Возникновение и эволюция биосферы

Возникновение и эволюция биосферы

Как на безжизненной планете появилась жизнь, а затем заполнила сушу, воду и воздух? Этот вопрос остаётся одним из самых сложных и увлекательных в естествознании. Учёные спорят о нём уже больше века, ставят опыты и собирают улики. И хотя многое ещё неясно, общая картина рождения и развития биосферы постепенно складывается.

Возникновение живого вещества

Проблема возникновения жизни и биосферы важна не только для науки, но и для философии. Гипотез на этот счёт множество, но все их можно свести к двум большим группам - гипотезам панспермии и гипотезам земного происхождения жизни.

Слабое место этой идеи в том, что её сторонники не объясняют, как именно возникло живое вещество, а лишь переносят вопрос в другое место Вселенной.

Определённые основания у панспермии есть: на некоторых метеоритах действительно находят следы органики. Вероятно, обнаруженные на них аминокислоты образовались в ходе постепенной химической эволюции. И всё же большинство учёных склоняются к версии о земном происхождении жизни.

До начала XX века существовало много теорий, но ни одна не опиралась на факты. В 1924 году советский биохимик А. И. Опарин предложил собственную теорию биохимической эволюции. По его мысли, самозарождение жизни, невозможное сегодня, было вполне реально на первобытной Земле - под действием уникальных для той эпохи физико-химических процессов. Теория предполагает очень долгий период химической эволюции.

Близкие взгляды развивал кембриджский профессор Холдейн. Он считал, что на молодой Земле накопились огромные объёмы простейших органических соединений, образовав «первичный бульон». Сложные молекулы складывались из простых веществ первичной атмосферы - метана, аммиака, углекислого газа и водяных паров. Энергию для реакций давали солнечное излучение и грозовые разряды. За счёт абиогенного синтеза в океане скопились запасы органики, ставшие источником первых форм жизни.

Вскоре опыт многократно повторили другие исследователи. Меняя условия, они получали и другие аминокислоты, а также простые нуклеиновые кислоты. Позже немецкие учёные показали, что в гидротермальных источниках районов с высокой вулканической активностью при температуре 80-120 °C из воды, угарного газа и циановодорода образуются аминокислоты, сахара и липиды. Катализатором служат твёрдые частицы железа и никеля. Учёные полагают, что в схожих условиях абиогенный синтез мог идти и на ранней Земле, где вулканизм был особенно активен.

Основные этапы эволюции биосферы

После появления живого вещества наступил следующий важный этап - возникновение фотосинтезирующих организмов, то есть автотрофов. Первые же организмы были гетеротрофами. Затем появились эукариотические одноклеточные - предки всех многоклеточных.

Многоклеточные возникли в протерозойскую эру, завершившуюся 570 млн лет назад. К её концу уже жили фораминиферы, радиолярии, кремниевые губки, кишечнополостные, черви и некоторые морские членистоногие. Твёрдого скелета они не имели, поэтому в ископаемом виде встречаются очень редко.

Организмы тех эпох почти не оставили окаменелостей, и судить о них напрямую трудно. Поэтому начало следующего этапа, фанерозоя, выглядит особенно резким: будто жизнь внезапно «проявилась» в летописи горных пород.

В начале фанерозоя - «времени явной жизни», около 600 млн лет назад - у многих неродственных представителей водной фауны почти одновременно появился наружный или внутренний скелет. К этому моменту уже существовала разнообразная фауна беспозвоночных, а также первые хордовые.

В пермском периоде, последнем в палеозое, появились первые пресмыкающиеся. От них вскоре отделилась группа, давшая в триасовом периоде мезозойской эры начало млекопитающим. Тогда же возникли первые динозавры. Расцвета они достигли в юрском периоде, а одна из групп пресмыкающихся в это время превратилась в птиц.

В меловом периоде, завершающем мезозой, появились покрытосеменные растения. А в конце этого периода произошло массовое вымирание: исчезли многие рептилии, включая динозавров, морские беспозвоночные и другие организмы.

В последнюю, кайнозойскую эру органический мир за 70 млн лет приобрёл современные черты. Среди растений ведущую роль заняли покрытосеменные, появились формы, близкие к нынешним. На суше же господство перешло к млекопитающим.

Биосфера, как видно, находится в постоянном движении. Современное распределение растений и животных по зонам и регионам во многом объясняется именно историческими причинами - долгой эволюцией, которую планета прошла за миллиарды лет.