16. Жизнь в архейскую и протерозойскую эры

Определения и обозначения

Архейская эра — древнейший крупный этап истории Земли, предшествующий протерозою; он начался около 4 млрд лет назад. В это время на планете появились первые известные формы жизни, преимущественно прокариоты. Понятие «архей» помогает обозначить ранний этап развития живого мира, когда клеточная жизнь только начинала распространяться.

Протерозойская эра — эра, последовавшая за археем и продолжавшаяся до начала палеозоя. В ней произошли важные изменения: появились эукариотические клетки, а позднее — многоклеточные организмы. Это понятие нужно, чтобы отделять этап усложнения жизни от более раннего времени, когда преобладали простые клетки.

Цианобактерии — бактерии-прокариоты, способные к фотосинтезу с выделением кислорода. Они использовали свет, а их деятельность со временем изменила состав водной среды и атмосферы. Их роль показывает, что организмы могут влиять на условия жизни всей планеты.

Эукариоты — организмы, клетки которых имеют оформленное ядро, отделённое от остальной части клетки оболочкой. У прокариот такого ядра нет, и их клеточная организация устроена проще. Это различие помогает понять, почему появление эукариот стало важным шагом к возникновению более сложных организмов.

Как это устроено

Древнейшие организмы возникли в воде: она смягчала перепады условий и служила средой, где могли происходить необходимые химические реакции. О существовании жизни в далёком прошлом учёные судят по сохранившимся следам и древним породам. Самые ранние известные свидетельства относятся к архейской эре, поэтому именно с ней связывают начало истории жизни на Земле.

В архее появились организмы, способные к фотосинтезу, в том числе цианобактерии. При фотосинтезе они использовали энергию света и выделяли кислород, который сначала связывался с веществами в воде и породах. Когда эти процессы продолжались долго, кислород начал постепенно накапливаться в окружающей среде, меняя её состав.

Кислород не сразу стал доступен в больших количествах: часть его расходовалась на реакции с веществами окружающей среды. По мере его накопления организмам стало доступно кислородное дыхание — способ получать энергию с участием кислорода. Это позволило распространяться организмам, способным использовать такой способ обмена веществ, и стало одним из условий усложнения жизни.

В протерозое клеточная организация стала сложнее: появились эукариоты с оформленным ядром и внутренними структурами. Позднее возникли многоклеточные организмы, клетки которых могли различаться и выполнять разные задачи. Многоклеточность стала возможной не из-за появления первых клеток, а благодаря дальнейшему объединению и специализации клеток.

Архей и протерозой отличаются не только временем, но и уровнем организации живого мира. В архее преобладали простые прокариоты, тогда как в протерозое появились эукариоты и многоклеточные формы. Эти изменения шли вместе с преобразованием среды: фотосинтез организмов способствовал накоплению кислорода, а новая среда создавала условия для дальнейшей эволюции.

Жизнь в архейскую и протерозойскую эры

Чтобы сравнить эры, сначала найдите в таблице положение во времени, а затем сопоставьте формы жизни и клеточное строение. Строки об атмосфере и эволюционных новшествах помогают увидеть связь между изменениями среды и усложнением организмов.

Разбор задач

Задача 1. Распределите по эрам древнейшие прокариоты, появление эукариот и развитие многоклеточных организмов. Решать такую задачу нужно по порядку событий: сначала установить, какие формы жизни проще, а затем соотнести их с последовательностью эр. Не следует считать, что все события произошли одновременно.

1. Архей предшествует протерозою, а древнейшие известные организмы были прокариотами.
2. Эукариоты появились позже, уже в протерозое; у их клеток есть оформленное ядро.
3. Развитие многоклеточных организмов также относят к протерозою, но оно произошло позднее появления первых клеток.

Ответ: древнейшие прокариоты — архей; появление эукариот и развитие многоклеточных организмов — протерозой.

Задача 2. Объясните цепочку: фотосинтез цианобактерий — накопление кислорода — появление условий для кислородного дыхания. Здесь требуется не просто перечислить события, а показать, как первое вызывает последующие. При ответе важно помнить, что выделенный кислород сначала расходовался на взаимодействие с веществами среды.

1. Цианобактерии использовали энергию света для фотосинтеза и выделяли кислород.
2. Часть кислорода связывалась в воде и породах, поэтому он накапливался постепенно, а не сразу.
3. Когда кислород стал доступен в окружающей среде, организмы получили возможность использовать его для дыхания и получения энергии.

Ответ: фотосинтез цианобактерий привёл к выделению кислорода, его постепенное накопление изменило среду и создало условия для распространения кислородного дыхания.

Задача 3. В древних породах обнаружены следы простых клеток без ядра, а описание указывает на водную среду и ранний этап истории жизни. Определите эру и обоснуйте выбор двумя признаками. Если в описании упоминаются эукариоты или многоклеточные организмы, вывод может быть другим, поэтому нужно проверить все подсказки.

1. Клетки без оформленного ядра — это прокариоты, характерные для раннего этапа развития жизни.
2. Древнейшие известные свидетельства жизни связаны с археем, а водная среда согласуется с условиями существования первых организмов.
3. Проверяем второй признак: в условии нет эукариот и многоклеточных форм, которые указывали бы на более позднее усложнение жизни.

Ответ: событие относится к архейской эре. Основания: обнаружены прокариоты без оформленного ядра и описан ранний этап существования жизни в водной среде.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что кислородная атмосфера существовала с самого начала истории Земли. Так думают, если переносят современные условия на далёкое прошлое и забывают о постепенном изменении среды. Проверка: свяжите накопление кислорода с фотосинтезом древних организмов и учитывайте, что кислород сначала расходовался на реакции с веществами.

Ошибка: называть цианобактерии эукариотами. Путаница возникает из-за того, что цианобактерии фотосинтезируют, а фотосинтез часто связывают с растениями. Проверка: определите тип клетки — у цианобактерий нет оформленного ядра, значит, это прокариоты.

Ошибка: смешивать появление многоклеточности с возникновением первых клеток. Такое происходит, если воспринимать развитие жизни как одно событие, а не как последовательность этапов. Проверка: первые известные организмы были прокариотами, а многоклеточные формы возникли значительно позднее.

Ошибка: относить появление эукариот к архею без проверки хронологии. Можно запомнить отдельный термин, но перепутать последовательность событий и эр. Проверка: восстановите порядок: архей предшествует протерозою, а появление эукариот и многоклеточных организмов относят к протерозою.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, чем прокариотическая клетка отличается от эукариотической: главное различие — наличие оформленного ядра. С фотосинтезом и круговоротом кислорода связана история изменения атмосферы: деятельность цианобактерий постепенно меняла условия на планете. Эти знания пригодятся при изучении происхождения многоклеточных организмов и дальнейшей эволюции жизни.

Что запомнить

• Архей предшествовал протерозою.
• Древнейшие известные организмы были прокариотами.
• Цианобактерии осуществляли фотосинтез и выделяли кислород.
• Накопление кислорода постепенно изменило атмосферу и условия жизни.
• В протерозое появились эукариоты.
• Позднее возникли многоклеточные организмы.