Развитие жизни в криптозое

1. Введение.

А.Предисловие

Б. Масштабы Геологического Времени

В.Основные Подразделения Геологической Истории Земли

2. Развитие жизни в криптозое.

А. Предисловие

Б. Отложения Криптозоя

В. Резкое Увеличение Богатства Ископаемой Фауны

3. Заключение.

Введение.

Эволюционное развитие организмов исследуется целым рядом наук,

рассматривающих разные аспекты этой фундаментальной проблемы естествознания. Ископаемые остатки животных и растений существовавших на Земле в прошедшие геологические эпохи, изучает палеонтология, которую и следует поставить на первое место среди наук, непосредственно связанных с

исследованием эволюции органического мира. Изучая остатки древних форм и

сопоставляя их с ныне живущими организмами, палеонтологи реконструируют облик, образ жизни и родственные связи вымерших животных и растений, определяют время их существования и на этой основе воссоздают филогенез —

историческую преемственность разных групп организмов, их эволюционную историю. Однако в решении этих сложных проблем палеонтология должна опираться на данные и выводы многих других наук, относящихся к кругу

биологических, геологических и географических дисциплин (сама

палеонтология, изучая ископаемые остатки организмов, находится как бы на стыке биологии и геологии). Для понимания условий жизни древних организмов, определения времени их существования и закономерностей перехода их остатков в ископаемое состояние палеонтология использует данные таких наук, как

историческая геология, стратиграфия, палеогеография, палеоклиматология и др. С другой стороны, для анализа строения, физиологии, образа жизни и

эволюции вымерших форм необходимо опираться на детальное знание

соответствующих сторон организации и биологии ныне существующих организмов.

Такое знание дают прежде всего работы в области сравнительной анатомии.

Одной из основных задач сравнительной анатомии является установление

гомологии органов и структур у разных видов. Под гомологией понимается сходство, основанное на родстве; наличие гомологичных органов доказывает прямые родственные связи обладающих ими организмов (как предков и потомков

или как потомков общих предков). Гомологичные органы состоят из сходных элементов, развиваются из сходных эмбриональных зачатков и занимают сходное положение в организме. Развивающаяся ныне функциональная анатомия, а также сравнительная физиология дают возможность подойти к пониманию

функционированля органов у вымерших животных. В анализе строения,

жизнедеятельности и условий существования вымерших организмов ученые

опираются на принцип актуализма, выдвинутый геологом Д. Геттоном и глубоко

разработанный одним из крупнейших геологов XIX в. — Ч. Лайелем. Согласно

принципу актуализма, закономерности и взаимосвязи, наблюдаемые в явлениях и

объектах неорганического и органического мира в дате время, действовали и в

прошлом (а отсюда “настоящее есть ключ к познанию прошлого”). Конечно, этот

принцип является допущением, но, вероятно, он верен в большинстве случаев

(хотя всегда нужно принимать  во внимание возможность какого-то  своеобразия

в протекании тех или иных процессов в прошлом по сравнению с

современностью). Палеонтологическая летопись, представленная ископаемыми

остатками вымерших организмов, имеет пробелы, иногда очень крупные,

обусловленные специфичностью условий захоронения остатков организмов и

крайней редкостью совпадения всех необходимых для этого факторов. Для

воссоздания филогенеза организмов во всей полноте, для реконструкции

многочисленных “недостающих звеньев” па родословном древе (графическом

изображении филогенеза) чисто палеонтологические данные и методы

оказываются во многих случаях недостаточными. Здесь приходит на помощь так

называемый метод тройного параллелизма, введенный в науку известным

немецким ученым Э. Геккелем и основанный на сопоставлении

палеонтологических, сравнительно-анатомических и эмбриологических данных.

Геккель исходил из сформулированного им “основного биогенетического

закона”, гласящего, что онтогенез (индивидуальное развитие организма) есть

сжатое и сокращенное повторение филогенеза. Следовательно, изучение

индивидуального развития современных организмов позволяет в какой-то мере

судить о ходе эволюционных преобразований их далеких предков, в том числе и

не сохранившихся в палеонтологической летописи. Позднее А. Н. Северцов в

своей теории филэмбриогенезов показал, что соотношение онтогенеза и

филогенеза гораздо сложнее, чем считал Э. Геккель. В действительности не

филогенез творит индивидуальное развитие (новые эволюционные приобретения

удлиняют онтогенез, прибавляя новые стадии), как полагал Геккель, а,

наоборот, наследственные изменения хода онтогенеза приводят к эволюционным

перестройкам (“филогенез есть эволюция онтогенеза”). Лишь в некоторых

частных случаях, когда эволюционная перестрой ка какого-либо органа

происходит посредством изменения поздних стадий его индивидуального

развития, т. е. новые признаки формируются в конце онтогенеза (такой способ

эволюционной перестройки онтогенеза Северцов назвал анаболией),

действительно наблюдается такое соотношение между онтогенезом и

филогенезом, которое описывается биогенетическим законом Геккеля. Только в

этих случаях можно привлекать эмбриологические данные для анализа

филогенеза. Сам А. Н. Северцов дал интересные примеры реконструкции гипо

тетических “недостающих звеньев” в филогенетическом древе. Изучение

онтогенезов современных организмов имеет еще и другое, не менее важное для

анализа хода филогенеза значение: оно позволяет выяснить, какие изменения

онтогенеза, “творящие эволюцию”, возможны, а какие — нет, что дает ключ к

пониманию конкретных эволюционных перестроек.

Для понимания сущности эволюционного процесса, для причинного анализа

хода филогенеза самое первостепенное значение имеют выводы эволюционистики

— науки, называемой также теорией эволюции или дарвинизмом, по имени

великого создателя теории естественного отбора Ч. Дарвина. Эволюционистика,

изучающая сущность, механизмы, общие закономерности и направления

эволюционного процесса, является теоретической базой всей современной

биологии. По сути дела, эволюция организмов представляет собой форму

существования живой материи во времени, и все современные проявления жизни,

на любом уровне организации живой материи, могут быть поняты лишь с учетом

эволюционной предыстории. Тем в большей мере важны основные положения

теории эволюции для изучения филогенеза организмов.

Перечисленные науки отнюдь не исчерпывают перечень научных дисциплин,

причастных к изучению и анализу развития жизни на Земле в прошедшие

геологические эпохи. Для понимания видовой принадлежности ископаемых

остатков и преобразований видов организмов во времени чрезвычайно важны

выводы систематики; для анализа смены фаун и флор в геологическом прошлом —

данные биогеографии.

Особое место занимают вопросы происхождения человека и эволюции его

ближайших предков, имеющей некоторые специфические особенности по сравнению

с эволюцией других высших животных, благодаря развитию трудовой

деятельности и социальности.

Масштабы Геологического Времени

Изучая эволюцию организмов, необходимо иметь представление о ее ходе

во времени, о продолжительности тех или иных ее этапов. Историческая

последовательность образования осадочных пород, т. е. их относительный

возраст, в данном районе устанавливается сравнительно просто: породы,

возникшие позднее, отлагались поверх более ранних пластов.

Соответствие относительного возраста пластов осадочных пород в разных

регионах можно определить, сопоставляя сохранившиеся в них ископаемые

организмы (палеонтологический метод, основы которого были заложены в конце

XVIII — начале XIX в. работами  английского геолога У. Смита). Обычно  среди

ископаемых организмов, характерных для каждой эпохи, удается выделить

несколько наиболее обычных, многочисленных и широко распространенных видов

- такие виды получили  название руководящих ископаемых.

Как правило, абсолютный возраст осадочных пород, т. е. промежуток

времени, прошедший со времени их образования, непосредственно установить

нельзя. Информация для определения абсолютного возраста содержится в

изверженных (вулканических) породах, которые возникают из остывающей магмы.

Абсолютный возраст изверженных пород можно определить по содержанию в

них радиоактивных элементов и продуктов их распада. Радиоактивный распад

начинается в изверженных породах с момента их кристаллизации из расплавов

магмы и продолжается с постоянной скоростью до тех пор, пока все запасы

радиоактивных элементов не будут исчерпаны.

Поэтому, определив содержание в горной породе того или иного

радиоактивного элемента и продуктов его распада и, зная скорость распада,

можно достаточно точно (с возможностью ошибки около 5%) вычислить

абсолютный возраст данной породы. Для осадочных пород приходится принимать

приблизительный возраст по отношению к абсолютному возрасту слоев вулканических пород. Длительное и кропотливое изучение относительного и абсолютного возраста горных пород в разных регионах земного шара, потре-

бовавшее напряженной работы нескольких поколений геологов и палеонтологов, позволило наметить основные вехи геологической истории Земли. Границы между этими подразделениями соответствуют разного рода изменениям геологического и биологического (палеонтологического) характера. Это могут быть изменения режима осадконакопления в водоемах, приводящие к формированию иных типов

осадочных пород, усиление вулканизма и горообразовательные процессы,

вторжение моря (морская трансгрессия) благодаря опусканию значительных

участков континентальной коры или повышению уровня океана, существенные

изменения фауны и флоры. Поскольку подобные события происходили в истории

Земли нерегулярно, продолжительность различных эпох, периодов и эр

различна. Обращает на себя внимание огромная длительность древнейших

геологических эр (археозойской и протерозойской), которые к тому же не

разделены на меньшие временные промежутки (во всяком случае, нет еще общепринятого подразделения). Это обусловлено в первую очередь самим фактором времени — древностью отложений археозоя и протерозоя, подвергшихся

за свою длительную историю значительному метаморфизму и разрушению, стершим

существовавшие когда-то вехи развития Земли и жизни. Отложения архейской и протерозойской эр содержат чрезвычайно мало ископаемых остатков организмов; по этому признаку археозой и протерозой объединяют под названием

“криптозой” (этап скрытой жизни) противопоставляя объединению трех

последующих эр — “фанерозой” (этап явной, наблюдаемой жизни). Возраст Земли

определяется различными учеными по-разному, но можно указать на приближенную цифру 5 млрд. лет.

Развитие жизни в криптозое.

Эры, относящиеся к криптозою, — археозойская и протерозойская — вместе

продолжались более 3,4 млрд. лет; т. о. криптозой составляет не менее 7/8

всей геологической истории. Однако в отложениях криптозоя сохранилось

чрезвычайно мало ископаемых остатков организмов, поэтому представления

ученых о первых этапах развития жизни в течение этих огромных промежутков

времени в значительной степени гипотетичны.

Отложения Криптозоя

Древнейшие остатки организмов были найдены в осадочных толщах Родезии, имеющих возраст 2,9—3,2 млрд. лет. Там обнаружены следы жизнедеятельности водорослей (вероятно, сине-зеленых), что убедительно свидетельствует, что около 3 млрд. лет назад на Земле уже существовали фотосинтезирующие

организмы — водоросли. Очевидно, появление жизни на Земле должно было произойти значительно раньше,— может быть, 3,5— 4 млрд. лет назад. Наиболее известна среднепротерозойская флора (нитчатые формы длиной до нескольких сотен микрометров и толщиной 0,6—16 мкм, имеющие различное строение, одноклеточные микроорганизмы (Рис.1), диаметром 1—16 мкм, также различного

строения), остатки которой были обнаружены в Канаде —в кремнистых сланцах

на северном берегу озера Верхнего. Возраст этих отложений составляет около

1,9 млрд. лет.

Пример найденных ископаемых останков простейших

В осадочных породах, образовавшихся в промежутке времени между 2 и 1 млрд. лет назад, часто встречаются строматолиты, что говорит о широком распространении и активной фотосинтезирующей и рифостроительной деятельности сине-зеленых водорослей в этот период.

Следующий важнейший рубеж в эволюции жизни документируется рядом

находок ископаемых остатков в отложениях, имеющих возраст 0,9—1,3 млрд.

лет, среди которых найдены прекрасной сохранности остатки одноклеточных

организмов размером 8—12 мкм, в которых удалось различить внутриклеточную

структуру, похожую на ядро; обнаружены также стадии деления одного из видов

этих одноклеточных организмов, напоминающие стадии митоза — способа деления

эукариотических (т. е. имеющих ядро) клеток.

Если интерпретация описанных ископаемых остатков правильна, это

означает, что около 1,6—1,35 млрд. лет назад эволюция организмов прошла

важнейший рубеж — был достигнут уровень организации эукариот.

Первые следы жизнедеятельности червеобразных многоклеточных животных

известны из позднерифейских отложений. В вендское время (650—570 млн. лет