Геологическая эволюция
На настоящий момент установлено, что жизнь на Земле возникла около 3-3,5 млрд. лет назад. За это время на планете произошли существенные изменения: менялся климат, двигались материки, активно шли горообразовательные процессы. Вода то затапливала гигантские пространства на миллионы лет, то отступала под натиском испепеляющего солнца и жары.
Об этих процессах мы можем только догадываться, изучая осадочные породы, которые за это время пластами накладывались друг на друга. Химический анализ позволяет определить их возраст, а также сделать вывод о климате того периода. В определение возраста окаменелостей помогает радиоуглеродный анализ.
Архейская эра (от греч. archē — начало)
Наиболее ранняя эра Земли, начавшаяся около 3-3,5 млрд. лет назад и продлившаяся 900 млн. лет. Самые древние живые организмы были найдены в этот промежуток времени: они были гетеротрофами, заселявшими дно теплых морей. Кислород отсутствовал, был возможен только анаэробный тип дыхания.
В архейский период отмечалась активная вулканическая деятельность, происходили значительные колебание температуры. На поверхности Земли жизнь была невозможна из-за губительных УФ (ультрафиолетовых) лучей. Именно поэтому жизнь «спряталась» на дне океана, где не так выражены перепады температур и рассеивается УФ излучение.
В течение архея появились первые фотосинтезирующие организмы — сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Атмосфера начала постепенно обогащаться кислородом.
Как оказалось, это вещество — кислород — предопределит путь развития жизни на Земле: в дальнейшем возникнут миллионы видов, которые им дышат, и жить без него не смогут. В числе этих видов и мы с вами.
К концу архея животные разделились на про- и эукариотические организмы.
Протерозойская эра (от греч. proteros — первый из двух + zoe — жизнь)
Протерозойская эра продолжалась около 2000 млн. лет. Поверхность планеты напоминала ледяную пустыню, климат соответственно был холодный.
Дальнейшее развитие жизни продолжалось. В этой эре выделились царства растений, животных и грибов. Возникли первые многоклеточные организмы: кишечнополостные, губки, водоросли, предки трилобитов. Были распространены сине-зеленые водоросли — цианобактерии, которые выделяли кислород в ходе фотосинтеза.
В течение этой эры в атмосфере возросла концентрация кислорода и приблизилась к 1% — точки Пастера, критического для эволюции значения. Считается, что по достижении точки Пастера становится возможным кислородный тип дыхания и устойчивая жизнедеятельность аэробных организмов.
В течение протерозойской эры концентрация кислорода в атмосфере достигнет 10% — сформируется озоновый слой, служащий эффективной защитой для всего живого от губительного УФ-излучения. Благодаря озоновому слою появятся первые наземные экосистемы.
Палеозойская эра (греч. palaios — древний)
Продолжалась около 340 млн. лет. Эту эру подразделяют на 6 периодов, которые мы рассмотрим:
- Кембрийский
Холодный климат меняется на умеренно влажный, а затем на теплый сухой. Тают оледенения суши, в результате чего огромные пространства заполняются водой.
Все растения и животные обитают в море, однако, на побережье появляются первые наземные грибы, лишайники. Животный мир активно развивается: на глубине в море появились трилобиты и мечехвосты, коралловые полипы, иглокожие.
Большая часть суши подверглась сильнейшему затоплению, наземные животные почти не встречались. В толще океана обитали фораминиферы и радиолярии.
В теплых морях процветали кишечнополостные (в их числе и коралловые полипы), иглокожие, моллюски. Установлено, что в этом периоде жили первые представители типа хордовых — бесчелюстные.
Климат становится более сухим, суша поднимается — вода отступает, тем самым создаются условия для развития наземных видов. И действительно, силур отличается этими знаменательными событиями: растения и животные осваивают сушу.
В приливно-отливных зонах возникают первые наземные растения: риниофиты и псилофиты, еще имеющие очень много общего с водорослями. И, тем не менее, псилофиты — пионеры суши. У них появляются проводящие и механические ткани, которые водорослям были ни к чему.
Появились первые наземные животные: многоножки и паукообразные — скорее всего произошедшие от трилобитообразных, которые долгое время могли оставаться на отмелях после отлива. На образовавшейся суше они чувствовали себя просторно и вальяжно: хищники отсутствовали, конкуренция была небольшой. В таких условиях размножение происходило быстро.
Это период господства рыб в морях. Возникают активно плавающие хрящевые рыбы, у которых имеются челюсти для захвата пищи. Появляются все известные на настоящее время систематические группы рыб.
Некоторые рыбы, обитающие в бедных кислородом (пересыхающих) водоемах, используя плавники, приобрели способность переползать из одного водоема в другой и дышать атмосферным воздухом. Так появляются двоякодышащие и кистеперые рыбы.
К концу девона на сушу выходят первые земноводные: ихтиостеги и стегоцефалы, произошедшие от кистеперых рыб. Возникают древовидные леса, состоящие из хвощей, плаунов и папоротников.
В карбоне материки еще более опускаются, часть суши оказывается заболоченной. Поначалу теплый и влажный климат сменяется к концу периода холодным и сухим.
Бурно развиваются древовидные леса из папоротников, которые достигали в высоту 40 метров. Массовое отмирание папоротникообразных в этом периоде привело к образованию обширных залежей каменного угля, в честь которого период и получил свое название.
Размножение семенных растений, появившихся в карбоне, более не связано с наличием воды, благодаря чему они расселяются вглубь материков.
В морях все также распространены фораминиферы, радиолярии, кораллы и моллюски. Возникают первые насекомые: тараканы, стрекозы, жесткокрылые. Под конец периода появляются пресмыкающиеся, размножение которых не связано с наличием воды, что позволяет им заселить сухие, ранее незаселенные территории.
В перми активируется вулканическая деятельность, происходит крупнейшее отступление моря, вследствие которого образуются большие пространства суши. Климат также меняется: он становится резко континентальным.
К таким серьезным изменениям не приспособлены многие виды животных и растений: полностью вымирают трилобиты, многие моллюски, крупные рыбы и насекомые, значительная часть амфибий, исчезают древовидные папоротники, хвощи и плауны.
В природе не бывает пустого места: приспособленные особи выживают, размножаются и занимают освобожденные другими видами ниши. Бурно развиваются пресмыкающиеся, появляются звероподобные ящеры, примерно в это же время возникают первые млекопитающие.
Чтобы легко запомнить периоды палеозойской эры, рекомендую взять на вооружение мнемоническое правило: «Каждый Отличный Студент Должен Курить Папиросы». Если вы обратите внимание на первые буквы этих слов, то поймете, что они совпадают с первыми буквами периодов палеозоя и расположены в нужном порядке.
Мезозойская эра (греч. mesos — средний + zoe — жизнь)
Мезозойская эра продлилась 186 млн. лет. Если бы мы сейчас перенеслись в то далекое время, то внешне заметили бы сходство мезозойского мира с нынешним, однако более детальное изучение показало бы нам, что его составляют совершенно иные растения и животные.
В мезозое выделяется три периода:
- Триас
Климат становится более сухим, что приводит к пересыханию внутренних морей. Активно идут горообразовательные процессы, начавшиеся в перми. Начинается движение материков, образуются пустынные пространства.
В царстве растений господствуют голосеменные, размножение которых не зависит от воды. Среди голосеменных активно заселяют территории саговниковые, хвойные, гинкговые растения.
Большинство амфибий окончательно вымирает. В животном мире господствуют пресмыкающиеся, среди которых встречаются черепахи, ихтиозавры, птицетазовые и ящеротазовые динозавры, клювоголовые, крокодилы и чешуйчатые. Часть рептилий дает начало млекопитающим, близким к однопроходным животным.
Климат становится более теплым и влажным, несколько увеличивается площадь морей. В глубине материков образовались многочисленные озера и болота.
В царстве растений господство остается за голосеменными растениями, наибольший расцвет среди которых переживают беннеттитовые, гнетовые, саговниковые.
В морях многочисленны головоногие моллюски. Самые разнообразные формы принимают морские пресмыкающиеся — ихтиозавры, плезиозавры. Эта эра принадлежит динозаврам. Рептилии господствуют в воде, на земле и в воздухе. К концу периода возникает первоптица — археоптерикс, давшая начала обширной группе птиц.
Климат становится более холодным. Активируются горообразовательные процессы — именно в этом периоде образовались Анды, Альпы, Гималаи. Название периода связано с многочисленными отложениями мела, которые образовались за счет раковин фораминифер.
Появляются цветковые (покрытосеменные) растения, вероятно произошедшие от голосеменных растений в результате скачкообразного изменения (мутации) женских органов размножения. Появления цветка и плода — важнейшие ароморфозы этого периода. К концу периода вымерли многие голосеменные растения.
Крупные моллюски и рептилии вымирают, эра динозавров заканчивается. На первый план выходят млекопитающие, ароморфозы которых, теплокровность и живорождение, позволяют занять господствующее положение. Появляются сумчатые и плацентарные млекопитающие.
Кайнозойская эра (греч. kainos — новый + zoe — жизнь)
Отправной точкой кайнозойской эры служит образование Альп, в это же время возникли и другие высочайшие горные системы. Я искренне рад быть вашим современником, и сообщаю, что мы с вами живем в кайнозойскую эру, которая длится уже 67 млн. лет. За это время произошло несколько материковых оледенений, возникновение человека.
В кайнозое выделяют три периода:
- Палеоген (греч. palaios — древний и genos — рождение, возраст)
В начале палеогена устанавливается теплый тропический и субтропический климат. Широко распространяются леса и редколесья. Большая часть животных представлена лесными обитателями.
Сумчатые и плацентарные млекопитающие эволюционируют параллельно. Возникают приматы, хищные и копытные животные, широкого разнообразия достигает мир птиц.
К концу палеогена климат становится континентальным, в Арктике и Антарктике появляются первые ледяные шапки. Леса преобразуются в саванны и заросли кустарников.
Климат в неогене был влажным и теплым. Расселившиеся в палеоген кустарники сменяются саванной и степной растительностью, образуются полупустыни и пустыни.
По берегам рек и озер растут березы, можжевельник, сосны, ивы, тополя. Среди животных расцвет происходит у обитателей открытых пространств: гиппарионов (примитивных лошадей), быков, слонов, жирафов, антилоп. Среди разнообразного и многочисленного класса птиц нередко встречаются хищные гигантские бегающие птицы.
Для неогена характерно большое разнообразие среди приматов, и появление первых человекообразных обезьян — антропоидов.
В ходе данного периода неоднократно происходили изменения климата. Поверхность Северного полушария оледеневала. Изменился и растительный мир — в Евразии распространилась таежная и тундровая растительность. Флора приобрела сегодняшний облик.
Среди животных были распространены бизоны, мамонты, носороги, пещерные медведи. Примерно 2 млн. лет назад появился человек умелый, начался процесс антропогенеза — становления человека, в результате которого возник вид Homo sapiens.
Активная деятельность человека: распашка земель, вырубка лесов, вытаптывание полей крупным рогатым скотом — привели к сужению ареала обитания многих видов животных, часть из которых вымерла.
Рекомендую мнемоническое правило, которое поможет запомнить периоды мезозойской и кайнозойской эры по первым буквам слов: «Ты, Юра, Мал — Подожди, Немного, А?»
Пангея и удивительная Австралия
В конце палеозоя и начале мезозоя всю сушу представлял один единственный континент — Пангея (др.-греч. Πανγαῖα — всеземля). В юрском периоде Пангея разделилась на два континента: северный — Лавразия (позже разделилась на Евразию и Северную Америку), и южный — Гондвана (позже разделилась на Африку, Южную Америку, Индию, Австралию и Антарктиду.)
Особого внимания требует Австралия. Этот материк отделился раньше всех, вследствие чего флора и фауна на нем формировались изолированно от остальных континентов.
Именно по этой причине в Австралии можно обнаружить виды растений и животных, которые более нигде не встречаются: сумчатые животные (кенгуру, куница, коала), подземные орхидеи, банксии и многие другие удивительные виды.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
Фундамент древних платформ имеет возраст кайнозойский архей протерозойский мезозойский палеозойский
Эволюция жизни на Земле привязана к геологической периодизации. Здесь действи-тельно есть взаимосвязь, но обычно получа-ется так, что в популярном изложении исто-рия жизни даже не затушёвывает, а просто закрывает собой историю геологических процессов. Даже для биолога это не всегда оправдано.
Криптозой
Первая геологическая эра – это гадес или катархей, эпоха, о которой не осталось никаких геологических свидетельств, так называемое догеологическое время. В это время в литосфере ещё не сформировались лёгкие континентальные плиты, которые, подобно пене над воронкой слива, не могут утонуть. Дифференциация вещества планеты по плотности только начиналась. В это время зародилась жизнь, но о её характере и свойствах достоверно ничего не известно.
 |
Архейская эра, начавшаяся 3,5 млрд. лет тому назад, сопровождалась не-бывалой силы тектоническими процес-сами. Выплавлялись первые граниты и появились первые островки суши, впо-следствии давшие начало материкам. Вы-втривание их поверхности дало первые осадочные породы. Позднеархейские об-нажения есть на севере Хабаровского края. Около 3 млрд. лет назад сформиро-валось земное ядро и ход конвективных процессов в мантии обрёл современную форму. Океан был горячим – 40 — 50° С, атмосфера – бескислородной, восстановительной.
Следующая эра – протерозойская – началась 1,8 млрд. лет назад. Легкая тонкая кора архейской эры в процессе переплавок породила стабильные материковые платформы — нечто тектонически неизменное. На краях платформ происходит коробление коры, прогибы, разломы, проявляется вулканизм — здесь наблюдается то, что издавна называется геосинклинальной зоной, но сами плиты практически неизменны. Завершение формирования платформ приблизительно соответствует границе архея и протерозоя. Для геолога протерозой – это ранняя эпоха формирования осадочных пород на обширных пространствах материков. Главным образом это были абиогенные карбонаты – доломиты и известняки.
Жизнь в это время была представлена сообществами, где ведущую роль в звене продуцентов играли цианобактерии (сине-зелёные водоросли), а их мёртвые клетки разлагали многочисленные и разнообразные бактерии «микрофлоры рассеивания». Эти сообщества оставили после себя ископаемые строматолиты. Значительная часть бактерий свиты рассеивания сама была способна к производству органики, получая энергию от химических соединений, порождённых активным вулканизмом. Они тоже оставили доказательства своего существования. Так, бактерии, окисляющие сероводород до серы, создали нынешние залежи самородной серы.
Два с лишним миллиарда лет, от раннего архея до позднего протерозоя жизнь темпы биологической эволюции были очень медленными. Ускорение биологической эволюции дали многоклеточные эукариоты, появившиеся, возможно, в позднем архее. Однако протерозойский спурт мог быть обеспечен только появлением достаточного количества кислорода в атмосфере. Теперь обладатели митохондрий, разлагая тот же субстрат, то и раньше, могли получать раз в пять больше энергии. В позднем протерозое была пройдена «точка Пастёра» — такая концентрация кислорода в окружающей среде, выше которой кислородное дыхание становится энергетически выгодным. Появившиеся около миллиарда лет назад многоклеточные красные и зелёные водоросли способствовали переходу атмосферы из восстановительной в окислительную.
Бактерии по-прежнему являются ведущей силой в геологических процессах. Теперь железобактерии создают запасы железных руд. Если в прежние времена ржавое железо должно было бы на воздухе превращаться в зелёную закись, то теперь растворимые закисные формы железа энергетически выгоднее переводить в нерастворимый Fe 2 O 3 . Этот процесс может происходить как абиогенно, так и в результате деятельности железобактерий. Возможно, важнейшие запасы железных руд Курской магнитной аномалии, Криворожского басейна и др. сделали те же микроорганизмы, которые и сейчас поселяются на внутренней поверхности железного бака с водой. Переводя железо в нерастворимую форму, железобактерии откладывают его в виде чехлика на наружной поверхности клеток. Потом они отмирают, а эти пустотелые колбаски из ржавчины будут миллиард лет ждать металлургов. В море накапливаются соли серной кислоты — сульфаты. Их окисленая сера — тоже продукт деятельности бактерий.
Возможно, однако, что здесь пропущен очень важный компонент первичной биосферы — метаногенные бактерии. Продукты их жизнедеятельности до нас дойти не смогли. Согласно довольно правдоподобной гипотезе, именно метаногены сформировали первую парниковую атмосферу. Парниковый эффект метана на порядок выше, чем углекислого газа. Поэтому, хотя молодое ленивое Солнце в это время светило на 80% от нынешней силы, планета была горячей, а океан нагрет приблизительно до 50 ° С. Позже, когда в атмосфере появился кислород, сначала он расходовался на окисление железа, потом — сероводорода, и, наконец, метана. В позднем протерозое планета пережила великие оледенения, что можно объяснить тем, что метанокисляющие бактерии съели всю метановую шубу в атмосфере. Ныне метаногенные бактерии — строгие анаэробы — в буквальном смысле загнаны в подполье, глубоко под землю и лишённые кислорода толщи морских вод.
В позднем протерозое (речь идёт о двух последних его периодах – рифее и венде) существовали красные и зелёные волдоросли современных отрядов и классов. Тогда же возникли многоклеточные животные практически всех известных нам типов.
Как и от кого – пока неизвестно, точнее, неизвестна та группа простейших, которая могла породить многоклеточных животных. Ближайшими нашими родственниками являются истинные грибы – мухоморы, дрожжи, плесени. Губки (паразоа), которые в учебниках зоологии рассматриваются как первые многоклеточные организмы – это параллельная веточка многоклеточных животных, возникшая до разделения предков грибов и собственно многоклеточных животных – метазоа.
Вдруг ленивый шаг биологической эволюции сменяется на бешеный галоп. Это происходит в следующую геологическую эру — палеозойскую . Здесь наблюдается так называемый кембрийский взрыв 
.
570 млн. лет назад, сразу, с четверга на пятницу, со свистом и грохотом, животные начали строить панцири, раковины, зубы, хитиновый наружный скелет – всё то, что сохраняется, где углерод медленно заменяется кремнием, и создаёт окаменелости. Прежнюю убогую картину с маловыразительными сульфатами, строматолитами и самородной серой, ржавыми слепками бактериальной клетки сменяют отпечатки целых животных – членистоногих, моллюсков, губок, кораллов, иглокожих. Для палеонтолога это напоминает срыв холста при открытии памятника, снятие шапки-невидимки.
Кембрий – первый период палеозойской эры. Когда биолог говорит слово «докембрийский», он подразумевает при этом пустоту и неизвестность. Есть ещё два термина – криптозой — эра скрытой жизни, то же, что и докембрий, и фанерозой – эра явной жизни.
Фанерозой
Палеозойская эра
Кембрийский парадокс содержит две загадки. Первая – почему это произошло? И почему именно 570 млн. лет назад?
Вторая – где предковые формы? В кембрии присутствуют основные типы животных, но откуда они взялись? Биологи любят рисовать филогенетические деревья, отражающие историю животных. Если взять такое дерево, отрезать нижнюю половину, останется то, что содержит фанерозой. Вот вершки, но где корешки? Зоологи не сомневаются, что моллюски и кольчатые черви имеют общего предка. Но в кембрии явлены готовые моллюски и черви, а где предок? Где предки иглокожих и многих прочих?
Во второй половине ХХ века была открыта докембрийская фауна, которую называют эдиакарской или вендской. Но там нет нужных корешков! Она представлена желетелыми организмами, совершенно непохожими на всё то, что есть в кембрийских отложениях. Появляется третья загадка – наряду с вершками без корешков появились корешки без вершков, кембрийские вершки и вендские корешки несовместимы…
Чем питались животные кембрия? Большинство из них были фильтраторами, т. е. отцеживали микроскопический планктон. Это губки и археоциаты , некоторые кишечнополостные, внешне похожие на двустворчатых моллюсков брахиоподы (плеченогие) , многие кольчатые черви и раки, а также первые представители хордовых .
Нынешние коралловые полипы живут за счёт симбитических одноклеточных водорослей, обитающих в тканях полипов. Вероятно, так же было и в кембрии. Мелкие водоросли, постоянно поселяющиеся на твёрдом субстрате — например, образующие зеленоватый налёт на стенках аквариума — безусловно, существовали и в кембрии. Ими питаются соскребатели — улитки из класса брюхоногох, первые представители которых тоже известны из кембрия.
Имевшиеся тогда крупные многоклеточные водоросли — красные и зелёные — имеют сравнительно близких ныне живущих родственников, которых и сейчас мало кто способен съесть. Их мёртвые тела покрываются шубой бактерий и становятся достаточно привлекательной пищей для детритофагов (мертвоедов). Эти звенья пищевой цепи — самые многочисленные и разнообразные — занимали трилобиты . Представьте себе перевёрнутое корытце или селёдочницу с многочисленными ножками, которые непрерывно взмучивают грунт и отцеживают мелкие частички пищи — обломки мёртвых тел с пирующими на них бактериями. Также вели себя и некоторые кембрийские раки, однако по численности они значительно уступали трилобитам, на долю которых приходится до 80% от всех ископаемых остатков животных раннего палеозоя.
И, наконец, появляются хищники — крупные членистоногие, родственные им аналомокарисы и головоногие моллюски.
Следующий период палеозоя – ордовикский – характерен увеличением разнообразия жизни. Количество ископаемых видов и родов увеличивается на порядок. Для геолога этот период важен отсутствием горообразовательных процессов. Безжизненные континенты с разрушенными, выветрелыми горами окружали мелководные тёплые моря. Появились бурые водоросли – те самые, которые создают подводные леса в прибрежной части современных морей, известные потребителю в виде морской капусты. От трилобитов отщепляется веточка, развившаяся в подтип хелицеровые (ныне полнее всего представленная паукообразными). Их наиболее древние представители — ордовикские ракоскорпионы — мало отличаются от современных скорпионов. Они первыми вышли на сушу.
В кембрийские и ордовикские времена жизнь существовала в основном в море, высшие формы жизни – исключительно в море. Следующий период – силурийский – характеризуется выходом на сушу многоклеточных растений и животных — прежде всего паукообразных и многоножек. Покинуть водную среду они смогли только после накопления в атмосфере достаточного количества кислорода, и, как следствие, появления озонового экрана, защитившего поверхность планеты от «кварцевания» жёстким ультрафиолетом солнечного излучения.
Есть в этом некая глобальная теоретическая недоработка. Растения связывают углерод и выделяют кислород. Животные потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Общий баланс кислорода и углекислоты – нулевой. Чтобы в атмосфере стало больше кислорода – О 2 , растения должны отнять его от СО 2 и оставить С — необходимо, чтобы параллельно накоплению кислорода шло накопление неразложившейся органической массы – углей, нефти, газа, горючих сланцев. А восстановленного углерода в кембрийских и ордовикских отложениях маловато… Считается, что палеозойская жизнь развивалась на мелководьях шельфов – подводной части материков, в местах, далёких от зон погружения коры. Утащить избыточный углерод в мантию процессы субдукции вроде не могли.
Сколько-нибудь знакомых нам сосудистых растений нет. В прибрежной зоне, в местах с высокой влажностью селятся псилофиты (правильнее — риниофиты) — сосудистые растения без листьев и корней, ползучий стебель, от которого вверх на несколько десятков сантиметров поднимаются редко ветвящиеся зелёные палочки. Их отдалённые потомки дожили до наших дней (3 вида). Собственно рыб нет («панцирные рыбы» силура – не рыбы, а нечто чуть повыше ланцетника) животных ещё нет, континенты заселены паукообразными, насекомыми, многоножками.
 |
В следующем, девонском периоде в океане появляются рыбы – хрящевые и костные, а в самом конце девона примитивные костные выходят на сушу и превращаются в земноводных.
Природа изобретает листья — источник питания для новых животных. Листья легче всего разрушаются с образованием гумуса (перегноя). Так растения превращают грунт в почву и в этом им помогают беспозвоночные. Под слоем листового опада благоденствуют новые формы членистоногих. Помимо почвенных клещей — представителей класса паукообразные — возникают неведомо от кого произошедшие трахейнодышащие: несколько классов многоножек и первый класс насекомых — скрыточелюстные. Все они — почвенные животные, питающиеся мёртвой растительностью, детритофаги или хищники, пожирающие детритофагов. Привычных нам консументов пастбищной цепи питания практически нет.
На суше появляются леса. Листья дают тень. Чтобы избежать затенения, нужно подняться выше конкурентов. Четыре новых отдела (= типа) истинных сосудистых растений появились в девоне — плауны, хвощи, папоротники и голосеменные — и каждая новая ветвь дала древовидные формы.
Для геологов это время интенсивного горообразования, вздымания и опускания суши. Территория современного Урала находится под водой, мощные вулканические процессы приводят к образованию здесь медных руд и малахита.
Каменноугольный период (карбон) – время, которое школьники излагают так: на берегах обширных болот росли папоротниковые леса . Разумеется, леса были не только папаротниковыми, но также хвощевыми и плауновыми, а кроме того, семенные папортники в карбоне дали начало другим классам голосеменных — дожившим до нас хвойным, гинкговым и саговниковым (цикадопситам). Старые стволы падали в болото и там превращались в уголь.
Итак, в каменноугольный период было тепло и влажно, и углекислоты было больше чем сейчас, и кислорода. Растения, господствующие на суше – мхи, плауны, хвощи и папоротники развиваются следующим образом: из споры возникает гаплоидный гаметофит — организм, производящий половые клетки – яйцеклетки и спермии со жгутиками. У привычных нам папоротников он называется заросток – зелёная пластинка без стеблей и листьев около миллиметра в длину. Спермий в капельно-жидкой воде подплывает к яйцеклетке и оплодотворяет её. Из зиготы вырастает диплоидный спорофит — собственно то, что мы называем папоротником .
Появляются первые крылатые насекомые. В течение каменноугольного периода возникают, вероятно, все основные отряды насекомых. В конце карбона их так много, что его иногда называют «веком тараканов». Древнекрылые насекомые — подёнки и стрекозы — первую, личиночную часть жизни проводят в воде.
Земноводные – позвоночные, личинки которых тоже развиваются в воде. У них наружное оплодотворение – самки выметывают яйцеклетки в воду («лягушачья икра»), в воду извергают сперму самцы.
И вдруг вода в этом мире исчезает. Заканчивается тектонический период с одной конвективной ячейкой. Материки сползаются в один суперконтинент – Пангею, на котором воцаряется суперконтинентальный климат. В результате их столкновений образуются новые горные цепи, в том числе — Урал. Начало этого процесса положено в следующий и последний период палеозоя – пермский. Море отступает, на суше накапливаются отложения солей, в том числе крупнейшее в мире Соликамское (Пермская область). Будущие хозяева суши – пресмыкающиеся и голосеменные — быстро развиваются. Самые примитивные представители рептилий появляются в позднем карбоне, в перми пресмыкающиеся достигают значительного разнообразия. Появляется новый класс голосеменных — беннетитовые, от которых произошли современные хвойниковые (гентовые).
Мезозойская эра
Окончательно Пангея оформляется к рубежу новой геологической эры – мезозойской, начавшейся около 235 млн. лет назад. Та делится на три периода – триасовый, юрский и меловой. В мезозое происходит распад Пангеи на два суперматерика – северную Лаврвзию и южную Гондвану. В ходе дальнейших тектонических процессов Гондвана раскалывается на Южную Америку, Африку, Антарктиду и Австралию, а также более мелкие обломки, например, Индостан. Лавразия распадётся на два материка – Евразию и Северную Америку. К концу мезозоя основные современные материковые плиты были полностью разделены.
В ходе этих процессов, сопровождающихся мощным вулканизмом и на поверхность изливаются огромные количества лавы (в некоторых местах – слоем до 8 км толщиной) и газов. Температура поверхности Земли резко возрастает и так же резко падает. В среднем мезозое почти на всей суше господствует теплый влажный климат. Это обеспечивает богатство и разнообразие биоты.
В массовом сознании это «эра динозавров». Отчасти так оно и есть. Следует помнить, однако, что в экономике природы беспозвоночные животные играют гораздо большую роль, чем позвоночные, не говоря уже о растениях. Важнейшие отряды насекомых — бабочки, двукрылые (мухи и комары), перепончатокрылые (муравьи, пчёлы, осы) – тоже уроженцы мезозоя (точнее, первые достоверные находки их останков датируются мезозоем). Значительные перестройки происходят также в морских сообществах. Появляются новые классы и типы водорослей, которые в настоящее время являются основными продуцентами Мирового океана – как у берегов (бурые водорсли), так и в толще воды. Одноклеточные диатомовые водоросли заключены в двустворчатый кремнезёмный панцирь точь-в-точь как кусок мыла в мыльнице . Другие одноклеточные водоросли – кокколитофориды, достигшие в позднем мезозое величайшего расцвета, имеют панцирь, состоящий из известковых чешуек . С того времени и по сей час на дне океана формируются толщи кремнезёмных осадков (в тропической и умеренной зонах) – кладбища диатомей и толщи карбонатных осадков (в субтропической зоне) – кладбища кокколитофорид и глобигерин. Если в богатые атмосферной углекислотой, протерозойские времена, донные карбонаты формировались абиогенно в виде доломитов CaMg(CO3)2, то теперь соли угольной кислоты отлагаются на дно только под влиянием живых организмов, главным образом, невидимых человеческим глазом. Из них и строят белокаменные дворцы. Диатомовые и карбонатные илы занимают в океане площадь в несколько раз большую, чем территория России.
Итак, в общественном сознании мезозой – время гигантских ящеров. Другие группы живых существ, прежде всего новые классы растений, сыграли неизмеримо большую роль в эволюции биосферы, но это практически никому не известно. Причина – они не страшные. Однако есть в этом своя биологическая загадка: почему именно тогда естественный отбор работал на создание гигантов? Перход к следующей эре — это решительная ставка на мелкие сухопутные формы.
Первый период мезозоя – триасовый. Грандиозная засуха пермотриаса – 20 млн. лет засухи – приводит к грандиозному вымиранию пышной фауны и флоры позднего палеозоя. Раннемезозойские пейзажи обычно изображаются бурой каменистой пустыней .
Масштабы вымирания не повторились никогда. Но вот что удивительно — исчезли не только влаголюбивые амфибии , но и огромное количество морских таксонов. Поэтому только засухой исчерпывающе объяснить пермотриасовую катастрофу не получится. Конечно, наготове палочка-выручалочка — падение крупного метеорита, но это для массовой культуры. Для самих себя биологи обычно не могут найти объяснения массовым вымираниям на границах крупных геологических эпох. В позднем палеозое, вероятно, под влиянием развития подвижных хищников — рыб и головоногих моллюсков — начинается растянутое во времени вымирание слабозащищённых малоподвижных беспозвоночных — трилобитов, граптолитов, ракоскорпионов, панцирных рыб и некоторых других, безраздельно господствовавших в ордовикских и силурийских морях. К триасу они сходят на нет.
Опустевшую сушу постепенно колонизируют существа сухого мира — голосеменные растения (в том числе и хвойные, достигшие в эту эпоху значительного разнообразия), пресмыкающиеся и первые млекопитающие.
Для оплодотворения голосеменных не нужна влажная внешняя среда. У них аналог заростка папоротникообразных (спорофит) развивается внутри специальных органов на самом материнском растении. Некоторые части этих органов образуют наружные покровы семени. Безусловно, семя более жизнеспособно в условиях засухи, чем спора.
Прогресс пресмыкающихся связан с решением двух физиологических задач – становлением настоящего лёгочного дыхания и возникновением амниоти-ческого яйца.
Исходно рыбы, находящиеся в условиях дефицита кислорода в воде, приспосабливаются к заглатыванию атмосферного воздуха. Наши лёгкие – это специализированный вырост пищеварительного тракта. Школьный представитель земноводных – лягушка – не имеет грудной клетки из рёбер, она тоже заглатывает кислород посредством движения кожной складки под нижней челюстью. Такой тип дыхания несовершенен, поэтому половина кислорода поступает в кровеносное русло через кожу. Кожное дыхание возможно только через влажные слизистые покровы. Если кожа высохнет, она станет непроницаемой для газов воздуха.
Чтобы грудная клетка совершала дыхательные движения, необходимы, во- первых, подвижные рёбра, посредством суставов прикрепляющиеся к позвонкам; во-вторых – специализированные мышцы, поднимающие и опускающие рёбра и в-третьих – нервный центр в продолговатом мозгу, который регулирует частоту дыхательных движений. Весь этот комплекс появляется только у пресмыкающихся, что позволяет им иметь сухие, не теряющие влагу покровы.
Амниотическое яйцо – это яйцо, в котором развиваются внезародышевые оболочки – амнион. Представьте себе головастика, заключённого в пузырёк с жидкостью. Стенки пузырька и есть амнион, выделяющий амниотическую жидкость. Когда «головастик» разовьётся и покинет яйцо, внезародышевые оболочки отмирают. Потомки рептилий — млекопитающие и птицы — сохранили амниотическое яйцо.
Млекопитающие старше птиц на 70 млн. лет. Они очень рано отделились от рептилий – ещё в триасе, поэтому несут на себе следы недоделок. В частности, у них сохранились кожные железы – сальные, потовые, млечные.
Динозавры появляются в следующем, юрском периоде.
Именно в юре происходят самые крупные тектонические процессы мезозоя – наиболее интенсивный раскол континентальных плит, формирование водоёмов, превратившихся позже в Индийский и Атлантический океаны. Формировались новые горные цепи (каледонская складчатость) и лавовые плато. Окружающая Комсомольск-на-Амуре горная страна — Сихотэ-Алинь, Баджал и соседние хребты имеют мезозойское происхождение. На суше господствуют голосеменные, образующие беннетитово-цикадофитовые леса в тропиках, гинкговые и кордаитово-хвойные — в умеренной зоне. В это время на суше возникают самые гигантские формы животных, и это исключительно рептилии. Млекопитающие мезозоя – мелкие и редкие крысовидные существа, темпы эволюции которых совершенно несравнимы с эволюцией пресмыкающихся.
Меловой период, как упоминалось выше – это время растительной революции, полной смены ведущих групп продуцентов как на море, так и на суше и перевода в подводные известняки огромного количества атмосферной углекислоты. Завершается раскол Гондваны и Лавразии, формирования Атлантического и Индийского океанов, закрывается океан Тетис.
 | |
 |
| Палеотемпературные кривые кайнозоя Северной Евразии (средние температуры января). Приведены данные для юго-запада русской равнины (1) на широте 47 ° , южной половины Западной Сибири (2) — 65 ° , северо-востока Азии (3) — 70 ° , Центральной Азии (4). Составил Величко. Из Чичагова, 2001. |
Медленное похолодание климата наблюдается в течение всего неогена. 20 млн.лет назад образовались первые ледники Антарктиды. Но около 5 млн. лет темпы похолодания убыстряются.
Четвертичный период. Немно-гим более 1 млн. лет назад содержание парниковых газов в атмосфере падает, начинается период глобальных оледенений плейстоцена, каждое из последующих обширней предыдущих. Стена льда высотой до трёх километров вздымается на Русской равнине от нынешних Киева и Волгограда, закрывает Англию, север Германии, Франции, Польши; в Северной Америке она стоит ещё южнее (см. видеофрагмент). Происходит глобальное вымирание теплолюбивых форм. Климат не только более холодный, но и более сухой. Возникает новое сообщество – тундростепь, в которой растут высокие травы. При малом снежном покрове этот корм доступен растительноядным животным и зимой. Развивается новый фаунистический комплекс – мамонтовая фауна. Шерстистый носорог, овцебык, большерогий олень и другие крупные растительноядные животные преследуются новыми хищниками, в том числе и человеком. Правда, следует отметить важную недоработку этой картины — тундростепь гипотетична. Действительно имелась специфическая фауна крупных растительноядных животных, которым действительно нечем питаться в нынешних тундрах и лесотундрах (например, бизонам на Чукотке). Действительно количество осадков, в том числе и в виде снега, в умеренных широтах было значительно меньше, чем сейчас. Однако реконструировать растительное сообщество того времени пока не удаётся.
Последнее оледенение заканчивается 14 тыс. лет назад. Начинается отсчёт последней, текущей эпохи четвертичного периода — голоцена. К этому моменту уровень Мирового океана был на 300 м ниже, чем сейчас. Северная Америка соединена с Евразией мостом шириной более 1000 км — Берингией. Правда, этот мост перекрыт ледником. 12 тыс. лет назад он ещё существует, но ледник уже отступил от южного берега Беринги. В Северную Америку проникают люди. Через 4 тысячи лет таяния льда суша принимает нынешние очертания. На местах, прежде покрытых ледником, появляются леса таёжного типа. Человечество переживает неолитическую революцию — появление земледелия и скотоводства. Численность людского населения резко возрастает, появляются города и государства.
Около 7 тыс. лет назад климат Северного полушария становится более влажным. Огромные пространства тундростепи заболачиваются, травянистая растительность заменяется мхом и появляется новый биом – тундра. Мамонтовая фауна вымирает. На территории нынешней Сахары попадаются бегемоты и крокодилы. На месте Балтийского моря – пресное ледниковое озеро — Иольдиевое море, которое только что соединилось с Мировым океаном. Нынешней Балтикой оно стало только 2 тыс. лет назад.
В чём причина таких резких качественных перестроек? К сожалению, пока нельзя ответить на этот вопрос. В середине века некоторой популярностью пользовалась гипотеза Миланковича, объяснявшая периоды похолодания космическими причинами – изменениями орбиты Земли род влиянием других космических тел. Отчасти это совпадает с нынешними российскими идеологическими установками – мифом о «российском космизме». Современная теория климата прежде всего опирается на внутренние причины – баланс парниковых газов и аэрозолей, распределение воздушных потоков тепла и влаги, характер морских течений, тепло- и газообмен между глубинами океана и его поверхностью. То, что концентрация углекислого газа в атмосфере палеогена была вчетверо выше современной, гораздо важнее колебаний эксцентриситета земной орбиты, но причины исторического истощения парниковых газов требуют осмысления. Пока приходится говорить только о становлении теории динамики палеоклимата – необходимо накопить огромные массивы фактов, прежде чем появятся надёжные обобщения. Известно только, что «наше» четвертичное оледенение было не единственным в истории планеты. Следы крупных ледников есть в протерозойских и палеозойских отложениях.
Самым интересным является вопрос – последнее, вюрмское оледенение действительно ли является последним в четвертичном периоде? Уловив ритм наступления ледников и просто, без объяснения причин, продолжив наметившуюся тенденцию, можно ожидать наступления следующего оледенения приблизительно через 20 тыс. лет.
Источник