Наиболее существенная черта гипотезы А.И. Опарина – постепенное усложнение химической структуры и морфологического облика предшественников жизни на пути к живым организмам. Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа:
1. Возникновение органических веществ;
2. Возникновение белков;
3. Возникновение белковых тел.
Это говорит о том, что средой возникновения жизни могли быть прибрежные районы морей и океанов. Здесь, на стыке моря, суши и воздуха, создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки, подобные сгусткам желатина в водных растворах. Такие сгустки называют коацерватными каплями или коацерватами.
Коацерваты – это еще не живые существа. Они претерпели очень длительный отбор на устойчивые структуры. Устойчивость была достигнута вследствие создания ферментов, контролирующих синтез тех или иных соединений. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Так возникло главное свойство, характерное для жизни – способность к воспроизведению подобных себе молекул. Живые существа представляю собой так называемые открытые системы, то есть системы, в которых энергия поступает. Без поступления энергии жизнь существовать не может. По способам потребления энергии организмы делятся на две большие группы: автовторные и гетеротрофные.
С момента возникновения жизни геологическая и геохимическая история Земли неотделима от биологических процессов. Историю живых организмов на Земле изучают по сохранившимся в осадочных горных породах остаткам, отпечаткам и другим следам их жизнедеятельности. Эти занимается наука палеонтология. Для удобства изучения и описания вся история Земли разделена на отрезки времени. В геологической летописи эти отрезки времени соответствуют разным слоям осадочных пород с включенными в них ископаемыми останками. Чем глубже расположен слой осадочных пород, тем древнее находящиеся там ископаемые. Такое определение возраста находок является относительным. Названия этих отрезков времени греческого происхождения. Самые крупные такие подразделения – зоны, их две – криптозой (скрытая жизнь) и фенорозой (явная жизнь). Зоны делятся на эры. В криптозое две эры – архей (древнейший) и протерозой (первичная жизнь). Фенорозой включает в себя три эры палеозой (древняя жизнь), мезозой (средняя жизнь) и кайнозой (новая жизнь). В свою очередь, эры разделены на периоды, периоды иногда делят на более мелкие части. Для того чтобы выяснить, какие реальные промежутки времени соответствуют эрам и периодам, определяют содержание изотопов различных химических элементов в горных породах и остатках организмов.
Криптозой.
По мнению ученых, планета Земля формировалась 4,5 – 7 млрд лет назад. Около 4 млрд. лет назад стала остывать и затвердела земная кора. На земле возникали условия, позволившие развиваться живым организмам.
Архей.
Архей – самая древняя эра, начался более 3,5 млрд лет назад и продолжался около 1 млрд лет. В это время на Земле были уже довольно многочисленны цианобактнрии, окаменевшие продукты жизнедеятельности которых – стромаотлиты – найдены в значительных количествах. В Архее существовало своеобразная «прокариотическая биосфера». Цианобактериям обычно для жизнедеятельности нужен кислород. Кислорода в атмосфере еще не было, однако им, по-видимому, хватало кислорода, который выделялся при химических реакциях, протекавших в земной коре. Какие именно организмы являлись первыми фотосинтетиками? Самым ранним свидетельством существования фотосинтеза являются содержащие углерод материалы с таким соотношением изотопов, которое характерно именно для углерода, прошедшего через процесс фотосинтеза. Возникновение фотосинтеза имело огромное значение для дальнейшего развития жизни на Земле. Биосфера получила неиссякаемый источник энергии, а в атмосфере начал накапливаться кислород.
Протерозой.
Протерозойская эра – самая длинная в истории Земли. Она продолжалась около 2 млрд. лет. Примерно через 600 млн. лет после начала протерозоя, около 2 млрд. лет назад, содержание кислорода достигло так называемой «точки Пастера» – около 1% от его содержания в атмосфере, современной нам. Медленное, но постоянное увеличение содержания кислорода в атмосфере способствовало совершенствованию клеточного дыхания. Накопление кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана в стратосфере, что сделало принципиально возможной жизнь на суше, защитив её от смертоносного жесткого ультрафиолета. Прокариоты – бактерии и синезеленые жили, по-видимому, и на суше, в пленках воды между минеральными частицами в зонах частичного затопления вблизи водоемов. Результатом их жизнедеятельности стало образование почвы. Не менее важным событием было и возникновение эукариот. Когда оно произошло, неизвестно, так как зафиксировать его очень трудно. Исследования на молекулярном уровне дали основание некоторым ученым предположить, что эукариоты могут быть столь же древними как и прокариоты. Первые эукариоты были одноклеточными организмами. Важнейшим этапом в развитии жизни явилось возникновение многоклеточности. Это событие дало мощный толчок увеличению разнообразия живых организмов, их эволюции. Многоклеточность делает возможным специализацию клеток в пределах одного организма, возникновение тканей и органов, в том числе органов чувств, активное добывание пищи, передвижение.
Примерно 680 млн. лет назад, ознаменовался мощной вспышкой разнообразия многоклеточных организмов и появлением животных. Возникшая в конце протерозоя фауна получила название эдиакарской, где в середине ХХв. в слоях возрастом 650 – 700 млн. лет были обнаружены первые отпечатки животных. Эти находки послужили причиной выделения в протерозое особого периода, получившего название венд
. Венд продолжался примерно 110 млн. лет. За это короткое по сравнению с предыдущими эпохами время возникло и достигло значительного разнообразия большое количество видов многоклеточных животных. Ученые предполагают, что в конце протерозоя наша планета претерпевала значительные потрясения. Была очень высокой гидротермальная активность, шло горообразование, оледенения сменялись потеплением климата. Кончался криптозой, зон «скрытой жизни», охватывающий более 85% всего времени существования жизни на Земле, начинался новый этап – фонерозой.
Палеозойская эра значительно короче предыдущих, она продолжалась около 340 млн. лет. К началу палеозоя у некоторых животных образовался внешний органический и минеральный скелет. Его остатки сохранились в осадочных породах.
Кембрий.
Климат кембрия был умеренным, материки – низменными. Быстрым распространением представителей новых типов беспозвоночных животных, многие из которых имели известковый или фосфатный скелет. Ученые связывают это с появлением хищничества. Среди одноклеточных животных были многочисленны фораминиферы – представители простейших, имевших известковую или склеенную из песчинок раковину. Весьма разнообразны были губки. Наряду с сидячими придонными животными развиваются разнообразные подвижные организмы: двустворчатые, брюхоногие и головоногие моллюски, кольчатые черви, от которых в кембрии уже произошли членистоногие – трилобиты.
Ордовик.
В ордовике значительно увеличивается площадь морей. В морях ордовика весьма разнообразны зеленые, бурые и красные водоросли. Идет интенсивный процесс образования рифов кораллами.
Силур.
Отмечено большое иссушение климата. В конце силура наблюдается развитие своеобразных членистоногих – ракоскорпионов. К ордовику и силуру относится расцвет в морях головоногих моллюсков. Появляются новые представители беспозвоночных – иглокожие. В силурийских морях начинается массовое распространение первых настоящих позвоночных – панцирных бесчелюстных. В конце силура – начале девона начинается интенсивное развитие наземных растений. Первые наземные растения были лишены настоящих листьев, их строение напоминает строение многоклеточных зеленых водорослей, от которых они произошли.
Девон.
В морях обитали настоящие рыбы, вытеснившие панцирных бесчелюстных. Среди них были хрящевые рыбы, появились и рыбы с костным скелетом. В мелководных водоемах жили двоякодышащие рыбы, у которых наряду с жаберным дыханием возникло и легочное. Кистеперые рыбы возникшие в девоне, обладали парными плавниками. На суше появляются первые леса из гигантских папоротников, хвощей и плаунов. Новые группы животных начинают завоевывать сушу.
Карбон – каменноугольный период.
Происходит заметное потепление и увлажнение климата. В жарких, тропического вида болотистых лесах произрастают громадные (до 40 м) папоротники, хвощи и плауны. Начинают распространяться голосеменные растения, семя было покрыто оболочкой. Размножение с помощью семян сделало этот процесс независимым от водной среды.
Пермь.
Дальнейшее поднятие суши привело к развитию засушливого климата и похолоданию. Сухость климата способствовала исчезновению земноводных – стегоцефалов. Зато значительного разнообразия достигают древнейшие пресмыкающиеся, возникшие еще в конце карбона. Пресмыкающиеся, как известно, откладывают яйца, которые имеют специальную прослойку из жидкости, защищающую зародыш от высыхания. Благодаря этим приспособлениям пресмыкающиеся смогли широко расселиться по суше. Они были самой высокоорганизованной группой животных в перми. Выход на сушу сопровождался у растений, членистоногих и позвоночных рядом сходных изменений в строении тела, размножении, дыхании. Эти изменения были связаны с приобретением принципиально новых черт организации, с эволюцией по пути морфофизического прогресса. В конце палеозоя происходит горообразование, вызвавшее поднятие суши. Все это приводит к дальнейшему усилению засушливости климата, начавшемуся в Перми. Мезозой называют эрой пресмыкающихся.
Триас.
В триасе сильно сокращаются площади внутриконтинентальных водоемов, развиваются пустынные ландшафты. Вымирает большинство земноводных, почти полностью исчезают древовидные папоротники, хвощи и плауны. Среди растений сильного развития достигают голосеменные, среди животных – пресмыкающиеся. Из триасовых пресмыкающихся дожили до наших дней черепахи, крокодилы, гаттерии. В морях развиваются костистые рыбы, тогда как разнообразие хрящевых и кистеперых рыб постепенно сокращается. Все более разнообразными становятся головоногие моллюски. Наряду с несомненными прогрессивными чертами в организации пресмыкающихся имеется одна весьма существенная несовершенная черта – непостоянная температура тела. При понижении температуры среды пресмыкающиеся становятся вялыми, оцепеневают. В течении всего сравнительно теплого мезозоя непостоянная температура тела пресмыкающихся не была слишком большим отрицательным свойством.
Юра.
В юре происходит некоторое расширение площадей тепловодных морей. Весьма разнообразны морские пресмыкающиеся. Помимо ихтиозавров, в морях появляются плезиозавры – животные с широким туловищем, длинными ластами и змеевидной шеей. Плезиозавры охотились на мелководьях прибрежной зоны, а ихтиозавры – в открытом море. Пресмыкающиеся начали осваивать и воздушную среду. Разнообразие летающих насекомых создавало условия для развития насекомоядных летающих ящеров. Одновременно с этим получили распространение археоптериксы, причудливо сочетавшие признаки пресмыкающихся и птиц. Голова археоптерикса напоминала голову ящерицы, на крыльях сохранились пальцы с когтями, имелся длинный хвост. Но наряду с этими примитивными признаками они обладали и сходством с настоящими птицами: тело было покрыто перьями, возникшими из видоизмененной чешуи. Среди растений в этот период сохраняется господство голосеменных. Некоторые из них, например секвойи, дожили до наших дней.
Мел.
Меловой период назван в связи с образование мела в морских отложениях того времени. Он возник из остатков раковинок простейших животных – фораминифер. Пресмыкающиеся были представлены в мелу новыми динозаврами. Весьма разнообразны были летающие ящеры. Птицы еще сохраняли зубы, но в остальном существенно не отличались от современных птиц. Во второй половине мела увеличивается разнообразие млекопитающих. Непостоянная температура тела и откладка яиц ставили пресмыкающихся в большую зависимость от колебаний температуры среды, ограничивали возможность их проникновения в приполярные районы. Широкое распространение насекомых и появление первых покрытосеменных растений привело со временем к связи между ними. У покрытосеменных возник цветок – орган размножения, привлекающий насекомых окраской, запахом и запасами нектара. Насекомые, питаясь нектаром, стали переносчиками пыльцы. В условиях резко континентального климата и общего похолодания исключительные преимущества получили теплокровные – птицы и млекопитающие, чей расцвет относится к следующей эре – кайнозою.
Кайнозойская эра – это расцвет цветковых растений, насекомых, птиц и млекопитающих. Кайнозой делится на три периода – палеоген, неоген и антропоген.
В палеогене – млекопитающие заменили пресмыкающихся, заняв их экологические ниши на земле, птицы стали господствовать в воздухе.
В неогене климат стал более холодным и сухим. Тропические и саванновые леса, росшие в умеренной зоне, сменяются степями.
Антропоген – это тот геологический период, в котором живем и мы. В антропогене выделяют два века – плейстоцен и голоцен. В начале плейстоцена, еще было довольно тепло, сохранялся субтропический климат. В течении плейстоцена наблюдались очень сильные изменения климата – произошли четыре гигантских оледенения, сменявших отступлением ледников. Отрицательные температуры в зоне оледенения приводили к тому, что пары воды конденсировались в виде снега, а таянье льдов и снегов ежегодно давало меньше воды, чем выпадало снега. К началу голоцена, когда началось глобальное потепление и таянье ледников, вымерли многие крупные млекопитающие – мамонты, шерстистые носороги, пещерный медведь. Около 10 тыс. лет назад в умерено теплых областях земли наступила «неолитическая революция», связанная с переходом человека от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству. Началось одомашнивание животных и введение растений в культуру. Все это определило тот видовой состав органического мира, который существует в настоящее время, повлияло на современное географическое распространение организмов, создало их современные общества.