"Биология", Захаров В.Б., Сивоглазов В.И., Мамонтов С.Г., Агафонов И.Б.
Архей и протерозой — древнейшие этапы истории Земли, когда жизнь прошла путь от простых клеток без ядра до первых многоклеточных организмов. Ранние микробы могли жить без свободного кислорода, а фотосинтез постепенно изменил атмосферу планеты. Строматолиты сохранили следы деятельности древних микробных сообществ. Эти перемены создали условия для появления организмов с ядром и усложнения жизни.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Архей — древнейший этап истории Земли, когда появились первые известные формы жизни. Их клетки были простыми и не имели оформленного ядра, как у современных бактерий. Они существовали в океанах и могли обходиться без свободного кислорода. Это помогает понять, почему ранняя жизнь не была похожа на большинство привычных нам организмов.
Протерозой — следующий длительный этап, во время которого атмосфера постепенно обогатилась кислородом, появились эукариоты и многоклеточные организмы. Эти перемены не произошли одновременно: состав атмосферы и живые сообщества менялись на протяжении очень долгого времени. Понятие «протерозой» помогает связать изменения среды с усложнением жизни.
Строматолиты — слоистые образования, возникшие благодаря деятельности древних микроорганизмов. В их образовании участвовали колонии цианобактерий, выделявших кислород и способствовавших формированию слоёв из минеральных частиц. Строматолиты важны как свидетельства существования древних микробных сообществ, а не как остатки одного отдельного организма.
Эукариоты — организмы, клетки которых имеют оформленное ядро, где находится основная часть наследственного материала. У прокариот ядра нет, и устроены они проще. Различие между этими типами клеток помогает увидеть, насколько сильно изменились живые организмы по сравнению с первыми формами жизни.
Первые организмы были простыми прокариотами, потому что сложные клеточные структуры ещё не возникли. Почти полное отсутствие свободного кислорода означало, что кислородное дыхание не могло быть обычным способом получения энергии. Поэтому ранние организмы использовали бескислородные процессы. Их строение и обмен веществ соответствовали условиям молодой Земли.
Позднее у некоторых древних микроорганизмов появился фотосинтез — процесс, при котором энергия света используется для создания органических веществ. При фотосинтезе цианобактерий выделялся кислород, но он не сразу стал накапливаться в воздухе. Сначала кислород вступал в реакции с веществами океана и горных пород. Когда таких веществ стало недостаточно, свободный кислород начал постепенно менять состав атмосферы.
Цианобактерии могли жить колониями, образуя тонкие микробные слои. Они улавливали оседающие частицы, а их жизнедеятельность способствовала формированию минеральных слоёв. Так возникали строматолиты, иногда состоящие из множества заметных слоёв. Их обнаружение показывает, что в древних водоёмах существовали организованные сообщества микроорганизмов.
Накопление кислорода создало условия для аэробного дыхания — получения энергии с участием кислорода. Такой способ обмена веществ позволял организмам эффективнее использовать энергию питательных веществ. Это могло поддержать развитие более сложных клеток и форм жизни, хотя появление новых организмов не было мгновенным следствием одного события. Изменение среды и усложнение организмов происходили постепенно и были связаны между собой.
В протерозое появились эукариоты, а позднее — многоклеточные организмы. Наличие ядра и других клеточных структур отличало эукариот от прокариот, а многоклеточность позволяла клеткам выполнять разные функции. К концу протерозоя формы жизни стали разнообразнее. Это стало основой для дальнейшего развития организмов в следующие геологические периоды.
| Характеристика | Архей | Протерозой |
|---|---|---|
| Время в истории Земли | Примерно 4–2,5 млрд лет назад | Примерно 2,5 млрд — 541 млн лет назад |
| Условия существования организмов | Почти нет свободного кислорода | Кислорода становится больше |
| Основные формы жизни | Простые одноклеточные прокариоты | Прокариоты, позднее эукариоты и многоклеточные |
| Распространение фотосинтеза и изменение атмосферы | Фотосинтез возникал и распространялся | Кислород постепенно накапливался |
| Появление новых групп организмов | Известны первые формы жизни | Появились эукариоты и многоклеточные |
Сравнивайте сначала условия среды, затем формы жизни: так видно, какие перемены могли создать новые возможности для организмов. Границы эр условны для краткого обзора, а изменения внутри каждой эры происходили постепенно. Таблица показывает общую последовательность, а не точные даты появления каждой группы.
Задача 1. Ученик утверждает, что первые организмы могли получать энергию только с помощью кислородного дыхания. Оцените утверждение и объясните ответ.
Сначала вспомним, что атмосфера ранней Земли почти не содержала свободного кислорода. Значит, первые организмы не могли постоянно использовать кислородное дыхание. Их существование требовало других способов получения энергии.
Затем сопоставим условия среды с утверждением ученика. Если необходимого кислорода почти не было, кислородное дыхание не могло быть единственным способом. Ранние организмы были приспособлены к бескислородным условиям.
Ответ: утверждение неверно: первые организмы могли получать энергию без кислорода, поскольку ранняя атмосфера почти не содержала его.
Задача 2. В слоях древних пород обнаружены строматолиты. Какую роль в их образовании могли играть микроорганизмы и что это позволяет предположить о жизни того времени?
Рассмотрим, как могли взаимодействовать микроорганизмы и частицы в воде. Колонии цианобактерий образовывали слои, улавливали оседающие частицы и выделяли вещества, способствовавшие их закреплению. Слои накапливались один за другим.
Теперь сделаем вывод о значении находки. Строматолит — результат деятельности сообщества, а не окаменевшее тело одной бактерии. Значит, в древних водоёмах жили колонии микроорганизмов, способные совместно изменять окружающую среду.
Ответ: микроорганизмы участвовали в создании слоёв строматолитов; находка свидетельствует о древних микробных сообществах и их деятельности.
Задача 3. Постройте причинную цепочку: распространение фотосинтезирующих организмов — изменение атмосферы — появление новых возможностей для жизни. Объясните каждый переход.
Фотосинтезирующие организмы использовали свет для образования органических веществ и выделяли кислород. По мере их распространения кислорода производилось больше. Сначала он расходовался на реакции с веществами океана и пород.
Когда кислород стал накапливаться, его содержание в атмосфере постепенно увеличилось. Это изменило условия, в которых могли жить организмы. В частности, стало возможным более широкое использование кислородного дыхания.
Аэробное дыхание позволило эффективнее получать энергию из питательных веществ. Новые возможности обмена веществ могли способствовать усложнению клеток и организмов. Позже появились эукариоты и многоклеточные формы.
Ответ: фотосинтезирующие организмы выделяли кислород; его постепенное накопление изменило атмосферу; кислородное дыхание и усложнение жизни получили новые возможности.
Ошибка: считать, что кислородная атмосфера существовала уже при появлении первых организмов. Так думают, потому что сегодня кислород привычен и необходим многим живым существам. Проверьте себя вопросом: что происходило раньше — распространение фотосинтеза или накопление кислорода? Кислород накапливался позднее благодаря фотосинтезу.
Ошибка: называть древнейшие организмы эукариотами. Иногда слово «организм» ошибочно связывают со сложным строением клетки. Но первые известные формы жизни были прокариотическими, то есть не имели оформленного ядра. Чтобы проверить ответ, сравните наличие ядра: у эукариот оно есть, у прокариот — нет.
Ошибка: считать строматолиты окаменевшими телами отдельных организмов. Это заблуждение возникает из-за того, что находка сохраняется в породе и выглядит как самостоятельный объект. Строматолиты — слоистые образования, связанные с деятельностью микробных сообществ. Проверьте себя: в объяснении их образования должны быть слои и работа колоний микроорганизмов.
Ошибка: представлять появление эукариот и многоклеточности как мгновенный переход. Так может казаться, если перечислять этапы истории жизни без промежутков. На самом деле изменения шли постепенно, на протяжении длительного времени. Проверяйте себя, не связывая появление сложной формы жизни с одним событием или одной датой.
Чтобы разобраться в теме, нужно знать, чем прокариотическая клетка отличается от эукариотической, и понимать, что такое фотосинтез. Различие клеток помогает проследить усложнение организмов, а фотосинтез объясняет изменение атмосферы. Эти знания подготавливают к изучению дальнейшего разнообразия жизни и появления животных в последующие геологические периоды. Так история ранних микробов связывается с развитием более сложных организмов.
Какими были первые организмы на Земле?
Первые известные организмы были простыми прокариотами — клетками без оформленного ядра. Они были одноклеточными и жили в условиях, сильно отличавшихся от современных.
Почему ранние организмы могли жить без кислорода?
В атмосфере ранней Земли почти не было свободного кислорода, поэтому первые организмы не могли рассчитывать на кислородное дыхание. Они получали энергию другими способами, например в ходе бескислородных процессов.
Как фотосинтез изменил атмосферу Земли?
Фотосинтезирующие микроорганизмы выделяли кислород, который сначала связывался с веществами океана и горных пород. Позже свободный кислород начал накапливаться в атмосфере, меняя условия жизни и позволяя распространяться кислородному дыханию.
Что такое строматолиты и как они образовались?
Строматолиты — слоистые образования, возникшие благодаря деятельности древних микроорганизмов. Колонии цианобактерий улавливали частицы и выделяли вещества, способствовавшие образованию слоёв.
Какие важные группы организмов появились в протерозое?
В протерозое появились эукариоты — организмы с клетками, имеющими оформленное ядро. Позднее возникли многоклеточные организмы, а к концу эры формы жизни стали более разнообразными.
41. Жизнь в архейскую и протерозойскую эры
