Proces vývoja života na Zemi: éry, obdobia, podnebie, živé organizmy. Život na Zemi

V súčasnosti a zrejme ani v budúcnosti veda nebude vedieť odpovedať na otázku, ako vyzeral úplne prvý organizmus, ktorý sa objavil na Zemi – predok, z ktorého pochádzajú tri hlavné vetvy stromu života. Jednou z vetiev sú eukaryoty, ktorých bunky majú vytvorené jadro obsahujúce genetický materiál a špecializované organely: mitochondrie produkujúce energiu, vakuoly atď. Medzi eukaryotické organizmy patria riasy, huby, rastliny, zvieratá a ľudia.

Druhou vetvou sú baktérie – prokaryotické (prednukleárne) jednobunkové organizmy, ktoré nemajú výrazné jadro a organely. A napokon treťou vetvou sú jednobunkové organizmy nazývané archaea alebo archebaktérie, ktorých bunky majú rovnakú štruktúru ako prokaryoty, ale úplne inú chemickú štruktúru lipidov.

Mnohé archebaktérie sú schopné prežiť v extrémne nepriaznivých podmienkach prostredia. Niektoré z nich sú teplomilné a žijú iba v horúcich prameňoch s teplotou 90 °C alebo aj vyššou, kde by iné organizmy jednoducho uhynuli. Tieto jednobunkové organizmy, ktoré sa v takýchto podmienkach cítia skvele, konzumujú železo a látky obsahujúce síru, ako aj množstvo chemických zlúčenín, ktoré sú toxické pre iné formy života. Podľa vedcov sú nájdené teplomilné archebaktérie mimoriadne primitívne organizmy a z evolučného hľadiska sú blízkymi príbuznými najstarších foriem života na Zemi. Je zaujímavé, že moderní predstavitelia všetkých troch odvetví života, najviac podobní svojim predkom, stále žijú na miestach s vysokými teplotami. Na základe toho sa niektorí vedci prikláňajú k názoru, že s najväčšou pravdepodobnosťou život vznikol asi pred 4 miliardami rokov na dne oceánov v blízkosti horúcich prameňov, ktoré vyvierali potoky bohaté na kovy a vysokoenergetické látky. Vzájomnou interakciou a interakciou s vodou vtedy sterilného oceánu, vstupom do širokej škály chemických reakcií, tieto zlúčeniny viedli k vzniku zásadne nových molekúl. Desiatky miliónov rokov sa teda v tejto „chemickej kuchyni“ pripravoval najväčší pokrm – život. A asi pred 4,5 miliardami rokov sa na Zemi objavili jednobunkové organizmy, ktorých osamelá existencia pokračovala počas celého prekambrického obdobia.

Výbuch evolúcie, ktorý dal vznik mnohobunkovým organizmom, nastal oveľa neskôr, pred niečo vyše pol miliardou rokov. Hoci veľkosť mikroorganizmov je taká malá, že sa ich do jednej kvapky vody zmestia miliardy, rozsah ich práce je obrovský.

Predpokladá sa, že spočiatku v zemskej atmosfére a oceánoch nebol voľný kyslík a za týchto podmienok žili a vyvíjali sa iba anaeróbne mikroorganizmy. Špeciálnym krokom vo vývoji živých tvorov bol vznik fotosyntetických baktérií, ktoré pomocou svetelnej energie premieňali oxid uhličitý na sacharidové zlúčeniny, ktoré slúžili ako potrava pre iné mikroorganizmy. Ak prvá fotosyntéza produkovala metán alebo sírovodík, potom mutanti, ktorí sa raz objavili, začali počas fotosyntézy produkovať kyslík. Keďže kyslík sa hromadil v atmosfére a vodách, anaeróbne baktérie, pre ktoré je škodlivý, obsadili niky bez kyslíka.

Staroveké fosílie nájdené v Austrálii spred 3,46 miliardy rokov odhalili štruktúry, o ktorých sa predpokladá, že sú pozostatkami cyanobaktérií, prvých fotosyntetických mikroorganizmov. O niekdajšej dominancii anaeróbnych mikroorganizmov a siníc svedčia stromatolity nachádzajúce sa v plytkých pobrežných vodách neznečistených slaných vôd. Tvarom pripomínajú veľké balvany a predstavujú zaujímavé spoločenstvo mikroorganizmov žijúcich vo vápencových alebo dolomitových horninách, ktoré vznikli v dôsledku ich životnej činnosti. V hĺbke niekoľkých centimetrov od povrchu sú stromatolity nasýtené mikroorganizmami: v najvrchnejšej vrstve žijú fotosyntetické sinice produkujúce kyslík; nachádzajú sa hlbšie baktérie, ktoré sú do určitej miery tolerantné voči kyslíku a nevyžadujú svetlo; v spodnej vrstve sú baktérie, ktoré môžu žiť len v neprítomnosti kyslíka. Tieto mikroorganizmy sa nachádzajú v rôznych vrstvách a tvoria systém spojený komplexnými vzťahmi medzi nimi, vrátane potravinových vzťahov. Za mikrobiálnym filmom je hornina vytvorená ako výsledok interakcie zvyškov mŕtvych mikroorganizmov s uhličitanom vápenatým rozpusteným vo vode. Vedci sa domnievajú, že keď na primitívnej Zemi neboli žiadne kontinenty a nad hladinou oceánu sa týčili iba súostrovia sopiek, plytké vody boli plné stromatolov.

V dôsledku aktivity fotosyntetických cyanobaktérií sa v oceáne objavil kyslík a približne 1 miliardu rokov na to sa začal hromadiť v atmosfére. Po prvé, výsledný kyslík interagoval so železom rozpusteným vo vode, čo viedlo k objaveniu sa oxidov železa, ktoré sa postupne zrážali na dne. Za milióny rokov tak za účasti mikroorganizmov vznikli obrovské ložiská železnej rudy, z ktorej sa dnes taví oceľ.

Potom, keď väčšina železa v oceánoch zoxidovala a už nemohla viazať kyslík, uniklo do atmosféry v plynnej forme.

Po tom, čo si fotosyntetické sinice vytvorili z oxidu uhličitého istú zásobu energeticky bohatej organickej hmoty a obohatili zemskú atmosféru o kyslík, vznikli nové baktérie – aeróby, ktoré môžu existovať len v prítomnosti kyslíka. Na oxidáciu (spaľovanie) organických zlúčenín potrebujú kyslík a značná časť vzniknutej energie sa premieňa na biologicky dostupnú formu – adenozíntrifosfát (ATP). Tento proces je energeticky veľmi priaznivý: anaeróbne baktérie pri rozklade jednej molekuly glukózy prijímajú iba dve molekuly ATP a aeróbne baktérie pomocou kyslíka - 36 molekúl ATP.

S príchodom kyslíka dostatočného na aeróbny životný štýl debutovali aj eukaryotické bunky, ktoré majú na rozdiel od baktérií jadro a organely ako mitochondrie, lyzozómy a v riasach a vyšších rastlinách - chloroplasty, kde prebiehajú fotosyntetické reakcie. Existuje zaujímavá a opodstatnená hypotéza týkajúca sa vzniku a vývoja eukaryot, ktorú pred takmer 30 rokmi vyslovil americký výskumník L. Margulis. Podľa tejto hypotézy sú mitochondrie, ktoré fungujú ako továrne na energiu v eukaryotickej bunke, aeróbne baktérie a chloroplasty rastlinné bunky, v ktorých prebieha fotosyntéza, sú sinice, pravdepodobne asi pred dvoma miliardami rokov pohltené primitívnymi amébami. V dôsledku vzájomne prospešných interakcií sa absorbované baktérie stali vnútornými symbionitmi a vytvorili stabilný systém s bunkou, ktorá ich absorbovala - eukaryotickú bunku.

Štúdie fosílnych pozostatkov organizmov v horninách rôzneho geologického veku ukázali, že stovky miliónov rokov po svojom vzniku boli eukaryotické formy života reprezentované mikroskopickými sférickými jednobunkovými organizmami, ako sú kvasinky, a ich evolučný vývoj prebiehal veľmi pomaly. tempo. Ale pred niečo vyše 1 miliardou rokov sa objavilo mnoho nových druhov eukaryotov, čo znamenalo dramatický skok vo vývoji života.

V prvom rade to bolo spôsobené objavením sa sexuálnej reprodukcie. A ak sa baktérie a jednobunkové eukaryoty množia produkciou geneticky identických kópií samých seba a bez potreby sexuálneho partnera, potom sexuálna reprodukcia vo viac organizovaných eukaryotických organizmoch prebieha nasledovne. Dve haploidné pohlavné bunky rodičov, ktoré majú jednu sadu chromozómov, sa spoja a vytvoria zygotu, ktorá má dvojitú sadu chromozómov s génmi oboch partnerov, čo vytvára príležitosti pre nové kombinácie génov. Vznik sexuálneho rozmnožovania viedol k vzniku nových organizmov, ktoré vstúpili do arény evolúcie.

Tri štvrtiny celej existencie života na Zemi predstavovali výlučne mikroorganizmy, až kým nenastal kvalitatívny skok v evolúcii, ktorý viedol k vzniku vysoko organizovaných organizmov vrátane človeka. Poďme sledovať hlavné míľniky v histórii života na Zemi.

Pred štyrmi miliardami rokov RNA záhadne vznikla. Je možné, že vznikla z jednoduchších organických molekúl, ktoré sa objavili na primitívnej Zemi. Predpokladá sa, že staré molekuly RNA mali funkcie nosičov genetickej informácie a proteínových katalyzátorov, boli schopné replikácie (samoduplikácie), mutovali a podliehali prirodzenému výberu. V moderných bunkách RNA tieto vlastnosti nemá alebo nevykazuje, ale zohráva veľmi dôležitú úlohu ako sprostredkovateľ pri prenose genetickej informácie z DNA do ribozómov, v ktorých dochádza k syntéze bielkovín.

pred 3,9 miliardami rokov objavili sa jednobunkové organizmy, ktoré pravdepodobne vyzerali ako moderné baktérie a archebaktérie. Staroveké aj moderné prokaryotické bunky majú pomerne jednoduchú štruktúru: nemajú vytvorené jadro a špecializované organely v ich rôsolovitej cytoplazme sú makromolekuly DNA - nosiče genetickej informácie, a ribozómy, na ktorých prebieha syntéza bielkovín a energia; produkované na cytoplazmatickej membráne obklopujúcej bunku.

Pred dvoma miliardami rokov Komplexne organizované eukaryotické bunky sa objavili, keď jednobunkové organizmy skomplikovali svoju štruktúru absorbovaním iných prokaryotických buniek. Jedna z nich – aeróbne baktérie – sa zmenila na mitochondrie – energetické stanice na dýchanie kyslíka. Iné - fotosyntetické baktérie - začali vykonávať fotosyntézu vo vnútri hostiteľskej bunky a stali sa chloroplastmi v bunkách rias a rastlín. Eukaryotické bunky, ktoré majú tieto organely a jasne odlišné jadro obsahujúce genetický materiál, tvoria všetky moderné komplexné formy života – od plesní až po ľudí.

pred 1,2 miliardami rokov Nastala explózia evolúcie, spôsobená vznikom sexuálneho rozmnožovania a poznačená vznikom vysoko organizovaných foriem života – rastlín a zvierat.

Evolúcia života na Zemi začala objavením sa prvého živého tvora - asi pred 3,7 miliardami rokov - a pokračuje dodnes. Podobnosti medzi všetkými organizmami naznačujú prítomnosť spoločného predka, z ktorého pochádzajú všetky ostatné živé veci. Ak si predstavíme, že Zem existovala jeden rok, tak najskoršie formy života sa objavili začiatkom mája a obdobie kambria sa začalo v novembri. Prví ľudia povstali okolo 19:00 31. decembra a moderný človek sa sformoval približne päť minút pred polnocou.

História života na Zemi

Zem vznikla asi pred 4,567 miliardami rokov z protoplanetárneho disku, diskovitej masy plynu a prachu, ktoré zostali po formovaní Slnka, čo dalo vznik slnečná sústava. Sopečné odplynenie vytvorilo prvotnú atmosféru, ale mala veľmi málo kyslíka a bola by toxická pre ľudí a moderný život všeobecne. Veľká časť Zeme bola roztavená v dôsledku aktívneho vulkanizmu a častých zrážok s inými vesmírnymi objektmi. Predpokladá sa, že jeden z týchto veľkých dopadov viedol k nakloneniu zemskej osi a vzniku Mesiaca. Postupom času takéto kozmické bombardovanie ustalo, čo umožnilo planéte vychladnúť a vytvoriť pevnú kôru. Voda dodaná na planétu kométami a asteroidmi kondenzovala do oblakov a oceánov. Zem sa stala prístupnou pre život a jej rané formy obohatili atmosféru o kyslík. Počas prvej miliardy rokov existoval život na Zemi v malých a mikroskopických formách. Komplexný mnohobunkový život vznikol asi pred 580 miliónmi rokov. V období kambria sa objavila väčšina hlavných typov. Asi pred šiestimi miliónmi rokov sa línia hominínov oddelila od hominidov, čím vznikli šimpanzy, naši najbližší príbuzní a nakoniec aj moderní ľudia.

Ak bol článok užitočný

Prečítajte si tiež:

Aktualizované: 21.01.2018 — 21:50

Autor

Charles Darwin

História ľudstva sa vymazáva z našej pamäti a priblížiť nás k nej môže len úsilie vedcov. Pôvod človeka zamestnával mysle výskumníkov už stovky rokov. Teológovia tvrdia, že človek vznikol ako výsledok aktu božského stvorenia; vyšetrovatelia paranormálnych javov hovoria o našom mimozemskom pôvode; antropológovia predkladajú dôkazy o pôvode človeka v procese evolúcie. Zástancovia tej či onej teórie poskytujú svoje dôkazy o správnosti. Materiály, ktoré zverejňujem, hovoria o záveroch antropológov, archeológov, genetikov, biológov a predstaviteľov iných vedných oblastí. Chcel by som podotknúť, že ide o ľudí, ktorí strávili tisíce hodín za mikroskopmi; vykopané tony zeme; previezli do laboratórií, preskúmali a porovnali státisíce fosílnych kostí našich predkov. Chcete sa opýtať, či som ten istý Charles Darwin, ktorý položil základy modernej evolučnej teórie? Nie, sme len menovci...

Evolúcia jednobunkových organizmov

Rozdiel medzi prokaryotmi a eukaryotmi je v tom, že prokaryoty môžu žiť tak v prostredí bez kyslíka, ako aj v prostredí s rôznym obsahom kyslíka, zatiaľ čo eukaryoty, až na malé výnimky, kyslík vyžadujú.

Porovnanie prokaryotov a eukaryotov z hľadiska potreby kyslíka vedie k záveru, že prokaryoty vznikli v období, keď sa menil obsah kyslíka v prostredí. V čase, keď sa objavili eukaryoty, boli koncentrácie kyslíka vysoké a relatívne konštantné.

Prvé fotosyntetické organizmy sa objavili asi pred 3 miliardami rokov. Boli anaeróbne baktérie, predchodcovia moderných fotosyntetických baktérií. Tvorili najstaršie známe stromatolity. Vyčerpanie životného prostredia o dusíkaté organické zlúčeniny spôsobilo vznik živých tvorov schopných využívať vzdušný dusík. Takéto organizmy sú fotosyntetické modrozelené riasy viažuce dusík, ktoré vykonávajú anaeróbnu fotosyntézu. Sú odolné voči kyslíku, ktorý produkujú a dokážu ho využiť na vlastný metabolizmus. Keďže modrozelené riasy vznikli v období, keď sa menila koncentrácia kyslíka v atmosfére, je celkom zrejmé, že ide o prechodné formy medzi anaeróbmi a aeróbmi.

Predpokladá sa, že chemosyntéza, pri ktorej je zdrojom atómov vodíka na redukciu oxidu uhličitého sírovodík (takúto chemosyntézu vykonávajú moderné zelené a fialové sírne baktérie), predchádzala zložitejšiemu dvojstupňovému procesu; fotosyntéza, pri ktorej sú zdrojom atómov vodíka molekuly vody. Druhý typ fotosyntézy je charakteristický pre zelené rastliny.

Fotosyntetická aktivita prvotných jednobunkových organizmov mala dva dôsledky, ktoré mali rozhodujúci vplyv na celý ďalší vývoj živých organizmov.

po prvé, fotosyntéza oslobodila organizmy od konkurencie o prirodzené zásoby abiogénnych organických zlúčenín, ktorých množstvo v prostredí sa výrazne znížilo. Autotrofná výživa a ukladanie hotových živín v rastlinných tkanivách, ktoré sa vyvinuli fotosyntézou, potom vytvorili podmienky pre vznik obrovskej rozmanitosti autotrofných a heterotrofných organizmov.

Po druhé , fotosyntéza zabezpečila nasýtenie atmosféry dostatočným množstvom kyslíka pre vznik a vývoj organizmov, ktorých energetický metabolizmus je založený na dýchacích procesoch.

Kedy sa objavili eukaryotické bunky? Značné množstvo údajov o fosílnych eukaryotoch naznačuje, že ich vek je približne 1,5 miliardy rokov. Vo vývoji jednobunkovej organizácie existujú štádiá spojené s komplikáciou štruktúry organizmu, zlepšením genetického aparátu a metódami reprodukcie.

Progresívnym javom vo fylogenéze prvokov bol vznik pohlavného rozmnožovania u nich. Postupne v priebehu progresívnej evolúcie nastal prechod k deleniu generatívnych buniek na ženské a mužské.

Existuje obrovské množstvo teórií o pôvode života na Zemi, vrátane hypotézy o pôvode života z kocky ľadu, a teórie o mimozemskom pôvode života, ba dokonca o vzniku života v miestach sopečnej činnosti.

Niektoré z nich majú vedecké potvrdenie, iné ešte neboli dôkladne preskúmané. Tak či onak, zo všetkých existujúcich teórií väčšina vedeckého sveta podporuje teóriu Charlesa Darwina, ktorý navrhol, že život na Zemi vznikol vo vodnej ploche.

Podľa Darwinovej teórie sa Zem začala vyvíjať asi pred 4,5 miliardami rokov, keď na dne oceánu začali prebiehať prvé chemické reakcie vyvrhnutej lávy bohatej na vysokoenergetické látky a kovy s vodou (v tom čase ešte sterilnou). v blízkosti miest zvýšenej sopečnej aktivity, vďaka čomu dochádza k tvorbe nových molekúl. Oceán tak po mnoho desaťročí pôsobil ako „chemická kuchyňa“, kde sa pripravovalo hlavné jedlo – život.

Zatiaľ nikto z vedcov nevie odpovedať na otázku, aký bol prvý živý organizmus - prastarý predok troch hlavných vetiev stromu života: I - eukaryoty (živočíchy, rastliny, huby), II - prokaryoty (baktérie) , III - archaebaktérie (organizované ako prokaryoty, ale s inou lipidovou štruktúrou).

Celý vývoj života na Zemi prebiehal v niekoľkých etapách – epochách, rozdelených na obdobia. V archejskej ére (pred 3,5-2,6 miliardami rokov) - najstaršej ére - teda nastal prvý biologický prelom - prechod od prokaryotov - nejadrových organizmov k jadrovým.

Postupným absorbovaním prokaryotických buniek a reakciou s nimi eukaryoty skomplikovali svoju štruktúru a premenili sa na komplexné eukaryotické bunky. Takže aeróbne baktérie sa stali mitochondriami a fotosyntetické baktérie sa stali chloroplastmi. Toto obdobie znamenalo začiatok tvorby heterotrofov vo vode a na súši. Objavila sa pôda a v atmosfére sa začal hromadiť kyslík a oxid uhličitý.

Proterozoická éra (pred 2,6 miliardami - 570 miliónmi rokov) je ďalšou obrovskou etapou, ktorá odráža vývoj života na Zemi. V tomto období sa začalo pohlavné rozmnožovanie, ktoré následne viedlo k vzniku nových druhov rastlín a živočíchov. Počas tohto obdobia sa objavila mnohobunkovosť, čo viedlo k objaveniu sa jednoduchých coelenterátov, červov, húb a iných primitívnych organizmov.

Vznik mnohobunkových organizmov sa považuje za druhý biologický prelom. V celom proterozoiku sa vplyvom aktivity oceánskeho planktónu v atmosfére hromadil aktívny kyslík, čo malo za následok zníženie množstva uhlíka. Archeánska a proterozoická éra (kryptozoická éra) boli teda obdobím skrytého života na Zemi.

Obdobie konca prvohôr - začiatok paleozoickej éry (pred 600 miliónmi rokov) sa stalo tretím biologickým prelomom. V tomto čase došlo k uloženiu kostry v živých organizmoch. Počas paleozoickej éry (pred 570-230 miliónmi rokov) došlo k intenzívnemu rozvoju flóry a fauny. Objavili sa ryby, zvieratá postupne vychádzali z vody na súš.

V dôsledku zmenšovania morí a vzostupu pevniny sa zmenila klíma a na povrchu Zeme sa objavili prvé pralesy prasličiek, machov a obrovských papradí. Táto zmena vo svete rastlín viedla k vzniku nových druhov živočíchov – plazov, z ktorých sa neskôr objavili cicavce a ľudia. Mimochodom, ľudia dostali päť prstov na každú končatinu od prvého plaza diplovertebronu.

Geologická éra (pred 230 - 67 miliónmi rokov) je rozdelená na obdobia: trias, jura, krieda a nazýva sa éra plazov, pretože v tejto ére došlo k ich hromadnému rozšíreniu. Na začiatku druhohôr nastala prudká klimatická zmena – sucho, kvôli tomu sa veľa živočíchov presťahovalo do oceánu.

Ich končatiny atrofovali a objavili sa prvé zvieratá podobné delfínom – ichtyosaury a plesiosaury. V triase sa objavili mäsožravé a bylinožravé dinosaury. Z dinosaurov sa objavili prvé vtáky - Archaeopteryx (Jurské obdobie). A skutočné vtáky, aj keď so zubami, sa objavili už v období kriedy.

V tom istom období sa výrazne zvýšila sopečná činnosť, čím sa klíma stala vlhkejšou. To viedlo k vzniku nových druhov dinosaurov: hadrosaurov, ceratopsianov, terapodov vrátane tyranosaurov.

Objavili sa aj vyššie cicavce: vačkovce a placenty. Mušle, elasmosaury a pliosaury podobné krokodílom sa chovali vo vode. Morskí „obyvatelia“ začali hromadiť uhličitan vápenatý, vďaka čomu krieda, vápenec a slieň usadené na dne aktívne neutralizovali oxid uhličitý v atmosfére.

Na konci druhohôr došlo k hromadnému vymieraniu flóry a fauny. Dinosaury, pterosaury a 80 % celej morskej „populácie“ úplne zmizli. Za príčinu tejto katastrofy sa považuje pád jadra asteroidu alebo kométy, ale to všetko sú špekulácie... V tejto fáze sa vývoj života na Zemi nezastavil, ale začala sa nová éra - kenozoikum.

Obdobím kenozoika, v ktorom stále žijeme (pred 67 miliónmi rokov dodnes), sa stalo obdobie kvitnúce rastliny hmyz, vtáky a cicavce. Delí sa na dve obdobia: terciárne a kvartérne.

V období treťohôr (pred 67 -3 miliónmi rokov) sa v rastlinnom svete objavili tropické a subtropické lesy, v živočíšnom svete sa objavili prvé primáty, ktoré sa stali predkami tzv. veľké opice. V polovici treťohôr sa už na povrchu Zeme vyskytovali všetky druhy živočíchov a rastlín a začala sa postupná stepifikácia krajiny, čo viedlo k zmenšovaniu lesných plôch.

Niektoré antropoidné opice sa zároveň dostali hlboko do lesov, zatiaľ čo iné naopak zostúpili na zem a začali ju aktívne dobývať. Práve tento druh opíc je predchodcami ľudí, ktorí sa objavili na konci treťohôr.

V chervertickom období (pred 3 miliónmi rokov - naša doba) došlo k vyhynutiu mnohých zvierat, v ktorých zohral veľkú úlohu lovecký inštinkt vyvinutý starovekými ľuďmi. Dnešný spôsob života (poľnohospodárstvo a chov dobytka) je dôsledkom „neolitickej revolúcie“, ktorá nastala asi pred 10 tisíc rokmi. Vtedy ľudia opustili zber a lov.

Ako vidíme, vývoj života na Zemi je veľmi dlhý a pomerne zložitý proces. Ale práve tomuto procesu vďačíme za náš život a existenciu.