Докембрий и палеозой: краткое изложение эволюции жизни⁠⁠

Данная статья написана по мотивам моего музыкального научпоп альбома "Трактата о естественных науках", песня "Докембрий и палеозой"

Послушать альбом на музыкальных площадках https://zvonko.link/18B515E

Говоря об эволюции жизни, мы в первую очередь обращаемся к прошлому, нежели к настоящему.

Для удобства, вся наша планетарная летопись разделена палеонтологами на отдельные хронологические участки, такие как эоны, эры, периоды и так далее. Разделение это условное, и используются для более наглядной систематизации нашего прошлого. Как правило, основные временные границы определялись глобальными катастрофами, вымираниями или иными изменениями экосистем.

Тезисно, мы пройдём весь путь эволюции жизни вплоть до наших дней.

Начинаем с Докембрия и Палеозоя. На этом пути мы сделаем девять остановок.

• Докембрий — это эон, который включает в себя: Катархей, Архей и Протерозой

• Палеозой – это эра, которая включает в себя: Кембрий, Ордовик, Силур, Девон, Карбон и Пермь

Первая остановка: Катархей, который начался примерно 4,5 миллиарда лет назад и закончился 4 миллиарда лет назад.

В это время и появилась наша планета Земля и на ней начал происходить абиогенез. Примерно 4 миллиарда лет назад, в результате молекулярной эволюции, самозародилась жизнь. Возникли РНК, ДНК, белки и, возможно, уже первые клетки.

Сформировались основные принципы обмена веществ, а именно:

• Углеродная основа

• Зависимость от воды, азота и фосфора

• Центральная догма

Вторая остановка: Архей, который начался примерно 4 миллиарда лет назад и закончился 2,5 миллиарда лет назад

В это время уже точно была одноклеточная жизнь, представленная бактериями и археями. Появился фотосинтез.

Третья остановка: Протерозой, который начался примерно 2,5 миллиарда лет назад и закончился 541 миллион лет назад

С появлением фотосинтеза, начал формироваться озоновый слой атмосферы. Побочный продукт фотосинтеза – кислород и к нему жизнь на тот момент не была приспособлена. Произошёл так называемый «кислородный холокост». Кислород буквально начал убивать всё живое.

Но также благодаря кислороду появилось аэробное дыхание, которое этот кислород стало использовать. Дыхание с использованием кислорода позволило разогнать метаболизм и увеличить мощность обмена энергией. Появляются «эукариоты-симбионты»: анаэробные археи объединились с аэробными бактериями. Вторые стали митохондриями внутри усложнённой клетки. Среди этих одноклеточных эукариот был и наш далёкий предок.

Появляются первые многоклеточные организмы и половое размножение. Половое размножение привнесло в жизнь разделение на половые и соматические клетки. Половые клетки – будут копировать себя и переходить из поколения в поколение. Соматические клетки выполняют функцию построения машины выживания репликаторов и не имеют возможности передаваться сквозь поколения. Так в природе зарождается старение и естественная смерть – некое побочное явление жизненного цикла репликаторов.

Четвертая остановка: Кембрий, который начался примерно 541 миллион лет назад и закончился 485 миллионов лет назад

Многоклеточная жизнь открывает для себя огромное количество новых и неосвоенных экологических ниш. Происходит так называемый «Кембрийский взрыв» - появление большого количества новых видов живых существ.

Появляются примитивные губки, моллюски, членистоногие, иглокожие. В этом многообразии наша эволюционна линия представлена вторичноротыми хордовыми.

Хорда – важное эволюционное приобретение, которое служит эндоскелетом и точкой опоры для мышц. Так же хордовые приобрели трубчатую нервную систему и замкнутую кровеносную систему.

Пятая остановка: Ордовик, который начался примерно 485 миллионов лет назад и закончился 443 миллиона лет назад

Расцвет красных водорослей, головоногих моллюсков и иглокожих. Набирают обороты рыбообразные в том числе и наша предковая линия.

У тех наших далёких предков появляется чешуя, головной мозг, зубы, сердце и хрящевой скелет.

Жизнь начинает осваивать новые экологические ниши, выходя на сушу. Первопроходцами были лишайники и мхи.

Шестая остановка: Силур, который начался примерно 443 миллиона лет назад и закончился 419 миллионов лет назад

Возникают челюсторотые рыбы. Появляются зелёные харовые водоросли – прародители сосудистых растений. Возникают папоротникообразные, заселяя берега водоёмов. Остатки растений на суше создают привлекательную экологическую нишу для грибов. Суша начинает меняться и обретать всё более «живой» облик.

Седьмая остановка: Девон, который начался примерно 419 миллионов лет назад и закончился 385 миллионов лет назад

Происходит активное завоевание суши. Формируются, пусть и примитивные, но уже полноценные леса. Бурно кипит эволюция растительного мира в новой наземной среде обитания.

Появляются шестиногие, а от них – насекомые.

Наша эволюционная ветвь на тот момент была представлена лопастепёрыми рыбами. Они жили в пересыхающих водоёмах. Те далёкие «Мы» обзавелись толстыми, похожими на лапки, плавниками и начали развивать лёгкие.

От лопастепёрых рыб появились древние амфибии. Среди многообразия древних амфибий был и наш предок. Для амфибий того периода были характерны следующие адаптации: развитие позвоночника и рёбер; избавление от чешуи; дыхание лёгкими и поверхностью кожи; развитие зрения под условия сухопутного образа жизни; усложнение мозга под новую среду обитания.

Восьмая остановка: Карбон, который начался примерно 385 миллионов лет назад и закончился 299 миллионов лет назад

В растительном мире доминируют плауны и папоротники. Появляются и только начинают свое развитие голосеменные растения. Это время лесов и болот, в результате которого образовалось огромное количества угля, который мы по сей день активно используем. Уголь не что иное как остатки растительного мира, который, скажем так, законсервировался и содержащийся в нём углерод вышел за пределы круговорота веществ. Уменьшение в атмосфере углерода, привело к увеличению в ней кислорода.

Повышение концентрации кислорода в воздухе облегчает трахейное дыхание и появляются гигантские членистоногие. Происходит бурная эволюция насекомых, среди прочего, у них появляются крылья.

Эволюция продолжается и среди амфибий, в том числе – появляется ветвь, ставшая на путь будущих рептилий. Возникает адаптация в виде откладывания яиц с амнионом и в скорлупе, которая решала проблему размножения на суше и обеспечивала защиту зародыша. В этой ветке эволюции хочется отметить разделение на три фундаментальные группы.

• 1 Группа: Парапрептилии. Среди них, например, будущие черепахи.

• 2 Группа: Зауропсиды. Она даст начало большинству рептилий, а впоследствии и птицам.

• 3 Группа: Синапсиды. Это наша эволюционная ветвь, которая позднее приведёт нас к млекопитающим. Ну а пока «Мы-рептилии» перешли от икрометания к яйцекладке, обзавелись сухим покровом тела, развили подвижные рёбра, немного отрастили шею, удлинили конечности, усилили наземное зрение и заложили основы насекомоядности.

Девятая остановка: Пермский период, который начался примерно 299 миллионов лет назад и закончился 252 миллиона лет назад

На Земле, в силу многих причин, холодает. Это вызывает у ряда животных адаптацию к повышению обмена веществ. Появляются зверообразные рептилии, в том числе и наша предковая линия.

Зверообразные рептилии выбрали стратегию «больше есть» и «сохранять тепло», чтобы усилить свой обмен веществ.

• Стратегия «сохранять тепло» выразилась в появлении шерсти.

• Стратегия «больше есть» выразилась в адаптациях по дифференциации зубной системы и в возникновении возможности жевания пищи. Это в свою очередь отразилось на изменении строения головы: пришлось заглубить барабанную перепонку в слуховой проход и отрастить слуховую раковину.

Также, появилась потребность улучшить обоняние и осязание. Для лучшего осязания появились вибриссы – выросты на коже, которые мы у животных по-простому называем «усами». Для лучшего обоняния усиливаются зоны мозга ответственные за обработку данной информации. Это неминуемо привело к увеличению черепной коробки и прокачки мозговых возможностей в целом.

Таков был путь жизни в Докембрии и Палеозое.