Возможные причины исчезновения динозавров. Курсовая работа. Федеральное государственное бюджетное

• Название: Федеральное государственное бюджетное
• Анкор: Возможные причины исчезновения динозавров
• Дата: 23.01.2020
• Размер: 4.15 Mb.
• Имя файла: Курсовая работа.docx
• Тип: Курсовая; #105527
• страница: 2 из 15

1.3 Возникновение жизни на Земле

Как уже упоминалось ранее, первичная атмосфера Земли состояла из воды, аммиака, двуокиси углерода и метана, то есть была «восстановительной», поскольку не содержала свободного кислорода. Именно в ней под действием грозовых разрядов, по мнению А. И. Опарина и Дж. Холдейна, возникли первые органические молекулы биогенного характера. А как показал эксперимент, в растворах высокомолекулярных органических соединений могут возникать зоны повышенной их концентрации – коацерватные капли, которые в определенном смысле ведут себя подобно живым объектам: самопроизвольно растут, делятся и обмениваются веществом с окружающей их жидкостью через уплотненную поверхность раздела [9]. Данное положение было подтверждено в 1953 году, когда С. Миллер воспроизвел в колбе газовый состав первичной атмосферы (исходя из состава современных вулканических газов) и при помощи электрических разрядов, имитирующих грозы, синтезировал в ней ряд органических соединений, в том числе аминокислоты (Приложение В). К тому же через некоторое время С. Фоксу удалось осуществить безматричный синтез полипептидов (соединить аминокислоты в короткие нерегулярные цепи); подобные полипептидные цепи были потом найдены, среди прочей простой органики, в метеоритном веществе. Однако, этим, собственно говоря, и исчерпываются реальные успехи, достигнутые в рамках концепции абиогенеза, если не считать того, что было ясно осознано, по крайней мере, однофундаментальное ограничение на возможность синтеза «живых» (т.е. биологически активных) макромолекул из более простых органических «кирпичиков», ведь вероятность случайного возникновения осмысленнойаминокислотно-нуклеотидной последовательности соответствует вероятности того, что типографский шрифт, сброшенный с крыши небоскреба, сложится в 105-ю страницу романа «Война и мир». И даже если это все-таки произошло, и появилась биологически активная макромолекула, то как она смогла реорганизоваться в клетку? На эти вопросы у теории абиогенеза ответов нет до сих пор.

В качестве альтернативы вышеизложенному выступает концепция панспермии, связанная с именами таких выдающихся ученых, как Г. Гельмгольц, У. Томсон (лорд Кельвин), С. Аррениус, В. И. Вернадский. Эти исследователи полагали, что жизнь столь же вечна и повсеместна, как материя, и зародыши ее постоянно путешествуют по космосу. Аррениус, в частности, доказал путем расчетов принципиальную возможность переноса бактериальных спор с планеты на планету под действием давления света. Предполагалось также, что вещество Земли в момент ее образования из газопылевого облака уже было «инфицировано» входившими в состав последнего «зародышами жизни».

Суть этой концепции заключается в том, что жизнь как таковая просто является одним из фундаментальных свойств материии вопрос о «происхождении» ее стоит в том же ряду, что и, например, вопрос о «происхождении гравитации». Но и здесь есть свои слабые стороны, так, например, обнаруженная на метеоритах органика не обладает хиральной чистотой, свойственной всему живому (хиральность заключается в том, что все белки на нашей планете построены только из левовращающих аминокислот, а нуклеиновые кислоты – из правовращающих сахаров) [10].

Иначе говоря, вопрос о происхождении жизни остается открытым, и возможно, новые исследования приведут нас к совершенно иным композициям.

1.4 Общая характеристика развития жизни на Земле в разные геологические эпохи

Археозойская и протерозойская эры, вместе продолжавшиеся более 3,4 млрд. лет, составляют, иначе говоря, не менее ⁷/₈ всей геологической истории Земли, однако поскольку в отложениях этого времени сохранилось с лишком мало ископаемых остатков организмов, то представления о первых этапах развития жизни можно считать достаточно гипотетичными.

Количество свободного кислорода, что мог выделяться при фотодиссоциации воды ультрафиолетовыми лучами, в первичной атмосфере не превышало 0,001 от современного его содержания, так как он быстро входил в различные химические реакции и вновь оказывался в связанном состоянии.

Иными словами, зарождение жизни произошло в бескислородной среде, а сам кислород в силу своей высокой окислительной способности первоначально был ядовит для протоорганизмов из-за отсутствия у них соответствующих защитных биохимических систем. Отсюда можно заключить, что первые существа на планете были гетеротрофами, использовавшими в пищу различные органические соединения абиогенного происхождения, которыми, по мнению большинства авторов, были обогащены водоемы раннего археозоя (состояние «первичного бульона», по А. И. Опарину), то есть для освобождения энергии, необходимой в жизненных процессах, использовалась анаэробная диссимиляция (брожение).

По данным Д. Шопфа, Э. Баргхоорна, Б. и Л. Нэджи (1967—1974), в кремнистых сланцах Онвервахта и Фиг-Три встречаются различные микроскопические структуры возрастом 3,1-3,3 млрд. лет, которые рассматриваются этими учеными как ископаемые остатки одноклеточных сине-зеленых водорослей и бактерий. Также в осадочных толщах Родезии (серия Булавайо), имеющих возраст 2,9-3,2 млрд. лет обнаружены древнейшие строматолиты (с греческого – «каменный ковер») – тонкослойчатые колонны или холмики, состоящие главным образом из карбоната кальция, следы жизнедеятельности тех же водорослей, что свидетельствует о появлении фотосинтеза, и как следствие накоплении кислорода в атмосфере [11].

В протерозое (около 1,9–2 млрд. лет назад) произошло то, что стало ключевым для дальнейшей судьбы биосферы: в составе фитопланктона появились гигантские одноклеточные водоросли акритархи, которых считают первыми на Земле эукариотами. По поводу их происхождения большинство исследователей придерживается гипотезы симбиогенеза (впервые высказана К. С. Мережковским в 1909 г. и затем обоснована А. С. Фаминцыным). Концепция состоит в том, что органеллы, наличие которых отличает эукариотную клетку от прокариотной (митохондрии, хлоропласты и жгутики с базальным телом и микротрубочками), являются результатом эволюции некогда независимых прокариотных клеток, которые были захвачены клеткой-хозяином (тоже прокариотной) и не «съедены», а превращены ею в симбионтов. Предполагается, что роль клетки-хозяина выполняла крупная факультативно-анаэробная бактерия-гетеротроф. Проглотив однажды мелких аэробных бактерий-гетеротрофов, она начала использовать их в качестве «энергетических станций», перерабатывая с их помощью свою органику по более совершенной технологии (дыхание вместо брожения), что позволило ей получать из каждой молекулы глюкозы 38 молекул АТФ вместо двух.

Около 2 млрд. лет назад, когда появление одного из возможныхвариантов эукариотности (аэробный фотоавтотроф) совпало с другим событием: в результате деятельности цианобактерий концентрация кислорода в атмосфере Земли достигла точки Пастера – эукариотная «модель» наконец оказалась «конкурентоспособной», и стала постепенно вытеснять прокариот.

Позднее эукариоты стали собираться в колонии, впервые образовались нитчатые формы, создающие свой собственный тип растительности, названный У. Шенборном (1987) «водорослевыми лугами». Ныне сообщества такого типа известны лишь в некоторых антарктических внутренних водоемах; в докембрии же они, судя по характеру осадков, были широко распространены в морях за пределами мелководий (которые были заняты матами – колониями цианобактерий) [12].

В рифее (1,4–1,2 млрд. лет назад) эти нитчатые эукариотные формы достигли значительного разнообразия. Именно тогда в составе водорослевых лугов появились и первые макроскопические водоросли с пластинчатым, корковым и кожистым типами слоевища, а к венду (650 млн. лет) основным компонентом этих сообществ становятся вендотении– лентовидные водоросли длиной до 15 см. Есть даже сообщение о находке каких-то пластинчатых водорослей в китайской формации Чанчен с возрастом 1,8 млрд. лет; эта датировка нуждается в подтверждении, но не кажется нереальной. Дело в том, что таксономическая принадлежность всех этих форм недостаточно ясна, однако некоторые из них очень сходны с низшими красными водорослями – бангиевыми. А красные водоросли, как полагают многие исследователи, являются самой архаичной ветвью эукариот; возможно, они произошли в результате «независимой эукариотизации» цианобактерий [22].

В позднем протерозое в результате деятельности фотосинтезирующих организмов содержание кислорода в атмосфере достигло такого количества, что он впервые насытил глубоководные части океана, что привело к самому большому оледенению – Лапландскому (600 млн. лет назад). Это еще более способствовало перемещению кислорода в океане, поскольку холодные тяжелые воды вместе с растворенными в них газами опускались на дно, образуя придонный слой – психросферу, и хотя оледенения на Земле уже случались, например Гуронское (2,3-2,5 млрд. лет назад), но тогда воде просто нечего было переносить [13].

В 1947 году Р. Спригг сделал в местечке Эдиакара в Южной Австралии одно из самых замечательных открытий за всю историю палеонтологии. Им была найдена и описана богатая фауна удивительных бесскелетных организмов, получившая название эдиакарской, датируемая концом протерозоя – вендом. Она состояла из крупных или очень крупных беспозвоночных, размером до полутора метров. Среди них были как радиально-симметричные формы, называемые медузоидами, так и билатерально-симметричные; одни из них (петалонамы) внешне напоминают современные кораллы морские перья (Pennatularia), другие (дикинсония и сприггина) – кольчатых червей и членистоногих (Приложение Г).

Судя по всему, эдиакарская фауна вымерла во время вендского фитопланктонного кризиса, тогда же резко уменьшилось разнообразие строматолитовых построек. Согласно гипотезе Бурзина, это произошло в результате появления консументов следующего размерного класса – «циклоп» (до 2 мм), составляющих основную массу современного зоопланктона. Лишь к началу кембрия фитопланктону удалось дать адекватный эволюционный ответ на комбинированное воздействие консументов разных классов: с этого момента (и доныне) доминирующей защитной стратегией для фитопланктоных организмов становится образование шипов, выростов, экваториальной каймы и т.п.

На фоне этих кризисных событий разворачивается так называемая кембрийская «скелетная революция» (Приложение Д). Вот что пишет, например, один из ведущих специалистов по этому отрезку геологической истории А. Ю. Розанов: «Начнем с того, что поражает любого исследователя, когда он изучает разрезы пограничных отложений докембрия и кембрия. Двигаясь вверх по разрезу от докембрийских пород к кембрийским, мы вдруг обнаруживаем в какой-то момент, что порода насыщена многочисленными и разнообразными остатками организмов, облик которых уже более или менее привычен для нас. Здесь начинают встречаться обычные для всего фанерозоя остатки губок, моллюсков, брахиоподи других организмов. Непривычны только их размеры (первые миллиметры)» [14].

Произошло это в результате деятельности зоопланктона, в составе которого впервые появились фильтрующие организмы, образуя фекальные пеллеты (формируемые пищеварительным трактом компактные комки отработанной органики) стали удалять из воды взвесь, к этому процессу присоединились и бентосные организмы, в итоге произошло насыщение вод органикой, а в процессе Байконурского оледенения – и кислородом. Так стало возможным покрытие энергетических затрат на построение минерального скелета.

Эта возможность немедленно и одновременно реализуется самыми разными группами животных – от простейших (радиолярии и фораминиферы) и губок до членистоногих и моллюсков, а также растениями (известковые водоросли).

Основу экосистемы фанерозоя составили водоросли биогермы, строившие себе известковую раковину, и археоциаты – предки современных губок. После них наступает эпоха трилобитов, которые становятся основными потребителями того самого «упакованного» органического детрита, обогащающего донные осадки. Они могут считаться настоящей эмблемой палеозоя. В это же время появляются такие группы животных как членистоногие, моллюски и позвоночные.

Появившиеся в конце кембрия головоногие(это были малоподвижные формы, родственные современному наутилусу, но с незакрученной конической раковиной, так называемые прямые головоногие) безраздельно господствовали в придонных слоях океана примерно до середины силура; на ордовик приходится пик видового разнообразия этой группы животных (около 150 родов) [15, 23].

Далее лидирующую позицию заняли членистоногие, например гигантский ракоскорпион (длиной 2 м). Они были настоящими властителями силура. Однако в девоне их уже значительно притеснили позвоночные, рыбы артрадиры достигли в этот период своего максимума. Динихтис например, обладал длиной тела до 10 м.

В это же время начинается освоение суши. Предками современных высших растений принято считать харовые водоросли, от них впоследствии в ордовике произошли мохообразные, а в силуре риниофиты, которые росли, «стоя по колено в воде» – первые сосудистые растения. В свою очередь в девоне от них стали обособляться две ветви, приведшие к образованию плауновидных в карбоне, хвощеобразных и семенных [16].

В позднем девоне появляются первые тетраподы, обитавшие в прибрежных зонах, их предками принято считать кистеперых рыб. И лишь в карбоне появились первые наземные амфибии, небольшие (менее 1 м), похожие на современных саламандр – антракозавры (Приложение Е). Они обитали в так называемых «лесах-водоемах», где возникла богатая фауна и появились первые наземные членистоногие. От антракозавров произошли первые рептилии – капториниды (напоминали по внешнему виду крупных ящериц, причем, судя по строению их челюстного аппарата, они специализировались именно на питании насекомыми). Это было первое разделение позвоночных на анамний и амниот.

Традиционный взгляд на эволюцию рептилий предполагает, что от каких-то антракозавров происходит некий гипотетический «общий предок пресмыкающихся», который обладает уже всем набором рептилийных признаков (водонепроницаемой кожей, почками сбережения и т.д.). От него-то и берут начало основные эволюционные ветви этого класса – анапсиды, синапсиды, диапсиды и эвриапсиды; этим группам зачастую придают статус подклассов. Они выделены на основе того, каким способом в каждом из них трансформировался исходный стегальный (крышевидный) череп лабиринтодонтов. У анапсид (сюда относятся черепахи и ряд вымерших групп, например, парейазавры) сохраняется исходный тип черепа – массивный, лишенный облегчающих конструкцию отверстий. У синапсид – «зверообразных ящеров», чьи зубы были дифференцированы по форме и функциям (пеликозавры и более продвинутые терапсиды), возникает одно височное окно, от краев которого отходят челюстные мышцы, и единственная скуловая дуга. У диапсид же возникают два височных окна и, соответственно, две скуловые дуги – верхняя и нижняя. К этой группе принадлежит большинство рептилий, как современных (ящерицы со змеями, гаттерии и крокодилы), так и вымерших (динозавры, птерозавры). К эвриапсидам относят несколько вымерших морских групп (ихтиозавры, плезиозавры и родственные им нотозавры, плакодонты ); их черепа имеют единственное височное окно, но образуется оно иным, чем у синапсид, образом. Необходимо заметить, что черепа млекопитающих и птиц могут быть отнесены соответственно к синапсидному и диапсидному типам – что отражает происхождение этих высших тетрапод [24].

Однако еще в середине прошлого века Т. Гексли, друг и сподвижник Ч. Дарвина, провел анатомическое сравнение четырех классов тетрапод, чтобы установить, кто чьим предком является. Глубокое сходство птиц и рептилий уже в те времена не вызывало особых сомнений; когда говорят, что «птицы – всего лишь продвинутая и сильно специализированная группа рептилий», это, в общем и целом, соответствует истине. Гексли обратил внимание и на менее очевидное, но весьма существенное сходство млекопитающих (маммалий) с амфибиями. Это сходство он видел в строении кожи (мягкой и богатой железами) и почек, выделяющих мочевину (у рептилий с птицами почки выделяют мочевую кислоту), а также в наличии двух затылочных мыщелков, которыми череп сочленяется с позвоночником (у рептилий с птицами – один). Но самым серьезным оказались для Гексли различия в строении кровеносной системы: у амфибий имеются две дуги аорты – правая и левая, у рептилий и птиц сохраняется только правая дуга, а у млекопитающих – только левая. Значит, «вывести» маммальную кровеносную систему из рептилийной (где левая дуга уже редуцирована) принципиально невозможно. На этом основании он заключил, что предками млекопитающих не могут быть рептилии (по крайней мере, нынеживущие) и маммалии должны вести свое происхождение прямо от амфибий.

Существование двух независимых эволюционных ветвей амниот – тероморфной (от греческого зверь) и завроморфной (от греческого ящер), разошедшихся еще на уровне амфибий и венчаемых: первая – млекопитающими, а вторая – птицами и динозаврами, сейчас практически общепризнано. Собственно говоря, все 300 млн. лет существования наземных тетрапод – это история состязания тероморфов с завроморфами, где эволюционный успех сопутствовал то одним, то другим.

Первыми тероморфами были пеликозавры – наземные хищники, составлявшие в ранней перми 70% всех амниот (Приложение Ж). Однако впоследствии большинство из них перешло к растительноядности. Они являлись холоднокровными и осуществляли терморегуляцию посредством паруса – высоких остистых отростков позвоночника, заключенных в единую пластину из мягких тканей; в бороздах у основания отростков проходили крупные кровеносные сосуды. От более продвинутых тероморфов из отряда терапсид, таких как дицинодонты и горгонопсиды, которые, кстати, были, по-видимому, теплокровными, так как обладали шерстяным покровом, в итоге произошли млекопитающие.

К началу мезозойской эры среди позвоночных животных стали исчезать самые ранние обитатели суши: древние земноводные – стегоцефалы, лягушкоящеры, котилозавры (Приложение И). А в позднем палеозое рядом с этими ветеранами процветали и эволюционировали в направлении к млекопитающим звероящеры. Казалось, что их победного шествия ничто не сможет остановить. Но произошло неожиданное. К концу триасового периода почти все они вымерли, а их потомки – крохотные млекопитающие заняли совсем незаметное положение на мезозойских континентах. Уже в позднетриасовую эпоху на авансцену выходят завроморфы, а именно, архозавры – «господствующие ящеры». В чем же причина вымирания палеозойских ветеранов суши и этого удивительного зигзага, как сказал В. А. Красилов? Именно об этом пойдет речь в следующей главе.

Таким образом, развитие и эволюция жизни на земле от археозоя до палеозоя представляли собой цепочку последовательных усложнений в структуре организмов, борьбу между отдельными их группами, сопровождавшуюся появлением новых форм и вымиранием старых.