Первая жизнь
В это трудно поверить, но на планете Земля до сих существуют те самые первые организмы, которые сыграли величайшую роль в дальнейшей эволюции живой природы. Ученые знали о них еще в 18-м веке, но только в 30-х гг. 20-го века приоткрылась завеса происхождения и тайна их образования. Речь идет о строматолитах.
Стромалиты
Строматолит (с греч. stromatos - подстилка, lithos - камень) - это ничто иное, как плотное слоистое образование в толщах известняков и доломитов, возникающее в результате жизнедеятельности колоний сине-зеленых водорослей и других микроорганизмов. Встречаются строматолиты на Земле с протерозоя и на сегодня установлено, что самые древние представители могут похвастаться возрастом примерно в 3,5 млрд. лет. При чем эти самые представители ни капельки не изменились с тех времен.
В 30-х гг. 20 века было совершено одно из самых примечательных событий в классической биологии. На литорали залива ШаркБэй (Австралия) и на атлантическом побережье Багамских островов были найдены небольшие рифовые постройки неизвестного ранее типа. При внимательном изучении это оказались современные строматолиты!
Результат деятельности цианобактерий
Именно тогда стало ясно, что строматолит образуется в результате жизнедеятельности уникального прокариотного существа - цианобактериального мата. Цианобактериальный мат представляет собой многослойный "ковер", толщиной до 2 см. Состоит он из цианобактерий и других микроорганизмов. Но по мимо того, что мат состоит из слоев, они выполняют различные, но строго распределенные, функции. Таким образом, это полноценный живой организм, каждая часть которого выполняет четко свои функции и дальнейшие исследования показали, что цианобактериальный мат является одной из самых сбалансированных экосистем в природе.
Живут строматолиты в экстремальных условиях - в пещерах, очень соленых озерах и долинах, а также в горячих источниках. И это не удивительно, ведь именно такими, экстремальными, были условия жизни на Земле 3,5 млрд. лет назад. И только благодаря фотосинтетирующей работе цианобактерий современная атмосфера богата кислородом. Вот такие вот они удивительные, первые живые организмы!
Эволюция жизни на планете началась более трех миллиардов лет назад, некоторые ученые говорят, что даже более четырех миллиардов лет. Именно тогда возникли первые организованные экосистемы, правда, это были микробы и бактерии, а до млекопитающих было еще очень далеко. Так какими же были первые животные на Земле?
Самые первые
Самым древним следам жизни животных на Земле около миллиарда лет, а древнейшим окаменелостям самих животных ― приблизительно 600 миллионов лет.
Первые животные, которые появились на планете, были микроскопически малы и мягкотелы. Они жили на морском дне или в донном иле. Эти существа не могли окаменеть, поэтому единственным показателем их пребывания на Земле являются остатки их нор или ходов. Особи были очень жизнестойки, именно они дали начало фауне Эдиакары ― первым известным животным на планете.
Фауна Эдиакары: свет в конце тоннеля вендского периода
Фауна Эдиакары получила свое название от холмов Эдиакары, которые находятся в Австралии. Здесь в 1946 году были обнаружены необычные окаменелости, внешне чем-то похожие на современных медуз, червей и кораллы. Они были небольшие - в среднем 2 сантиметра в диаметре.
Сначала ученые решили, что находка относится к кембрийскому периоду: именно тогда началось бурное развитие мира животных (приблизительно 570 миллионов лет назад). Но при более подробном изучении удалось установить, что эти окаменелости еще древнее и относятся к более раннему периоду ― вендскому. Это стало настоящим открытием, так как о том, существовала ли жизнь в этот период, никто точно не знал.
Затем были найдены представители фауны Эдиакары в разных уголках планеты: в Намибии, России, Гренландии. Но, несмотря на находки, биологи все еще пытаются понять, что с ними случилось.
Вот так предположительно выглядело одно из таких древних животных, Кимберелла:
Ученые полагают, что это прямые предки современных медуз и моллюсков.
Как выглядели эдиакары
Строение первых в мире животных было простейшим: у них не было конечностей, головы, хвоста, рта и пищеварительных органов. Эдиакарские существа вели не особо яркую жизнь)) в то время планета была безопасной, хищников еще не было, поэтому им даже не от кого было защищаться.
Предполагается, что они просто впитывали органику из воды всем своим телом. Более того, некоторые из них составляли симбиоз с водорослями, да и внешне многие из существ очень походили на растения.
Так, например, самым крупным существом была дикинсония.
Некоторые особи достигали метра в длину, но в толщину обычно не превышали одного сантиметра. У них было плоское двусторонне-симметричное рифленое овальное тело. Этакий коврик.
Ученые так и не определились, к какой группе ее отнести: некоторые считают ее предком животных, кто-то говорит, что это разновидность грибов, а третьи утверждают, что она вообще принадлежала к классу существ, которых нет сегодня в царстве природы. Да и современных родственников ее так и не обнаружили.
А что было после первых в мире животных?
Следующий период в истории развития жизни на Земле называется кембрийским. Он начался примерно 570 миллионов лет назад и длился около 70 миллионов лет. Именно здесь произошел поразительной силы эволюционный взрыв, в ходе которого на Земле впервые появились представители большинства основных групп животных, известных современной науке. А произошло это благодаря хорошим климатическим условиям.
В кембрийский период на планете существовали громадные шлейфы и материковые отмели. Тут были идеальные условия для жизни: дно, покрытое слоем мягкого ила, и теплая вода. В атмосфере уже образовалось много кислорода (хотя гораздо меньше, чем сейчас). Развитие твердых покровов суши привело к появлению новых жизненных форм, таких как артроподы ― первые членистоногие.
Животным понадобились новые способы защиты от новых высокоорганизованных хищников. В результате эволюции у существ развивались средства для защиты, соответственно хищникам пришлось вырабатывать новые методы охоты, чтобы преодолеть сопротивление жертвы.
На протяжении кембрийского периода уровень моря неоднократно повышался и понижался, виды вымирали, на их место приходили другие, которым приходилось приспосабливаться к новым условиям жизни и способам пропитания.
Мир животных становился более разнообразным, и все больше популяций могло существовать рядом друг с другом, не претендуя на пищевые ресурсы своих соседей.
Первые млекопитающие появились 216 миллионов лет назад, когда на земле еще жили и доминировали динозавры. По мнению ученых, они выглядели как маленькие землеройки или мыши. Они питались насекомыми и растениями, а ночи проводили на деревьях. Шерсть и другие отличительные признаки млекопитающих развивались на протяжении миллионов лет.
Странное создание, изображенное внизу, — это тритилодонт (Tritylodontidae), живший в триасе. Он был чуть больше 1 метра в длину и имел, как вы можете увидеть, весьма необычные зубы.
Его название означает «трехбугорковый зуб». Позади более крупных передних зубов на нижней челюсти располагались зубы с двумя бугорками, а на верхней — с тремя.
Тритилодонта долго попеременно причисляли то к классу млекопитающих, то к тероморфным пресмыкающимся. По строению зубов, с бугорчатой коронкой и раздвоенными корнями, тритилодонт несомненно принадлежит к млекопитающим, а по строению остальных частей черепа приближается к тероморфам.
Ученые могут лишь догадываться о его истинной внешности по окаменелому черепу и зубам, поскольку было обнаружено очень немного останков.
Изображение фрагмента черепа и зубов Tritylodon longaevus (Owen, 1884)
А это триконодонт (Triconodonta). Триконодонт жил в поздний юрский период и был размером с сегодняшнюю среднюю домашнюю кошку. Тем не менее он, очевидно, был хищником и охотился на самых разнообразных небольших животных.
Некоторые палеонтологи высказывают предположение, что он даже мог лазать по деревьям, высматривая добычу или спасаясь от врага, а также что он мог питаться яйцами динозавров.
Скорее всего, они вели ночной образ жизни, скрываясь от хищных динозавров, и питались мелкими рептилиями и насекомыми. Тем не менее, как показали недавние раскопки в Китае, некоторые триконодонты были способны охотиться и на мелких динозавров, в частности, на пситтакозавров.
Экологическую нишу, которую ранее занимали триконодонты, заняли вытеснившие их грызуны.
Останки этих животных, обладавших длинными челюстями, были обнаружены на территории современной Европы, где они жили в постоянном страхе быть растоптанными гораздо более крупными животными.
Во многом походивший на опоссума, альфадон (Alphadon), жил на территории сегодняшней Северной Америки. Это было сумчатое животное, т. е. оно имело специальную сумку, в которой вынашивало потомство. Альфадон означает «главный зуб», так как от его останков были найдены в основном зубы. В длину он вероятно был не более 30 см.
А вот Мегазостродон (Megazostrodon). Он жил в триасе, как и тритилодонт. Это было маленькое животное, похожее на землеройку, выраставшее лишь до 13 см. Однако оно питалось главным образом насекомыми и выходило лишь по ночам, когда уменьшался риск быть съеденным хищниками.
Впервые его окаменелые останки были обнаружены в Южной Африке.
Но как ученые могут определить, что животное было теплокровным, по таким скудным останкам? Как правило, по скелету видно, что нос был отделен от ротовой полости. Это позволяло питаться и дышать одновременно, чего никак не может делать большинство современных пресмыкающихся.
Нас пугают глобальным потеплением, глобальным обледенением, ядерной войной, черными дырами и свиным гриппом. Мы должны были все время дрожать от страха, но хорошо, что человек научился более или менее философски смотреть на жизнь со всеми потенциальными опасностями. Горячей или холодной будет наша планета - покажет время. А пока ученые выдвигают интересные идеи о том, что представляла собой наша Земля в незапамятные времена и как на ней зародилась жизнь. Вот одна из версий.
Однажды 715 миллионов лет назад
В то время наша планета представляла собой заледеневший снежный ком. Трудно представить, что на теплых пляжах с тропической растительностью и набегающими кружевными волнами когда-то была мертвая ледяная пустошь. Даже на экваторе температура воздуха была, как сейчас в Антарктиде - минус 20 градусов. Жизнь практически была стерта с лица земли. И лишь некоторые выжившие виды ютились в местах, где пузырились теплые источники.
Эта «глубокая заморозка» длилась не менее 120 миллионов лет, считает профессор Лондонского университетского колледжа Грэхем Шилдс. Другие ученые утверждают, что эта вселенская катастрофа имела свои позитивные стороны - стала толчком к эволюции животного мира. Жизнь на Земле зарождалась заново.
История Кембрийского взрыва
540 миллионов лет тому назад начался бурный расцвет жизни, который получил название Кембрийского взрыва. В короткие сроки волшебным образом началось увеличение биоразнообразия на планете. Раскопки, датируемые тем периодом, явили миру останки гигантских пятиглазых мокриц - трилобитов (Opabinia), колючих слизней (Wiwaxia) и прочих гадов. Одним словом, в геологическое мгновение ока произошел скачок от одноклеточных бактерий до экзотических многоклеточных существ. Кембрийский взрыв до сих пор остается загадкой.
Отчего же случился ледниковый период?
Об этом спорят уже сотни лет и до наших дней. Большинство ученых сходятся во мнении, что обледенение земного шара было практически мгновенным явлением. Этим можно объяснить тот факт, что вмерзшие в лед мамонты и прочие доисторические животные сохранились практически целиком - значит, времени на разложение живых организмов природа не оставила. По ряду версий, Земля была почти целиком скована льдами, и лишь незначительные карманы с открытой водой оставалсь там, где находились горячие источники. Многие утверждают, что эти карманы - пояс открытой воды - могли сохраниться как раз по экватору.
Но это даже не так существенно, как тот неоспоримый для многих факт, что обледенение началось внезапно. Это могло быть вызвано быстрым выветриванием континентов Земли, которые имели свойство поглощать углекислый газ: резкое потепление, выбросы парниковых газов закончились стремительным падением температуры.
От холода к теплу
Можно предположить, что потепление климата началось столь же внезапно - по геологическим меркам, конечно же, - как и обледенение планеты. Около 660 миллионов лет назад земные вулканы начали насыщать атмосферу углекислым газом, этого достаточно, чтобы «буксировать» климат из замороженного состояния. И в то же время в течение всего периода происходило накопление в воздухе кислорода. Микроорганизмы и микроскопические растения стали развиваться с немыслимой скоростью - ведь большинство из них находились в спящем состоянии в период глобального обледенения. А некоторые живые организмы могут выжить при гораздо меньшем уровне содержания кислорода, как доказано наукой. Например, губке (один из старейших представителей живой природы) нужно всего 0.5% современного уровня кислорода.
Тающие ледники выпускали наружу огромные массы богатой фосфором пыли от подстилающих пород. Затем, когда лед отступил, превращаясь в реки, вода смыла эту пыль в океаны.
"Высокий уровень фосфора увеличил биологическую продуктивность в океане», - говорит доктор Ной Плавански из Йельского университета в Нью-Хейвене. В 2010 году этим ученым был зафиксирован мощный выброс фосфора в осадках по всему миру. Кто знает, может, это был финал того самого ледникового периода?
Что же с животными и людьми?
Эти интересные идеи о внезапном обледенении и последующей внезапной оттепели не поддерживают многие ученые. Биологам давно известно, что животные обладают инстинктом не только самосохранения, но и оказания помощи своему ближнему. При этом они не будут спасать или помогать живым сущствам из другого вида. Здесь вопрос стоит как раз о сохранении себя. Известны случаи, когда дикие животные усыновляли детенышей погибших родителей одного с ними вида, но никогда - детенышей особей другого вида. К сожалению, палеонтологическая летопись очень разношерстная, и реальных доказательств связи эволюции животных с глобальным обледенением и последующим потеплением нет, здесь можно говорить лишь о гипотезах. Старейшие окаменелости останков сложных животных относят к периоду 560 миллионов лет назад.
Генетика также не может дать окончательный ответ на все вопросы. Работая в обратном направлении через семейное древо животных и оценки темпов генетических изменений, ученые подсчитали, что первые животные, скорее всего, возникли около 750 миллионов лет назад. Но эти "молекулярные часы" оценки по определению ненадежны.
До или после ледникового периода?
Если можно согласиться с тем, что примитивные микроорганизмы и зачатки растительного мира существовали на всем протяжении ледникового периода, то же самое трудно предположить о животных и первобытных людях. Их клетки должны были утратить способность к размножению. Тогда остается предположить, что животный мир появился после великого обледенения? Или они появились 750 лет назад и своей деятельностью привели к резкому охлаждению климата? Представители животного мира обладают способностью изменять физическую среду, и с этим никто не спорит.
Влияние живых существ на климат
Влиять на климат могут не только люди и животные. Даже обычные роющие черви могут разбивать камни, а каменная пыль реагирует с двуокисью углерода в воздухе. Морские животные повышают уровень кислорода в океане, поедая остатки погибших организмов, которые бы, в свою очередь, потребляли кислород. Одним словом, нет в мире ни одного существа, которое так или иначе не влияло бы на жизнь на Земле.
Итого: к чему пришли?
В этом вопросе трудно прийти к единому знаменателю. Гипотезы так и останутся гипотезами. На сегодня человечество может быть уверенным лишь в одном: придет ли наша планета к обледенению или к аномальному потеплению - целиком зависит от человека. Это должно стать отрезвляющим напоминанием о том, насколько быстро могут измениться условия на Земле. Наша планета оставалась стабильной многие тысячелетия, но это не означает, что так будет продолжаться до бесконечности. Растущие аппетиты в добыче полезных ископаемых не пугают никого. А ведь это самый верный путь к разрушению Земли и изменению ее климата. Мы только в фантастических фильмах представляем себе, что Земля может столкнуться с гигантским астероидом, и тогда наше Солнце закроет космическая пыль, грозя очередным ледниковым периодом. Все возможно.
Это сентенция, но единственный выход - относиться разумнее к своей планете. Чтобы снова не началась эра динозавров.
Возникновению природного разнообразия на Земле человечество обязано миллиардам лет революции. Современные геологи и палеонтологи обнаружили переломные моменты в развитии жизни на нашей планете.
1. Древнейшие люди - Омо
Сейчас люди могут проследить свою родословную на сотни тысяч лет. Двум черепам, названным Омо 1 и Омо 2, которые были обнаружены в Эфиопии в 1967 году, исполнилось 195 000 лет, что делает их самыми ранними из обнаруженных до сих пор анатомически современных людей. Теперь ученые думают, что Homo Sapiens начали развиваться 200 000 лет назад.
Тем не менее, по этому поводу до сих пор идут споры, поскольку свидетельства культурного развития - найденные музыкальные инструменты, иглы и украшения - датируются всего 50 000 годами. Комплексные составные инструменты, такие как гарпуны, также появились примерно в это время. Поэтому никто не может ответить на простой вопрос: если современные люди появились 200 000 лет назад, то почему у них заняло целых 150 000 лет, чтобы разработать что-нибудь, напоминающее культуру.
2. Самая древняя птица - протоавис
Сегодня все знают, что птицы произошли от динозавров, а также что многие динозавры были фактически покрыты перьями. В результате, вопрос "какая птица является самой древней" по сути нужно переформулировать в "с какого момента динозавров можно начинать считать птицами".
В течение длительного времени палеонтологи считали самыми древними птицами археоптериксов, но сегодня появился еще более древний кандидат на звание первой птицы. Протоавис жил около 220 миллионов лет назад, раньше на 80 миллионов лет любого своего конкурента. Ископаемое было найдено в Техасе палеонтологом Санкаром Чаттерджи, который утверждает, что протоавис на самом деле ближе к современным птицам, чем археоптерикс.
3. Первые виды существ, которые начали ходить по земле - тиктаалик и пневмодесмус
Тиктаалик - утконосое существо, обитавшее в девонском периоде, являлось чем-то средним между рыбой, лягушкой и аллигатором. Как считается, оно впервые выбралось на сушу из воды 375 млн лет назад. Обнаруженный в Канаде в 2004 году, этот вид считается важным переходным звеном между водными позвоночными и первыми наземными животными. Также тиктаалик может похвастался ребрами, которые способны поддерживать его тело вне воды, легкими, подвижной шеей и глазами на верхней части головы, как у крокодила. Многоножка пневмодесмус жила около 428 млн лет назад. Существо размером в 1 сантиметр на самом деле было первым существом, которое постоянно обитало на земле и дышало воздухом.
4. Самая древняя рептилия - гилоном
Рептилии были первыми позвоночными, которые могли жить на земле. Ящерицеподобное существо гилоном, длина которого составляет всего 20 сантиметров, как полагают ученые, было самой старой рептилией. Гилономы, которые по всей видимости были насекомоядными, возникли примерно 310 миллионов лет назад. Сохранившиеся окаменелости этого существа были обнаружены в 1860 году внутри ствола дерева в Новой Шотландии.
5. Старейшее существо, способное летать - риниогната
Полет в качестве основного средства передвижения требует сложной конструкции организма (низкий вес тела, но прочный скелет), а также мощные мышцы крыльев. Первое существо, которое было способно летать, фактически является самым старым известным насекомым. Rhyniognatha hirsti - крошечное насекомое, которое обитало около 400 миллионов лет назад. Первые доказательства существования этого насекомого были обнаружены в 1928 году в девонских горных породах.
6. Первое цветущее растение - потомакапнос и амборелла
Люди склонны ассоциировать растения с цветами, но на самом деле цветы появились сравнительно недавно. Прежде, чем появились цветы, растения размножались с помощью спор в течение сотен миллионов лет. На самом деле, ученые даже не знают, почему возникли цветы, поскольку они являются очень нежными и прихотливыми, а также требуют огромного количества энергии, которой теоретически могло бы найтись намного более рациональное применение.
Эти непонятные обстоятельства заставили Дарвина описать рост цветов, как "страшную тайну". Древнейшие известные ископаемые цветковые растения относятся к меловому периоду, между 115 и 125 миллионами лет назад. Одними из древнейших цветков являются потомакапнос, который удивительно напоминает современный мак, а также амборелла, которую нашли на острове Новая Каледония. Все указывает на то, что цветы не развивались медленно, а внезапно возникли фактически в современном виде.
7. Самое древнее млекопитающее - хадрокодиум
Самое старое известное млекопитающее напоминало небольшую мышь или современную землеройку. Длина хадрокодиума, останки которого нашли в Китае в 2001 году, была около 3,5 сантиметров, а весил зверек всего 2 грамма. Скорее всего, он вел образ жизни, подобный современной землеройке, поскольку его зубы представляли собой специальные клыки для измельчения насекомых. Жил хадрокодиум около 195 миллионов лет, задолго до некоторых из самых известных динозавров, в том числе стегозавра, диплодока, и тиранозавра.
8. Первое дерево - ваттиеза
Деревья сыграли (и до сих пор играют) решающую роль в формировании атмосферы Земли. Без них углекислый газ не превращался бы в кислород, и планета вскоре стала бы безжизненной. Первые леса резко изменили экосистему Земли, Таким образом, появление деревьев можно считать одним из самых важных эволюционных прорывов за всю историю.
В настоящее время самым старым известным деревом является вид возрастом 397 миллионов лет, который был назван ваттиеза. Листья этого папоротникообразного растения напоминали ладонь, а само дерево достигало высоты в 10 метров. Ваттиеза возникла на 140 миллионов раньше динозавров. Растение размножалось спорами подобно современным папоротникам и грибам.
9. Самый старый динозавр - ньясазавр
Динозавры начали царствовать на Земле после массового пермского вымирания, которое произошло около 250 миллионов лет назад и уничтожило около 90 процентов всех видов на планете, в том числе 95 процентов морской жизни, и большинство из деревьев планеты. После этого в триасе появились динозавры.
Старейшим известным на настоящее время динозавром является ньясазавр, кости которого были обнаружены в Танзании в 1930 году. До сих пор ученые не имеют ни малейшего понятия был он хищником или травоядным, а также ходил он на двух ногах или на четырех. Рост ньясазавра составлял всего 1 метр, а вес - 18-60 кг.
10. Старейшая форма жизни
Что является старейшей формой жизни, известной науке? Довольно сложный вопрос, поскольку зачастую ископаемые настолько древние, что их возраст сложно точно определить. Например, на камнях, обнаруженных рядом с регионом Пилбара в Австралии, содержались микробы возрастом почти 3,5 млрд лет. Однако, некоторые ученые считают, что подобные докембрийские органостенные микрофоссилии на самом деле являются странной формой полезных ископаемых, возникших при особых гидротермальных условиях. Другими словами, они не являются живыми.
