислот, который представлял собой первичный бульон. Труп, в котором происходят процессы бескислородного гниения и выделяется тепло представляет собой вполне себе заповедник-оазис архейского мира. В этом - суть кислородного переворота, смены архейской биосферы на протерозойскую. Так или иначе, большая часть архейской биоты погибает, будучи отравленной кислородом.
Что там говорить: фотосинтетики, по всей видимости, и возникли оттого, что перегнил первичный бульон, и первобытным организмам перестало хватать пищи. Начинают окисляться парниковые газы. Когда парниковые газы исчезают, планету Земля сковывает лёд.
Начинается гуронское оледенение, самое продолжительное в истории планеты. 2,4 млрд. - 2,1 млрд. лет назад. Есть такое понятие: Земля-снежок.
Трудно сказать, как выживали первобытные организмы в тот период. Быть может, "проруби" на экваторе, но осадки указывают на ледниковые отложения, относящиеся к экватору, т.е. экватор также был скован льдом. Либо споры переживали оледенение длительное время, как в Антарктиде.
Так или иначе, вместе с продолжающейся вулканической активностью и накоплением парниковых газов, лёд в дальнейшем оттаивает. С проснувшейся деятельностью фотосинтетиков ледниковый период возвращается. Этот адский маятник продолжает сотрясать биосферу до самого конца протерозоя, пока не накопилось достаточно углекислого газа, чтобы наш мир оттаял и стал тем, чем является теперь. Так, через систему кризисов, пробивал себе дорогу привычный нам кислородный мир.
Наконец, в эту эру возникает озоновый экран, задерживающий ультрафиолетовые лучи и создающий предпосылки для выхода жизни на сушу.
Важнейшие ароморфозы протерозоя: 1. Возникновение путём симбиогинеза эукариот: такие органоиды клетки, как хлоропласты и митохондрии когда-то были бактериями, живущими в симбиозе с протоэукариотической клеткой (предположительно - археи), но впоследствии потеряли самостоятельность (см. мою другую статью) 2. Возникновение полового размножения, что многократно ускоряет эволюцию, и, вероятно, вместе с этим теряет значение горизонтальный перенос генов. 3. Возникновение многоклеточности, причём чёткую грань между колониальными организмами и многоклеточными вряд ли можно обнаружить, и нечто, напоминающее зачатки многоклеточности, наблюдается даже у цианобактерий (прокариотов).
Вместе с половым размножением и многоклеточностью в мир приходит старение и естественная смерть: с т.зр. эволюции главное - передать гены потомству, а не развитие механизмов регенерации отдельного индивидуума.
Происходит разделение на царство растений и царство животных. Обе ветви берут начало от жгутиконосцев. Вспомните эвглену, которая днём питается как растение, а ночью - как животное.
В качестве примера древнейших многоклеточных можно привести найденные в Габоне окаменелые останки червеобразных организмов до 12 см. длиной; датировка - 2,1 млрд. лет.
Grypania spiralis - нитчатая водоросль, жившая 1,9 млрд. лет назад (железистые конкреции Мичигана).
Таким образом, основные черты современного органического мира сформировались ещё до вендского периода.
Тюлин Д.Ю., кандидат биологических наук
Лига Палеонтологии
2.4K поста15.1K подписчика
Правила сообщества
– Провокации в дискуссиях, излишнюю агрессивность, троллинг, расизм.
– Ничем не подкрепленные нелепые гипотезы, предположения, фальсификации.
– Креационизм, MLP-фэндом – им не место в научном сообществе.
– Оскорбления любой разновидности, Будьте вежливы!
– Поднимание тем политики – для неё есть отдельный раздел.
– Рекламирование чего-либо.
– Многократные нарушения критериев постинга, и игнорирование пометок для исправления.
– Активное отрицание эволюции как факта:
Вы можете признавать Синтетическую Теорию Эволюции или научную парадигму в целом, можете не признавать их, но сама эволюция есть как факт, доказанный экспериментально: опыты Шапошникова и эксперимент с E.Coli,
E.Coli и антибиотик, Методы борщевика, Карта эволюции.
Теория же описывает процесс и механизмы эволюции, и является высшей формой организации научного знания:
Почему СТЭ все ещё теория?
Критерии одобрения постов:
– Посты соответствуют тематике сообщества ⇑
– Посты не должны содержать ненаучную ересь и фальсифицированные факты (Например люди-великаны)
– Тег Копипаста, если статья не ваша, так же желательна ссылка на источник.
– Тег Юмор, если пост несет исключительно юмористическую тему.
– Видеоматериалы обязаны сопровождаться кратким описанием.
– Название постов не должно вводить читателей в заблуждение.