Краткое содержание: Параграф § 27 / Биология 11 класс

Начало жизни на Земле: Архей и Протерозой

Ученые полагают, что возраст Земли составляет около 5 миллиардов лет. Первые 1,5 миллиарда лет после её образования — это катархей (от греч. kata — ниже, самый ранний этап развития Земли). Жизнь зародилась в конце катархея или на границе с архейской эрой (от греч. archaios — древнейший). Останки микроорганизмов возрастом 3,8–3,5 миллиарда лет, обнаруженные в древнейших породах, свидетельствуют о существовании жизни уже в архее.

В условиях архея на Земле существовали прокариоты (архебактерии, цианобактерии) в бескислородной среде. Их жизнедеятельность привела к образованию древнейших осадочных пород — строматолитов (известковых образований). Строматолиты представляют собой слоистые, куполообразные или столбчатые образования, которые формировались в результате активности колоний цианобактерий и других микроорганизмов. Изучение строматолитов дает ценную информацию о ранних формах жизни и составе древних атмосфер и океанов. В начале архейской эры атмосфера была практически лишена свободного кислорода, что является ключевым фактором, определяющим метаболизм и среду обитания первых организмов. Ранние организмы, скорее всего, были анаэробными гетеротрофами, питаясь органическими веществами, образовавшимися абиогенным путем.

Эволюционные преобразования Архея

В архее произошли важные ароморфозы: появились фотосинтезирующие организмы — сначала, возможно, архебактерии, затем цианобактерии (сине-зеленые водоросли), которые появились около 3 миллиардов лет назад. Фотосинтез цианобактерий (с выделением кислорода) стал крупным ароморфозом, который в дальнейшем привел к кислородному насыщению атмосферы и создал предпосылки для развития эукариот. Начало накопления свободного кислорода в атмосфере и гидросфере было медленным, но необратимым процессом, который радикально изменил биосферу Земли. Цианобактерии сыграли решающую роль в этом процессе, используя воду в качестве донора электронов, что привело к выделению молекулярного кислорода ( \( O_2 \) ). Увеличение содержания кислорода в атмосфере способствовало усилению окислительных процессов на поверхности Земли, что, в частности, привело к осаждению железа в виде руд.
В конце архея и на границе с протерозоем происходит ещё один крупный ароморфоз — появление полового процесса и многоклеточности, что обеспечило бóльшую генетическую изменчивость и более эффективное использование ресурсов. Появление полового процесса является ключевым моментом в эволюции, так как он значительно увеличил скорость адаптации и эволюционных изменений.

Протерозойская эра и расцвет эукариот

Протерозойская эра (от греч. proteros — ранний и zoe — жизнь) началась около 2,5 миллиарда лет назад и длилась около 2 миллиардов лет. Поверхность планеты в это время представляла собой голую пустыню, на которой происходили интенсивные горообразовательные процессы. На рубеже архея и протерозоя произошло разделение органического мира на два основных ствола: Царство Растения и Царство Животные.
В протерозое появляется свободный кислород в атмосфере. Его концентрация достигла примерно 0,2% от современного уровня ( \( 21\% \) ). Эта концентрация кислорода, названная точкой Пастера, была достаточной для возникновения аэробных организмов, изменения энергетики жизнеобеспечения и перехода от брожения к кислородному дыханию. Кислородное дыхание энергетически более выгодно, чем брожение, что позволило организмам достичь большей сложности и размеров.

Формирование озонового экрана и развитие жизни в протерозое

Накопление кислорода в атмосфере привело к образованию озонового экрана (\( O_3 \)), который начал формироваться примерно 450 миллионов лет назад (хотя процесс его образования начался раньше, в протерозое). Озоновый экран защитил поверхность Земли от губительного ультрафиолетового излучения, что сделало возможным выход жизни на сушу, хотя это произошло значительно позже (в палеозое).
Наряду с свободноплавающими цианобактериями и водорослями, появляются колониальные и многоклеточные эукариоты: зелёные и бурые водоросли, грибы. Жизнь концентрировалась в воде, особенно по берегам водоемов. Животный мир протерозоя был представлен примитивными беспозвоночными: губки, кишечнополостные, а также первые плоские и кольчатые черви, членистоногие (трилобиты), моллюски и иглокожие.
Резкое увеличение содержания кислорода в атмосфере, обусловленное фотосинтетической активностью, усилило окислительные процессы на поверхности Земли, в результате чего жизнь стала мощным геологическим фактором, влияющим на формирование земной коры.