Архей животный мир. Архейская Эра. Архейская эра - самый древний, самый ранний период истории земной коры. В архейской эре возникли первые живые организмы. Они были гетеротрофами. Процессы археозойской эры
Самые древние остатки организмов и создавшихся при их участии веществ дошли до нас из архейских отложений земной коры.
Отложения эти чрезвычайно мощные (толстые): ясно, что проходили сотни миллионов лет, пока они накоплялись. Наиболее древние, нижние отложения, сдавленные огромной тяжестью вышележащих пластов, сильно изменились: из слоистых они превратились в кристаллические. Помимо давления этому помогло и действие внутренней теплоты земного шара. Остатки организмов, которые могли в них находиться, при этом тоже изменились до неузнаваемости. Мы не знали бы даже, была тогда жизнь или нет, если бы не некоторые вещества, накопленные в архейских пластах; эти вещества, как мы хорошо знаем, могут образовываться в земной коре только при действии организмов. Они действительно образовались из остатков древнейших растений и животных. Но самих этих остатков в кристаллических горных породах архейского времени мы не находим.
Лучше обстоит дело с теми архейскими отложениями, которые дошли до нас в виде слоистых пород, еще не успевших перекристаллизоваться. Это - более молодые слои. В них найдены остатки бактерий, имевших вид микроскопически мелких шариков. Сохранились остатки других бактерий, так называемых железобактерий, родственники которых и сейчас живут на Земле. Железобактерии выполняют огромную химическую работу, принимая участие в создании железных руд. Они живут в тех водах, которые содержат соли (закиси) железа, и окружены тончайшими нитевидными трубочками, возникшими из выделяемой ими слизи; они извлекают соли (закиси) железа из воды, перерабатывают их в своем крошечном тельце и пропитывают ими трубочки (превращая их в соли окиси). Живут эти бактерии колониями. Когда трубочки окажутся целиком пропитанными железом, бактерии покидают их и принимаются строить новые трубочки. В результате их деятельности скопляются соединения железа, которые через сотни тысяч и миллионы лет превращаются в мощные залежи железных руд.
Бактерии играют в жизни Земли огромную роль. Даже Пастер не вполне охватывал ее. Бактерии завоевывают для себя все новые и новые источники питания; они заполнили почву, воду и воздух. В одном грамме лесной почвы содержится около 3 миллиардов бактерий; даже в грамме песчаной почвы их около 1 миллиарда.
В огромном количестве населяют они моря. В глубине Черного моря находятся огромные скопления сероводорода, делающие жизнь здесь невозможной для растений и животных. Этот сероводород, однако, не проникает в поверхностные слои воды, и поэтому до глубины в 200 метров в этих морях процветает жизнь. Куда же девается сероводород? Оказывается, его захватывают серные бактерии, обитающие на глубине 200 метров и перерабатывающие его в соединения серной кислоты. Такая же, примерно, картина наблюдается и в Каспийском море. Сколько же бактерий работает в такой гигантской химической лаборатории? Число их невозможно даже себе представить.
Раз бактерии могут приспособляться к самым различным условиям жизни, то они могли дать начало и другим группам организмов. От них, действительно, получили свое происхождение некоторые водоросли. Переход от бактерий, к водорослям был большим шагом вперед по пути эволюции. Правда, и водоросли в большинстве своем относятся еще к миру микроскопически малых существ, но они обладают более определенной организацией и принадлежат к более сложным существам, наряду с простейшими животными организмами. Подобно бактериям, одноклеточные растения и животные кишат повсюду на земле, и их-то и открыл впервые Левенгук в стоячей воде. В одноклеточных телах этих существ мы находим расчленение на протоплазму и ядро; кроме того, они нередко обладают защитной оболочкой или своего рода скелетом, поражающим иногда тонкостью и изяществом строения.
В теле водорослей, кроме ядра, имеется еще одно важное образование, которое свойственно уже всем типичным растениям. Это - так называемый пигмент , красящее вещество, сосредоточенное в особых зернах (иногда в поверхностных слоях протоплазмы). Пигмент не у всех водорослей одинаков. По его цвету различают несколько групп водорослей: синезеленые, зеленые, багряные, бурые.
Особую группу среди водорослей составляют жгутиковые. Это - одноклеточные организмы, снабженные подвижным жгутиком, благодаря ударам которого по воде они передвигаются. Они стоят на рубеже растительного и животного миров. Одни из них имеют пигментное пятно и причисляются к водорослям, другие лишены пигмента и способны захватывать пищу, которую и переваривают. Это - простейшие животные.
Характерный для растительной клетки зеленый пигмент, так называемый хлорофил, представляет особое вещество, улавливающее энергию солнечных лучей и употребляющее ее на химическую деятельность. Эта деятельность заключается, во-первых, в расщеплении находящегося в воздухе углекислого газа на его составные части - углерод и кислород, а во-вторых, в выполнении созидательной работы: в построении из освобожденного углерода и воды органических соединений - сахара, крахмала, других углеводов, жиров и белковых тел. Все эти сложные химические вещества возникают в растительной клетке из неорганических веществ благодаря деятельности хлорофила. Другая освобожденная составная часть углекислого газа - кислород - уходит в чистом виде снова в воздух. Воздух таким образом все время пополняется кислородом.
Вспомним, что животные питаются только готовыми сложными органическими соединениями-углеводами, жирами и белками. Эти соединения животные сами для себя приготовить не могут. Они их получают из растительного мира. Не будь растений, животные погибли бы с голоду. Стало быть, животные и появиться на Земле могли только после возникновения растений. Растения приготовили для них запас питательных веществ. Кроме того, они создали и другое необходимое для животной жизни условие. Животные нуждаются не только в питании, но и в дыхании. А для этого им нужен кислород. В настоящее время в воздухе, как мы знаем, содержится около 21% кислорода. Его количество постоянно, и это постоянство поддерживается деятельностью растений, непрерывно обогащающих воздух кислородом. Не то было в архейскую эру.
Состав атмосферы в первые времена жизни Земли, как мы уже указывали раньше, по-видимому, резко отличался от теперешнего. Во-первых, в воздухе почти не было кислорода; во-вторых, воздух тогда содержал в себе много углекислого газа. Этот газ делал воздух малопроницаемым для солнечных лучей; поэтому нагревание солнцем было не слишком сильным. Зато присутствие в воздухе этого газа и водяных паров очень задерживало охлаждение воздуха в ночное время. Земля была как бы окутана мало проницаемой для тепла оболочкой, которая сохраняла собственную земную теплоту и повышала среднюю температуру Земли. Один ученый высчитал, что если бы теперь количество углекислого газа увеличилось в воздухе втрое, то средняя температура на Земле повысилась бы почти на 10 градусов. Этого повышения было бы с избытком довольно, чтобы растаяли льды в полярных странах и чтобы сошли снега с высоких горных вершин. Климат Земли должен был бы резко измениться: продолжительные морозы случались бы только изредка, зима сократилась бы, лето стало бы длиннее и жарче; в общем, в наших местах климат установился бы такой, какой мы находим сейчас, например, в нашем Закавказье. А на крайнем севере, где теперь простирается область вечной мерзлоты, установился бы довольно мягкий климат умеренного пояса.
Есть все основания думать, что в архейскую эру климат был еще значительно теплее и благодаря, большому содержанию углекислого газа в воздухе, и благодаря тому, что Земля еще не растратила своей первоначальной теплоты, и, наконец, благодаря тому, что само Солнце блистало ослепительно белым светом и посылало на Землю более горячие лучи. Жизнь расцвела в теплых водах тогдашних морей и океанов. Создавались новые формы растительного мира, а в результате работы растений земная атмосфера стала понемногу очищаться от углекислоты и обогащаться кислородом. Кислород в растворенном виде появился и в море. Так создались условия, при которых стала возможна животная жизнь. Она и возникла вслед за растительной.
Однако относительно животных архейской эры мы знаем еще меньше, чем относительно растений. Кое-где сохранились раковинки одноклеточных животных, так называемых корншожек. По-видимому, животные в те времена играли еще небольшую роль в жизни Земли. Больший интерес представляют другие формы жизни, возникшие в архейскую эру, а может быть, и раньше.
Современная наука больше интересуется мельчайшими организмами, чем крупными. Не слоны и не киты стоят в центре внимания ученых, а мельчайшие, еле видимые или вовсе невидимые живые частицы. Практическая жизнь требует самого подробного исследования именно этих мельчайших организмов. Открытие и изучение их может послужить для разъяснения загадочной природы многих болезней: ведь в основе многих заболеваний лежит нападение на человека микроскопических или ультрамикроскопических организмов. В сельском хозяйстве свойства этих существ связываются с вопросами увеличения урожайности и повышения плодородия почвы. Наука занята исследованием этих ничтожно малых существ и в надежде приблизиться к решению вопроса о первых ступенях эволюции и о начале жизни.
На грани наших знаний находятся организмы, которые так малы, что самые лучшие современные ультрамикроскопы бессильны сделать их видимыми. Они проходят (фильтруются) через самые тонкие фильтры, и их невозможно задержать и отделить от других веществ, чтобы сделать более доступными изучению. Естественно спросить, как же удалось узнать об их существовании, если они ускользают от самых усовершенствованных наших инструментов? Хотя они сами невидимы, но их действия мы можем и видеть и изучать. Самые мелкие из «фильтрующихся существ» называются бактериофагами. Мы узнаем об их присутствии потому, что они пожирают или разрушают живых бактерий. В науке не установлен еще окончательный взгляд на природу этих бактериофагов. Многие ученые считают их самыми простыми из всех живых организмов. Другие более склонны видеть в них не организмы, а химические вещества. Но какова бы ни была их природа, ясно, что здесь мы имеем дело с такими частицами, которые стоят на границе живого и неживого мира.
Несколько крупнее бактериофагов оказываются ультрамикроскопические существа, называемые вирусами (слово «вирус» - латинское и по-русски значит «яд»).
Эти вирусы вызывают целый ряд тяжелых болезней у человека, животных и растений. Копытная болезнь рогатого скота и свиней, собачья чума, оспа, тиф, желтая лихорадка, бешенство, корь и грипп у человека, ряд заболеваний картофеля, табака и других растений - вызываются присутствием вирусов. Хотя они крупнее бактериофагов, они все же так мелки, что свободно проходят через фильтры, за что и получили свое название «фильтрующихся вирусов».
Возможно, что бактериофаги и вирусы - это остатки древнейших организмов. Они тоже изменились в течение истории Земли, приспособившись к существованию в новых условиях. Бактериофаги выработали способность бороться с бактериями, вирусы стали губить растения и животных. Но при всем том они не поднялись даже на такую ступень организации, на какой находятся бактерии. Поэтому в них можно видеть остатки первичных организмов, существовавших в архейскую эру.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Общая характеристика архейской эры
Архей – древнейшая эра, верхний рубеж которой – около 2,5 млрд. лет тому назад, а нижний рубеж – 3,8-4 млрд. лет.
Продолжительность архейской эры приблизительно составляет 1,5 млрд. лет. В течение этого времени первичная континентальная кора заканчивает свое формирование, возникает горный рельеф вулканического происхождения.
Сушу представляют Гондвана и Лавразия.
Атмосфера имеет маленькую плотность и состоит из аммиака, водорода, метана, сероводорода, паров воды, окиси и двуокиси углерода. Кислород в ней отсутствует.
Специалисты предполагают, что вода в океане в это время была слабо солоноватой. Климатическая зональность уже проявлялась.
Обнажающиеся на поверхности материков горные породы имеют архейский возраст, но их распознавание затрудняется тем, что выходы этих пород перекрывают мощные толщи молодых по возрасту пород.
Даже в тех местах, где они обнажены, невозможно определить их исходный характер, потому что они сильно метаморфизованы.
Кроме этого древние породы расплавлены и разрушены в ходе магматических интрузий, а это значит, что до настоящего времени следы первичной земной коры не обнаружены.
Крупные ареалы выходов архейских пород на поверхность известны в пределах Северной Америки, это:
- Канадский щит, расположенный по обе стороны Гудзонова залива;
- Скалистые горы.
Архейские породы Канадского щита в некоторых местах перекрыты более молодыми породами. Из древнейших пород известны мраморы, аспидные и кристаллические сланцы.
Известняки и глинистые сланцы были запечатаны лавой. Позже они подверглись мощным тектоническим движениям и сильному метаморфизму.
В результате длительной денудации местами они вышли на поверхность.
Архейские породы в Скалистых горах слагают гребни отдельных вершин, например, Пайкс-Пик и многих хребтов.
Есть архейские обнажения пород в пределах Швеции, Норвегии, Финляндии, России – это метаморфизованные осадочные породы и граниты. Архейские породы имеют выходы на юге и юго-востоке Сибири, в Китае, на западе Австралии, в Африке, в северо-восточной части Южной Америки.
В архейских породах Южной Африки и в провинции Онтарио в Канаде, обнаружены следы колоний одноклеточных сине-зеленых водорослей и следы жизнедеятельности бактерий.
Климат архея
Среди ученых XIX века господствовало мнение о том, что температура на поверхности Земли в древние эры поддерживалась в основном за счет внутреннего тепла.
По всей вероятности, для самых ранних стадий развития планеты – лунной и нуклеарной, это было справедливо. Но, в архейскую эру уже существовала атмосфера и гидросфера и, в распределении тепла на земной поверхности, ведущую роль должна была играть энергия Солнца.
Если это принять за истину, то в архее существовала климатическая зональность, т.к. количество солнечного тепла связано с широтой места.
Некоторые доказательства климатической зональности подтверждаются, правда, единичными фактами – это находки древних метаморфизованных ледниковых отложений – тиллитов.
Их остатки были обнаружены в Северной Америке, Центральной и Южной Африке, на юге Австралии и в Сибири.
К сожалению, ученым пока не удается определить их центры, а также направление движения этих ледников.
В Северной Америке следы ледников прослеживаются к северу от современной 42 параллели по широте почти на 1850 км и к северу на 370 км.
Мощность тиллитов раннего протерозоя, как было установлено, достигает 160-180 м.
Тиллитовые горизонты переслаиваются с глинистыми сланцами, а их накопление шло в озерных или речных условиях.
Замечание 1
Таким образом, происходило чередование эпох оледенения и межледниковых эпох.
В это время происходило сокращение размеров ледников, и их место занимали озера ледникового происхождения.
Древнее оледенение, по мнению Н.М. Страхова, имело горный характер.
Ледников современной Антарктиды в архее и протерозое по всей вероятности ещё не существовало, потому что обширные континентальные массивы отсутствовали.
Древние ледники, возможно, покрывали вершины некоторых гор и языками спускались к подножьям.
С ледниковыми отложениями связаны метаморфизованные органические остатки – графитовые сланцы. Наличие этой примитивной растительности в древних океанах говорит о том, что в отдельных зонах планеты климат был сравнительно теплый.
Температура самой атмосферы, по мнению ученых, могла достигать отметки в 120 градусов.
Замечание 2
Данные очень скудные, но, тем не менее, они позволяют сделать вывод о том, что на Земле 2-3 млрд. лет назад существовала климатическая зональность, но какие именно пояса существовали и где они проходили ученым практически не известно.
Растительный и животный мир архея
В архейской эре выделяют четыре эры:
- эоархей;
- палеоархей;
- мезоархей;
- неоархей.
Эоархей, продолжительностью 400 млн. лет, является началом архейской эры. На Землю падают метеориты, образуются кратеры, идет активное формирование земной коры и гидросферы.
В земной атмосфере ещё ничтожно мало кислорода и азота, зато значительная часть принадлежит углекислому газу. Именно в этих условиях появляются первые организмы – цианобактерии, оставившие после себя продукты жизнедеятельности, которые с помощью фотосинтеза вырабатывали кислород.
В эоархее происходит формирование первого земного континента – Ваальбары.
Вторая, палеоархейская эра продолжалась 200 млн. лет. Заканчивалось формирование первого континента, и появился ещё мелкий океан. Продолжительность суток в это время составляла 15 часов. Усиливалось магнитное поле Земли, потому что ядро становилось более твердым.
Ученые считают, что в это время появились первые живые организмы – первые бактерии.
В мезоархее, длившемся 0,4 млрд. лет происходит раскол Ваальбары. Современный кратер в Гренландии появился именно тогда в результате столкновения с астероидом. Возможно, в это время на планете началось первое Понгольское оледенение.
В мезоархее происходит рост количества цианобактерий.
Заканчивается архейская эра неоархеем 2,5 млрд. лет назад.
К этому времени завершается формирование земной коры, происходит выделение большого количества кислорода. Атмосфера Земли в это время полностью изменилась и, преобладающим газом стал кислород.
В результате бурной вулканической деятельности шло образование драгоценных металлов и камней. Формы животных очень маленькие, но, тем не менее, они представляли собой настоящие живые микроорганизмы.
Карбонатные и кремниевые осадочные породы появились благодаря цианобактериям.
В это время появляются первые прокариоты – доядерные одноклеточные организмы.
В конце архея начинается половой процесс размножения у бактерий, появляются первые многоклеточные микроорганизмы.
Впоследствии часть из них стала наземными организмами, а другая часть обрела признаки водоплавающих и поселилась в воде.
Замечание 3
Архейская эра в целом, является древнейшим периодом в жизни Земли, в это время появился фотосинтез, произошло разделение флоры и фауны, сформировались очертания материков и океанов. Важным моментом явилось накопление кислорода, изменившего структуру воздушной оболочки планеты и давшего начало протеканию новых химических процессов.
Жизнь зародилась в архейскую эру. Поскольку первые живые организмы еще не имели никаких скелетных образований, от них почти не осталось следов. Однако наличие среди архейских отложений пород органического происхождения - известняков, мрамора, графита и других - указывает на существование в эту эру примитивных живых организмов. Ими были одноклеточные доядерные организмы (прокариоты): бактерии и сине-зеленые водоросли.
Жизнь в воде была возможна благодаря тому, что вода защищала организмы от губительного действия ультрафиолетовых лучей. Именно поэтому море смогло стать колыбелью жизни.
4 крупных события архейской эры
В архейскую эру в эволюции органического мира и развитии жизни произошло четыре крупных события (ароморфоза):
- Появились эукариоты;
- фотосинтез;
- половой процесс;
- многоклеточность.
Появление эукариот связано с образованием клеток, имеющих настоящее ядро (содержащее хромосомы) и митохондрии. Только такие клетки способны делиться митотически, что обеспечило хорошую сохранность и передачу генетического материала. Это явилось предпосылкой к возникновению полового процесса.
Первые обитатели нашей планеты были гетеротрофными и питались за счет органических веществ абиогенного происхождения, растворенных в первородном океане. Прогрессивное развитие первичных живых организмов обеспечило в дальнейшем огромный скачок (ароморфоз) в развитии жизни: возникновение аутотрофов, использующих солнечную энергию для синтеза органических соединений из простейших неорганических.
Разумеется, не сразу возникло такое сложное соединение, как хлорофилл. Первоначально появились более просто устроенные пигменты, способствовавшие усвоению органических веществ. Из этих пигментов развился, по-видимому, хлорофилл.
Со временем в первородном океане стали иссякать органические вещества, накопившиеся в нем абиогенным путем. Появление аутотрофных организмов, в первую очередь зеленых растений способных к фотосинтезу, обеспечило дальнейший непрерывный синтез органических веществ, благодаря использованию солнечной энергии (космическая роль растений), а следовательно, существование и дальнейшее развитие жизни.
С возникновением фотосинтеза произошла дивергенция органического мира на два ствола, отличающиеся способом питания. Благодаря появлению аутотрофных фотосинтезирующих растений, вода и атмосфера стали обогащаться свободным кислородом. Этим была предопределена возможность появления аэробных организмов, способных к более эффективному использованию энергии в процессе жизнедеятельности.
Накопление кислорода в атмосфере привело к образованию в верхних ее слоях озонового экрана, не пропускающего губительных для жизни ультрафиолетовых лучей. Это подготовило возможность выхода жизни на сушу. Появление фотосинтезирующих растений обеспечило возможность существования и прогрессивного развития гетеротрофных организмов.
Появление полового процесса обусловило возникновение комбинативной изменчивости, поддержанной отбором. Наконец, по-видимому, в эту эру от колониальных жгутиковых произошли многоклеточные организмы. Появлением полового процесса и многоклеточности была подготовлена дальнейшая прогрессивная эволюция.
Самый ранний и древний период развития коры земли - это архейская эра. Именно в это время по мнению ученых появились первые живые организмы-гетеротрофы, которые в качестве пищи использовали различные органические соединения. В конце архейской эры происходило формирование ядра нашей планеты, интенсивно снижалась активность вулканов, из-за чего на Земле начала развиваться жизнь.
Архейская эра началась около 4 000 000 000 лет назад и продолжалась около 1,56 миллиардов лет. Разделяется на четыре периода: Неоархей, Палеоархей, Мезоархей и Эоархей.
В Архейскую Эру
В период Неоархей, который проходил около 4 000 милионов лет назад, Земля уже была сформирована как планета. Практически вся площадь была занята вулканами, которые извергали в большом количестве лаву. Ее горячие реки образовывали материки, плоскогорья, горы и океанические впадины. Постоянная активность вулканов и высокие температуры привели к формированию полезных ископаемых - руды, меди, алюминия, золота, строительного камня, кобальта и железа. Около 3,67 млрд. лет назад образовались первые метаморфические и (гранит, анортозит и диорит), которые были найдены в самых разных местах: Балтийский и Канадский щиты, остров Гренландия и др.
Во время Палеоархея (3,7-3,34 миллиардов лет назад) происходит образование первого континента - Вальбару, и единого океана. При этом структура океанических хребтов изменилась, что привело к постепенному увеличению количества воды и уменьшению количества газа углекислого в атмосфере Земли.
Потом последовал Мезоархей, во время которого суперконтинент начал медленно раскалываться. В Неоархей, закончившийся примерно 2,65 млдр лет назад, формируется основная континентальная масса. Этот факт говорит о древности всех континентов нашей планеты.
Климатические условия и атмосфера
Архейская эра характеризовалась малым количеством воды. Вместо обширного единого океана были только мелководные бассейны, расположенные отдельно друг от друга. Атмосфера состояла в основном из газа (углекислого - химическая формула СО2), плотность ее была намного выше нынешней. Температура воды достигала 90 градусов. Азота в атмосфере было мало, около десяти-пятнадцати процентов. Метана, кислорода и некоторых других газов практически не было. Температура самой атмосферы, по мнению ученых, достигала отметки 120 градусов.
Архейская эра: биология
Во время данной эры происходит зарождение первых простейших организмов. Анаэробные бактерии стали первыми жителями Земли. В архейскую эру появились первые фотосинтезирующие организмы - цианобактерии (доядерные) и синезеленые водоросли, которые начали выделять в атмосферу из океана Земли свободный кислород. Это способствовало появлению живых организмов, способных выживать в кислородной среде.
Но Археозойская эра важна не только появлением фотосинтеза. В это время происходят еще два наиважнейших эволюционных события: появляются многоклеточность и половой процесс, который резко повысил приспособление к условиям внешней среды из-за создания множества хромосомных комбинаций.