§ 91. Основные этапы развития жизни на Земле

Определения и обозначения

Эволюция — историческое изменение наследственных признаков организмов и их популяций на протяжении поколений. Она объясняет, почему живые существа отличаются друг от друга и как со временем возникают новые виды. Понимание эволюции необходимо, чтобы связывать появление организмов с изменениями среды, а не представлять историю жизни как случайный перечень дат.

Геологическая летопись — сведения о прошлом Земли, сохранённые в горных породах и ископаемых остатках организмов. Ископаемые, или окаменелости, — сохранившиеся остатки и следы древней жизни. По ним учёные устанавливают, какие организмы жили в разные эпохи, и сопоставляют их появление с изменениями пород и условий среды.

Массовое вымирание — сравнительно быстрое по геологическим меркам исчезновение большого числа видов в разных экосистемах. Оно не означает, что жизнь на Земле прекращается: некоторые группы сохраняются и могут занять освободившиеся экологические ниши. Это понятие помогает объяснить резкие перемены в составе ископаемых организмов.

Эукариоты — организмы, клетки которых имеют оформленное ядро; к ним относятся животные, растения, грибы и многие одноклеточные. Их появление стало важным этапом усложнения клеточной организации. Термин помогает отличать такие клетки от прокариотических, у которых нет оформленного ядра.

Как это устроено

Земля образовалась около 4,6 млрд лет назад, но первые условия на её поверхности были мало пригодны для жизни, знакомой нам сегодня. Поэтому происхождение жизни относят к более позднему времени: древнейшие свидетельства существования организмов датируют примерно 3,5–3,8 млрд лет назад. Точные детали этого процесса остаются предметом исследований, поскольку ранние следы жизни сохранились плохо.

Первые известные организмы были простыми клеточными формами без оформленного ядра. Их устройство позволяло существовать в древней среде, где свободного кислорода почти не было. Позднее некоторые бактерии освоили фотосинтез — образование органических веществ с использованием энергии света. Кислород, выделявшийся при таком процессе, постепенно накапливался и изменял атмосферу, создавая условия для распространения организмов, использующих кислородное дыхание.

Следующий крупный переход связан с возникновением эукариотических клеток. Одна из научных гипотез объясняет появление митохондрий и хлоропластов древним симбиозом: одни клетки оказались внутри других и со временем стали их органоидами. Такое сотрудничество могло дать клеткам новые возможности получения энергии и использования света. Более сложная организация клеток впоследствии стала основой для развития многих групп организмов.

Многоклеточность возникла не один раз в истории жизни. Она позволила клеткам разделять функции: одни участвовали в питании, другие — в движении, защите или размножении. В кембрийский период, около 541 млн лет назад, в морях быстро увеличилось разнообразие животных и появились многие крупные группы. Это не означает, что жизнь возникла именно тогда: до этого уже существовали другие организмы, а причины быстрого изменения ископаемой летописи были сложными.

Освоение суши стало возможным благодаря изменениям строения и способов размножения организмов. Растениям требовались средства защиты от высыхания и опоры, а животным — приспособления для передвижения и дыхания вне воды. Позднее на суше широко распространились леса, насекомые и позвоночные. Пресмыкающиеся стали особенно разнообразны в мезозое; в эту эру также появились птицы и млекопитающие.

В истории Земли происходили массовые вымирания, после которых состав живых сообществ менялся. Например, около 66 млн лет назад исчезли нептичьи динозавры, а многие другие группы выжили. Освобождение экологических ниш способствовало последующему распространению млекопитающих и птиц. Эволюция при этом не движется к единой цели: успех группы зависит от её приспособленности к конкретным условиям, которые постоянно меняются.

Основные этапы развития жизни на Земле

Таблица показывает последовательность важных событий, а не полный перечень всех изменений жизни. Даты приблизительны: новые находки и методы исследований могут уточнять представления о прошлом.

Читая таблицу, двигайтесь от ранних событий к поздним и различайте время события и его последствия. Сравнивайте этапы по тому, что изменилось в организмах или окружающей среде. Не воспринимайте последовательность как обязательное движение от простого к «совершенному»: многие группы существовали одновременно и развивались по-разному.

Разбор задач

Задача. Расположите события в хронологическом порядке и объясните, почему появление кислорода в атмосфере считают важным этапом: возникновение многоклеточных животных, появление первых клеток, накопление кислорода вследствие фотосинтеза, освоение суши растениями. Здесь важно не просто запомнить названия событий, а установить, какие изменения среды могли стать предпосылкой последующих этапов. Даты для точного расчёта не нужны; достаточно общей временной последовательности.

1. Выделим события, относящиеся к ранней истории жизни. Первые клетки появились задолго до возникновения сложных многоклеточных животных и освоения суши. Поэтому в начале последовательности поставим появление первых клеток.

2. После появления ранних клеточных организмов некоторые бактерии стали осуществлять фотосинтез. Выделяемый ими кислород постепенно накапливался в атмосфере, так что накопление кислорода следует поставить после появления первых клеток. Это важный переход: кислород изменил химические условия на планете и сделал возможным распространение эффективного кислородного дыхания.

3. Затем в истории жизни появились многоклеточные животные. Их существование связано с уже более сложной организацией организмов, а многие животные используют кислородное дыхание. Поэтому в предложенной последовательности многоклеточные животные располагаются после накопления кислорода.

4. Освоение суши растениями произошло позднее первых клеточных форм и ранних этапов развития животных. Растения смогли распространиться за пределами водной среды благодаря приспособлениям, которые защищали их от высыхания и помогали размножаться. Следовательно, это событие ставим последним.

Проверка: получилась последовательность от древнейших клеток к более позднему освоению новых условий — первые клетки, накопление кислорода, многоклеточные животные, растения на суше. Важно не делать вывод, будто кислород был единственной причиной появления многоклеточности: история этих изменений сложнее, а последовательность показывает общую хронологию. Ответ: первые клетки → накопление кислорода вследствие фотосинтеза → возникновение многоклеточных животных → освоение суши растениями.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что жизнь возникла в кембрии, потому что тогда резко увеличилось разнообразие животных в ископаемой летописи. Так думают, если путают появление хорошо заметных окаменелостей с возникновением жизни вообще. Проверьте себя: сопоставьте кембрийскую дату — около 541 млн лет назад — с гораздо более древними свидетельствами существования клеточных организмов.

Ошибка: представлять эволюцию как последовательное превращение всех организмов в более совершенные формы. Такую мысль подсказывает упрощённая схема «от простого к сложному», но она не учитывает, что многие группы успешно существуют и сейчас. Проверка: спросите, к каким условиям приспособлен организм, а не насколько он «выше» другого.

Ошибка: считать, что массовое вымирание означает полное исчезновение жизни на Земле. Это происходит из-за смешения исчезновения множества видов с гибелью всех организмов. Проверьте себя: уточните, какие группы вымерли, а какие пережили событие и продолжили развиваться.

Ошибка: воспринимать даты геологических событий как совершенно точные и неизменные. Даты получают по научным данным, а новые открытия могут уточнять оценки. Чтобы проверить запись, ищите слова «около» или «примерно» и помните, что важны и последовательность событий, и приблизительность дат.

Связь с другими темами

История жизни опирается на знания об эволюции: наследственная изменчивость и естественный отбор помогают объяснить приспособление организмов к меняющейся среде. Геология и палеонтология дают сведения о возрасте пород и ископаемых, позволяя выстраивать хронологию. Тема также связана с клеточной биологией: различия между прокариотами и эукариотами, фотосинтез и клеточное дыхание помогают понять важные переходы в развитии жизни. Наконец, изменение состава атмосферы показывает, как организмы сами могут влиять на условия существования.

Что запомнить

• Земля сформировалась около 4,6 млрд лет назад, а древнейшие известные свидетельства жизни относятся примерно к 3,5–3,8 млрд лет назад.
• Фотосинтезирующие организмы способствовали накоплению кислорода и изменению атмосферы.
• Появление эукариот и многоклеточности стало важным этапом усложнения организации жизни.
• Живые организмы освоили сушу, а в разные геологические эры распространялись новые группы растений и животных.
• Массовые вымирания меняли состав экосистем, но не означали прекращения жизни на Земле.
• Эволюция не имеет заранее заданной цели: организмы приспосабливаются к конкретным условиям среды.