În timpul perioadei Ediacaran (acum 635-541 milioane de ani), viața pe Pământ a constat în principal din bacterii unicelulare și alge, dar după perioada cambriană au început să domine organismele pluricelulare și animalele. Cambrianul a fost prima perioadă (acum 542-252 de milioane de ani), care a durat aproximativ 57 de milioane de ani, iar apoi a fost înlocuită de și perioade. Aceste perioade, precum și epocile ulterioare, au fost dominate de vertebrate, care au evoluat inițial în timpul Cambrianului.
Clima și geografie
Nu se cunosc multe despre clima globală în perioada Cambriană, dar este neobișnuit niveluri înalte dioxidul de carbon din atmosferă (de aproximativ 15 ori mai mare decât în prezent) însemna că temperatura medie putea depăși 50° C. Aproximativ 85% din Pământ era acoperit de apă (față de 70% în prezent), cea mai mare parte a acestei zone era ocupată de uriașele oceane Panthalassa și Iapetus; temperatura medie a acestor mări vaste putea varia de la 38 la 43° C. Până la sfârșitul Cambrianului, acum 485 de milioane de ani, cea mai mare parte a masei de uscat a planetei era concentrată pe continentul sudic Gondwanaland, care abia recent se desprinsese de Pannotia chiar mai mare din eonul proterozoic precedent.
Viața de mare
Nevertebrate
Principalul eveniment evolutiv al Cambrianului a fost „explozia Cambriană” - un fenomen care a implicat o schimbare dramatică în corpurile organismelor nevertebrate. Acest proces a durat zeci de milioane de ani.
Opabinia
Din anumite motive, Cambrianul a văzut apariția unor creaturi cu adevărat bizare, inclusiv Opabinia cu cinci ochi, Hallucigenia spinoasă și marele Anomalocaris (care a fost unul dintre cele mai mari animale ale timpului său).
Vivaxia
Majoritatea acestora nu au lăsat un singur descendent viu. Acest lucru a determinat speculații cu privire la ceea ce s-ar fi putut întâmpla în erele geologice ulterioare dacă, să zicem, ar fi evoluat o vivaxie „extraterestră”.
Cu toate acestea, astfel de reprezentanți străluciți ai nevertebratelor erau departe de singurele forme de viață din ocean. Perioada cambriană a marcat răspândirea la nivel mondial a planctonului timpuriu, precum și a trilobiților, viermilor, moluștelor mici și protozoarelor mici. De fapt, abundența acestor organisme a permis Anomalocaris și altor animale să prospere; aceste nevertebrate mai mari se aflau în vârf și își petreceau tot timpul hrănindu-se cu nevertebratele mai mici care se aflau în imediata apropiere a lor.
Vertebrate
Perioada cambriană a văzut cele mai timpurii organisme proto-vertebrate identificate, inclusiv Pikaia, și ceva mai avansate. MyllokunmingiaŞi Haikouichthys. Aceste trei genuri sunt considerate cei mai timpurii pești preistorici, deși există încă posibilitatea ca candidați anteriori din Proterozoicul târziu să fie descoperiți.
Floră
Există încă o controversă cu privire la existența unor plante adevărate în perioada Cambriană. Dacă da, au constat din alge microscopice și licheni (care nu au tendința de a se fosiliza). Se știe că plantele macroscopice, cum ar fi algele marine, nu evoluaseră încă în perioada cambriană, fapt dovedit de un decalaj vizibil în înregistrarea fosilelor.
De la originea pământului până acum 570 de milioane de ani.
Epoca precambriană a durat de la formarea Pământului până la apariția primelor organisme multicelulare în urmă cu aproximativ 570 de milioane de ani. Cele mai vechi roci cunoscute de noi au doar 3,9 miliarde de ani, așa că știm puțin despre tinerețea planetei noastre. Mai mult, chiar și aceste roci au suferit transformări atât de mari de-a lungul a miliarde de ani, încât ne pot spune puțin despre ele.
Cu aproximativ 2,5 miliarde de ani în urmă, întreaga masă terestră a Pământului a fost aparent unită într-un singur supercontinent uriaș, care ulterior s-a împărțit în mai multe.
Până la sfârșitul erei precambriene, continentele s-au contopit din nou, formând un nou supercontinent. Toate aceste tulburări pe uscat și pe mare au fost însoțite de grandioase schimbările climatice. În timpul Precambrianului, lumea a cunoscut cel puțin trei ere glaciare. Cel mai vechi a început acum aproximativ 2,3 miliarde de ani. Cea mai ambițioasă glaciație din întreaga istorie a planetei noastre a avut loc între 1 miliard și 600 de milioane de ani în urmă.
Atmosfera timpurie a Pământului nu conținea oxigen. Constă în principal din gaz metan și amoniac, cu cantități mai mici de hidrogen sulfurat, vapori de apă, azot și hidrogen, precum și monoxid și dioxid de carbon. Cu toate acestea, odată cu apariția vieții pe Pământ, imaginea s-a schimbat dramatic.
Primele celule. Metanul și alte gaze conținute în atmosfera primitivă a Pământului s-au dizolvat în apa mărilor, lacurilor și bălților, formând o „supă” chimică complexă (1). Experimentele de laborator au arătat că sub influența unei descărcări de fulgere, reactii chimiceși se formează compuși chimici mai complecși, foarte asemănători cu cei găsiți în celulele vii (2). În cele din urmă, unii dintre compușii organici au dobândit capacitatea de a se reproduce singuri, adică au început să creeze copii ale lor (3). Aceeași „bulion” conținea și globule de grăsime (4). Când vântul a agitat puternic „bulionul”, unii compuși complecși ar putea intra în interiorul acestor globule de grăsime (5) și să rămână „blocați” acolo. De-a lungul timpului, aceste structuri hibride au evoluat în celule vii înconjurate de o membrană grasă.
Chestiune de viață.
Toate ființele vii conțin un anumit set de compuși chimici speciali.
Celula este formată în principal din proteine sau substanțe sintetizate de acestea. Toate proteinele găsite în materia vie sunt formate din fire speciale chimicale- aminoacizi. Celulele conțin și o altă substanță chimică, ATP, care este folosită pentru a stoca energie.
Programul pentru crearea de noi celule - și chiar noi animale sau plante - există sub forma unui cod chimic special conținut într-o moleculă lungă numită ADN. Fiecare tip de organism viu are propriul său tip special de ADN. Toate aceste substanțe - proteine, ATP și ADN - conțin carbon, adică sunt compuși organici. Dar cum au apărut primele substanțe organice?
Experimente de viață
Gazele care au format atmosfera timpurie a Pământului s-au dizolvat treptat în Oceanul Mondial și în el a apărut un fel de „supă caldă” de compuși chimici. Deoarece nu exista oxigen în atmosferă, nu a existat un strat de ozon (ozonul este un tip de oxigen) care ar putea proteja suprafața pământului de radiațiile ultraviolete dăunătoare de la soare.
În anii 20 secolul XX Omul de știință rus Alexander Oparin și savantul englez John Haldane au prezentat o ipoteză conform căreia această radiație a fost emisă de multe milioane de ani,
împreună cu descărcările fulgerelor, au creat compuși chimici din ce în ce mai complecși în „bulionul” chimic, până când în cele din urmă a apărut un compus organic - ADN, capabil să se reproducă singur.
În anii 50 secolul XX Chimistul american Stanley Miller a decis să testeze această ipoteză. A amestecat metan și amoniac peste suprafața apei calde și a trecut prin el curent electric, creând ceva ca un fulger. Miller a repetat acest experiment de multe ori, modificând compoziția amestecului de gaze și regim de temperatură. În mai multe cazuri, el a descoperit că, după doar 24 de ore, aproximativ jumătate din carbonul conținut de metan a fost transformat în compuși organici, cum ar fi aminoacizii. Aceasta înseamnă că putem concluziona că, având în vedere suficient timp și compoziția corespunzătoare a amestecului de gaze, compuși chimici mai complecși s-ar fi putut forma în același mod, poate chiar și cei care fac parte din ADN.
Primele celule vii
„bulionul” chimic din oceanul primordial a devenit mai gros și s-au format din ce în ce mai mulți compuși noi în el. Unele dintre ele au format pelicule continue subțiri la suprafața apei - ca o peliculă din petrol vărsat în mare. Apa s-a amestecat, de exemplu în timpul unei furtuni, iar pelicula s-a spart în formațiuni sferice separate, asemănătoare bilelor de ulei. În interiorul lor se aflau compuși chimici individuali care au început să semene cu celulele vii reale. De îndată ce moleculele de ADN s-au format în „bulion” și s-au găsit, împreună cu alte substanțe, în interiorul unei astfel de învelișuri, aceasta a marcat începutul vieții pe Pământ.
Primele celule semănau cu bacteriile moderne în multe privințe. Ei au produs energia necesară prin descompunerea compușilor anorganici. Celulele ar putea extrage carbon din metan, precum și din monoxid de carbon și dioxid de carbon dizolvat în apă.
Ei au extras hidrogen din hidrogen sulfurat și din alți compuși care o conțin. Celulele au folosit toate aceste elemente pentru a reproduce noua materie vie. Bacteriile similare se găsesc acum în jurul izvoarelor minerale fierbinți și al vulcanilor activi.
Formele primitive de bacterii și cianuri (alge albastre-verzi) se găsesc încă din abundență în izvoarele minerale fierbinți. Unii dintre ei folosesc minerale din aceste surse ca „materii prime” pentru fotosinteză.
Oamenii de știință cred că viața ar fi putut avea originea într-un mediu similar. În partea de jos a imaginii, dacă te uiți cu atenție, poți distinge două persoane pe poteca din apropierea sursei.
Valorificarea energiei Soarelui.
Următoarea etapă cea mai importantă în procesul evolutiv este îmblânzirea energiei solare de către materia vie. În loc să extragă energie din compușii anorganici, celulele au început să folosească direct energia razelor solare.
Aceasta a marcat începutul fotosintezei, un proces special în timpul căruia plantele sintetizează nutrienți folosind energia din lumina soarelui. Și în loc să extragă hidrogenul de care au nevoie celulele din substanțe precum hidrogenul sulfurat, au învățat să-l extragă dintr-o substanță mult mai comună - apa.
Fotosinteza: un salt uriaș al evoluției
Plantele, algele și unele tipuri de bacterii „captează” lumina soarelui folosind compuși chimici colorați conținuti în celulele lor – așa-numiții pigmenți. Ei folosesc această energie luminoasă pentru a sintetiza toți compușii organici de care au nevoie pentru creștere și reproducere. Acest proces se numește fotosinteză, ceea ce înseamnă „creare prin lumină”. Pentru a crea compuși complecși precum zaharoza sau proteinele găsite în celulele vii din substanțe chimice simple, cum ar fi apa sau dioxidul de carbon, trebuie cheltuită o anumită cantitate de energie. În multe privințe, este ca și cum ați construi un zid: aveți nevoie de energie pentru a ridica cărămizile în partea de sus a peretelui și a le fixa pe loc. În fotosinteză, această energie provine din lumina soarelui. Dioxidul de carbon (conținând carbon și oxigen) și apa (conținând hidrogen și oxigen) produc carbon, oxigen și hidrogen. Din ele se sintetizează zaharoza și alți compuși organici produși în timpul fotosintezei. În acest caz, nu tot oxigenul este consumat, o parte din el este eliberat în atmosferă.
Pentru a capta razele soarelui, aceste noi celule fotosintetice au produs pigmenți – substanțe colorate care ar putea absorbi lumina. Până în acel moment, viața pe Pământ era plictisitoare și incoloră. Acum strălucea cu o varietate de culori noi. De acum înainte, organismele vii nu mai sunt legate de locuri cu substanțe deosebit de mari consumatoare de energie: apa și lumina soarelui s-au dovedit a fi surse de energie mult mai accesibile.
Noile fotosintetizatoare trăiau în principal în izvoarele minerale și în apele calde de coastă ale mărilor, unde era suficient de puțin adânc pentru ca lumina soarelui să ajungă la ele și, în același timp, suficient de adânc pentru a le proteja de efectele nocive ale radiațiilor ultraviolete. Unele dintre celule au continuat să elibereze hidrogen din hidrogen sulfurat; descendenții lor se găsesc încă în apropierea izvoarelor minerale fierbinți.
Stromatoliți vii în Shark Bay, Australia. Deoarece fotosinteza are loc în stromatoliți, aceștia extrag din apă dioxidul de carbon dizolvat în acesta. În acest caz, din soluție se eliberează carbonat de calciu (var). Mucusul lipicios produs de stromatoliți prinde particule minuscule de var, formând în cele din urmă straturi de calcar.
O secțiune transversală a unui stromatolit fosil care arată straturi de calcar și cianobacterii.
Epoca stromatoliților.
Unele dintre cele mai vechi organisme fotosintetice care au ajuns la noi sub formă fosilă sunt stromatoliții (vezi și p. 34). Aceste structuri ciudate par la prima vedere a consta din multe inele de calcar separate de straturi conice subtiri. De fapt, au fost formate din organisme primitive asemănătoare celor mai simple cianobacterii, care sunt uneori numite alge albastru-verzi. Stromatoliții au venit într-o varietate incredibilă de forme și dimensiuni. Unele erau rotunde, precum cartofii, altele erau în formă de con, altele erau înalte și subțiri sau chiar ramificate.
Stromatolitele fosilizate se găsesc în întreaga lume. În multe locuri formează recife uriașe, deseori ridicându-se la sute de metri de fundul mării prin apă limpede, similar recifelor de corali moderne de la tropice. Cele mai vechi stromatoliți fosile au fost descoperite în Australia de Vest, în roci vechi de 2,8 miliarde de ani. Cu toate acestea, structuri neidentificate, despre care oamenii de știință cred că ar putea fi și stromatoliți fosilizați, se găsesc chiar și în roci care au cel puțin 3,5 miliarde de ani. Stromatoliții vii trăiesc astăzi pe Pământ. Ei, ca și strămoșii lor îndepărtați, preferă apa caldă și puțin adâncă. Cu toate acestea, gama actuală de stromatoliți este limitată doar la acele locuri în care există puține animale care se hrănesc cu ei.
Depozite roșii
Unele dintre cele mai vechi fosile, inclusiv multe stromatoliți, apar în roci numite șisturi, care sunt mai puțin frecvente în rocile sedimentare din epoci mai recente. Acest lucru i-a nedumerit mult timp pe geologi, până când în cele din urmă și-au dat seama că formarea unor astfel de straturi este asociată cu activitatea de viață a stromatoliților. Treptat, concentrația de oxigen din oceane a crescut și a început să intre în reacții chimice cu fierul dizolvat în apă. Format
con" cu învelișul său propriu - așa-numitele organele. Fiecare compartiment avea un special mediul intern prin urmare, procese diferite au avut loc acum în diferite părți ale celulei. Acum, reacțiile chimice din celule au devenit mult mai eficiente. ADN-ul, substanța care conține codul genetic, este organizat în structuri speciale - cromozomi. Oamenii de știință cred că aceste noi celule s-au format atunci când celulele aerobe au început să invadeze alte celule – poate pentru a se proteja de noi celule „prădătoare”. În același timp, celulele noi au împărtășit energia și au produs compuși chimici între ele.
compuși ai fierului și oxigenului – așa-numiții oxizi de fier. Nu s-au putut dizolva în apă și s-au așezat pe fund împreună cu alte sedimente.
Cu aproximativ 2,2 miliarde de ani în urmă, pe uscat a început să se formeze și un nou tip de rocă sedimentară, așa-numitele depozite roșii. Aceste roci conțineau o cantitate mare de oxizi de fier, ceea ce le dădea o nuanță roșiatică de culoarea ruginii." Aceasta înseamnă că până atunci a apărut oxigenul în atmosferă. Tot fierul din ocean era deja legat și excesul de oxigen a intrat în atmosferă. sub formă de gaz.
Otrăvit cu oxigen
De-a lungul Precambrianului, concentrația de oxigen din atmosfera Pământului a crescut constant. Cu toate acestea, acest lucru nu a adus nimic bun pentru multe organisme vii din acea vreme. Pentru ei, asta echivala cu o poluare atmosferică enormă. La urma urmei, primele organisme vii au apărut într-un mediu fără oxigen, iar oxigenul s-a dovedit a fi o otravă mortală pentru ele. Multe specii au dispărut de pe fața Pământului - aceasta a fost prima mare extincție din istoria sa. Căile evoluției sunt cu adevărat imperceptibile: astăzi nu ne putem imagina viața fără oxigen, iar pentru primele organisme vii, oxigenul din atmosferă era letal.
În cele din urmă, evoluția a produs celule capabile nu numai
trăiește într-un mediu cu oxigen, dar și transformă-l în beneficiul tău. La urma urmei, unii compuși formați în timpul fotosintezei pot fi descompuse cu ajutorul oxigenului, iar energia eliberată poate fi folosită pentru a crea o serie întreagă de compuși noi. În majoritatea celulelor vii, acesta este încă procesul de respirație. Oamenii de știință o numesc respirație aerobă („aerobă” înseamnă „folosirea aerului”). În timpul acestui proces, este eliberată mult mai multă energie decât în timpul oricărui alt proces de biodegradare care are loc fără participarea oxigenului. Unele celule care „respiră” au dobândit chiar capacitatea de a absorbi alte celule, folosindu-le ca hrană.
Primele celule, așa-numitele procariote (stânga), erau extrem de primitive. Toate substanțele chimice pe care le conțineau, inclusiv ADN-ul cu codul genetic, au fost amestecate și împrăștiate în întreaga celulă. Ulterior, celulele eucariote (dreapta) au avut mici compartimente interne cu propria lor membrană. Ele conțineau substanțe chimice pentru reacții specifice și fiecare dintre ele conținea exact mediul necesar pentru cursul cel mai rapid al acestei reacții. ADN-ul a fost concentrat în cromozomi localizați în interiorul nucleului celular, înconjurat de învelișul nuclear. Nucleul controla toate activitățile vitale ale celulei.
Stabilirea scenei pentru evoluție.
Oxigenul s-a acumulat în atmosferă și acolo a început să se formeze un strat de ozon, care a absorbit radiațiile ultraviolete dăunătoare de la Soare. Acum viața a putut să se apropie de suprafața oceanelor și chiar să pătrundă în zonele umede de coastă ale pământului. Cianobacteriile au devenit, de asemenea, din ce în ce mai complexe. Au început să se grupeze în bucăți și fire subțiri. Cu toate acestea, noile celule aerobe care respiră oxigen au preluat treptat controlul.
Variabilitatea este catalizatorul vieții
Mai important, noile celule au început să se reproducă într-un mod complet diferit. În loc să se împartă pur și simplu în jumătate și să formeze încă două celule - copii exacte ale celei anterioare, aceste celule noi au început să facă ceva ciudat. Două celule s-au unit într-una, și-au schimbat o parte din ADN-ul și apoi s-au împărțit din nou în două sau mai multe celule noi. Aceasta se numește reproducere sexuală. Noile celule aveau acum ADN amestecat de la ambii părinți. Reproducerea sexuală a dus la o creștere bruscă a variabilității între celule, care, la rândul său, a dat un impuls puternic procesului evolutiv.
Prima mare extincție
Precambrianul târziu a fost marcat de enorme dezastre naturale. Acestea au fost însoțite de numeroase erupții vulcanice, cutremure și procese de construcție a munților. Cantitatea enormă de cenușă vulcanică eliberată în atmosferă a făcut ca clima să se răcească; Mase uriașe de pământ s-au deplasat spre poli, iar colțuri de gheață gigantice s-au răspândit pe tot globul.
În această perioadă, multe specii de organisme antice au dispărut. În cele din urmă, gheața a început să se topească, nivelul mării a crescut treptat, iar apa a inundat zonele de coastă ale continentelor. Pentru creaturile care trăiau în ape puțin adânci, terenuri noi, încă neocupate, s-au deschis cu oportunități nelimitate de a duce un stil de viață specializat. Până în acest moment, radiațiile ultraviolete mult mai puțin periculoase de la Soare au ajuns la suprafața Pământului decât înainte, deoarece nu a putut depăși stratul de ozon îngroșat. În plus, acum era mai mult oxigen în atmosferă, ceea ce se potrivea destul de bine noii generații de organisme vii.
Astăzi, o mare varietate de organisme unicelulare trăiesc în straturile superioare ale Oceanului Mondial. Multe dintre ele trebuie să fie foarte asemănătoare cu cele care au locuit mările din epoca precambriană. Mai sus: Iată scheletele sticloase microscopice ale radiolarilor - animale unicelulare cu procese lungi și subțiri acoperite cu mucus lipicios, cu ajutorul cărora au prins pradă - organisme minuscule. Partea de jos: Cochiliile foraminifere calcaroase cu mai multe camere sunt fosile de ghidare importante. Aceste cochilii formează baza unor tipuri de calcar. La fel ca radiolarii, foraminiferele unicelulare aveau apendice lungi și lipicioase pentru a prinde prada.
Misterul organismelor pluricelulare.
Nimeni nu știe cu adevărat cum au apărut exact primele animale multicelulare. Poate că la un moment dat celulele divizate au încetat să fie complet separate unele de altele. Sau, dimpotrivă, diferite celule au început să se unească și să se autoorganizeze. La prima vedere, acest lucru pare incredibil, dar nu vă grăbiți să trageți concluzii. În 1907, biologul H. J. Wilson a efectuat o serie de experimente cu bureți. A tăiat buretele roșu în bucăți mici și a început să le treacă printr-o instalație specială pentru a separa celulele unele de altele - până când în cele din urmă a obținut un precipitat roșu într-o carafă cu apă. Spre surprinderea lui, în câteva ore celulele s-au grupat din nou într-un singur întreg. Apoi au început treptat să se autoorganizeze într-un nou burete, formând camere, canale și tuburi ramificate. O săptămână mai târziu, buretele era ca nou. Poate așa s-au format primele animale multicelulare.
În zilele noastre există creaturi atât de ciudate precum mucegaiurile de slime sau mixomicetele. Arată ca niște bulgări de mucus viu colorate care se târăsc de-a lungul pământului sau de-a lungul scoarței copacilor. Un tip de mucegai slime, mucegaiul slime celular, își petrece cea mai mare parte a vieții ca celule individuale roiind în sol, unde se hrănește cu bacterii. Dar atunci când rezervele de hrană se epuizează, fiecare celulă produce o substanță specială care atrage alte celule de mucegai slime. Milioane dintre aceste celule se reunesc și formează o masă celulară uriașă, la fel ca un organism multicelular. Această masă se mișcă și reacționează la lumină și substanțe chimice ca un singur animal. În cele din urmă, mucegaiul slime apare ca un corp fructifer, la fel ca sporangiul unei ciuperci. Are o tulpină înaltă cu un înveliș exterior protector, iar deasupra este un sac cu spori.
Urme în noroi
Aceste animale timpurii cu corp moale au avut șanse mici de a fi conservate sub formă de fosilă. Și-au lăsat însă urme sau, mai exact, amprente în stânci. Gropile din care animalele cu corp moale au obținut hrană, amprente corporale și urme în grosimea nămolului unde s-au odihnit au fost descoperite în roci care au 700 de milioane de ani sau mai mult. Cu toate acestea, în sedimentele de până la cele 640 de milioane de ani, astfel de urme sunt extrem de rare. În această perioadă, glaciația precambrianului târziu tocmai ajunsese la sfârșit și s-au format condițiile pentru o nouă explozie evolutivă grandioasă.
O creatură sau mai multe organisme? Ca răspuns la un „semnal” chimic, milioane de celule de mucegai mucegai asemănător amibei se strâng împreună pentru a forma o peliculă în mișcare care în cele din urmă secretă capsule de spori cu tulpini lungi, la fel ca ciupercile protozoare.
Animale Ediacaran.
Într-o parte îndepărtată a Australiei de Sud, Munții Ediacara găzduiesc roci antice de ape puțin adânci și sedimentare de coastă, care datează de 640 de milioane de ani. Aici s-au păstrat multe resturi fosile de animale din epoca precambriană. În aceste roci au fost găsite cel puțin 30 de genuri diferite de organisme multicelulare; Trebuie remarcat faptul că ansambluri similare de fosile apar în roci de aceeași vârstă în multe locuri de pe glob.
Animalele ediacarene trăiau în primul rând pe fundul mării. Ei se hrăneau cu un strat de materie organică (detritus) care acoperea nămolul de la fund, format din rămășițele multor organisme unicelulare care locuiau în coloana de apă de deasupra lor. Viermii plati și anelide au înotat chiar deasupra fundului sau s-au târât printre sedimente. Nu aveau unde să se grăbească, pentru că aici erau foarte puțini prădători (animale care se hrănesc cu alte animale).
Penele de mare s-au ridicat de pe fundul mării ca un fel de flori asemănătoare unei pene, filtrănd cu grijă apa în căutarea hranei. Viermii tubulari zăceau printre sedimentele de la fund, mișcându-și tentaculele în apa bogată în detritus. Echinoderme primitive, rude ale stelelor de mare moderne și arici de mare, și-au petrecut întreaga viață într-un strat gros de nămol. Erau și multe animale mari plate în formă de clătită; aceste creaturi asemănătoare meduzelor păreau să trăiască și pe fundul noroios. Iar deasupra lor, adevărate meduze au înotat încet în apa mării.
Prevestitori ai viitorului
În sedimentele Ediacaran există numeroase amprente fosilizate de animale cu corp moale care odată se târau de-a lungul fundului mării. În unele locuri, semnele în formă de V pereche au fost imprimate în noroi, asemănătoare cu zgârieturile lăsate de perechile de picioare minuscule. Poate că acestea sunt urme ale artropodelor primitive, sau artropodelor, strămoșii îndepărtați ai trilobiților fosile, precum și ale insectelor moderne - păianjeni și scorpioni. Adevărat, rămășițele solide ale acestor animale nu au fost încă descoperite: se pare că nu au dobândit încă o coajă tare.
Toate animalele ediacarene erau moale. Acolo trăiau multe soiuri de meduze (1). Dixonii (2) și spriggins (3) erau creaturi plate asemănătoare viermilor. Spriggina avea multe plăci de înot minuscule de-a lungul lateralelor sale, ca viermii de mare moderni. Poate că acest animal este strămoșul trilobiților. Charniodiscus (4), gama (5) și pteridinium, pene de mare în formă de frunză, erau colonii de animale minuscule asemănătoare unei hidre care filtrau particulele de mâncare din apă, dar tribrachidiumul (7) este un mister complet pentru noi. gura centrală în formă cu procese asemănătoare perilor. Poate că este strămoșul echinodermelor moderne.
precambrian
Docebrium, cele mai vechi strate ale scoarței terestre și timpul corespunzător formării lor și reprezentând aproximativ 6/7 din istoria geologică a Pământului. Istoria geologică a lui D. a rămas necunoscută multă vreme, în ciuda faptului că în rocile lui D. fuseseră descoperite de multă vreme diverse urme de viață. Metoda paleontologică, care se dovedise în disecția formațiunilor fanerozoice (post-precambriene), a fost considerată inaplicabilă aici. Pentru regiunile individuale s-a dat o împărțire pur locală a secțiilor D., deoarece Nu a existat o metodologie pentru compararea lor interregională. Abia în anii 30. secolul al XX-lea metodele radiometrice au început să fie folosite în studiul stratigrafiei și geocronologiei Danemarcei (vezi Geocronologie), și s-au încercat și compararea straturilor sedimentare ale D. pe baza stromatoliților (structuri ale algelor antice). Durata lui D., conform datelor moderne, este determinată de la momentul apariției celor mai vechi formațiuni geologice cunoscute de noi cu o vârstă de aproximativ 3500 de milioane de ani până la începutul Cambrianului (acum aproximativ 570 de milioane de ani). Astfel, durata D. a fost de peste 2900 de milioane de ani. O perioadă anterioară a istoriei Pământului (aproximativ 1 miliard de ani) nu este încă accesibilă studiului geologic.
Dezmembrarea Precambrianului.În a 2-a jumătate a secolului al XIX-lea. Pe baza datelor istorice și geologice generale, a gradului de metamorfism al rocilor și a altor trăsături din America de Nord, s-a propus împărțirea D. în Arhee, sau Arheozoic (distins de J. Dana în 1872) și Proterozoic (stabilit). de E. Emmons în 1888). Granița dintre ele, conform ideilor moderne, coincide cu o epocă majoră de pliere și granitizare care a avut loc acum 2500-2700 de milioane de ani. În URSS, Proterozoicul este de obicei împărțit în inferior, mijloc și superior (vezi tabelul). Proterozoicul superior este adesea distins sub denumirea de „Riphean” (“Infracambrian”, „albastru”) și este împărțit în 4 părți pe baza compoziției resturilor organice. Diviziunea superioară a Rifeanului, care a aparținut anterior așa-numitelor straturi de tranziție de la Proterozoic la Paleozoic, este separată sub numele de „Vendian” („Eudomian”, „Eokembrian”, etc.).
|
Diviziuni precambriene |
Sfârșitul diviziunilor (milioane de ani) |
||
|
Proterozoic |
|||
În perioada inițială de studiu a formațiunilor precambriene, în locul termenului „D”. au fost folosite o serie de altele, găsite acum doar în lucrările geologilor străini. Acestea includ, de exemplu, protozoarul Sedgwick (1838), al cărui tip sunt rocile foarte metamorfozate din subsolul precambrian al Țărilor Scoțiene, Țara Galilor etc. Diferența puternică dintre Riphean și formațiunile mai vechi din Danemarca ( metamorfismul relativ slab al rocilor sale constitutive și posibilitatea de datare paleontologică a straturilor gazdă) a condus la utilizarea din ce în ce mai răspândită a împărțirii D. în D. inferioară (timpurie), acoperind straturile de roci din Arhean, Inferior și Proterozoicul mijlociu și D. superior (târzie), corespunzătoare Rifeului (de la 1600 de milioane de ani înainte de începutul Cambrianului).
Caracteristici generale. Depozitele de D. sunt distribuite pe toate continentele în cadrul platformelor antice: est-european, siberian (împreună cu vechea sa încadrare pliată - lanțul Stanovoy, Munții Patom, partea de nord-est a Estului Sayan și creasta Yenisei), China-Coreea, China de Sud și India, precum și America de Nord, America de Sud, Africa, Australia și Antarctica. În plus, formațiunile precambriene formează nucleele ridicărilor, inclusiv masivele mijlocii din zonele mai tinere pliate care încadrează platformele antice - Baikal, Caledonian, Hercynian (Variscan) și Alpin.
Formațiunile geologice din perioada daneză timpurie, în mare parte metamorfozate, formează fundamentul platformelor antice și ies la suprafață în zona scuturilor lor cristaline - baltice, Aldan, canadiene etc. Uneori în nucleele antice de consolidare (în nord America, Africa de Sud etc.) se observă roci sedimentare și vulcanice slab alterate, care, conform datelor radiologice, aparțin epocii timpurii În același timp, platformele antice cuprind zone vaste (centrul Grenville din America de Nord, Centura Mozambicului Africii etc.) conținând sedimente ale dispariției timpurii care au fost supuse efectelor termice în epocile ulterioare de pliere precambriană. Adesea, straturile de gneis dezvoltate în aceste zone cu valori absolute de vârstă „întinerite” sunt atribuite întârzitului D.E.
Formațiunile D. superioare alcătuiesc cel mai adesea partea inferioară a acoperirii sedimentare a platformelor antice și sunt reprezentate de roci relativ slab alterate, în care sunt adesea conservate. glauconitși alte minerale care sunt distruse chiar și în timpul metamorfismului slab.
Formațiunile precambriene timpurii constau din gneisuri, migmatite, diverse șisturi cristaline, amfibolite și, mai rar, jaspilite, cuarțite și marmură. Ele compun straturi groase, adunate în pliuri complexe și pătrunse de mari intruziuni de diverse compoziții și vârste (granite, granodiorite, gabro etc.). Aceste straturi indică condiții mobile (geosinclinale) de dezvoltare care au prevalat pe toate continentele la începutul D. La sfârșitul D. timpurie apar formațiuni de tip platformă slab dislocate și slab metamorfozate, intruse de pătrunderi de roci de bază și granite. Formațiunile D. târzii sunt mai apropiate ca tip de paleozoic și sunt reprezentate de straturi groase de gresii și cuarțite, șisturi argiloase și filite, diverse formațiuni vulcanice, dolomite și calcare stromatolite, straturi mai rar intercalate apropiate de flysch. La sfârșitul lui D., straturi de rocă asemănătoare cu melasa.
Pe baza rupurilor și neconformităților în așezarea rocilor și a modificărilor bruște ale gradului de metamorfism a acestora în D., s-au stabilit o serie de epoci de creștere a activității tectono-magmatice (vezi. Epocile de pliere precambriene).
Floră și faună.În depozitele precambriene nu există faună scheletică, care să servească drept bază pentru construirea scării stratigrafice a fanerozoicului, dar cu toate acestea există diverse urme. viata organica sunt destul de multe aici. Acestea includ deșeuri de alge albastre-verzi (stromatoliți) și bacterii (oncolite). Vârsta celor mai vechi zăcăminte care le includ, conform datelor radiologice, este determinată a fi mai mare de 2500 de milioane de ani. Stromatolitele și oncolitele au fost utilizate cu succes pentru a compara straturile sedimentare ale Proterozoicului superior în regiuni individuale și chiar pentru corelarea intercontinentală. În rocile silicioase de la începutul D., au fost găsite alge filamentoase deosebite care au fost bine conservate, în care pot fi observate detalii ale structurii celulare a organismului. La multe niveluri stratigrafice din straturile precambriene, există corpuri minuscule rotunjite (cu dimensiunea de până la 50 m) de origine algă, confundate anterior cu spori. Sunt cunoscuți ca „acritarhi” sau „sferomorfide”. Aceste formațiuni sunt remarcate în depozitele din D. timpuriu, dar sunt abundente mai ales în D. târzie, unde, pe baza distribuției lor verticale, se încearcă corelarea secțiunilor.
Fauna lui D. este mult mai săracă decât lumea vegetală. Unele indicii ale prezenței rămășițelor animale în rocile D. se referă la obiecte care par a fi de origine anorganică (Aticocania Walcott, Tefemar kites Dons, Eozoon Dawson, Brooksalla Bassler) sau sunt produse ale leșierii stromatoliților (Carelozoon Metzger). Multe fosile de D. nu au fost complet descifrate (Udokania Leites) sau nu au o referință exactă (Xenusion querswalde Pompecki). În Rifeanul Mijlociu al regiunii Turukhansk a Teritoriului Krasnoyarsk, sunt cunoscute cele mai vechi sabellidite, care sunt comparate cu pogonofora modernă. Fauna Venda este cea mai bogată și mai diversă, studiată în detaliu din descoperiri unice făcute în gresiile Pound din Australia și seria Nama din Africa de Sud. Aici au fost găsite forme apropiate penelor de mare moderne (Rangea, Gharnia), anelide antice (Spriggina), numeroase forme medusoide (Ediacaria, Beltanella, Protodipleurosonia) și forme de apartenență sistematică neclară (Parvancoria, Dickinsonia). Numeroase medusoide au fost descoperite și în Platforma Est-Europeană Vendiană. La Vendian, Vendia sokolovi Keller a fost găsită cu un corp clar segmentat, dar fără simetria bilaterală caracteristică trilobiților. Toate formele enumerate sunt lipsite de părți scheletice dure; amprentele lor pot fi păstrate numai în cazuri excepționale.
URSS precambriană.În URSS, depozitele de D. timpurie sunt foarte răspândite. Ele sunt cel mai bine studiate în Scutul Baltic și în Siberia de Est. Formațiunile precambriene timpurii ale Scutului Baltic sunt reprezentate de straturi de roci din epocile arheice și proterozoice inferioare și mijlocii. Primele includ seria Kola de gneisuri de mica și mica-granat cu cuarțite feruginoase (minereu) din Peninsula Kola și seria de gneis-șsturi din Marea Albă din Karelia; ambele serii sunt complex dislocate și tăiate prin intruziuni de roci de bază antice (amfibolite), granodiorite și granite. Vârsta structurilor pliate arheene (Saamides, Belomorids) este determinată a fi de 2500-2700 de milioane de ani. Formațiunile precambriene inferioare de vârstă proterozoică sunt reprezentate de formațiunile kareliane din Karelia și Peninsula Kola. Formațiunile Svecofennian din sudul Finlandei și Suediei sunt considerate a fi de aceeași vârstă cu ele. Stabilizarea teritoriului Scutului Baltic a început în urmă cu 1900-2000 de milioane de ani în centura Karelid și s-a încheiat cu 1800-1900 milioane de ani în urmă în centura Svecofennid. Pe scutul ucrainean, formațiunile arheene includ seria Konk-Verkhovtsevo de amfiboliți, șisturi și cuarțite feruginoase, o serie de gneisuri profund metamorfozate din regiunea Bug, Volyn, regiunea Nipru și alte zone și granitoide și charnockite asociate. Proterozoicul inferior și mijlociu sunt cel mai tipic reprezentate de seria metabazică Saksagan și seria de minereu de fier, gresie-șisturi Krivoy Rog. Serii similare cu acestea se găsesc în masivul Voronezh. Conform datelor de foraj în subsolul plăcii rusești, formațiunile din Dnepropetrovsk timpuriu nu diferă de cele ale Scutului Baltic.
În Siberia, formațiunile din Precambria Inferioară sunt dezvoltate pe platforma siberiană (în cadrul masivului Anabar și al scutului Aldan), în cadrul său vestic, sudic și sud-estic (de la Creasta Yenisei și Altai până la capătul estic al lanțului Stanovoy), precum și ca și pe masivul Khingan Mic, Khanka, de-a lungul coastei de nord a Mării Okhotsk, în bazinul Kolyma, pe peninsulele Chukotka și Taimyr.
Cele mai vechi formațiuni ale epocii arheene din Siberia sunt reprezentate de mica-granat, cordierit-silimanit, gneisuri și șisturi piroxenice, granulite și marmură, subdivizate în mai multe serii, care în multe privințe sunt încă greu de comparat între ele. Proterozoicul inferior și mediu este reprezentat de o varietate de gneisuri (mica, amfibol, sillimanit etc.), parțial marmură și cuarțite (Eastern Sayan, Yenisei Ridge, etc.) și straturi nisipoase-siltstone mai puțin metamorfozate (Udokan Ridge, etc. ).
Depozitele din D. superior, care formează acoperirea platformelor, sunt răspândite în Urali și Timan; au fost expuse prin găuri adânci pe placa rusească, expuse în aflorimente naturale de-a lungul malurilor Nistrului și Mării Albe. Ele sunt reprezentate pe deplin în special în Uralii de Sud, unde în secțiunea târzie D. cu o grosime totală de 15 km Au fost identificate trei serii mari. Secțiunea Ural, care conține o serie de orizonturi cu stromatoliți și straturi de glauconit, a fost luată de N. S. Shatsky ca un tip al grupului Riphean. În Placa Rusă, Rifeanul realizează jgheaburi liniar alungite ( aulacogeni), iar depozitele Vendian sunt distribuite pe suprafețe mai mari, căptușind sinecliza Moscovei și alte depresiuni. Ele sunt reprezentate în principal de gresii și silstones și conțin straturi intermediare de tillite depuse de un ghețar antic. Pe Platforma Siberiană, straturile de la sfârşitul D. sunt reprezentate dedesubt de gresii cuarţoase şi cuarţite, iar deasupra straturilor groase de carbonat. Pe baza compoziției stromatoliților, toate diviziunile Rifeanului sunt conturate în ele. În jgheaburile care încadrează platforma siberiană, alternează formațiuni compuse din roci carbonatice cu straturi de gresie și șisturi. În partea de sus a secțiunii de-a lungul cadrului sudic și vestic al Platformei Siberiei, apar straturi clastice mai grosiere, uneori de culoare roșie. Mulți cercetători le consideră formațiuni orogene, comparându-le cu melasă din perioadele geologice ulterioare.
În sistemele pliate din Asia Centrală, Kazahstan, Orientul Îndepărtat Sunt cunoscute și formațiunile D atât depozitele precambriene timpurii, cât și depozitele rifeene, compuse din strate geosinclinale sedimentare și vulcanice, uneori cu straturi de calcare stromatolitice, care determină ca sedimentele gazdă să aparțină Rifeului Mijlociu și Superior și Vendianului. În unele locuri, depozitele profund metamorfozate ale erei daneze timpurii, reprezentate de gneisuri, șisturi metamorfice, cuarțite și alte roci, apar de sub straturile Rife (creasta Tien Shan din Kârgâz, creasta Ulutau din Kazahstan, Khinganul Mic și alţii).
Cele mai importante caracteristici ale paleogeografiei au fost elucidate suficient de detaliat pentru Proterozoicul târziu; referitor la începutul D. există doar informaţii fragmentare. S-a stabilit că în Proterozoicul târziu masivele platformei au fost ridicate și suprafețe mari de pe ele au fost supuse distrugerii; Produsele acestei distrugeri au umplut toate depresiunile din interiorul platformelor și au fost transportate în jgheaburi de încadrare, unde s-au format formațiuni deosebite compuse din formațiuni de cuarțit-gresie. Părțile coborâte ale platformelor au fost ocupate de mări puțin adânci, în care s-au depus roci carbonatice cu stromatoliți. În Rifeanul mijlociu și târziu, majoritatea platformelor erau dominate de un climat arid. În Venda, situația s-a schimbat dramatic. A avut loc o răcire semnificativă, iar zone vaste au fost acoperite de glaciația continentală. În legătură cu manifestarea plierii Baikalului, în zonele geosinclinale au apărut ridicări, furnizând o cantitate semnificativă de material clastic.
Minerale. D. este foarte bogat în minerale. D. găzduiește zăcăminte enorme de minereuri de fier (cuarțite feruginoase și jaspilite), materii prime de aluminiu (cianită și silimanit) și minereuri de mangan; Cele mai mari zăcăminte de minereuri de aur și uraniu sunt asociate cu D. conglomerate; cu roci de bază și ultrabazice - zăcăminte mari de minereuri de cupru, nichel și cobalt; cu roci carbonatice – depozite de plumb-zinc. D. pegmatitele sunt sursa principală de mica (moscovit), materii prime ceramice și metale rare. Cele mai vechi zăcăminte de petrol sunt asociate cu formațiunile superioare ale D. (regiunea Irkutsk a RSFSR).
Abstract
Tema: EVOLUȚIA VIEȚIIŞiBIOSFERE înPerioada precambriană
Etapa precambriană a dezvoltării Pământului nu a fost încă studiată pe deplin. Informațiile împrăștiate acumulate despre rămășițele de viață conținute în zăcămintele geologice permit ca întreaga perioadă Precambriană, cu o durată de aproximativ 4 miliarde de ani, să fie împărțită în două ere: cea mai veche – arheică și cea mai puțin veche – proterozoică. Durata fiecăruia dintre ele este de aproximativ 2 miliarde de ani. Archeanul a început cu formarea Pământului ca planetă în urmă cu 4,6 miliarde de ani și s-a încheiat cu apariția oxigenului liber în atmosferă acum 2,5 miliarde de ani. Primele organisme multicelulare au completat ceasul proterozoic în urmă cu aproximativ 570 de milioane de ani.
Viața de pe Pământ în perioada Precambrianului a fost studiată extrem de insuficient. Acest lucru se explică nu numai prin transformarea geologică pe termen lung a sedimentelor cu urme de viață, ci și prin raritatea rămășițelor sale fosilizate. Cu toate acestea, este incontestabil faptul că oceanul Precambrian a devenit leagănul vieții, dând naștere formării și formării biosferei.
În comparație cu litosferă, hidrosferă și atmosferă, biosfera este cea mai tânără înveliș a Pământului. De-a lungul întregii etape a existenței sale, a interacționat activ cu restul geosferelor planetei. Formarea sa este asociată cu apariția și dezvoltarea vieții pe Pământ.
Pentru apariția și începutul dezvoltării vieții pe Pământ, au fost necesare următoarele condiții: prezența anumitor substanțe chimice, o sursă de energie, absența oxigenului gazos și o perioadă de timp nelimitată , în primul rând, un set de diverse procese chimice interdependente. Apariția Pământului și a vieții pe acesta a fost un singur proces interconectat, ca rezultat al evoluției chimice a materiei. sistemul solar(Woitkiewicz, 1986).
Apariția vieții pe Pământ, conform ipotezei academicianului A.I Oparin, ar trebui considerată ca o evoluție naturală a compușilor carbonului. Rolul unic al carbonului în originea vieții și dezvoltarea sa ulterioară este asociat cu un set de proprietăți ale acestuia care nu sunt deținute de niciunul dintre celelalte elemente ale tabelului periodic. Un atom de carbon din orbitalul său exterior are doar patru electroni, deși poate conține opt electroni. Astfel, locurile electronilor „lipsă” pot fi umplute cu electroni din învelișurile exterioare ale celorlalți patru atomi. Această capacitate a carbonului de a forma patru legături de valență echivalente cu alți atomi creează oportunitatea construirii unor schelete de carbon de diferite tipuri - liniare, ramificate și ciclice. De asemenea, se formează legături puternice între atomii de carbon și atomii altor elemente. legături chimice, care, totuși, poate fi spart cu ușurință în timpul sintezei și descompunerii materiei organice în condiții blânde, de exemplu în timpul proceselor fiziologice.
Elementul predominant în spațiu este hidrogenul. Ca urmare a acestui fapt și datorită activității chimice excepționale a carbonului, compușii hidrogenului și carbonului - hidrocarburi cu derivații lor cei mai apropiați - sunt foarte răspândiți în Univers. Datele privind compoziția chimică a meteoriților, cometelor și asteroizilor indică faptul că formarea compușilor organici în sistemul Sol-etern este stadii incipiente dezvoltarea sa a fost un fenomen tipic și larg răspândit (Voitkevich, 1986).
Potrivit academicianului A.I Oparin, pe suprafața Pământului în formare, hidrocarburile și cianurile inițiale (compuși de carbon cu azot), precum și derivații lor cei mai apropiați de oxigen, azot, sulf și fosfor, folosind surse de energie externe (razele ultraviolete, descărcări electrice. și încălzirea locală), transformate treptat în substanțe organice din ce în ce mai complexe: mai întâi în monomeri precum aminoacizi, baze azotate, zaharuri, iar apoi în polimeri lor precum proteine și acizi nucleici. Combinarea acestor polimeri în sisteme multimoleculare și evoluția ulterioară a acestor sisteme, bazată pe selecția lor naturală prebiologică, a servit drept cale pe care a avut loc formarea probionților (predecesorii organismelor vii) și a eobionților (organismele vii înseși) - strămoșii întregii vieți de pe Pământ. Astfel, evoluția chimică a fost o condiție prealabilă pentru evoluția biologică chiar și în condiții cosmice, la prima etapă a formării Pământului.
În urma numeroaselor calcule bazate pe studiul dezintegrarii substanțelor radioactive și a duratei timpului lor de înjumătățire, s-a stabilit că planeta Pământ a căpătat dimensiuni apropiate de cele moderne în urmă cu aproximativ 4,6 miliarde de ani. Formarea sa este rezultatul interacțiunii proceselor de condensare a materiei primare gaz-praf solar și acreției (creștere în dimensiune la periferie) a blocurilor și planetelor mici care se aflau în apropiere. Ciocnirea materialului în cădere cu Pământul, contracția (compresia) Pământului în formare și dezintegrarea elementelor radioactive conținute în cantități mari în corpul tinerei planete au dus la încălzirea acesteia. Temperatura suprafeței ar putea atinge 1500-1600 °C și poate asigura topirea și separarea substanței (Sorokhtin, 1974).
Creșterea temperaturii a dus la topirea și diferențierea materiei pământului în miez, manta și crustă. Cu aproximativ 4 miliarde de ani în urmă, temperatura internă a planetei s-a stabilizat în jurul nivelului său modern, în jurul valorii de 2000-3000 ° C, iar temperatura la suprafață a scăzut la 100 ° C sau mai puțin. Atmosfera subțire nu a putut reține căldura planetei, iar răcirea suprafeței Pământului a continuat. Scoarta primară a constat din roci vulcanice și magmatice de bază și a stat la baza formării stratului de bazalt al Pământului. Era o înveliș subțire de substanță silicată cu o structură asemănătoare pietrei ponce. Îi lipseau atât continentele, cât și bazinele oceanice. Până atunci, odată cu întărirea vântului solar, planeta își pierduse atmosfera primară, formată din hidrogen și heliu.
Transformarea materiei solide a Pământului ca urmare a topirii sale a dus nu numai la formarea topiturii, ci și la eliberarea de gaze și vapori de apă la suprafață. Cel mai probabil, emisiile gazoase au fost similare în compoziția lor chimică cu emisiile de la vulcanii moderni. În consecință, atmosfera secundară a constat în principal din dioxid de carbon cu un amestec de vapori de apă, amoniac, metan, dioxid de sulf, hidrogen sulfurat și a inclus „fum acid” - aerosoli de acizi clorhidric și fluor. Nu conținea oxigen și avea mai degrabă proprietăți reducătoare decât oxidante. Creșterea treptată a stratului atmosferei secundare și acumularea de dioxid de carbon și vapori de apă în acesta a dus la creșterea efectului de seră. Precipitațiile atmosferice care conțin soluții de „fum acizi” au avut un efect chimic asupra rocilor, până la distrugerea lor definitivă. În depresiunile primare ale crustei, mediul lichid era o soluție relativ puternică de acizi clorhidric și boric.
Gazele atmosferei secundare antice s-au dezintegrat treptat sub influența radiației solare, a radiației cosmice și a posibilelor descărcări electrice în condițiile efectului de seră în creștere al atmosferei în sine. În special, atmosfera a fost saturată cu azot, eliberat în timpul distrugerii amoniacului. Intemperii chimice si-a pierdut incet rolul dominant in distrugerea rocilor, fiind inlocuita de intemperii fizice in timpul sedimentarii terigene.
Mai multe epoci de pliere și activare tectonico-magmatică au complicat relieful litosferei, formând primele dealuri. În combinație cu metamorfizarea sedimentelor terigene, ele au pus bazele formării scuturilor antice ale viitoarelor continente.
În astfel de condiții, compușii de carbon ar putea evolua la scară destul de largă și se pot transforma în acele substanțe organice complexe care au pus bazele apariției vieții pe Pământ. Un fel de „selecție naturală” în materie neînsuflețită s-a rezumat la faptul că unele molecule organice complexe au rezistat cu mai mult succes efectelor distructive ale razelor ultraviolete și ale încălzirii decât cele simple, oceanul primitiv s-a transformat într-o soluție de diverși compuși organici; o „bulion nutritiv” - un mediu favorabil pentru formarea de noi molecule organice mai complexe.
Primele forme de viață de pe planetă au fost cel mai probabil structuri sferice unicelulare sau necelulare simple din punct de vedere biochimic, care depindeau de surse externe de hrană. Cea mai timpurie viață a existat probabil sub formă de bacterii heterotrofe, care mănâncă organice, a căror dimensiune era comparabilă cu dimensiunea moleculelor organice. Aceștia au primit hrană și energie din prelucrarea materialului organic format anterior ca urmare a sintezei abiogene, adică. apariţia biopolimerilor „capabili de metabolism.
Originea vieții este indisolubil legată de mediul acvatic anaerob (fără oxigen) al oceanului, care a protejat organismele antice de efectele distructive ale radiațiilor solare și cosmice dure și, de asemenea, a menținut parametrii destul de îngusti și condițiile de temperatură relativ constante.
Celulele primitive primare, fiind în mediul marin, au avut contact strâns cu toți elemente chimice Tabel periodic. În procesul vieții, aceste organisme „selectau” nu toate elementele, ci numai pe cele care au favorizat creșterea și îmbunătățirea proceselor fiziologice. Astfel, conform ipotezei lui V.I Vernadsky (1940) despre originea biosferei, apariția vieții a marcat începutul biosferei, care a apărut ca un sistem planetar complex autoreglabil. Prima apariție a vieții în timpul creării biosferei ar fi trebuit să aibă loc nu sub forma unor organisme individuale, ci sub forma comunităților lor (biocenoze).
Problema centrală și încă nerezolvată a originii vieții pe Pământ este reconstrucția evoluției mecanismului eredității. Conform ipotezei lui A.I Oparin, concomitent cu „selecția naturală” în materie neînsuflețită, care a dus la formarea predominantă de compuși organici complecși, ar putea.
suferă procesul de îmbinare a acestor molecule în sisteme moleculare întregi numărând mii și milioane de molecule. Aceste „picături” coacervate aveau o coajă care le proteja de mediul acvatic din jur. Ele puteau fi distruse, formate din nou și împărțite la atingerea unei anumite dimensiuni. Coacervații aveau capacitatea de a absorbi selectiv substanțele de care aveau nevoie din soluția înconjurătoare și de a scăpa de cele inutile. S-au păstrat doar cei dintre ei care, în timpul divizării, nu și-au pierdut caracteristicile în picăturile fiice, compozitia chimicași structura, dobândind capacitatea de a se reproduce. Ca urmare a selecției naturale și a evoluției pe termen lung, probioții s-au transformat în sisteme biologice complexe, cum ar fi organismele vii. Cu toate acestea, această ipoteză a lui A.I Oparin nu explică apariția unui sistem de transmitere a informațiilor ereditare (codul genetic) de la strămoși la descendenți, care a devenit una dintre principalele proprietăți ale viețuitoarelor. Prin urmare, ideea lui că coacervatele au fost precursorii vieții este controversată.
Există o presupunere că evoluția chimică a nebuloasei cosmice ar putea duce la formarea unei molecule de ADN - un purtător de informații genetice. De asemenea, este posibil ca, în unele condiții excepțional de favorabile, o astfel de sinteză să aibă loc pe Pământ. Viitoarele studii cosmochimice, biochimice și genetice vor face posibil să se răspundă la această întrebare importantă despre tranziția materiei nevii în starea materiei vii.
De-a lungul istoriei biosferei, cei mai influenți agenți geochimici ai săi au fost microorganismele (bacterii și alge albastre-verzi), neobișnuit de capabile să se adapteze la condițiile în schimbare și întotdeauna incredibil de numeroase. De-a lungul întregii istorii geologice ulterioare a Pământului, ele s-au schimbat puțin, probabil datorită stabilității lor enorme a mediului.
Organismele heterotrofe primare, care posedă proprietățile viețuitoarelor, s-au înmulțit rapid și au atins biomasa maximă posibilă, epuizându-și în același timp baza nutritivă. Au trebuit să se stingă sau să treacă la o nouă sursă de hrană. Aparent, un anumit rol l-a jucat selecția acelor organisme arhaice care, aflându-se într-un mediu acvatic saturat cu diverse gaze, inclusiv dioxid de carbon, „au învățat” să sintetizeze materia organică cu participarea energiei solare. În acest fel, problema nutriției a fost „rezolvată”, iar în prima etapă, radiațiile ultraviolete de la Soare au fost folosite pentru a produce alimente. Această nouă metodă de nutriție a contribuit la așezarea rapidă a organismelor în apropierea suprafeței rezervoarelor antice cu apariția oxigenului liber ca produs secundar al procesului fotosintetic, care a marcat începutul formării ecranului de ozon al Pământului; autotrofii au început să folosească radiația în partea vizibilă a spectrului solar, în primul rând razele roșii cele mai saturate de energie. Din acest motiv, pigmentul de sinteză al algelor de apă de suprafață a căpătat o culoare verde.
Înainte de apariția organismelor fotosintetice, atmosfera Pământului se forma în principal din gaze vulcanice, inclusiv hidrogen sulfurat, care era absorbită de mediul acvatic. O cantitate mică de oxigen liber care a apărut în apa îmbogățită cu hidrogen sulfurat a fost folosită de primele organisme chemosintetice și absorbită de substanțele minerale suboxidate ale oceanului, precum și de litosfera primară. Oxigenul s-a acumulat puțin în atmosferă, deoarece a reacționat în principal cu fierul dizolvat în apă. În acest caz, au precipitat oxizii de fier, formând formațiuni feruginoase cu benzi de culoare roșie. Abia după ce oceanul a fost eliberat de fier și alte metale polivalente, conținutul de oxigen din atmosferă a început să crească.
Odată cu trecerea la nutriția fototrofică, numărul primelor organisme fotosintetice - alge verzi și roșii - a crescut. Lupta pentru existență a avut loc între cei dintre ei care se aflau în partea iluminată a mediului acvatic și organismele emergente care au absorbit oxigen în timpul chimiosintezei. O parte din oxigen a fost folosit pentru a descompune reziduurile organice. În această luptă, organisme fotosintetice au câștigat, împingând autotrofele anaerobe chemosintetice în zona de formare a nămolurilor de adâncime. Ca urmare, a devenit posibilă transformarea unei atmosfere fără oxigen într-una cu oxigen. Trecerea la respirația aerobă a făcut posibilă apariția unor organisme pluricelulare complexe.
Formarea ecranului de ozon a dus în cele din urmă la apariția unei vieți extrem de organizate pe Pământ, care a colonizat întreaga suprafață a planetei. Dacă considerăm că apariția vieții este cel mai important eveniment în evoluția biosferei, atunci următorul eveniment cel mai important este apariția organismelor fotosintetice.
Întreaga perioadă geologică a dezvoltării Pământului de la formarea sa până la apariția oxigenului liber în atmosferă a fost numită arhean. Durata sa - aproximativ două miliarde de ani - este jumătate din viața geologică a Pământului (4,6 miliarde de ani) și indică un proces extrem de lent de transformare a materiei cosmice originare în materie vie. Deja în această etapă a formării biosferei, toate geosferele s-au dezvoltat în paralel și în mod interdependent (Tabelul 2.1), deși biosfera în sine era limitată la mediul oceanului cald și de mică adâncime Archean.
Următoarea etapă a evoluției este crearea organismelor multicelulare, care a durat aproape 2 miliarde de ani din Proterozoic.
Proterozoicul este împărțit în inferior (acum 2,6-1,9 miliarde de ani), mediu (acum 1,9-1,7 miliarde de ani) și superior - Rifean (acum 1,7-0,6 miliarde de ani). Sfârșitul Rifeanului, care a durat aproximativ 110 milioane de ani, a fost numit Vendian.
De-a lungul erei proterozoice, litosfera a cunoscut mai multe ere de pliere și activare magmatică, care au completat formarea fundației granito-metamorfice a platformelor antice.
În proterozoicul inferior și mijlociu, aria continentelor a crescut treptat. În meteorizarea fizică, care a devenit dominantă în sedimentarea geologică, rolul principal a aparținut precipitațiilor atmosferice. Cursurile de apă au distrus intens și au spălat roci în ocean. O creștere deosebit de semnificativă a suprafeței continentelor a avut loc în Rifean. În urma a cel puțin patru epoci tectonico-magmatice, în zonele geosinclinale antice au apărut noi sisteme montane. Masele continentale diferite s-au contopit într-un singur supercontinent. Este posibil ca la începutul Proterozoicului superior zona continentelor să fi ajuns la cea mai mare dimensiune din întreaga istorie geologică a Pământului. Supercontinentul timpuriu a existat până la sfârșitul Vendianului, când a început destrămarea acestuia.
În Proterozoic, un ocean cald și puțin adânc, cu o abundență de insule vulcanice a continuat să existe. Volumul de apă din el a crescut treptat.
Stratul atmosferic a continuat să crească din cauza degradarii gazelor juvenile. Conținutul de oxigen a crescut, care în atmosfera Rifeană a ajuns la 0,01% din nivelul modern. Unii geologi cred că formarea unei atmosfere de oxigen a avut loc într-un ritm și mai rapid.
Zonarea climatică latitudinală a fost probabil mai clar exprimată decât în perioadele geologice ulterioare (Monin, Shishkov, 1979). Acest lucru se poate explica prin viteza de rotație mai mare a globului decât acum și prin volumul mai mic al învelișului de aer. O creștere a masei atmosferei și creșterea asociată a schimbului de aer, efectul de seră, inerția termică, o creștere a înclinării planului ecuatorului Pământului și a planului ecliptic, precum și o încetinire a rotației zilnice a planetei până la sfârșitul Proterozoicului a „erodat” treptat zonarea climatică.
Pe fondul general al eterogenității climatice a Proterozoicului, s-au produs mai multe epoci glaciare, în special în Rifean.
La sfârșitul Proterozoicului Inferior (acum 2,0-1,9 miliarde de ani), probabil au apărut eucariotele - primele organisme fotoautotrofe, ale căror celule aveau deja un nucleu. Problema originii lor nu a fost complet rezolvată. Există două teorii principale privind originea și dezvoltarea ulterioară a eucariotelor - simbiotice și non-simbiotice. Potrivit primei, originea eucariotelor este asociată cu pătrunderea unui organism procariot nenuclear în altul.
A doua teorie presupune originea lor de la strămoși comuni algelor albastre-verzi cu un nucleu în celulă, organismele vii au dobândit capacitatea de a efectua noi procese importante: mitoză, meioză și recombinare genetică. Flagelate, sau flagelate, au provenit din primele eucariote. Acestea reprezintă un grup vast și divers de organisme simple, răspândite în natură și în timpul nostru. Aceste celule au unul sau mai mulți nuclei au toată diversitatea de nutriție caracteristică organismelor vegetale și animale. În acest sens, numeroși reprezentanți ai genului Euglena sunt orientative (Fig. 1). Multe specii de euglene își schimbă tiparele de hrănire în funcție de condițiile de habitat. Într-o situație bună, devin incolore și absorb substanțele organice gata preparate din apă.
Evoluția flagelatelor autotrofe cu pigmentul verde clorofila a dus la formarea algelor verzi, din care, la rândul lor, au apărut plante terestre superioare. Dezvoltarea în flagelate, care aparțin eucariotelor heterotrofe, sistemul musculo-scheletic- flageli - a servit ca unul dintre cele mai importante momenteîn formarea lumii organice pe Pământ
Literatură
1. Kiselev V.N. Fundamentele ecologiei: manual. manual.- Mn.: Universitskaya, 1998.- 367 p.
2. Zapolsky A.K., Salyuk A.I. Fundamentele ecologiei: Pidruchnik/ Pentrued. LA.M. Sitnik.— A doua vedere, adaugă. și reproiectat— K.: școala Vishcha,2004. — 382 Cu
În ciuda faptului că se știu foarte puține despre acele vremuri îndepărtate, multe dintre creaturile uimitoare care au locuit Pământul în acea epocă prind viață în mâinile capabile ale paleontologilor și biologilor.
Desigur, niciun schelet al creaturii nu a supraviețuit. Mai ales pentru că, de fapt, animalele nu aveau încă schelete. În Cambrian, totuși, ei au dobândit încă o cochilie osoasă și rudimentele unei notocorde, dar din cauza trecerii timpului nu trebuie să se bazeze pe păstrarea lor. Toate informațiile despre animalele din perioada Vendiană (Precambrian, sau, cum se mai numește, Ediacaran, care a durat de la aproximativ 635 până la 541 ± 1 milion de ani în urmă) și perioada Cambriană (care a început cu aproximativ 541,0 ± 1 milion de ani în urmă și s-a încheiat cu 485,4 ±1,9 milioane de ani în urmă) oamenii de știință obțin din imprimeuri.
Una dintre principalele surse ale acestor amprente astăzi este Burgess Shale, situat în Canada.
Acest animal cu corp moale din perioada Vendiană avea un cap solid în formă de semilună, asemănător cu scutul unui trilobit, precum și un corp lung, care consta din segmente identice și seamănă cu corpul viermilor poliheți.
Un alt animal ediacaran, care amintește destul de mult de Spriggina menționată mai sus. Trăsătură caracteristică a multor organisme vendiene este că segmentele corpului lor par a fi deplasate unul față de celălalt (Dickinsonia, Charnia etc.) contrar tuturor legilor simetriei bilaterale (simetria reflexiei în oglindă, în care un obiect are un singur plan de simetrie, față de care cele două jumătăți ale sale sunt simetrice în oglindă Simetria bilaterală include corpurile oamenilor și ale celor mai multe animale moderne - NS). Acest fapt îi derutează pe oamenii de știință, deoarece se credea anterior că animalele vendiene sunt strămoșii anelidelor. Astăzi, această idee este pusă la îndoială, ceea ce este foarte derutant pentru cercetătorii care încearcă să urmărească originea unor specii din altele.
Un alt „rezident” al perioadei Vendian este Dickinsonia
Animale Ediacaran - Irania (prezentată cu albastru), mai jos - albumare triradiate
Dar această creatură a perioadei cambriene li s-a părut atât de uimitoare paleontologilor încât, pentru o secundă, au crezut că au halucinații. De aici și numele. La urma urmei, judecând după amprentele păstrate ale acestui animal, este logic să presupunem că în loc de picioare avea spini (două sau trei într-un segment), iar pe spate era un șir de un fel de procese moi! Acest lucru este greu posibil din punctul de vedere al științei biologice. Din fericire, ulterior au fost găsite amprente mai clare, care arată că halucigenia a fost pur și simplu întoarsă cu susul în jos, iar al doilea rând de picioare moi nu s-a reflectat în imprimeu. Astfel, halucinația arăta astfel:
Animal cambrian asemănător unui vierme. Posibil hrănit cu bureți, deoarece rămășițele sale se găsesc adesea împreună cu resturile de bureți.
Un reprezentant al unei noi generații de organisme multicelulare, un gen de animale fosile solzoase cu corp moale. Se crede că Vivaxia a trăit din Cambrianul inferior târziu până în Cambrianul mijlociu.
Cordatele primitive, de numai aproximativ 5 cm lungime, au posedat poate una dintre primele vertebre din istorie. De-a lungul a milioane de ani, această structură simplă se va dezvolta în coloana vertebrală, fără de care nu am putea nici să stăm în picioare, nici să mergem. Apropo, aspectul scheletului ca atare, precum și ochi mai avansați, sunt unul dintre cei mai importanți factori care caracterizează explozia cambriană.
Un alt reprezentant important al Cambrianului și al erelor geologice ulterioare. Aceasta este o clasă dispărută de artropode marine. Poate una dintre cele mai numeroase și mai tenace specii de creaturi care a trăit vreodată pe Pământ. Trilobiții nu erau foarte drăguți și semănau cu păduchi moderni, doar mult mai duri și mai mari - lungimea corpului lor putea ajunge la 90 cm Până în prezent, sunt cunoscute peste 10 mii de specii fosile din clasa trilobiților.
Din greaca veche, clasa Dinocarida, căreia îi aparține Anomalocaris, este tradusă ca creveți „neobișnuiți” sau „teribili”. Probabil cel mai uimitor animal din mările cambriene. Anomalocaris, un prădător al genului de artropode fosile, nu a fost găsit imediat - mai întâi i-au descoperit părțile și pentru mult timp și-au ridicat mâinile peste un animal atât de uimitor. Astfel, amprenta gurii cu dinți a lui Anomalocaris a fost considerată o meduză ciudată cu o gaură în mijloc. Membrele cu care a apucat victima erau creveți. Imaginea a devenit mai clară când a fost găsită o amprentă completă a animalului.
Anomalocaris a trăit în mări și a înotat cu ajutorul lobilor laterali flexibili. Acestea sunt unele dintre cele mai mari organisme cunoscute din sedimentele cambriene. Lungimea corpului lor putea ajunge la 60 cm, iar uneori 2 m.
Nu mai puțin creaturi uimitoare asemănătoare cu Anomalocaris. La fel ca Anomalocaris, toți sunt reprezentanți ai clasei dispărute Dinocaridae. Dar în loc să înțeleagă procesele „creveți”, Opabinia are o proboscis pliabilă și cinci ochi.
Marella arată de fapt ca un monstru dintr-un film de groază, iar Hurdia victoria a fost unul dintre cei mai mari prădători ai perioadei cambriene, ajungând la o lungime de 20 cm. Gura acestor creaturi era încadrată de 32 de farfurii care transportau doi sau trei dinți.
În general, așa cum s-a scris deja undeva, Precambrianul ar fi perfect pentru iubitorii de bere din cauza abundenței de gustări care să-l acompanieze. Ca întotdeauna, nu toată lumea a înțeles gluma și a început să ceară trilobiți proaspeți în baruri.
