Раздел 1 · Эволюция
Если бы мы могли возвращаться всё дальше в прошлое, мир становился бы для нас всё менее узнаваемым. Меняется и эволюционирует всё: наша планета и виды, которые её населяют. Как сказал древнегреческий философ Гераклит Эфесский (535-475 гг. до н. э.), «всё течёт» (panta rhei), и единственная постоянная — это изменение.
В этом разделе мы рассмотрим хронологию эволюции жизни на Земле — от её раннего зарождения до наших дней.
Наша планета и Солнечная система сформировались около 4,5 миллиарда лет назад (Ga); возраст Вселенной тогда составлял 9,3 миллиарда лет.
Геологическая шкала времени в общем виде делится на четыре эона. Первый эон, гадей, назван по имени греческого бога подземного мира Аида из-за «адских» условий этого периода, который длился примерно от 4,5 до 4 Ga. Земля была раскалённой, хаотичной и в целом враждебной для жизни.
К началу следующего эона, архея, земная кора остыла достаточно, чтобы могли сформироваться континенты и океаны. Самые ранние свидетельства жизни относят именно к этому периоду, примерно 4-3,7 Ga: вероятно, это были очень простые самовоспроизводящиеся прокариотические клетки, то есть бактерии и археи, возникшие в океанах.
Разве не удивительно, что жизнь на Земле появилась так быстро после того, как условия стали подходящими?
Архей продолжался примерно до 2,5 Ga. В атмосфере почти не было кислорода, пока некоторые организмы — цианобактерии — не освоили фотосинтез: использование энергии Солнца для синтеза углеводов из углекислого газа (CO₂) и воды (H₂O) с выделением кислорода (O₂) как побочного продукта. Однако уровень кислорода ещё долго оставался очень низким и начал заметно расти только в следующем эоне, протерозое.
Многие вехи развития жизни на Земле произошли в протерозое, который длился от 2,5 до 0,55 млрд лет назад. Первые эукариоты, крупные клетки с ядрами, появились около 2 млрд лет назад, вероятно, в виде жгутиковых одноклеточных, похожих на современных простейших (например, эвглена и парамеций).
Вскоре после этого появились первые многоклеточные эукариоты, вероятно, начавшиеся как колониеобразующие протисты. Скорее всего, они были похожи на такие виды, как шаровидная зеленая водоросль вольвокс, которая существует и сегодня.
К концу протерозоя появились первые примитивные растения, животные и грибы. Считается, что первые животные были похожи на современных губок: они были прикреплёнными и не имели мышечных, нервных клеток и других сложных структур современных животных. Растения произошли от зелёных водорослей, которые, как и все эукариоты, имеют митохондрии, но дополнительно содержат хлоропласты. Эти органеллы, вероятно, произошли от включённых в клетку цианобактерий, тогда как митохондрии возникли из других «поглощённых» прокариот.
Четвертый эон, фанерозой, который длится с 550 миллионов лет назад (Ma) до наших дней, отмечен огромным ростом и ускорением биоразнообразия, сопровождаемым заметным повышением уровня кислорода. Учитывая, что для перехода от одноклеточных прокариот к многоклеточным эукариотам потребовалось более двух миллиардов лет, а затем еще миллиард лет для появления растений и животных, этот последний, гораздо более короткий период стал свидетелем захватывающего дух темпа эволюционных инноваций. Этот период ознаменовался "кембрийским взрывом".
Фанерозой означает "век видимой жизни", и действительно, жизнь стала очень заметной на Земле. Первая и самая длинная из трёх эр фанерозойского эона — палеозойская (550-250 Ma), которая начинается с кембрийского периода (550-500 Ma). Кембрийский взрыв был очень быстрой эволюционной радиацией, т.е. огромным увеличением биоразнообразия. Все основные филогенетические группы, существующие сегодня, можно найти в окаменелостях того времени. Однако в этот первый период доминировала ярко выраженная кембрийская фауна (животный мир), но затем она пошла на спад и в конце концов исчезла.
Кембрийская фауна включала «примитивные» виды крупных филогенетических групп, существующих и сегодня, например членистоногих, моллюсков и хордовых, хотя сейчас они представлены совсем другими видами. Давно вымершие трилобиты были особенно заметны в раннем палеозое и родственны современным ракообразным, насекомым, хелицеровым (например, паукам) и многоножкам. Появились и одни из первых хордовых, например Metaspriggina, — предшественники современных хордовых/позвоночных, включая рыб, земноводных, рептилий, птиц и млекопитающих.
Хотя основы очень крупных групп животных были заложены ещё в кембрии, последующие периоды палеозоя — ордовик, силур, девон, карбон и пермь — дали начало собственным, очень разнообразным фаунам. Первые костные рыбы появились в океанах около 420 Ma (силур), отделившись от хрящевых рыб, к которым относятся акулы и скаты. Затем костные рыбы начали диверсифицироваться на лучепёрых и лопастепёрых рыб с мясистыми плавниками.
От лопастепёрых рыб в итоге произошли первые позвоночные, вышедшие на сушу. Один из самых ранних известных представителей этой линии — тиктаалик, живший около 380 Ma (девон). Это эволюционное звено между рыбами и тетраподами (четвероногими животными) имело и жабры, и лёгкие, суставчатые запястья и подвижную шею. Современные двоякодышащие рыбы в некоторых отношениях напоминают эти древние формы. Однако ещё до тиктаалика членистоногие уже вышли на сушу около 430 Ma (силур), а первые наземные растения появились около 470 Ma (ордовик).
После завоевания суши тетраподы начали диверсифицироваться. Каменноугольный период (360-300 Ma), последовавший за девонским, был "эпохой амфибий", которые в то время были доминирующими наземными животными. В следующем периоде, пермском (300-250 Ma), появляются и отделяются ранние группы, которые дадут начало млекопитающим (синапсидам), с одной стороны, и рептилиям и птицам (зауропсидам), с другой.
В фанерозойский эон произошло пять массовых вымираний, вызванных резкими и широкомасштабными изменениями окружающей среды, например, снижением содержания кислорода в атмосфере, повышением уровня углекислого газа или закислением океанов. Но самое сильное вымирание произошло при переходе от палеозойской эры к мезозойской. Оно известно как Великое вымирание, в ходе которого было уничтожено 90% морских видов и 70% наземных видов позвоночных, среди прочих. Однако жизнь всегда восстанавливалась и возвращалась более многочисленной и разнообразной.
Мезозой делится на три периода: триас, юру и мел. В триасе (250-200 Ma) сильно диверсифицировались синапсиды, завропсиды и многие другие группы; завершился он очередным массовым вымиранием. В триасе появились и первые млекопитающие — небольшие животные, похожие на грызунов (225 Ma). В юрском (200-145 Ma) и меловом (145-66 Ma) периодах доминировали завропсиды/рептилии, особенно динозавры. Мелкие и малозаметные млекопитающие всё это время существовали в их тени.
Динозавры правили миром более 130 миллионов лет и внесли большой вклад в биоразнообразие Земли. Такие названия, как стегозавр, брахиозавр, аллозавр, велоцираптор и трицератопс, хорошо известны во всем мире и поразили воображение человечества на многие десятилетия и даже столетия. Знаменитый тираннозавр рекс был одним из последних динозавров, вымерших в результате мощного удара астероида 66 млн лет назад вместе с 75% видов растений и животных на Земле. Правление динозавров закончилось внезапно.
Кайнозой, который делится на палеоген (66-23 Ma), неоген (23-2,5 Ma) и четвертичный период (2,5 Ma — настоящее время), стал "эрой млекопитающих" после того, как они вышли из тени вымерших динозавров, разнообразились и стали доминировать на Земле. Но динозавры на самом деле не исчезли. Птицы представляют собой большую и успешную группу пернатых динозавров, возникшую в юрском периоде. Кроме того, рептилии и амфибии вносят дополнительный вклад в современную фауну позвоночных на суше.
Самый последний период, четвертичный (2,5-0 Ma), увидел эволюцию человека через 4 млрд лет после зарождения жизни на Земле. Наш вид, Homo sapiens, появился около 300 000 лет назад. Чтобы представить это в перспективе: если бы Земле было 24 часа, то люди появились бы менее 6 секунд назад.
В следующем разделе мы узнаем, как огромное количество видов, живущих сегодня, упорядочивается и классифицируется в соответствии с их эволюционной историей.
Шесть вопросов по этому разделу — без регистрации, просто проверьте себя.
Это был раздел 1 модуля «Эволюция». Весь модуль — в приложении Codon One для iPhone и iPad: тест после каждого раздела, карточки и отслеживание прогресса.
