Эволюция
Периоды развития жизни
Захотелось мне тут нарисовать схему биологических эпох в реальном масштабе времени. Обычно их изображают примерно так:
Всё ровно и аккуратно.
Однако давайте-ка сделаем немного по-другому.
Во-первых, начертим шкалу времени как она есть, без сжатий и растяжений. Во-вторых, поставим ноль времени на момент появления планеты Земля. Приняв возраст Земли допустим в пять миллиардов лет, получим что наше время соответственно на пять миллиардов лет позже. Это просто чтобы не путаться с «обратным» временем.
Если кто-то возражает против конкретного возраста, то я ему отвечу что чёткого состояния, которое можно было бы принять за окончательно сформированную планету, не существует. Изначально вокруг Солнца вращалось газопылевое облако, скорее всего горячее, которое местами постепенно сгущалось в планеты. Появившиеся протопланеты по мере увеличения своей массы всё сильнее и сильнее затягивали в себя летающий вокруг них мусор, пока он не закончился. Что творилось в это время на поверхностях планет, лучше даже не представлять, а то плохо встанет. В течение длительного времени планеты уже в принципе были, но на них беспрерывно падали большие и маленькие астероиды в таком количестве, что это заметно изменяло массы планет.
Ну вот где-то 4.5-5 млрд. лет назад ситуация стала более-менее стабильной. Во всяком случае, археологи нашли участки поверхности возрастом четыре миллиарда лет. Итак, смотрим на нашу временную линейку. Что мы видим?
Согласно современным прикидкам, примерно через миллиард лет после сформирования Земли на ней появилась жизнь. Чуть раньше того времени начинаются геологические породы, датируемые геологами. В них палеонтологи ухитрились найти указания на существование первых одноклеточных организмов. Далее идёт временной промежуток около трёх миллиардов лет до отметки под названием «Точка Пастера». Поясню что это значит.
С самого появления Земли в атмосфере и океанах полностью отсутствовал свободный кислород. Причина этого заключается в том что кислород химически очень активен и при малейшей возможности окисляет всё что видит. Из-за этого он почти всегда присутствует в виде окислов. Поэтому первые организмы существовали в среде, полностью лишённой свободного кислорода, дышать (т.е. окислять имеющуюся у них органику с выделением при этом энергии) они не могли и вместо дыхания использовали другой химический процесс, энергетическая эффективность которого была в 14 раз ниже. Но при этом древние одноклеточные освоили фотосинтез, во время которого окислы углерода расщепляются на углерод и кислород, углерод идёт на строительство биомассы, а кислород выбрасывается наружу как ненужный отход. Вот в этом-то процессе вся интрига и заключалась. Год за годом, тысячелетие за тысячелетием, три миллиарда лет древние бактерии выбрасывали несвязанный кислород в воду, в которой они жили. Жили они именно в воде, потому что в отсутствии кислорода отсутствовал и озоновый слой атмосферы, без которого на поверхность Земли свободно падали ультрафиолетовые лучи. Он весьма губительны для всего живого, поэтому скорее всего не только суша и атмосфера были «стерильны», но и верхние 10 метров мирового океана, ниже которого и обитали одноклеточные живые организмы.
Нет, вы это представляете? Три миллиарда лет (ТРИ МИЛЛИАРДА!) в глубине мирового океана плавал какой-то бульончик из одноклеточных, которые молча и неумолимо кушали углерод и выделяли кислород. Так, чисто для сравнения, планета Земля совершает полный оборот вокруг нашей галактики за 250-280 млн. лет. То есть за период от первых бактерий до появления первых дышащих бактерий Земля десять раз обернулась вокруг Млечного Пути.
На самом деле, один важный шаг в эволюции за это время был сделан, правда без микроскопа его не заметишь. Через два миллиарда лет после возникновения жизни на Земле появились первые ядерные одноклеточные - эукариоты. Я не биолог, поэтому с трудом понимаю разницу между ними, но суть в том что в эукариотах присутствует несколько типов специализированных структур - органелл. Судя по всему, такая структура позволяет поддерживать более масштабные и разнообразные процессы в клетках, благодаря чему эукариоты в 10-100 раз больше прокариот. Однако не думайте, что после этого прокариоты исчезли, их и сейчас везде навалом, даже пожалуй побольше чем эукариотов.
Итак, одноклеточные организмы протерозоя методично кушали углерод и выделяли кислород. Сначала ничего особо не происходило. Когда поступление кислорода в воду стало большим, этот кислород сначала окислил там всё до чего смог дотянуться. После этого кислород стал поступать в атмосферу, где ситуация повторилась - всё стало окисляться на суше и в воздухе. И только после этого концентрация кислорода стала линейно повышаться со временем. Наконец его концентрация достигла уровня, называемого «Точка Пастера». Это концентрация, при которой уже возможно дыхание, составляет она примерно 1/100 от нынешней. Достижение этой точки имело три фундаментальных следствия.
1. Стало возможным дыхание, что давало резкую прибавку в энергетике организмов.
2. Кислород конечно штука прикольная, но для древних бактерий он смертельно опасен - грубо говоря, он их разъедал. Думаю, это примерно как нам попасть в раствор соляной кислоты (которая, между прочим, находится у нас в желудке). Поэтому 99.99% живых существ вымерло, а их сменили одноклеточные, свободно пребывающие в кислородной среде.
3. Начиная с достижения точки Пастера в стратосфере появляется хоть плохонький, но озоновый слой. Соответственно солнечный свет становится не столь губительным, и организмы начинают выживать во всё более верхних уровнях воды, потом в атмосфере и на суше и т.д. По мере продвижения наверх интенсивность солнечного света возрастала, что ускоряло процесс развития биосферы и выработку кислорода.
В общем для одноклеточных Земли наступила эра изобилия и процветания. Солнца сколько хочешь! Кислорода для дыхания - достаточно! Злобный ультрафиолет отступил куда-то в стратосферу. Короче пацаны, гуляем, наливай! На волне энергетического и пищевого изобилия одноклеточные начали постепенно сбиваться в группы, сначала чисто механически склеиваясь, потом наладили симбиоз с разделением обязанностей, а там уже и до многоклеточного организма с узкоспециализированными клетками рукой подать. Так началась первая эпоха многоклеточных организмов - эдиакар, или венд. Это вот например картинка, реконструирующая тогдашнюю живность:
1 - примитивный сидячий полип Nemiana simplex; 2 - Vendia sokolovi (билатерально симметричный организм неясного систематического положения); 3 - примитивная сидячая медуза Cyctomedusa plan; 4 - Dickinsonia costata (крупные листовидные сегментированные организмы, стоящие по уровню организации, очевидно, между кишечнополостными и плоскими червями); 5 - медуза Hiemalora stellaris;6 - сцифомедуза Kimberella quadrata; 7 - примитивная сидячая медуза Ediacaria flindersi (до 1 м в диаметре); 8 - Charnia masoni и 9 -Charniodiscus oppositus - организмы неясного систематического положения; 10 - многоклеточная слоевищная водоросль вендотения (Vendotaenia), возможно, древнейший представитель бурых водорослей; 11 - Spriggina floundersi, возможный предок трилобитов; 12 - представитель вымершей группы беспозвоночных Tribrachidium heraldicum, обладавших трёхлучевой симметрией.
Никаких скелетов или панцирей у тогдашних существ не было, что связано с тем что кислород опять-таки нужен для их появления, а он хоть и появился, но концентрация его ещё была невелика. Этот период продолжался около 100 млн. лет, после чего ситуация в очередной раз круто поменялась.
В мире непуганых студенистых фраеров эдиакара появились сначала чёткие пацанчики в хитиновых оболочках, а потом тех самих разогнали по щелям совсем уже реальные бойцы - хордовые. По сравнению с «медузами» венда панцирные были как первый терминатор против человека, а хордовые это уже вроде терминатора-2. У панцирных была собственно броня, плюс развились конечности и всякие когти-жвала-клешни. Понятно что с таким арсеналом древние крабы, панцирные рыбы и прочие страшилища легко расправились со своими предшественниками. Однако потом появились хордовые, которые правда не были так защищены бронёй, зато были куда подвижнее, а их челюсти намного мощнее клешней. И вплоть до наших дней позвоночные стали королями животного мира.
***
На этом я пожалуй закончу своё небольшое эссэ про развитие биосферы Земли. «Как же так!» - скажете вы - «Это ведь только начало, там ещё столько всего! А как же покорение суши, земноводные, рептилии, насекомые, динозавры, летающие животные, ледниковый период, человек, в конце концов?» Да, в эволюции биосферы ещё куча всего интересного, но я позволю себе заметить, что я обрисовал примерно 90% времени существования Земли или примерно 85% времени развития живых существ на Земле. Всё что случилось потом, заняло 15% оставшегося времени до того момента, когда вы прочитали этот текст.
Захотелось мне тут нарисовать схему биологических эпох в реальном масштабе времени. Обычно их изображают примерно так:
Всё ровно и аккуратно.
Однако давайте-ка сделаем немного по-другому.
Во-первых, начертим шкалу времени как она есть, без сжатий и растяжений. Во-вторых, поставим ноль времени на момент появления планеты Земля. Приняв возраст Земли допустим в пять миллиардов лет, получим что наше время соответственно на пять миллиардов лет позже. Это просто чтобы не путаться с «обратным» временем.
Если кто-то возражает против конкретного возраста, то я ему отвечу что чёткого состояния, которое можно было бы принять за окончательно сформированную планету, не существует. Изначально вокруг Солнца вращалось газопылевое облако, скорее всего горячее, которое местами постепенно сгущалось в планеты. Появившиеся протопланеты по мере увеличения своей массы всё сильнее и сильнее затягивали в себя летающий вокруг них мусор, пока он не закончился. Что творилось в это время на поверхностях планет, лучше даже не представлять, а то плохо встанет. В течение длительного времени планеты уже в принципе были, но на них беспрерывно падали большие и маленькие астероиды в таком количестве, что это заметно изменяло массы планет.
Ну вот где-то 4.5-5 млрд. лет назад ситуация стала более-менее стабильной. Во всяком случае, археологи нашли участки поверхности возрастом четыре миллиарда лет. Итак, смотрим на нашу временную линейку. Что мы видим?
Согласно современным прикидкам, примерно через миллиард лет после сформирования Земли на ней появилась жизнь. Чуть раньше того времени начинаются геологические породы, датируемые геологами. В них палеонтологи ухитрились найти указания на существование первых одноклеточных организмов. Далее идёт временной промежуток около трёх миллиардов лет до отметки под названием «Точка Пастера». Поясню что это значит.
С самого появления Земли в атмосфере и океанах полностью отсутствовал свободный кислород. Причина этого заключается в том что кислород химически очень активен и при малейшей возможности окисляет всё что видит. Из-за этого он почти всегда присутствует в виде окислов. Поэтому первые организмы существовали в среде, полностью лишённой свободного кислорода, дышать (т.е. окислять имеющуюся у них органику с выделением при этом энергии) они не могли и вместо дыхания использовали другой химический процесс, энергетическая эффективность которого была в 14 раз ниже. Но при этом древние одноклеточные освоили фотосинтез, во время которого окислы углерода расщепляются на углерод и кислород, углерод идёт на строительство биомассы, а кислород выбрасывается наружу как ненужный отход. Вот в этом-то процессе вся интрига и заключалась. Год за годом, тысячелетие за тысячелетием, три миллиарда лет древние бактерии выбрасывали несвязанный кислород в воду, в которой они жили. Жили они именно в воде, потому что в отсутствии кислорода отсутствовал и озоновый слой атмосферы, без которого на поверхность Земли свободно падали ультрафиолетовые лучи. Он весьма губительны для всего живого, поэтому скорее всего не только суша и атмосфера были «стерильны», но и верхние 10 метров мирового океана, ниже которого и обитали одноклеточные живые организмы.
Нет, вы это представляете? Три миллиарда лет (ТРИ МИЛЛИАРДА!) в глубине мирового океана плавал какой-то бульончик из одноклеточных, которые молча и неумолимо кушали углерод и выделяли кислород. Так, чисто для сравнения, планета Земля совершает полный оборот вокруг нашей галактики за 250-280 млн. лет. То есть за период от первых бактерий до появления первых дышащих бактерий Земля десять раз обернулась вокруг Млечного Пути.
На самом деле, один важный шаг в эволюции за это время был сделан, правда без микроскопа его не заметишь. Через два миллиарда лет после возникновения жизни на Земле появились первые ядерные одноклеточные - эукариоты. Я не биолог, поэтому с трудом понимаю разницу между ними, но суть в том что в эукариотах присутствует несколько типов специализированных структур - органелл. Судя по всему, такая структура позволяет поддерживать более масштабные и разнообразные процессы в клетках, благодаря чему эукариоты в 10-100 раз больше прокариот. Однако не думайте, что после этого прокариоты исчезли, их и сейчас везде навалом, даже пожалуй побольше чем эукариотов.
Итак, одноклеточные организмы протерозоя методично кушали углерод и выделяли кислород. Сначала ничего особо не происходило. Когда поступление кислорода в воду стало большим, этот кислород сначала окислил там всё до чего смог дотянуться. После этого кислород стал поступать в атмосферу, где ситуация повторилась - всё стало окисляться на суше и в воздухе. И только после этого концентрация кислорода стала линейно повышаться со временем. Наконец его концентрация достигла уровня, называемого «Точка Пастера». Это концентрация, при которой уже возможно дыхание, составляет она примерно 1/100 от нынешней. Достижение этой точки имело три фундаментальных следствия.
1. Стало возможным дыхание, что давало резкую прибавку в энергетике организмов.
2. Кислород конечно штука прикольная, но для древних бактерий он смертельно опасен - грубо говоря, он их разъедал. Думаю, это примерно как нам попасть в раствор соляной кислоты (которая, между прочим, находится у нас в желудке). Поэтому 99.99% живых существ вымерло, а их сменили одноклеточные, свободно пребывающие в кислородной среде.
3. Начиная с достижения точки Пастера в стратосфере появляется хоть плохонький, но озоновый слой. Соответственно солнечный свет становится не столь губительным, и организмы начинают выживать во всё более верхних уровнях воды, потом в атмосфере и на суше и т.д. По мере продвижения наверх интенсивность солнечного света возрастала, что ускоряло процесс развития биосферы и выработку кислорода.
В общем для одноклеточных Земли наступила эра изобилия и процветания. Солнца сколько хочешь! Кислорода для дыхания - достаточно! Злобный ультрафиолет отступил куда-то в стратосферу. Короче пацаны, гуляем, наливай! На волне энергетического и пищевого изобилия одноклеточные начали постепенно сбиваться в группы, сначала чисто механически склеиваясь, потом наладили симбиоз с разделением обязанностей, а там уже и до многоклеточного организма с узкоспециализированными клетками рукой подать. Так началась первая эпоха многоклеточных организмов - эдиакар, или венд. Это вот например картинка, реконструирующая тогдашнюю живность:
1 - примитивный сидячий полип Nemiana simplex; 2 - Vendia sokolovi (билатерально симметричный организм неясного систематического положения); 3 - примитивная сидячая медуза Cyctomedusa plan; 4 - Dickinsonia costata (крупные листовидные сегментированные организмы, стоящие по уровню организации, очевидно, между кишечнополостными и плоскими червями); 5 - медуза Hiemalora stellaris;6 - сцифомедуза Kimberella quadrata; 7 - примитивная сидячая медуза Ediacaria flindersi (до 1 м в диаметре); 8 - Charnia masoni и 9 -Charniodiscus oppositus - организмы неясного систематического положения; 10 - многоклеточная слоевищная водоросль вендотения (Vendotaenia), возможно, древнейший представитель бурых водорослей; 11 - Spriggina floundersi, возможный предок трилобитов; 12 - представитель вымершей группы беспозвоночных Tribrachidium heraldicum, обладавших трёхлучевой симметрией.
Никаких скелетов или панцирей у тогдашних существ не было, что связано с тем что кислород опять-таки нужен для их появления, а он хоть и появился, но концентрация его ещё была невелика. Этот период продолжался около 100 млн. лет, после чего ситуация в очередной раз круто поменялась.
В мире непуганых студенистых фраеров эдиакара появились сначала чёткие пацанчики в хитиновых оболочках, а потом тех самих разогнали по щелям совсем уже реальные бойцы - хордовые. По сравнению с «медузами» венда панцирные были как первый терминатор против человека, а хордовые это уже вроде терминатора-2. У панцирных была собственно броня, плюс развились конечности и всякие когти-жвала-клешни. Понятно что с таким арсеналом древние крабы, панцирные рыбы и прочие страшилища легко расправились со своими предшественниками. Однако потом появились хордовые, которые правда не были так защищены бронёй, зато были куда подвижнее, а их челюсти намного мощнее клешней. И вплоть до наших дней позвоночные стали королями животного мира.
***
На этом я пожалуй закончу своё небольшое эссэ про развитие биосферы Земли. «Как же так!» - скажете вы - «Это ведь только начало, там ещё столько всего! А как же покорение суши, земноводные, рептилии, насекомые, динозавры, летающие животные, ледниковый период, человек, в конце концов?» Да, в эволюции биосферы ещё куча всего интересного, но я позволю себе заметить, что я обрисовал примерно 90% времени существования Земли или примерно 85% времени развития живых существ на Земле. Всё что случилось потом, заняло 15% оставшегося времени до того момента, когда вы прочитали этот текст.