Развитие жизни в протерозое и палеозое

Определения и обозначения

Протерозой — эон, продолжительный этап геологической истории Земли перед палеозоем, когда появились первые эукариотические и многоклеточные организмы. Эукариоты — организмы, клетки которых имеют ядро. Протерозой важен как время, когда жизнь усложнялась, а условия для её развития менялись.

Эдиакарская биота — комплекс мягкотелых многоклеточных организмов позднего протерозоя. Многие из них не имели твёрдого скелета, поэтому их остатки сохранились хуже, чем окаменелости более поздних животных. Это понятие помогает представить, какой была жизнь до широкого распространения организмов с твёрдыми частями тела.

Кембрийский взрыв — сравнительно быстрое по геологическим меркам появление в летописи окаменелостей представителей многих крупных групп животных в начале палеозоя. Геологическая летопись — сведения о прошлом Земли, которые учёные получают, изучая горные породы и окаменелости. Слово «взрыв» указывает на темп роста разнообразия, а не на мгновенное возникновение жизни.

Палеозой — эра, когда жизнь широко распространилась в морях, а затем освоила сушу. Она включает кембрий, ордовик, силур, девон, карбон и пермь. Знание порядка периодов помогает связывать изменения организмов с последовательностью событий в истории Земли.

Как это устроено

В протерозое менялась среда обитания: содержание кислорода в атмосфере постепенно росло, в том числе благодаря фотосинтезу. Кислород позволял организмам получать больше энергии, поэтому усложнялись способы их жизнедеятельности. Возникновение эукариот и многоклеточности открыло возможности для появления клеток с разными функциями и более сложных форм. Морская жизнь продолжала развиваться, а её поздние мягкотелые представители образовали эдиакарскую биоту.

Начало палеозоя называют временем разнообразия морских животных из-за заметного увеличения числа их групп в кембрийской летописи. Твёрдые скелеты и панцири лучше сохранялись в породах, чем мягкие ткани, поэтому ископаемых стало больше и их проще изучать. Защита и опора помогали животным двигаться, добывать пищу и занимать разные участки морской среды. В результате сообщества морей стали разнообразнее, хотя жизнь не возникла заново: она существовала и до кембрия.

Освоение суши шло постепенно, потому что на воздухе организмы сталкивались с высыханием, перепадами температуры и необходимостью поддерживать тело без опоры воды. В силуре распространились первые наземные растения; их закреплению помогали ткани, удерживающие воду и поддерживающие стебель. Затем сушу осваивали членистоногие, у которых наружные покровы снижали потерю влаги. В девоне появились наземные позвоночные, происходившие от водных предков; выходу на берег помогали конечности и органы дыхания, способные работать вне воды.

В карбоне тёплый влажный климат способствовал распространению обширных лесов, а в болотистых местах накапливались растительные остатки. При недостатке кислорода они разлагались не полностью и со временем, под давлением отложений, участвовали в образовании угольных залежей. В лесах и водоёмах широко жили земноводные, которым для размножения обычно требовалась вода. В конце периода возникли первые пресмыкающиеся: их размножение стало меньше зависеть от водоёмов благодаря яйцу с защитными оболочками.

В перми климат и условия среды менялись, поэтому привычные места обитания и сообщества перестраивались. Изменения температуры, засушливости и состояния морских и наземных экосистем создавали трудности для многих организмов. Одни группы сокращались, другие приспосабливались или занимали освободившиеся места. Период завершился крупнейшим массовым вымиранием на границе палеозоя и мезозоя, после которого состав жизни на Земле существенно изменился.

Ключевые этапы развития жизни в протерозое и палеозое

Читайте строки сверху вниз: так видна последовательность этапов, а столбцы помогают сопоставить условия и организмы. Не считайте каждый перечисленный организм впервые появившимся именно в этом периоде: таблица показывает прежде всего характерные события. Сравните, как от морских сообществ постепенно переходят к освоению суши.

Разбор задач

Задача 1. Расположите по времени появление первых многоклеточных организмов, кембрийский взрыв и выход растений на сушу. Чтобы не перепутать события, сначала отнесите их к крупным этапам, а затем сравните порядок этих этапов. Важно не смешивать появление многоклеточных в протерозое с ростом разнообразия животных в кембрии.

1. Появление первых многоклеточных связываем с протерозоем.
2. Кембрийский взрыв произошёл позднее, в начале палеозоя.
3. Выход растений на сушу начался ещё позже, в силуре.

Ответ: первые многоклеточные организмы → кембрийский взрыв → выход растений на сушу. Последовательность показывает, что усложнение жизни в морях предшествовало освоению суши.

Задача 2. Определите, к какому периоду относятся расцвет древних рыб, распространение наземных растений и образование обширных лесов. Подбирайте период по сочетанию характерных событий, а не по одному знакомому названию организма. Сопоставьте признаки с последовательностью освоения суши и изменением растительности.

1. Расцвет рыб относится к девону: этот период называют временем расцвета рыб.
2. Распространение наземных растений связано с силуром, когда растения начали осваивать сушу.
3. Обширные леса особенно распространились в карбоне; накопление их остатков способствовало образованию угольных залежей.

Ответ: древние рыбы — девон; наземные растения — силур; обширные леса — карбон. Появление растений на суше и распространение лесов — связанные, но не одинаковые события.

Задача 3. В ископаемом сообществе найдены морские беспозвоночные и первые рыбы, но нет наземных позвоночных. Установите вероятный этап палеозоя и объясните выбор. Нельзя делать вывод по одному признаку: группы организмов могли сохраняться в нескольких периодах. Поэтому нужно проверить, какие признаки указывают на раннюю стадию освоения среды.

1. Морские беспозвоночные сами по себе не позволяют точно определить период, поскольку они жили в разные этапы палеозоя.
2. Первые рыбы указывают на раннее развитие позвоночных, а отсутствие наземных позвоночных говорит, что выход на сушу ещё не состоялся или не стал характерным.
3. Такое сочетание признаков вероятнее для ордовика, когда появились первые позвоночные, либо для раннего этапа палеозоя; для уточнения нужны дополнительные данные о породах и ископаемых.

Ответ: вероятный этап — ранний палеозой, ориентировочно ордовик. По одному краткому описанию нельзя установить период безошибочно, поэтому вывод следует считать вероятным.

Типичные ошибки

Ошибка — считать кембрийский взрыв внезапным появлением жизни. Так думают, потому что слово «взрыв» звучит как мгновенное событие, а кембрийские окаменелости заметны в летописи. Проверьте себя: до кембрия уже существовали организмы, а быстро увеличилось по геологическим меркам разнообразие животных.

Ошибка — переносить выход позвоночных на сушу в ранние периоды. Это случается, когда все события освоения суши объединяют в один этап. Восстановите порядок: сначала растения и беспозвоночные, позднее наземные позвоночные.

Ошибка — считать, что характерный для периода организм обязательно впервые возник именно тогда. Появление группы и её расцвет могут приходиться на разные периоды, и знакомое название не заменяет временной последовательности. Проверьте, говорится ли в условии о возникновении или о широком распространении группы.

Ошибка — представлять эволюцию прямой лестницей от простых организмов к сложным. Такая схема кажется удобной, но виды и группы развивались разными ветвями, а вымирания меняли состав сообществ. Проверяйте себя вопросом: какие группы сосуществовали, а какие исчезли при смене условий?

Связь с другими темами

Чтобы ориентироваться в этапах, нужно знать геологическую шкалу времени и различать эон, эру и период. Тема опирается на представления о клетке, фотосинтезе, многоклеточности и приспособлении организмов к среде. Эти знания помогают объяснить, почему изменения условий влияли на развитие жизни, а не просто запомнить порядок событий. Понимание смены древних сообществ пригодится при изучении мезозоя, кайнозоя, эволюции позвоночных и экологических изменений.

Что запомнить

• Протерозой предшествовал палеозою.
• В протерозое появились эукариоты и многоклеточные организмы.
• Кембрийский взрыв обозначает быстрое по геологическим меркам разнообразие животных.
• Жизнь освоила сушу постепенно: сначала растения и беспозвоночные, затем позвоночные.
• Девон называют временем расцвета рыб.
• В карбоне распространились обширные леса, остатки которых участвовали в образовании угольных залежей.
• Палеозой завершился массовым вымиранием на границе с мезозоем.