§ 17. Основные этапы эволюции органического мира на Земле: развитие жизни в архее, протерозое, палеозое

Определения и обозначения

Архей — древнейший крупный этап геологической истории Земли, начавшийся около 4 млрд лет назад и завершившийся примерно 2,5 млрд лет назад. В это время возникли первые известные формы жизни — простые одноклеточные организмы. Это понятие помогает обозначить начало биологической эволюции на планете.

Протерозой — следующий за археем длительный этап, продолжавшийся примерно от 2,5 млрд до 539 млн лет назад. В его течение появились клетки с ядром, многоклеточные организмы и первые сложные морские формы. Название нужно, чтобы выделять время крупных перемен в организации живого до начала палеозоя.

Палеозой — эра геологической истории, начавшаяся около 539 млн лет назад и закончившаяся примерно 252 млн лет назад. Её отличают быстрое увеличение разнообразия морских организмов и постепенное освоение суши. Это понятие позволяет проследить переход от преобладания водной жизни к возникновению наземных экосистем.

Докембрий — общее название времени до кембрийского периода, включающее архей и протерозой. В докембрии сформировались важнейшие предпосылки сложной жизни, хотя ископаемые свидетельства этого времени сохранились хуже, чем остатки многих более поздних организмов. Его важно отличать от палеозоя, чтобы не смешивать ранние этапы эволюции с последующим расцветом разнообразной жизни.

Как это устроено

Ранняя Земля сильно отличалась от современной: свободного кислорода в атмосфере было мало, поверхность и климат оставались неблагоприятными для большинства нынешних организмов. Поэтому первые формы жизни существовали в воде, где условия были более стабильными, и имели простое клеточное строение. Одноклеточность позволяла организмам обходиться небольшим набором структур и получать вещества непосредственно из окружающей среды. Так появились первые прокариоты — клетки без оформленного ядра.

Затем некоторые древние микроорганизмы стали использовать энергию света для фотосинтеза. В ходе этого процесса они производили органические вещества и выделяли кислород, который сначала связывался с веществами океана и земной коры, а позднее начал накапливаться в атмосфере. Это изменило условия существования: кислородное дыхание стало источником энергии для многих организмов, а образование озонового слоя ослабило воздействие опасного ультрафиолета. Поэтому фотосинтез изменил не только атмосферу, но и возможности дальнейшей эволюции.

В протерозое появились эукариоты — организмы, клетки которых имеют оформленное ядро и внутренние структуры. Более сложное устройство клетки позволило выполнять разные функции и стало одной из предпосылок возникновения многоклеточности. Когда клетки стали объединяться и специализироваться, организм мог состоять из частей с разными задачами. В морях появились первые многоклеточные формы и представители более сложной жизни, хотя их разнообразие ещё не сравнялось с последующим палеозойским.

В начале палеозоя в морях быстро увеличилось разнообразие животных — это событие часто называют кембрийским разнообразием. В относительно короткий по геологическим меркам срок распространились многие группы беспозвоночных с различными способами передвижения, питания и защиты. Такое расхождение форм было связано с появлением новых экологических возможностей и взаимодействием организмов, например хищничеством. Позднее в морях широко развивались рыбы, а позвоночные постепенно осваивали новые среды.

Освоение суши происходило не одномоментно: сначала на ней появились растения, приспособленные к нехватке воды и опоры. Они удерживались на грунте, распространяли споры, а затем развивали более совершенные органы и способы размножения. Растительность создала пищу и укрытия, поэтому вслед за ней на суше появились животные, сначала членистоногие, а позднее позвоночные, включая земноводных. В палеозое возникли обширные леса, которые сформировали сложные наземные экосистемы и подготовили условия для дальнейшего развития организмов.

Основные этапы развития жизни в архее, протерозое и палеозое

Сопоставляй строки таблицы слева направо: сначала определяй этап, затем его время и характерные события. Границы указаны приблизительно, поскольку геологическая шкала уточняется по данным исследований. Такая проверка помогает не путать раннее появление жизни с её последующим усложнением.

Разбор задач

1. Хронология событий

Условие. Расположите события в хронологическом порядке: появление первых прокариот, возникновение эукариот, выход растений на сушу. Чтобы решить задачу, нужно определить, к каким крупным этапам относится каждое событие. Затем сравнить этапы по времени: архей предшествует протерозою, а тот — палеозою.

1. Первые прокариоты относятся к древнейшей истории жизни и появились в архее.
2. Эукариоты возникли позднее, в протерозое, когда жизнь стала усложняться.
3. Растения вышли на сушу уже в палеозое, после длительного развития жизни в водной среде.

Ответ. Правильная последовательность: появление первых прокариот, возникновение эукариот, выход растений на сушу. Основание для ответа — последовательность архей, протерозой, палеозой. Нельзя ориентироваться лишь на то, какие организмы кажутся сложнее: нужно соотносить события с геологическим временем.

2. Значение фотосинтеза

Условие. Объясните, почему фотосинтез повлиял и на состав атмосферы, и на дальнейшую эволюцию. Важно показать не два независимых факта, а причинную цепочку. Начните с деятельности древних организмов и проследите её последствия для других форм жизни.

1. Фотосинтезирующие организмы использовали свет и выделяли кислород; он постепенно накапливался в окружающей среде.
2. Появление кислорода позволило организмам использовать кислородное дыхание, обеспечивающее получение энергии.
3. Изменение атмосферы и формирование озонового слоя расширили возможности существования и расселения организмов.

Ответ. Фотосинтез изменил химический состав атмосферы, поскольку его побочным продуктом был кислород. Накопление кислорода сделало возможным распространение организмов с кислородным дыханием и создало условия для усложнения жизни. При этом сама жизнь возникла раньше значительного накопления кислорода.

3. Определение этапа по ископаемым

Условие. По описанию ископаемых остатков — морские беспозвоночные, древние рыбы, наземные растения и земноводные — определите этап и обоснуйте ответ. В описании перечислены организмы, характерные для разных эпизодов развития жизни. Поэтому сначала отделите признаки морской жизни от свидетельств освоения суши.

1. Морские беспозвоночные и рыбы указывают на развитие жизни в палеозойских морях; особенно быстро разнообразие животных увеличилось в кембрии.
2. Наземные растения свидетельствуют о переходе организмов к жизни вне воды, который начался в палеозое.
3. Земноводные — позвоночные, связанные с освоением суши; их появление также относится к палеозойскому развитию.

Ответ. Описание относится к палеозою. Его выдают разнообразие морских животных, развитие рыб и последовательное освоение суши растениями и позвоночными. Если в перечне одновременно названы морские и наземные группы, это отражает постепенное расширение среды обитания, а не их одновременное появление.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что сложные многоклеточные организмы появились уже в архее. Такое впечатление может возникнуть из-за того, что архей называют началом жизни, но начало жизни не означает мгновенного появления сложных форм. В архее преобладали простые одноклеточные организмы. Проверь себя: если речь идёт о многоклеточных и сложной морской жизни, соотноси их прежде всего с протерозоем или палеозоем.

Ошибка — путать появление кислорода в атмосфере с возникновением жизни. Эти события разделены большим промежутком времени: первые организмы существовали, когда свободного кислорода было мало. Путаница возникает потому, что кислород важен для многих современных организмов. Проверка простая: помни, что древние прокариоты могли жить без кислорода, а фотосинтез и накопление кислорода относятся к последующим изменениям среды.

Ошибка — представлять выход на сушу как единое событие, в котором одновременно участвовали все группы. Освоение новой среды требовало приспособлений, поэтому происходило постепенно и в разное время. Сначала сушу заселяли растения, затем различные животные. Чтобы проверить последовательность, спроси себя, откуда у животных появились пища и укрытие: важную основу наземных сообществ создала растительность.

Ошибка — смешивать протерозой и палеозой, называя их одним и тем же этапом. Протерозой относится к докембрию и связан с появлением эукариот и многоклеточных форм, тогда как палеозой характеризуется быстрым разнообразием морской жизни и широким освоением суши. Путаница возникает из-за того, что оба этапа продолжались долго и сменяли друг друга. Проверь себя по временной границе: протерозой заканчивается перед кембрием, с которого начинается палеозой.

Связь с другими темами

Чтобы понять последовательность этапов, вспомни, что такое эволюция и естественный отбор: изменения среды создавали условия, в которых сохранялись полезные приспособления. Различие прокариотической и эукариотической клетки помогает объяснить, почему появление клеток с ядром стало важным усложнением жизни. Эти знания связывают историю организмов с их строением и условиями существования.

Тема опирается на геохронологическую шкалу — систему, которая упорядочивает этапы истории Земли. Умение соотносить время с появлением групп организмов пригодится при изучении последующих эр и периодов. Оно также помогает не переставлять местами события, происходившие на протяжении миллиардов лет.

Освоение суши связано с происхождением современных растений, животных и экосистем. Наземные организмы должны были приспособиться к новым условиям, а сообщества формировались благодаря взаимодействию растений и животных. Это знание помогает объяснить, почему современные экосистемы зависят от среды и истории их развития.

Что запомнить

• В архее существовали древнейшие одноклеточные организмы.
• Фотосинтез древних организмов способствовал накоплению кислорода в атмосфере.
• В протерозое появились эукариоты и многоклеточные организмы.
• В палеозое быстро увеличилось разнообразие морских организмов.
• Освоение суши происходило постепенно: сначала её заселяли растения, затем животные.
• Развитие жизни на каждом этапе было связано с изменениями среды и появлением новых приспособлений.