ІСТОРІЯ ЗЕМЛІ. ПЕРІОДИ РОЗВИТКУ ЖИТТЯ

РОЗДІЛ ІІІ ІСТОРИЧНИЙ РОЗВИТОК ОРГАНІЧНОГО СВІТУ

ТЕМА 2. ІСТОРИЧНИЙ РОЗВИТОК І РІЗНОМАНІТНІСТЬ ОРГАНІЧНОГО СВІТУ

§ 45. ІСТОРІЯ ЗЕМЛІ. ПЕРІОДИ РОЗВИТКУ ЖИТТЯ

Терміни і поняття: радіоізотопний метод; геохронологічна шкала; еоми; ери; періоди; епохи.

Методи вивчення історії Землі. Історію Землі вивчають за допомогою комплексу різноманітних методів. Найважливішим у геологічних і палеонтологічних дослідженнях є послідовне визначення віку шарів землі від верхніх до нижніх (мал. 204). Найпоширенішим методом цих досліджень є радіоізотопний

– за періодом радіоактивного напіврозпаду урану, що перетворюється на свинець. Співвідношення цих двох елементів у геологічній породі й визначає її вік. Точність методу висока – кілька мільйонів років. Зважаючи на вік стародавніх порід, помилка становить менше відсотка. Вік молодших шарів Землі визначають за співвідношенням інших радіоактивних елементів або за вмістом Карбону 14С, який накопичується в органічних рештках (кістках і зубах хребетних та панцирах молюсків й інших безхребетних).

Дуже важливі для відтворення історії Землі й біологічні дані. Про часи панування прокаріотів і одноклітинних

еукаріотів розповідають так звані біогенні осадові породи, що сформувалися із залишків тварин і рослинних організмів або продуктів їх життєдіяльності. За хімічним складом їх поділяють на карбонатні, кременисті й фосфатні породи, а також вугілля. Пізніші відрізки історії планети і життя на ній досліджують або за різноманітними відбитками, або за знахідками скам’янілих організмів чи їх твердих часток – фрагментів скелета, кісток, навіть окремих зубів (мал. 205), за якими можна відтворити зовнішній вигляд тварини чи рослини,

Мал. 204. Залягання шарів землі різного віку (за віссю ординат – млн років).

Встановити її систематичну приналежність, визначити вік і період існування. Цей напрям дослідження, як ви вже знаєте, дістав назву біостратиграфїі.

Короткий нарис історії Землі й життя на ній. Комбінація різноманітних методів у кінцевому підсумку дає змогу досить докладно відновити події, що відбувалися на нашій планеті мільярди років тому (табл. 18).

Абсолютний вік Землі й усієї Сонячної системи, визначений за співвідношенням ізотопів, становить близько 4,6 млрд років. З них ледь більше 1 млрд років припало на час безжиттєвого

Мал. 205. Викопні рештки: а-в – відбитки стародавніх рослин; г – скам’янілі рештки стародавніх морських безхребетних, що утворюють окремий тип Плечоногі; г – викопний молюск амоніт; д – скам’янілий зуб мамонта.

Примітка. Рожевим кольором заповнені періоди повної переваги, світло-рожевим – часткової присутності, білим – відсутність існування нашої планети. Про це свідчить наявність у шарах Землі віком від 4,6 до 3,6 млрд років винятково магматичних порід. Таке доводить: у ті часи на Землі відбувалася активна вулканічна діяльність, а життя ще не існувало (мал. 206). Атмосфера була повністю позбавлена кисню й складалася з парів сірководню, аміаку, чадного газу, води. У ній постійно відбувалися грозові розряди. Інтенсивне ультрафіолетове випромінювання пронизувало не тільки гази, що огортали планету, а й верхні шари води. Під впливом цих факторів постійно синтезувалися органічні сполуки, які поступово накопичувалися й згодом утворили первинний бульйон.

Тільки у шарах Землі віком порядку 3,5 млрд років стали з’являтися найдавніші осадові породи біологічного походження (мал. 207). Особливий інтерес викликають знахідки вуглецевих мінералів, у яких співвідношення ізотопів І2С і 14С дає підставу припустити наявність примітивного фотосинтезу. Крім того, у шарах осадових порід були виявлені сліди перших викопних мікроорганізмів, які в палеонтології прийнято називати мікрокопалинами (мал. 208). Вони містяться у прадавніх породах у такій великій кількості, що можна в конкретному шарі сантиметр за сантиметром відстежити зміну їх складу й таким чином установити, з якою швидкістю йшла еволюція. Вважається, що саме в інтервалі від 3,9 до 3,6 млрд років тому і відбувалася хімічна еволюція, яка спричинила появу протобіонтів. Із них згодом (3,5-3 млрд років тому) утворилися перші анаеробні прокаріо – тичні організми – архебіонти, які є спільними предками усіх нині існуючих організмів.

Період наступного мільярда років (3-2 млрд років тому) можна назвати періодом царювання прокаріотів. У його першій половині на Землі існували в основному гетеротрофні анаеробні бактерії, що живилися речовинами з первинного бульйону. Потім виникли хемотрофи й фотосинтезуючі бактерії. Останні здійснювали фотосинтез, який не супроводжувався виділенням кисню (пригадайте: нині існує безліч видів бактерій, у яких фотосинтез відбувається зовсім інакше, ніж у вищих рослин). Тільки наприкінці цього проміжку історії Землі масово з’явилися ціанобактерії (пригадайте, їх ще називають синьо-зеленими водоростями), у яких фотосинтез відбувався так само, як і у вищих рослин, за допомогою хлорофілу і супроводжувався виділенням кисню. Різке збільшення біомаси ціанобактерій змінило склад атмосфери, яка протягом 2-2,2 млрд років тому перетворилася з відновної, що містить аміак і сірководень, у кисневу окисну. Це призвело до масової загибелі анаеробних прокаріотів.

Наведені міркування – не вигадки вчених, а результат скрупульозного аналізу фактичного матеріалу, знахідок викопних мікроорганізмів і слідів їх життєдіяльності у вигляді відкладень (головним чином особливих форм вапняку), а також деяких мінералів, що містять сполуки Феруму.

Мал. 206. Вигляд земної поверхні у період формування первинного бульйону.

Мал. 207. Щільні шаруваті утворення в товщах вапняку є наслідком відкладання ціанобактерій та одноклітинних водоростей, що жили на Землі більш ніж мільярд років тому.

Мал. 208. Форамініфери – одна з груп одноклітинних організмів, що мають твердий скелет.

На наступному етапі (від 2 до 1 млрд років тому) відбулося різке збільшення кількості різноманітних аеробних прокаріотів. У другій половині цього проміжку часу з’явилися еукаріоти і розвинулося статеве розмноження. Мимоволі виникає запитання: що дає вченим підставу вважати, що ці нові одноклітинні організми справді були саме еукаріотами, адже у мікрокопалинах не можна розгледіти будову клітини, побачити ядро або мітохондрії? Виявляється, розв’язати цю проблему зовсім нескладно – до кінця цього мільярда років мікрокопалини настільки збільшилися у розмірах, що стали порівнянними із сучасними одноклітинними еукаріотами (пригадайте: об’єми клітин прокаріотів і еукаріотів відрізняються у тисячі разів).

Багатоклітинні організми – це продукт останнього мільярда років розвитку Землі. За період з 1 до 0,5 млрд років тому з’явилися багатоклітинні водорості й зародилося багато груп безхребетних тварин. Друга половина цього проміжку часу стала періодом розвитку хребетних тварин і судинних рослин.

Літопис історії життя на Землі. Історія Землі – не лише сукупність таких епохальних геологічних подій, як формування земного ядра, утворення літосфери, гідросфери й атмосфери, поява океанів і материків, а й більш окремі явища: зміни хімічного складу гідросфери й атмосфери, рух материків і океанів, коливання температури (потепління, похолодання). Кожна з таких подій призводила спочатку до масових вимирань живих організмів, а потім – до появи нових їх видів і груп. За цими подіями була побудована геохронологічна шкала Землі (табл. 19) – своєрідний календар геологів і палеонтологів. У ній історію життя на нашій планеті поділено на ряд проміжків часу від сотень тисяч до сотень мільйонів років, і кожний з них відображує певну геологічну або еволюційну подію.

Історію життя на Землі поділяють на два дуже великих нерівних за тривалістю проміжки часу – еони. Перший – Докембрій (його ще називають первинним періодом) охоплює величезний часовий відрізок від 3,6 до 0,6 млрд років і складається з двох ер – Архею (від. грец. археіос – давній) і Протерозою (від. грец. протерос – більш ранній і зое – життя). В Археї на Землі жили головним чином одноклітинні організми, а в Протерозої вже з’явилися водорості й м’якотілі (позбавлені будь-якого твердого скелета) багатоклітинні тварини (мал. 209), які не залишили жодних слідів в осадових породах. Тому “первинний період” ще називають часом схованого життя.

Набагато більший інтерес для дослідження еволюції являє другий еон – Фанерозой (від грец. фаерос – явний і зое). Це час існування багатоклітинних тварин і рослин, який розпочався з появи величезної кількості різноманітних молюсків та інших морських безхребетних з твердим панциром.

Таблиця 19

Геохронологічна шкала Період Епоха

Еон	Epa	Період	Епоха	Проміжок часу (млн років)	Характерні події
Фанерозой	Кайнозой	Четвертинний	Голоцен Плейстоцен	Від 0,012 до нашого часу 0,012-2,6	Виникнення людини сучасного типу Виникнення видів сучасних ссавців і птахів
Третинний	2,6 – 65,5	Утворення сучасних родів, родин, рядів птахів і ссавців, формування сучасної флори
Палеозой	Крейдовий	65,5-146	Вимирання динозаврів, поява перших приматів та розвиток квіткових рослин і комах
Юрський	146-200	Панування динозаврів, поява перших птахів і перших покритонасінних рослин
Тріасовий	200-251	Панування давніх плазунів, поява перших ссавців. Поширення голонасінних рослин
Пермський	251-299	Вимирання близько 95% усіх видів, що жили на той момент. Початок панування рептилій, поява голонасінних рослин
Карбоновий	299 – 359	Поява перших рептилій, деревоподібних папоротей і літаючих комах
359 -416	Поява перших амфібій, панування щелепоротих риб, поява лісів з мохів, плаунів і папоротей
Силурійський	416 – 444	Вихід рослин і безхребетних на суходіл
Ордовикський	444 – 488	Поява перших хребетних – безщелепних тварин і перших судинних рослин
Кембрійський	488 – 542	Розвиток безхребетних, поява хордових
Докембрійський	Архей отерозой	600- 2500	Поява еукаріотів. багато – клітинних рослин і тварин
2500 -3600	Зародження життя, Поява прокаріотів, панування Бактерій

Мал. 209. М’якотілі тварини Докембрію, які не залишили майже ніяких викопних решток.

Мал. 210. Хребетні

Тварини з твердим скелетом Фанерозою (Мезозойський період). Численні викопні рештки у датованих шарах дали геологам змогу поділити цей відрізок історії життя на Землі на три ери, межі яких проходять найбільш значущими еволюційними подіями – глобальним вимиранням одних груп організмів і розвитком інших. Ери поділяють на періоди, а періоди – на епохи.

Палеозой (від грец. палаіос-прадавній ізо) і Мезозой (від грец. мезо – середній і зое) – дві перші ери Фанерозою (мал. 210), які ще називають вторинним періодом, – становлять 340 і 170 млн років відповідно. У цей проміжок історії розвитку Землі відбулася інтенсивна еволюція багатоклітинних тварин. У результаті її утворилися представники всіх сучасних типів і класів царств тварин і рослин. Еволюція чітко йшла від примітивних організмів до більш складних. Наприклад, перші хордові з’явилися на самому початку Фанерозою – у Кембрійському періоді близько 488 млн років тому, безщелепні рибоподібні – в Ордовикському періоді близько 440 млн років тому; щелепні риби й амфібії – у Девонському періоді близько 360 млн років тому, примітивні яйцекладні ссавці – у Тріасовому періоді близько 200 млн років тому і птахи – у Юрському періоді близько 146 млн років тому.

Подібнаситуаціяспостерігаєтьсяізрослинами. Перші судинні рослини з’явилися в Ордовикському періоді 440 млн років тому, деревоподібні папороті панували на Землі на межі Палеозою й Мезозою – близько 220- 200 млн років тому, розквіт голонасінних припав на Тріасовий і Юрський періоди 200-140 млн років тому, а початок еволюційного піднесення квіткових рослин – на Крейдовий період близько 65 млн років тому.

Важливою подією цього історичного відрізку часу, що відіграла ключову роль для подальшої еволюції тварин і рослин, став вихід живих істот на суходіл. Спочатку це відбулося у Силурійському періоді (416 млн років тому), коли першопо – селенцями стали примітивні судинні рослини й членистоногі (скорпіони й павуки), а потім – у Девонському (420- 360 млн років тому) і Карбоновому періодах (360-300 млн років тому), коли суходіл заселили амфібії та рептилії.

Кайнозой (від грец. каїнос – новий і зое) – остання ера геологічної історії Землі, час розвитку сучасної флори і фауни. У цю еру максимального розвитку досягли ссавці, птахи, костисті риби, комахи і квіткові рослини.

Прадавня частина Кайнозою, або третинний період, тривала від 66 до 3 млн років тому. У цей час утворювалися сучасні родини й роди птахів і ссавців. Нинішній етап розвитку Землі – четвертинний період – розпочався близько 3 млн років тому. Саме у цей період часу утворилася більшість сучасних видів птахів і ссавців, з’явився вид Homo sapiens – людина розумна. Саме тому цей період ще називають антропогеном (від грец. антропос – людина і генезіс).

Отже, еволюція на нашій планеті відбувається дедалі швидшими темпами. Для того щоб на Землі зародилося життя, знадобилося від 1 до 1,5 млрд років, щоб з’явилися еукаріоти й виник статевий процес – ще близько 1 млрд років. На те, щоб з’явилися перші багатоклітинні, пішло ще близько 800 млн років. Хребетні виникли через 600 млн, а ссавці – через 200 млн років. Саме тому геохронологічну шкалу краще уявляти не у вигляді драбини зі сходами різної висоти, а у вигляді спіралі, що розкручується (мал. 211).

Історію Землі відповідно до геологічних і еволюційних подій поділяють на ряд часових відрізків різної тривалості. При цьому в еволюції життя зазвичай виділяють два головних періоди: час схованого життя, коли еволюціонували одноклітинні організми, виникли багатоклітинні м’якотілі тварини і водорості, і набагато коротший період еволюції багатоклітинних вищих рослин і тварин з твердим скелетом.

Мал. 211. Геохронологічна шкала у вигляді спіралі.