Протерозой. Кембрийский взрыв.: Часть 1

Видео

Конспект

Свидетельства древнейшей жизни на Земле были найдены в осадочных породах гренландской формации Исуа, возраст которых составляет около 3,8 миллиардов лет. Эти отложения являются древнейшими из известных, что позволяет предположить: жизнь возникла на нашей планете в период между 4,3 и 3,8 миллиардами лет назад. Примечательно, что по геологическим меркам это произошло практически сразу после создания подходящих условий – ведь первоначально Земля была лишена воды, и потребовалось время для формирования атмосферы и гидросферы.

В архейскую эру и ранний протерозой биосфера состояла исключительно из прокариотических организмов – бактерий и архей. При этом среди древнейших прокариот уже наблюдалось разнообразие способов питания: встречались как гетеротрофные, так и автотрофные формы, включая фотосинтезирующие и хемосинтезирующие организмы. Хотя прокариоты демонстрировали значительное разнообразие, настоящих многоклеточных форм среди них не существовало, хотя некоторые цианобактерии образовывали достаточно сложные нитчатые структуры.

Особенностью экосистем докембрия были строматолиты - - характерные слоистые образования из карбоната кальция, имеющие форму колонн или холмиков. Эти структуры формировались благодаря деятельности специфических бактериальных сообществ, известных как бактериальные маты. Строматолиты доминировали в древних экосистемах на протяжении огромного периода времени, и только с появлением животных их распространение начало резко сокращаться.

1.jpeg Возникновение эукариот.

Первые свидетельства существования эукариот обнаружены в фитопланктоне лишь через миллиард лет после появления первых признаков жизни – около 2,7 миллиардов лет назад. Эти древние организмы относят к несистематической группе акритарх. Долгое время эукариоты оставались второстепенными участниками биосферы, уступая доминирующее положение прокариотным сообществам.

Современные исследования показывают, что для нормального функционирования эукариотической клетки требовалась относительно высокая концентрация кислорода – значительно выше той, что существовала в период её возникновения. В отличие от углекислого газа и метана, которые могут выделяться при вулканической активности, кислород практически не образуется из вулканических газов, а его незначительное количество может появляться лишь под воздействием космического излучения. Основная часть атмосферного кислорода возникла благодаря деятельности фотосинтезирующих цианобактерий, появившихся примерно 2,8-2,7 миллиардов лет назад, когда уровень кислорода в атмосфере составлял менее 1 % от современного.

Долгое время концентрация кислорода оставалась низкой, поскольку выделяемый цианобактериями газ расходовался на окисление восстановленных минералов, в первую очередь железа. Только после исчерпания этих минеральных ресурсов, около 1,7-1,8 миллиардов лет назад, уровень кислорода начал расти, что привело к переходу биосферы к аэробным условиям. Это глобальное событие известно как «кислородная революция» или «кислородная катастрофа». Последний термин отражает масштабный экологический кризис, вызванный накоплением кислорода, который был токсичен для преобладавших в то время анаэробных организмов.

Повышение концентрации кислорода создало условия, при которых эукариотические клетки с митохондриями и высоким уровнем энергетического обмена получили преимущество перед прокариотами. Считается, что для устойчивого существования аэробных организмов уровень кислорода должен превышать 1 % – так называемую точку Пастера. Около 2 миллиардов лет назад появились первые многоклеточные формы жизни, преимущественно растительные. Однако многоклеточные животные возникли значительно позже лишь в конце протерозоя (около 800 миллионов лет назад).

Причина такой задержки связана с динамикой кислорода в атмосфере, которая определяется балансом между двумя противоположными процессами: фотосинтезом и аэробным окислением. 6 CO_{2}+6 H_{2} O \rightleftarrows C_{6} H_{12} O_{6}+6 O_{2}

При интенсивном захоронении органического вещества (когда кислород не расходуется на его окисление) концентрация кислорода в атмосфере возрастает. Таким образом, по количеству органики в геологических отложениях можно косвенно оценить уровень кислорода в прошлом. В позднем протерозое темпы захоронения органического углерода достигли рекордных значений за всю историю Земли, что привело к резкому увеличению концентрации кислорода. Именно это создало предпосылки для появления первых многоклеточных животных.

2.jpeg